天然丝胶蛋白的生物学活性

起源于我国的蚕丝业拥有几千年的悠久历史，然而对于蚕丝的应用主要是将丝素纤维用作衣料，随着社会的进步和现代科学技术的发展，对蚕丝新功能的开发利用越来越成为一种趋势。但是，即便是近年来盛行起来的对蚕丝新功能的开发利用，其对象依然集中于丝素方面，丝胶仍然作为废料而遭到遗弃。绝大部分丝胶在煮茧与缫丝副产品加工、绢纺制棉、丝绸精炼等工序中随着生产废水被排放。中国每年生产桑蚕生丝约6-8万t，就有2-3万t的丝胶蛋白质随废水流失，资源流失率约25％。因此，丝绸废水的排放不仅浪费了大量的生物资源，成为直接影响桑蚕丝绸产业生产成本的重要因素之一，而且，流人河道会造成严重的水质污染，所以对丝胶的开发利用刻不容缓。 作为天然的蛋白，丝胶的生物相容性、亲和性好已经得到公认，并具相当高的开发价值。近年来，日本有关丝胶的研究十分活跃，已有许多专利和研究暇道，并且已经有了丝胶系列的保健品和化妆品的苟业化生产，许多新产品已全面上市，而在我国对于丝胶的开发利用尚处于起步阶段。本文主要就水溶性丝胶蛋白生物学活性方面的最新研究成果和进展作简要介绍。

1 丝胶的结构 丝胶是由氨基酸组成的一种天然高分子蛋白，分子量从几万到30多万不等。覆于丝素外围，约占丝蛋白总量的20-30％，对丝素起到保护和胶粘作田，除含少量蜡质、碳水化合物、色素和无机成分外，主要成分为丝胶蛋白(通常称为丝胶)。 丝胶的相对分子量为1.4-31.4万，由18种氨基酸组成。组成丝胶的多数氨基酸含有羟基、羧基、氨基等具有较强极性的侧基，总量占整体的三分之二，其中丝氨酸(ser)、天门冬氨酸(asp)和甘氨酸(gly)含量较高，相对质量分别达到33.43％、16.7％和13.49％，所以，丝胶蛋白是一种水溶性球状蛋白。 在组成丝胶的18种氨基酸中有8种是人体必需氨基酸，还有高含量的甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸和酪氨酸。因此，不同分子量的丝胶肽及其水解物具有多种已知的和未知的生物学活性功能。

2 丝胶的生物学活性

2.1 吸、放湿性 包括丝胶在内的许多天然蛋白或有机高聚物与其它高分子材料混合可制成亲水性、吸湿与放湿性能大为改善的材料，在药物、医用生物材料等方面具有较为广泛的应用价值。 akiyama d等(1993)以硫酸钾为引发剂，将20-50％丝胶与丙稀酸混合合成高聚物，吸水率高达104，把丝胶与丙稀酸和丙稀酰胺一起混合，吸水率可高达180，如果使用分子量≥60kda的丝胶，制成的高聚物吸水率更高。野村正和等(1995)将丝胶粉末掺人到聚氨酯中又制成一种吸放、湿性优异的泡沫材料。 由丝胶或丝素与聚乙烯醇(pvg)混合制成的水凝胶具有优异的吸、放湿性和弹性(wangs等，1998；佐藤忽三等，2000)。15gpva在高压锅中很快就溶于70ml水中，冷却后加入15 g丝胶粉混合、搅拌溶解，浇铸在容器内，在辐射加速器中经40kgy处理就获得水凝胶，可用作种子的培养床、吸湿土壤、医用材料和创面覆盖材料等。丝胶与pva还可通过化学交联制成的高分子水凝胶，具有强度高、持水量大、耐水耐用等优点，可望在功能性生物膜材料方面得到进一步开发与利用(中村一夫等，2001)。

2.2 抑制酪氨酸酶的活性 据研究表明，丝胶还具有抑制酪氨酸酶活性和抗氧化作用(yamada h等；野村正和等，1995)。人体皮肤的美白与皮基层中能产生黑色素的黑素细胞有关，黑素细胞内含有酪氨酸酶，首先将皮肤中的酪氨酸氧化为多巴，再将其氧化为多巴醌，然后进一步氧化为5，6-二羟基吲哚和吲哚5，6-醌，最后聚合成黑色素，紫外线能促进这一氧化反应，这就是在夏天皮肤常暴露于日光中容易变黑的缘故。山田英幸证实≥0.5％丝胶肽或水解物能抑制酪氨酸酶的活性，即使煮沸处理，其活性也持续不变。同时证实这种丝胶或其水解物还具有抗氧化作用，其抗氧化能力可与vc相媲美，能抵御紫外线、日光、微波、化学物质、大气污染物对肌肤的侵蚀，丝胶能很好地抑制活性氧的发生，防止皮肤起皱老化。所以，当使用含有丝胶的化妆品后，能抑制黑色素的生成，对预防日晒后的皮肤变黑具有显著效果，能保持肌肤白净，具有美白作用。在这一方面，日本人已开发出丝胶作为添加剂的化妆品，并已成功地推向市场。

2.3 抗冻保护剂 最近又发现丝胶对细胞和蛋白质有冻结保护作用(kazuhisa t等，2001)。丝胶中富含丝氨酸的由38个氨基酸组成的丝胶肽，利用这段在丝胶中高度保守和重复序列，用化学方法合成这段基因，通过基因扩增和融合技术等在大肠杆菌中大量表达。对表达丝胶基因的大肠杆菌细胞进行-20℃保存3天的冻结忍耐试验，发现重组体的细胞比对照组存活率要高出2倍多。用蚕丝脱胶获得的水溶性丝胶进行大肠杆菌细胞的冻结试验也表明，丝胶的抗冻保护作用与已知的抗冻保护剂牛血清清蛋白(bsa)相当。另外，通过乳酸脱氢酶在液氮中60秒到5分钟冻融试验表明，在含表达丝胶肽和水溶性丝胶二组中乳酸脱氢酶残存活性都要比bsa高。这些结果证实表达丝胶肽像天然丝胶一样具用很高的抗冻活性，作为新功能生物材料将具有重要的应用价值。

2.4 抗肿瘤作用 最新研究发现丝胶及其水解物对大肠癌有明显的抑制作用(sasakim等，2000)。出生5周的icr雄鼠用含1.5％或3％丝胶饲料连续饲养5个星期，在起初的3个星期每星期注射一次1，2-二甲肼以诱发结肠癌。结果表明食用这种饲料的雄鼠其结肠畸形囊发育受到抑制，而食用含3％丝胶饲料达115天并在起初10周每星期注射一次二甲肼的雄鼠，其结肠癌的发生率和数量均受到抑制。最近又发现丝胶及其水解物能抑制鼠皮肤癌的发生(只，午>;，等，2001)。用模型实验鼠经皮肤癌诱发剂涂布1周后，就用丝胶涂布。饲养16周以后，可观察到未涂丝胶液的对照鼠已出现较严重的皮肤癌病症，发生许多溃疡；用2.5mg丝胶涂布的实验鼠有轻度的皮肤癌病症，有一处出现溃疡；而用5.omg丝胶涂布的实验鼠未观察到任何皮肤癌发生症状。这些结果表明丝胶及其水解物能够有效地抑制皮肤癌发生。所以，丝胶及其水解物作为一种结肠癌的预防剂和皮肤癌药剂具有潜在的利用价值。

2.5 抗衰老，促进脑神经发育 脑脊髓星型细胞分泌的非必需氨基酸-丝氨酸是脑神经元生存和生长所必需的(mitomaj等，1998)，神经胶质细胞通过营养因子的供给促使中央神经元细胞的生存和发育。而甘氨酸和l丝氨酸一样也是有神经胶质细胞产生的营养因子，能促进小脑培养神经元生存、树突发生以及电生理发育(fumyas等，2000)。丝胶蛋白中l丝氨酸占33％，而甘氨酸含量为16％，相加的总量约占总量的一半。因此，多摄取丝胶及其水解产物有利于提高人的记忆力、防止脑老化、预防痴呆症等。所以，丝胶及其水解物作为饮食用水或做饭用水的添加剂已出现(山田英幸等，2000)，这种饮食用水可用作食物蒸煮、炊饭、沏茶、化妆品、饮料加工等的水源。它能抑制自体氧化，在食品中添加后不仅起杀菌、防腐等作用，而且还能使食品品质稳定、美味、长期保存。长期饮用或食用加有丝胶的水制成的食品、茶、饮料等能维持健康、抑制病菌、延迟衰老、美容养颜。

2.6 抗凝血，抗爱滋病药物 将丝胶或丝素进行硫酸化处理可制成另一种抗凝药剂(玉田靖，1997)。在丝胶或丝素溶液中加入浓硫酸，其加入量为丝胶或丝素蛋白的量0.5-500倍，在20-100℃温度下搅拌硫酸化处理数十分钟到几小时，获得硫酸化丝胶或丝素产物，经过滤、洗净后溶于水，再透析、冷冻干燥，最后获得水溶性的硫酸化丝胶或丝素粉末，经抗血液凝固活性试验，发现它象肝素一样，具有抗血液凝固活性，而未经硫酸化的丝胶或丝素就没有这种抗凝活性。所以，硫酸化丝胶或丝素可替代肝素，具有低价、生产效率高和安全性高的特点，有广泛的医疗用途如尿毒症病人人工透析或体外循环时血液中的抗凝剂，病人检查或治疗时与血液接触的医疗用材料表面的抗凝处理等。前不久，研究人员又将这种硫酸化丝蛋白抗凝剂进行抗艾滋病病毒活性评估试验，发现它能阻止病毒与免疫细胞表面蛋白质相结合。据说，这种新抗凝物质将用于制造牙膏和刮脸膏等，以防止艾滋病传染。

3 未来展望由于丝胶蛋白的结构比较复杂，且理化性质受环境条件的影响较大，因此对丝胶蛋白的结构、性能的认识还不够深入，对丝胶蛋白的开发和利用也尚处于起步阶段。尽管如此，丝胶蛋白在化妆品、食品、医药和生物材料等方面已显示出良好的开发潜能。相信随着现代科学技术的飞速发展，研究手段将得到不断改进，对于丝胶蛋白功能的研究也必将更广泛、更深入，关于丝胶越来越多的功能将会被开发利用。随着人们对丝胶蛋白结构、性能认识的逐步深入、以丝胶蛋白为主体的新型材料的研究和开发，对丝胶蛋白发挥功能的机理的阐明，丝胶蛋白回收技术的进一步改进，以及人们环保意识和保健意识的进一步增强，相信对丝胶蛋白开发和利用的前景会越来越广阔。