馬鈴薯蛋白酶抑制劑可作為抗癌潛力的功能性食品材料
1、Introduction
眾所周知，癌癥的發生與人體的過度氧化反應密切相關。許多具有抗氧化活性的生物活性物質也具有一定的抗癌能力。特別是植物源活性物質因其較小的副作用而受到高度重視，用以預防各種疾病。
蛋白酶抑制劑（PIs）廣泛存在于塊莖和植物種子中，可以抑制病原體的生長，促進傷口愈合。此外，PIs還可以作為貯藏蛋白質，是種萌發重要來源。長期以來，由于多數研究均是以短時間內食用含有大量PIs飼料的小動物為研究對象，從而使PPIs在營養學角度上被認為是一種抗營養因子，而這種飲食模式在與人們日常飲食幾乎是不相符的。因此，應該正確看待PIs對人類健康的影響。
馬鈴薯蛋白酶抑制劑（PPI）是馬鈴薯分離蛋白的主要成分，占總蛋白的50%，根據蛋白質結構可分為絲氨酸蛋白酶抑制劑、半胱氨酸蛋白酶抑制劑、天冬氨酸蛋白酶抑制劑和羧肽酶抑制劑。PPIs中必須氨基酸含量高，如絲氨酸、亮氨酸和谷氨酸，具有功能性的氨基酸如異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸含量也較高。研究報道PPIs可以調節體內蛋白水解活性，抑制腫瘤生長，保護肝臟，維持健康的免疫系統等，對維持正常的生命活動具有重要意義。為了在功能性食品和生物醫學領域得到更廣泛的應用，有必要證明無毒前提下PPIs在細胞水平上可以具有令人滿意的抗氧化和抗腫瘤活性。
近期，沈陽農業大學食品學院研究團隊在前序研究的基礎上以PPIs為研究對象，分析其在細胞水平上是否具有抗氧化和抗腫瘤活性。結果表明PPs可以顯著降低H2O2誘導的人肝細胞癌（HepG2）細胞和人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）的氧化損傷，抑制細胞形態變化，保持細胞完整性。此外，PPIs對GIST882細胞生長、遷移和侵襲均具有很好的效抑制作用。這些發現可以為PPIs作為功能性食品材料提供科學依據。
2、Results and Discussion
2.1 PPIs抗氧化能力評價
在本研究中，作者首先利用PSC和CAA方法評估PPI的抗氧化活性。通過PSC評估PPIs的體外總抗氧化活性，隨著PPIs濃度的增加，PPIs的PSC值從（233±86）mg VCE/100 g提高到（2119±204）mg VCE/100 g。在此基礎上，通過CAA評估PPs對細胞整體以及在細胞內抗氧化作用。結果表明，未經PBS洗滌的PPIs的CAA值（8.74±2.1～45.83±3.5μmol QE/100 g）高于經PBS洗滌PPIs的CAA值（3.3±5.3~33.25±4.4 μmol QE/100 g）。這是因為未經PBS洗滌的CAA值代表PPI在細胞膜和細胞內的抗氧化活性，經PBS洗滌的CAA值僅代表PPIs在細胞中抗氧化劑的活性。
2.2 對細胞樣化損傷的保護作用
正常生長的HepG2細胞呈梭形，HUVEC細胞呈多邊形。兩種細胞均大小均勻，邊緣清晰光滑。經H2O2處理后，可以觀察到HepG2細胞和HUVEC細胞收縮，形態不規則，出現細胞碎片。經PPIs預處理后損傷細胞數量明顯減少，黏附程度增加，細胞形態更加豐滿，細胞邊緣更加清晰光滑。
為了評估 PPIs對HepG2和HUVEC細胞氧化損傷的影響，分別研究了細胞的LDH釋放率、MDA、SOD 和NO水平的變化。H2O2處理后的HepG2 和 HUVEC 細胞的MDA水平和 LDH釋放率著增加。PPIs預處理后HepG2 和 HUVEC 細胞的MDA水平和LDH釋放率明顯降低。此外，H2O2 處理后的HepG2 和 HUVEC 細胞中SOD活性和NO水平顯著降低，PPI預處理后可以顯著阻止下降趨勢。
2.3 PPIs的抗腫瘤活性
以四種腫瘤細胞（A549、MKN45、K568和GIST882）為研究對象，探索PPIs的抗腫瘤活性。PPI對GIST882細胞株的抑制活性最高，IC50值為（10.53±3.87）mg/mL，對MKN45和K568細胞株有顯著抑制作用，IC50值為（186.60±5.37）和（178.21± 3.13) mg/mL，但對 A549 細胞系未發現明顯影響。
隨著PPIs濃度的增加，處于S期的GIST882細胞在百分比從33.88%增加到51.87%；處于G2/M期的GIST882細胞百分比從 12.46%增加到25.12%；處于G0/G1期的GIST882細胞百分比從53.66%下降到26.9%。PPIs可以在S期和G2/M期阻滯細胞周期，影響GIST882細胞的正常分裂，抑制其生長。
正常生長細胞呈綠色，結構清晰，細胞膜完整；晚期凋亡細胞呈現橘色。經PPIs處理后的GIST細胞鐵壁能力變差，形態發生變化，伴有明顯的膜起泡和核收縮。同時，隨著PPIs濃度的增加，GIST882細胞數量減少，凋亡形態變得更加清晰。細胞凋亡的膜聯蛋白 V-Alexa Fluor 488/PI 染色分析結果表明，隨著 PPIs 濃度的增加，Q2 和 Q4 的百分比逐漸增加。隨者PPIs濃度的增加，處于Q2和Q4的GIST882細胞總凋亡百分比分別為18.6%、30.9% 和 57.6%。
GIST882細胞48 h傷口愈合試驗的結果，PPIs降低了GIST882細胞的遷移率，說明PPIs可以有效抑制癌細胞轉移，防止癌癥惡化。
3、Conclusion
在本研究中，作者發現 PPIs具有良好抗氧化和抗癌活性。PPIs對由H2O2誘導HepG2和HUVEC細胞的損傷具有保護作用，且無毒性。此外，PPIs還可以抑制GIST882腫瘤細胞的生長，將其阻斷在S期和G2/M期并抑制其遷移能力。
