综述:食品来源的生物活性肽与类器官的结合:模型构建、应用、挑战与展望

时间:2026年5月22日
来源:TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY

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陈浩文|王书光|吴建平|陈静|蔡书龙|徐荣|徐聚才|郑琳|赵茂明广东省化学与化学工程实验室潮州分部,中国潮州521000摘要背景食品来源的生物活性肽(FBPs)因其多样的功能益处而受到越来越多的关注。然而,目前主流的评估方法,如体外生化实验、二维细胞培养和动物模型,本质上缺乏模拟

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陈浩文|王书光|吴建平|陈静|蔡书龙|徐荣|徐聚才|郑琳|赵茂明
广东省化学与化学工程实验室潮州分部,中国潮州521000

摘要

背景

食品来源的生物活性肽(FBPs)因其多样的功能益处而受到越来越多的关注。然而,目前主流的评估方法,如体外生化实验、二维细胞培养和动物模型,本质上缺乏模拟体内复杂环境所需的生理复杂性和与人类的相关性,从而在理解FBPs的真实作用机制和预测其有效性方面存在瓶颈。

范围和方法

为了解决这一差距,本文概述了FBPs的来源、关键活性和分子机制。随后介绍了当前的类器官技术构建方案和主要类型,并特别强调了它们的独特优势。此外,还深入探讨了类器官模型在FBPs研究中的应用潜力及相关挑战。

主要发现和结论

鉴于FBPs在抗炎、抗氧化和骨形成等各种生理活动中发挥的重要调节作用,以及针对肠道、大脑、骨骼等器官的类器官研究的持续进展,类器官模型被认为对于深入理解FBPs的消化、吸收和生物可利用性至关重要。然而,该领域仍面临许多挑战,包括技术标准化不足、缺乏完整的血管和免疫系统以及高生产成本。因此,将类器官技术与器官芯片平台结合以实现多器官相互作用、引入多谱系共培养以增强生物学复杂性,以及利用人工智能和多组学分析进行数据整合,被认为是推动类器官技术在FBPs研究中产业转化的关键方向。

引言

食品来源的生物活性肽(FBPs)已成为功能性食品和营养保健品领域的一个重要研究前沿。这些肽的特点是结构多样性、序列依赖性和靶点特异性(Zhang, Zheng, & Liu, 2024)。通常,这些生物活性片段隐藏在完整的母体蛋白质分子中,需要特定的处理才能释放出能够与靶点受体相互作用的“隐秘生物活性序列”。通过受体结合、转录因子表达调节和信号级联介导等机制,FBPs深刻影响细胞、组织和系统层面的关键生理过程,包括免疫调节、抗氧化防御、神经保护和代谢稳态维持(Lorenzo et al., 2018; Guo et al., 2025)。
传统上,评估FBPs的生物活性依赖于常规的二维细胞培养和体内动物模型。尽管这些经典方法在过去的研究中发挥了重要作用,但它们的固有局限性日益明显。虽然体外生化测定和二维细胞培养操作简便,但其高度简化的环境无法真实模拟肽在人体内的复杂代谢过程及其与靶器官的相互作用。相反,虽然动物模型可以观察系统层面的整体效应,但由于物种间在代谢、免疫和生理方面的差异,其结果往往无法直接应用于人类。近年来,类器官技术的快速发展为FBPs研究开辟了新的机会。类器官是具有特定器官关键结构和功能的微型器官类似物,通过体外三维培养、干细胞或前体细胞的自我组织和分化生成(Liang et al., 2025)。与传统细胞系相比,类器官在细胞类型多样性、空间结构和生理功能方面与其来源器官具有高度一致性(Wu et al., 2024a)。此外,与动物模型相比,类器官更加微型化且便于操作,成本更低,适合批量实验,并能促进三维细胞层面的深入研究。因此,这项技术能够在更接近人体的微环境中研究FBPs的生物活性和分子机制。
本文旨在将FBPs研究与类器官技术相结合。在这项工作中,系统地回顾了FBPs的来源、生物活性及其潜在机制,并批判性地分析了现有评估方法(生化实验、二维细胞培养和动物模型)的局限性。详细介绍了类器官的构建方案和主要类型,强调了它们在高度再现人体器官结构和功能方面的独特优势。随后,还阐明了类器官模型在FBPs研究中的巨大潜力,特别是在模拟消化和吸收、评估靶器官功能、阐明代谢途径和安全性方面。预计将类器官技术整合到FBPs研究中不仅能够克服传统方法的固有缺陷,还能为肽筛选、机制阐明和安全性评估开辟新的途径。

章节片段

来源

FBPs可以从多种来源获得。截至2025年11月11日,文献中报道了大约数万种FBPs;图1展示了主要来源中相关肽的发表数量及其对应的类别。

FBPs的评估方法

从降压饮料到抗疲劳营养补充剂,FBP产品在市场上迅速受到关注。然而,一种潜在的生物活性肽从实验室成功推向市场的前提是通过严格的科学实验验证其生物有效性和安全性。表1总结了不同生物活性评估系统的特点。最终,选择肽活性评估方法取决于...

类器官技术的构建和分类

根据PepOSX-Intelligent数据库(www.peposx.com,广州智泰生物科技有限公司提供的数据,从超过78,000种肽的库中识别出了一个全面的活性谱(图3)。抗菌肽最为丰富(7.74%),其次是降压肽(2.64%)和抗肿瘤肽(0.57%)等。这种巨大的多样性给研究数百种肽的活性和生理机制带来了严峻挑战...

类器官技术在FBPs研究中的潜在应用

表S2总结了在类器官系统中应用功能性成分的研究,包括特定的基于肽的药物和含肽成分。预计将FBPs与类器官技术相结合将促进营养科学从体外功能验证向阐明与人类相关的机制的转变。因此,这种方法为研究FBPs的吸收、分布、代谢等提供了新的实验框架...

当前挑战

类器官技术为FBPs研究开辟了前所未有的途径,自21世纪初以来相关出版物数量迅速增加(图7)。尽管取得了显著进展,但该领域仍面临许多挑战,必须在成为常规应用工具之前解决这些问题。

结论

本文指出了理解FBPs真实机制和预测其有效性的关键瓶颈,这源于传统体外和体内评估方法在忠实模拟复杂人体生理环境方面的固有局限性。全面讨论了FBPs的来源、主要生物活性及其潜在的分子机制,特别关注了抗炎、抗氧化等生理效应...

未引用的参考文献

Davoudi et al., 2021; Tian et al., 2021; Vargas-Valderrama et al., 2020; Xiang et al., 2023.

CRediT作者声明

陈浩文:撰写 - 原始草稿、概念构思、方法学、审稿与编辑。
王书光:资金获取、撰写 - 原始草稿、审稿与编辑。
吴建平:软件支持、审稿与编辑。
陈静:数据管理、正式分析。
蔡书龙:软件支持。
徐荣:可视化、审稿与编辑。
徐聚才:资金获取、审稿与编辑、验证。
郑琳:验证、监督。
赵茂明:资金获取...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了汉江实验室研究团队的科学研究启动基金项目(HJL202511B001)、国家自然科学基金(32402276)、云南省科技人才与平台计划(202405AF140067)、江门市关键研发项目:“公开招标选拔最佳候选人”(编号2023780200060009632)、广州市研发计划关键项目(2025B03J0093)以及青年...

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