《Food Research International》：Integrative discovery of novel antioxidant peptides from bovine hide via peptidomics-guided molecular simulation, quantum chemistry, and experimental validation
编辑推荐：
本研究采用整合蛋白质组学、分子模拟与量子化学计算的方法，从牛 hide胶原蛋白水解产物中鉴定出10种高活性抗氧化肽。通过分子对接证实这些肽与Keap1蛋白结合能达-7.19至-12.26 kcal/mol，量子化学计算显示其卓越的电子供体能力，并定位关键活性位点。细胞实验表明，所有合成肽显著降低H?O?诱导的ROS水平，增强SOD/GSH-Px活性，抑制MDA积累，并上调Nrf2信号通路相关基因表达，Western Blot验证了Keap1-Nrf2轴关键蛋白的表达。计算参数与细胞抗氧化活性高度相关，其中SGPOGPOGP肽效果最优。该三重验证策略为高效开发牛 hide来源抗氧化肽提供了创新范式。
许媛颖|朴成坤|张文|于佳|孙金赫|李向子|崔成浩
中国延边大学动物科学系，教育部东北寒区肉牛科技创新工程研究中心，延吉133002
摘要
传统的从牛皮胶原蛋白中鉴定抗氧化肽的方法存在特异性低和成本高的问题。本研究采用了一种综合方法，结合了肽组学、分子模拟和量子化学计算，从6006个候选肽中鉴定出了10种高活性的抗氧化肽。分子对接实验表明，这些肽与Keap1蛋白有很强的结合能力（结合能：?7.19至?12.26 kcal/mol）。量子化学计算显示这些肽具有优异的电子捐赠能力，而Fukui功能分析则确定了关键活性位点。细胞实验表明，所有10种合成肽（浓度为1 mg/mL）均显著降低了RAW264.7细胞中的H?O?诱导的ROS水平，增强了SOD/GSH-Px活性，抑制了MDA的积累，并上调了Nrf2信号通路相关基因的表达，这一点通过Western Blot分析Keap1-Nrf2轴上的关键蛋白得到了进一步验证。计算参数与细胞抗氧化效果之间存在强相关性，其中SGPOGPOGP表现出最佳的保护效果。这种三重验证策略为高效发现牛皮来源的抗氧化肽提供了一种创新方法。
引言
全球老龄化及慢性疾病的发病率不断上升，促使人们更加关注天然抗氧化剂的研究。食品来源的抗氧化肽因其强大的自由基清除能力、低毒性和优异的生物相容性而备受关注（Liang等人，2021年）。这些肽来源于玉米蛋白等物质，为缓解心血管疾病和神经退行性疾病等病症引起的氧化应激提供了有前景的膳食策略（X. Yu等人，2023年）。例如，黄鳍金枪鱼中的ACGSDGK序列通过抑制髓过氧化物酶等机制展示了其潜在作用（Cai等人，2022年）。然而，传统的发现方法（依赖于酶水解、分离和活性筛选）周期长、成本高，且无法阐明结构-活性关系或稳定性机制，严重限制了系统的探索（J. Yu等人，2016年）。
计算生物学和多组学的最新进展为抗氧化肽的研究提供了新的工具。例如，计算筛选和分子对接技术揭示了姜中的IAISPSYPIK肽的结合模式和多功能机制（Purohit等人，2025年）。量子化学计算可以进一步揭示抗氧化肽的电子级活性决定因素，确定关键活性位点（Chen等人，2025年）。尽管有这些工具，但它们在丰富且未充分利用的蛋白质资源中的主动发现应用仍然有限。牛皮是一种重要的全球副产品，年产量超过1000万吨，含有高量的胶原蛋白（Noorzai等人，2020年），将其转化为生物活性肽符合可持续发展目标（Matinong等人，2022年）。虽然牛皮胶原蛋白的酶解产物在不同分子量范围内均表现出强大的体外抗氧化活性（He等人，2024年；Xie等人，2021年），但其具体的生物活性序列及其分子机制仍大部分未知。
为填补这一空白，本研究提出了一种新的综合策略，结合了“肽组学、计算机筛选、分子模拟、量子化学和实验验证”。首先利用肽组学从牛皮水解物中鉴定肽序列，然后通过虚拟筛选、分子对接和动力学模拟等层次化的计算流程对候选肽进行优先排序。随后的量子化学分析预测它们的电子性质和关键活性位点。最后，将排名靠前的候选肽合成并通过体外抗氧化实验和稳定性研究进行验证。这种多维度的方法将研究范式从回顾性分析转变为理性的、有针对性的发现，旨在挖掘牛皮胶原蛋白作为新型抗氧化肽来源的潜力，以应用于功能性食品领域。
材料与化学品
牛皮由教育部东北寒区肉牛科技创新工程研究中心提供。胃蛋白酶（酶活性3000 U/g）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。乙腈（F22MAB201）购自Thermo Fisher Scientific Inc.（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）。二硫苏糖醇、碘乙酰胺、0.1%三氟乙酸（TFA）和洗脱缓冲液（80% ACN-20% 0.1%）也分别购自相应供应商。
肽组学分析
全面的肽组学分析揭示了牛皮胶原蛋白经过酶水解后的特征肽谱。共鉴定并表征了6006个独特的肽序列，其中绝大多数（98%）的分子量低于3 kDa（图1A）。进一步分析肽的长度分布发现，水解产物主要由3至15个氨基酸残基组成的短链肽组成（图1）。
讨论与结论
我们结合肽组学和生物信息学的综合策略成功弥合了牛皮胶原蛋白水解物已知的抗氧化能力与其具体活性成分鉴定之间的差距。虽然之前的研究（如Xie等人的研究）已经证实分子量低于3 kDa的组分具有强抗氧化活性（Ma等人，2024年），但我们的工作通过系统地表征这些活性组分中的具体肽序列，实现了重大进展。
作者贡献声明
许媛颖：撰写初稿、软件开发、方法学设计、数据整理、概念构建。
朴成坤：撰写与编辑、验证、方法学设计、数据分析、概念构建。
张文：实验设计、数据整理。
于佳：软件开发、数据分析、概念构建。
孙金赫：撰写与编辑、软件开发、概念构建。
李向子：撰写与编辑、验证。
崔成浩：撰写与编辑、验证、方法学设计。
资助
本研究得到了吉林省自然科学基金（项目编号：YDZJ202101ZYTS105）、国家自然科学基金（项目编号：32060767）、教育部东北寒区肉牛科技创新工程研究中心研究基金以及中国“111”计划（D20034）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
