多肽組學技術在工業(yè)領域的應用
多肽組學（Piptidomics）這個術語產生于1996年，是對分子量小于10000的蛋白質（多肽）的全面分析，可以說是蛋白質組學的一部分。多肽組學是以機體內源性多肽和低分子量蛋白質為研究對象，研究多肽組的結構、功能、變化規(guī)律及其相關關系。多肽組學和蛋白質組學都是基因組學的補充，多肽可以體現(xiàn)不同生理病理條件下蛋白的合成、加工和降解過程，同時對基因的表達、物質代謝等過程又有調節(jié)作用，因此多肽組學被認為是連接蛋白組學和代謝組學的"橋梁"。
在不斷尋找能夠改善和維持健康狀態(tài)并防止慢性變性疾病發(fā)作的健康化合物的過程中，生物活性肽代表了這一類相關的分子。多肽可以作為天然成分存在于食物中，也可以通過母體蛋白質的化學或酶水解產生。多肽參與人體的許多生理功能，如胃腸、心血管、免疫、內分泌和神經系統(tǒng)。
許多研究證明，各種動物和植物基質含有生物活性肽，它們的日常食用與降低患慢性疾病的風險有關。特別是，牛奶和乳制品被認為是多肽的最重要來源，能夠調節(jié)生理和代謝功能，從而對人類健康產生有益影響。與蛋白質相比，多肽代表了更高生物利用度的(必需)氨基酸形式，并且可以發(fā)揮多種促進健康的作用，包括礦物質轉運、免疫調節(jié)、抗高血壓、抗菌和抗氧化活性。
乳酸菌的蛋白水解活性概述，在食品發(fā)酵過程中將肉類、乳制品和植物來源的蛋白轉換為生物活性肽：
Current Opinion in Food Science 2021 06;（51-59）
多肽是生物體內天然存在的生物活性物質，迄今在生物體內發(fā)現(xiàn)的已有上萬種，作為激素、神經遞質、細胞生長因子等信號分子參與體內眾多生理功能。作為藥物也已超過70年，多肽藥物包含用于疾病預防、診斷和治療的多肽或其修飾物，越來越多的多肽藥物被開發(fā)并應用于臨床，已廣泛應用于腫瘤、肝炎、糖尿病等疾病的預防、診斷和治療。
多肽藥物主要來源于內源性多肽或其他外源性多肽。內源性多肽是人體固有的內生性多肽，包括腦啡肽、胸腺肽、胰臟多肽等。外源性多肽包括蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素和蒼蠅分泌的殺菌肽等。隨著現(xiàn)代生物科技的發(fā)展，已經可以通過計算機技術進行分子設計與篩選、最后人工合成某些活性多肽。
多肽藥物發(fā)現(xiàn)策略，可以識別大量多肽序列，通過合成或是重組技術獲得，并能夠針對治療靶點進行篩選：
Nat Rev Drug Discov 2021 04;20(4)
多肽組學技術流程
多肽組學技術優(yōu)勢
- 高效：提高提取樣本內源性多肽效率;
- 高通量：同時對多個樣本的內源性多肽進行研究；
- 高特異性：非抗體依賴，不存在抗體的交叉反應；
- 定性定量：實現(xiàn)內源性多肽的定性，定量分析;
- 破壞度小：保證提取多肽的天然性；
- 高靈敏度：利用高靈敏度、高分辨率質譜平臺進行檢測。
案例賞析
1.乳制品研究方向
ref="https://link.biomart.cn/?target=https%3A%2F%2Fbook.yunzhan365.com%2Fjtuc%2Ffvlg%2Fmobile%2Findex.html">發(fā)表期刊：Food Research International
ref="https://link.biomart.cn/?target=https%3A%2F%2Fbook.yunzhan365.com%2Fjtuc%2Ffvlg%2Fmobile%2Findex.html">影響因子：IF=4.972
研究背景：
世界牛奶產量在過去幾十年翻了一番，水牛在過去幾年中提供了世界牛奶總產量的約13%(國際乳制品聯(lián)合會，2014年)，年增長率約為3%。與牛奶相比，水牛奶的總固體、脂肪(7-8%)和蛋白質(4.2-4.5%)含量更高(平均脂肪和蛋白質含量分別為3.9%和3.2%)。水牛奶也比牛奶含有更少的膽固醇、更多的生育酚和維生素A。目前許多研究集中在從單一水牛蛋白質中釋放的多肽上，從未對水牛奶商業(yè)乳制品進行過全面研究。本文作者進行水牛奶乳制品的多肽組學研究。對六種水牛乳制品（Grana, Ice Cream, Mozzarella, Ricotta, Scamorza ,Yoghurt）進行了體外模擬胃腸消化。分離的多肽消化物通過高分辨率質譜進行表征并進行特異性的生物活性評估。此研究可以推動制藥部門發(fā)現(xiàn)新的活性化合物，并推動乳制品行業(yè)利用水牛奶作為功能性基質來實現(xiàn)增強健康的產品。
研究結果：
多肽的分子量統(tǒng)計
六種牛奶制品胃腸消化后多肽的生物活性
2.生物醫(yī)藥方向
Exploiting the human peptidome for novel antimicrobial and anticancer agents
抗微生物和抗癌多肽的開發(fā)
發(fā)表期刊：Bioorganic & Medicinal Chemistry
影響因子：IF=3.073
研究背景：
傳染病和癌癥是引起死亡的主要原因，對公共衛(wèi)生構成重大挑戰(zhàn)。固有的免疫防御機制保護我們免受病原體入侵和惡性腫瘤的發(fā)展。抗微生物藥物的耐藥性正在增加，目前大多數(shù)癌癥治療是針對所有增殖細胞，并伴有嚴重的副作用。因此，非常需要開發(fā)針對傳染病和腫瘤發(fā)展的治療方案。人體內含有抗微生物肽(AMPs)，代表抵御入侵微生物的第一道防線。其他內源性肽和小蛋白質，如防御素、細胞因子和趨化因子，協(xié)調先天免疫和適應性免疫，并調節(jié)腫瘤細胞的增殖和擴散。內源性多肽在天然抗微生物免疫和調節(jié)癌細胞存活、增殖和遷移中起關鍵作用。因此，它們對于許多生理和病理過程是重要的，對于藥物開發(fā)具有廣闊的前景。系統(tǒng)地開發(fā)多肽以獲得新的抗菌、抗病毒和抗癌肽，將有助于發(fā)現(xiàn)新的活性和功能，并提高我們對抗病毒和細菌入侵的第一道先天性免疫機制的理解。這些多肽為抗癌和抗微生物治療帶來了巨大的希望，越來越多的肽化合物正在進入臨床試驗。迄今為止，已有60多種美國食品和藥物管理局批準的肽上市，預計這一數(shù)字將在此后大幅增長，目前有140種候選肽藥物正在臨床試驗中。針對AMPs和ACPs的人類肽體的系統(tǒng)和全面分析應該會進一步推動新型多肽療法的發(fā)展。
從體液或組織勻漿樣本中獲得多肽：
3.疾病標志物研究方向
傷口的多肽生物標志物和抗微生物肽研究
發(fā)表期刊：Frontiers in Immunology
影響因子：IF=5.085
研究背景：
感染和愈合緩慢的傷口會增加醫(yī)療保健行業(yè)的成本。改進診斷工具，實現(xiàn)感染的早期預防，將為患者個人和社會帶來巨大利益。作者開發(fā)了一種多肽組學方法，用于表征創(chuàng)傷液中的內源性多肽。這項工作定義了一個人體傷口液的多肽工作流程，對多肽的定性分析表明個體患者樣本之間具有明顯的差異，這種數(shù)據(jù)集可以作為傷口愈合期間評估感染和炎癥的潛在生物標志物。作者專注于建立算法來尋找潛在的生物標志物，這些生物標志物可用于未來的臨床研究。在本研究中，作者應用生物信息學方法來研究質譜生成的關于急性傷口液體、非感染傷口和感染金黃色葡萄球菌的傷口的多肽數(shù)據(jù)并利用Python的算法建立和驗證研究多肽的工作流程，為關于創(chuàng)傷環(huán)境的研究提供了新的視野。
技術路線：
研究結果：
組內和組間多肽差異以及蛋白質底物分布的差異
感染樣本中抗菌活性增加
