基于ERK1/2信号通路的蛋清肽调控代谢指纹图谱的分子机制研究

Bioactive peptides play an important role in regulation of biological metabolites through a variety of metabolic pathways involved in the regulation of the protein or mRNA expression levels for biosynthesis of metabolites. Thus, the molecular mechanism of food-derived bioactive peptides on metabolism regulation is therefore becoming an attractive target, but the related mechanisms of metabolic pathways regulated by peptides remain unclear. This prompted us to re-design experiments, which is proposed herein, to investigate the action of bioactive peptides on the metabolic chemical profiles through the ERK1/2 signal pathway, with the aid of NMR- and MS-based metabonomic methods. Subsequently, the relevant metabolism pathways, and biomarkers will be explored through the interpretation of the identified finger print of the metabolites. Finally, we hope to further clarify its influence on target proteins and DNA expression. The proposal is expected to clarify the molecular mechanism of the egg-white derived bioactive peptides on metabolism regulation, and provide insight into the application of peptides in manufacturing healthy food.

活性肽可通过多种代谢途径协同调节机制进而发挥作用，但无论是影响mRNA含量还是蛋白质表达水平，最终都将以体内代谢物的变化体现出来，因此，从代谢层面更利于阐明活性肽的作用机理。然而，目前活性肽引起目标代谢信号通路差异及对代谢指纹图谱的调控机理仍不明确。鉴于此，本项目以ERK1/2信号通路为切入点，基于代谢组学技术阐明蛋清活性肽调控代谢指纹图谱的作用机制。拟通过核磁共振-质谱联用等技术表征和辨识蛋清活性肽RVPSL对内源性代谢物变化的影响，阐明代谢指纹图谱；进一步探究活性肽RVPSL对代谢谱的影响，确定相关体内代谢物变化所涉及ERK1/2通路的代谢途径，探寻潜在的代谢标志物；同时，结合蛋白质和基因表达阐明蛋清活性肽调节代谢指纹图谱的作用机制。本研究进一步揭示蛋清活性肽的分子作用机制，同时为健康食品精准制造提出了新思路。

本项目以SHR为动物模型，采用非靶向血清代谢组学、广泛靶向肾脏代谢组学和血清蛋白组学技术探究蛋清肽对SHR代谢物和蛋白表达水平的影响规律，通过分子对接阐明蛋清肽与靶点的互作机制。体内动物模型研究结果表明分别灌胃蛋清肽RVPSL(50 mg/kg)和QIGLF(50 mg/kg)后，SHR的收缩压（SBP）和舒张压（DBP）均显著降低。分子对接结果表明蛋清肽RVPSL和QIGLF可与ACE的3个活性口袋S1（Ala 354），S2（Gln 281、His 513、Tyr 520和Lys 511）和S1'（Glu 162）中的部分氨基酸残基产生相互作用。非靶向血清代谢组学分析表明蛋清肽RVPSL、QIGLF组与对照组相比，SHR体内血清差异代谢物发生明显变化。蛋清肽RVPSL发挥作用主要涉及的代谢途径及信号通路为甘油磷脂代谢、嘌呤代谢、色氨酸代谢、烟酰胺和烟酸代谢、PI3K-Akt信号通路、RAS信号通路和MAPK信号通路。蛋清肽RVPSL在SHR体内主要通过调控脂质代谢紊乱，改善血管内皮功能障碍，调控氧化应激，改善交感神经系统的过度活化进而达到降低血压的作用。QIGLF组鉴定出8种潜在的生物标志物，即肾上腺素酸、熊去氧胆酸、甘胆酸、牛磺胆酸、色氨酸、乙酰吲哚基、酪氨酸和2-苯乙醇，主要参与芳香族氨基酸的生物合成和代谢、胆汁酸的生物合成以及不饱和脂肪酸的生物生成等代谢途径调节SHR的血压。广泛靶向肾脏代谢组学证明RVPSL发挥降压作用可能与碳代谢、甲状腺激素信号通路、酪氨酸代谢和花生四烯酸代谢有关。RVPSL表现出较强的降压作用与抑制血管平滑肌细胞增殖、血管重塑、血管内皮功能障碍、恢复活性氧、氧化应激、炎症和免疫反应有关。QIGLF可能通过调节酮体的合成和降解、花生四烯酸代谢、嘧啶代谢和精氨酸生物合成来展示QIGLF的降压活性，可通过抑制肾脏炎症、促进尿钠排泄和调节肾脏NO的生成来缓解高血压。蛋白组学研究证明蛋清肽QIGLF主要影响氧转运和细胞器融合两个生物学过程和显著调节醛固酮调节Na+重吸收和线粒体自噬。QIGLF可能通过抑制Na+重吸收和氧化应激发挥降压作用。本项目从关键信号分子和信号通路为突破口，揭示了蛋清肽RVPSL和QIGLF体内降血压作用的调控网络与分子作用通路，为蛋清肽在维持血压的健康水平奠定理论基础。