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aquatic biopeptides作为双功能食品原料，通过激活T1R1/T1R3受体同时调控感官味觉与代谢通路。研究揭示低分子量（<1kDa）、高疏水性及特定端基残基是其关键结构特征，AI驱动的预测模型显著提升感官与代谢功能肽的发现效率，但需实验验证因果关联。未来需建立计算设计-实验验证的闭环体系，推动海洋副产物高值化利用。
郝楠孙|陶宇|张宇辰|王宝松|张远|邱伟强|赵国平|王彦波
北京工商大学食品与健康学院，北京，100048，中国
摘要
背景
水生生物肽作为一种具有双重功能的物质，能够将感官感知与代谢调节相结合。虽然富含蛋白质的副产品为这些成分提供了可持续的来源，但由于水解产物的结构复杂性以及传统经验筛选方法效率低下，这些成分的潜力尚未得到充分挖掘。
范围与方法
本文系统地探讨了生物化学与人工智能（AI）在解析“风味-代谢轴”方面的结合。我们分析了关键的结构决定因素——特别是低分子量（<1 kDa）、高疏水性和独特的末端残基——如何调控T1R1/T1R3受体的激活以及参与葡萄糖和脂质稳态的下游通路。重要的是，我们评估了从基于生物学的分离方法向AI驱动的预测建模的范式转变。
主要发现与结论
深度学习架构彻底改变了肽的发现方式，其预测准确率已超过90%。然而，必须明确一个关键区别：目标预测是通过真实标签进行验证的，而特征评估则是在没有参考标准的情况下推断因果关系的。尽管当前模型在预测方面表现出色，但其可解释性往往基于可能是虚假的统计相关性。因此，必须通过剂量-反应实验或定点突变来验证计算出的特征重要性，以区分真正的因果驱动因素。此外，尽管AI加速了实验室发现过程，但工业应用在下游处理过程中仍面临物理瓶颈，需要数字控制解决方案。未来的进展将依赖于建立一个将计算机模拟设计与实验室验证相结合的闭环范式，将水生副产品转化为标准化的营养成分。
引言
水生生物肽作为一种新兴的功能性食品成分，在食品科学、营养学和生物技术领域受到了广泛关注。在本综述中，根据三个不同的标准对“水生生物肽”进行了系统定义和分类：生物来源、结构特征和功能属性。首先，从生物来源来看，这些肽来源于水生脊椎动物（如鱼肌肉和副产品）、无脊椎动物（如甲壳类、软体动物和海绵）以及水生植物（如大型藻类）。与陆地来源的肽不同，由于进化适应，水生来源的肽通常具有独特的环状结构或高比例的疏水残基。其次，在结构特征方面，本文主要关注低分子量寡肽（<3 kDa，尤其是<1 kDa），因为这一范围对于跨膜吸收和受体介导的风味感知至关重要。第三，根据功能类别，它们被分为“感官肽”——与味觉受体（T1R1/T1R3）相互作用以产生风味——和“生理肽”——调节代谢通路。重要的是，我们强调了这两类肽的交叉点，即“双重功能肽”，它们同时具备感官愉悦性和代谢活性。随着全球水产养殖业的扩展，对未充分利用的副产品（如内脏和鱼骨架）的利用（约占生物量的60%）不仅解决了关键的环境问题，还回收了高价值的蛋白质资源（Ramakrishnan等人，2023年）。从这些未充分利用的副产品中提取生物活性肽为减少废物和污染以及最大化资源利用提供了可持续的解决方案。从控制酶水解到膜分离和先进色谱分离等肽生产技术的最新进展显著提高了水生生物肽制备的效率、精度和结构分辨率。这些方法上的进步拓宽了可获得的肽库，并为功能表征奠定了坚实的基础（见图1、图2、图3、图4）。
随着研究的深入，水生生物肽的感官特性已成为一个重要但尚未充分探索的研究领域。它们的独特风味特性越来越被认识到是与分布在口腔和口腔外组织的味觉受体相互作用的生物信号，揭示了超越单纯愉悦性的感官-代谢联系。同时，这些肽展现出广泛的生理功能，包括抗氧化、抗高血压、抗糖尿病、抗菌、抗炎和免疫调节作用，这使它们在食品、制药和营养保健品应用中具有重要意义。例如，在大西洋鳕鱼、泥蟹和牡蛎中发现的抗菌肽（AMPs），以及能够调节脂质代谢和减轻胆固醇积累的胶原蛋白衍生肽。此外，最近的研究还从多种海洋来源（包括海绵、被囊动物和软体动物）中分离出了具有强抗癌特性的生物活性肽（Kang等人，2018年）。
在精准健康时代，一个核心假设正在重新定义我们对水生生物肽的理解：风味感知作为系统代谢调节的预测信号。该假设认为，水生生物肽作为双重靶向信号分子，跨越了感官与代谢之间的界限。通过激活位于口腔、胃肠道和周围组织的G蛋白偶联受体（GPCRs），尤其是鲜味/氨基酸受体，这些肽引发了协调的生理反应。“风味-代谢轴”表明，控制鲜味感知的具体结构决定因素与葡萄糖稳态、脂质代谢和免疫反应的调节密切相关。因此，水生生物肽的研究已成为一个跨学科领域，融合了感官科学、受体生物学和代谢健康。基于当前在生物化学表征、感官科学和AI驱动的肽发现方面的进展，本文综合了水生生物肽的结构决定因素、风味特性和多方面的健康作用，特别强调了它们通过受体介导的机制。通过整合分子风味感知与代谢调节的见解，本研究旨在阐明水生生物肽的功能意义，并突出其在支持精准营养和健康导向的食品创新方面的潜力。
氨基酸组成
疏水性氨基酸（如Pro、Leu、Ala、Val、Ile）在水生生物肽中较为常见，并且与抗氧化能力呈正相关。它们的疏水侧链有助于与脂质过氧自由基相互作用，从而中和活性氧（ROS）。实验证明，这些残基通过清除过氧自由基和减轻氧化损伤对肌红蛋白提供了显著的保护（Matsui等人，2018年）。此外，分析显示……
计算风味预测：从QSAR到深度学习
水生鲜味肽的计算建模已经从经典的定量结构-活性关系（QSAR）分析发展到能够捕捉分子描述符与感知风味之间非线性关系的深度学习架构。早期的QSAR模型依赖于水生生物肽的疏水性、电荷和极性等参数，但数据集规模有限和线性假设限制了预测范围（Wang, Cui等人，2022年）。
风味感知与葡萄糖代谢调节
水生来源的生物肽在感官-代谢界面发挥双重作用，通过激活味觉组织和口腔外组织的味觉受体。它们的鲜味活性序列主要由Glu和Asp组成，刺激异二聚体T1R1/T1R3受体和代谢型谷氨酸受体（mGluR4），从而将风味感知与营养利用联系起来（Yin等人，2017年）。与单钠谷氨酸不同，后者可能会使味觉受体脱敏并干扰饱腹感信号传导，而水生生物肽……
个性化营养与风味定制
人工智能正在改变营养和感官体验的定制方式，以适应个体的生物学特性和口味偏好。深度生成模型和大型语言模型现在可以在计算机模拟环境中设计出同时满足享乐性和生理目标的肽序列。TastePepAI框架结合了潜在自适应变分自编码器和毒性预测模块（SpepToxPred），根据指定的风味和安全标准生成肽。
结论与未来展望
目前的科学证据巩固了水生生物肽从单纯的营养副产品向双重功能信号分子的转变。现已确定，它们的感官和生理效果由一组共同的结构决定因素控制——即低分子量（<1 kDa）、高疏水性和独特的末端残基——这些因素促进了它们与T1R1/T1R3受体复合物的相互作用。“风味-代谢轴”代表了……
作者贡献
S.-H.N.：研究及初稿撰写。Y.-T.：研究、编辑和修订。Z.-Y.C.：研究。W.-B.S.：验证。Y.-Z.：编辑。Q.-W.Q.：可视化。Z.-G.P.：资源、方法论和指导。W.-Y.B.：资源、方法论和指导。
资助
本研究得到了北京工商大学青年学者研究基金（RFYS2025）和北京工商大学食品风味与健康交叉创新开放项目（FFHCI-2025066）的支持。
