宰后成熟過程中活性氧介導(dǎo)的氧化應(yīng)激對肉品質(zhì)的影響

岳建偉，師希雄，孫金龍，余群力，朱琪

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)

宰后肉成熟過程中活性氧(reactive oxygen species，ROS)介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可能對肉品質(zhì)具有重要作用。肌肉經(jīng)過成熟，其嫩度、色澤、風(fēng)味都得到改善，食用價值得到提升。目前的研究表明， ROS在肌肉到肉的轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮著重要作用[1]，本文就近年來ROS介導(dǎo)的細(xì)胞死亡方式(凋亡、自噬與壞死)及生物大分子對肉品質(zhì)的影響作簡要綜述。

1 活性氧的產(chǎn)生及來源

2 ROS對細(xì)胞凋亡、自噬及壞死的影響

ROS對細(xì)胞凋亡、自噬及壞死具有重要影響，而宰后肉成熟過程中骨骼肌細(xì)胞凋亡、自噬、壞死的發(fā)生可能與ROS密切相關(guān)。

2.1 ROS與細(xì)胞凋亡

GUPTA等[8]報道細(xì)胞以線粒體途徑、死亡受體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑凋亡(apoptosis)ROS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在宰后肉成熟過程的作用機理尚未完全明確，目前，關(guān)于ROS引發(fā)細(xì)胞凋亡多集中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，肉品科學(xué)領(lǐng)域的研究較少。研究表明，ROS以多種細(xì)胞信號通路調(diào)控線粒體細(xì)胞凋亡，線粒體內(nèi)積累過多的ROS，可以提高Bax/(Bcl-2)，會增大線粒體膜通透轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial oermeability transition pore，MPTP)的開放程度，此外，ROS促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放，在凋亡酶激活因子-1(Apaf-1)和ATP/dATP存在下，含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase)系被激活，最終使線粒體細(xì)胞發(fā)生凋亡[9-11]。BAUDRY等[12]發(fā)現(xiàn)線粒體黃嘌呤氧化酶參與缺血小鼠肌肉體內(nèi)ROS的生成，這說明線粒體氧化應(yīng)激可以產(chǎn)生ROS。WANG等[13]發(fā)現(xiàn)H2O2處理牛骨骼肌，伴隨線粒體細(xì)胞凋亡核數(shù)目的增加，剪切力也呈上升趨勢，說明ROS可能影響了線粒體細(xì)胞凋亡及肉嫩度。細(xì)胞凋亡的死亡受體通路主要有Fas/FasL、腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)及其相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand，TRAIL)，最后交匯于caspas-8，啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)發(fā)生凋亡[14]，所以它們之間相互影響，相互作用，共同影響凋亡。STEWART等[15]報道ROS通過Fas/Fasl途徑，導(dǎo)致caspase-8及Bax的活化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，ROS可以通過TNF-α激活氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinases，JNK)，參與骨骼肌蛋白降解和細(xì)胞凋亡等生理過程[16-17]，NONN等[18]報道TNF-α是重要的凋亡因子，TNF-α也是引發(fā)ROS產(chǎn)生的重要途徑之一，所以ROS也參與了死亡受體途徑的細(xì)胞凋亡。ROS還可以引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而激活鈣蛋白酶(calpain),誘導(dǎo)機體Ca2+的釋放，激活凋亡效應(yīng)酶，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[19]。KEMP[20]等發(fā)現(xiàn)一定時間內(nèi)，宰后豬肉凋亡效應(yīng)酶活性與肉的嫩度的相關(guān)性顯著。所以宰后肉成熟過程中，ROS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通過多種途徑可能影響肉品質(zhì)。

2.2 ROS與細(xì)胞自噬

KRAFT等[21]報道，自噬(autophagy)是自我吞噬異常大分子或細(xì)胞器，并與溶酶體形成自噬溶酶體，完成細(xì)胞自身新陳代謝的過程，自噬常見形式有巨自噬、微自噬以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬。在邏輯上，自噬被認(rèn)為是宰后缺氧肌肉抗氧化的最后手段，且自噬死亡在形態(tài)和生物分子上與凋亡差別大，甚至有獨特的特異性標(biāo)記[22]。ROS可作為信號分子調(diào)控自噬的發(fā)生，在哺乳動物中，由分子伴侶帶有KFERQ序列可以與細(xì)胞質(zhì)氧化蛋白對結(jié)合，從而介導(dǎo)的自噬與酵母UTH1和AUP1相類似，如果自噬能夠限制氧化損傷，細(xì)胞就能存活)，適度的自噬可以適應(yīng)細(xì)胞周圍不良環(huán)境，抑制凋亡而利于細(xì)胞生存，但自噬過度會引起細(xì)胞死亡[23-25]，但ROS能誘導(dǎo)自噬，緩解細(xì)胞損傷，從而保護(hù)細(xì)胞的機制尚未明確。劉亞楠[26]報道在缺氧缺血條件下ROS對HepG2細(xì)胞內(nèi)自噬小體的形成具有促進(jìn)作用，從而保護(hù)細(xì)胞。邊希云[27]報道自噬能調(diào)控缺氧/復(fù)氧細(xì)胞線粒體功能及ROS水平，同樣，CHEN等[28]利用線粒體呼吸鏈抑制劑(如魚藤酮)處理癌變細(xì)胞，增加了細(xì)胞內(nèi)ROS，從而通過ROS影響自噬。李欣志等[29]報道缺血缺氧、營養(yǎng)物質(zhì)中斷的心肌細(xì)胞自噬能力會增強，GALVEZ等[30]報道低氧預(yù)處理能促進(jìn)間質(zhì)干細(xì)胞的自噬而避免細(xì)胞凋亡的發(fā)生。此外，在缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxic induced hypoxia induction factor-1，HIF-1)調(diào)控下，BNIP3和NIX的表達(dá)水平與HIF-1成比例，而在正常生理條件下，NIX和BNIP3并不廣泛表達(dá)[31]，可能是因為宰后動物放血后，骨骼肌高度缺氧，這與病理性的缺氧極為相似，缺氧引起體內(nèi)ROS增多，誘導(dǎo)了BNIP3和NIX的表達(dá)。陳娜子[32]等報道內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激產(chǎn)生ROS引起細(xì)胞自噬而抑制了細(xì)胞的凋亡對結(jié)腸癌細(xì)胞的影響，CHEN等[33]用H2O2處理肺癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)caspase依賴性細(xì)胞死亡與自噬有關(guān)，而賈旭等[34]研究發(fā)現(xiàn)奶山羊肌細(xì)胞的細(xì)胞自噬可以影響細(xì)胞凋亡，也可以調(diào)控肌間線蛋白(desmin)的降解，嫩化羊肉，故自噬可能影響凋亡。總之，在缺血缺氧、營養(yǎng)物質(zhì)中斷的情況下，ROS會增多而影響自噬，ROS影響細(xì)胞自噬的研究主要集中在醫(yī)學(xué)上，而對肉品質(zhì)的研究較少且機制不明確。

2.3 ROS與細(xì)胞壞死

細(xì)胞壞死(necroptosis，Nec) 一般由腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α，TNF-α) 等凋亡誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)發(fā)生，伴隨ROS的生成、MPTP的增加、溶酶體膜等的破裂、ROS的生成達(dá)到最大值，ROS可介導(dǎo)組織細(xì)胞的炎癥反應(yīng)等。細(xì)胞壞死途徑一般包括程序性細(xì)胞壞死(necroptosis)、焦亡(pyroptosis)、鐵死亡(ferroptosis)以及依賴于線粒體通透性轉(zhuǎn)換(mitochondria permeability transition，MPT)的壞死途徑等。

宰后細(xì)胞內(nèi)壞死的因素較多，其中ROS對細(xì)胞壞死的調(diào)節(jié)作用至關(guān)重要。OBITSU等[35]發(fā)現(xiàn)ROS的產(chǎn)生可引起線粒體ATP的減少，造成線粒體脊的瓦解，細(xì)胞代謝能力的障礙，從而導(dǎo)致細(xì)胞壞死，此外RIP3(receptor interacting proteinkinase-3) 和MLKL(mixed lineage linase domain-like protein)可以調(diào)控細(xì)胞的壞死，徐婷婷[36]揭示了ROS通過直接氧化絲氨酸/蘇氨酸激酶1(receptor interacting proteinkinas-1，RIP1)的半胱氨酸(C257、C268和C586)，增強了RIP1第161位絲氨酸(S161)的磷酸化，從而加快壞死小體的形成，促進(jìn)了細(xì)胞的壞死，而絲氨酸/蘇氨酸激酶3(RIP3)增強一些合成或分解代謝的酶活性，加強了糖酵解與糖原的分解作用，引起氧化而細(xì)胞壞死。崔紅旺等[37]發(fā)現(xiàn)MLO-Y4細(xì)胞在TNF-α的誘導(dǎo)下，可以發(fā)生RIP3信號通路的程序性壞死，這是因為ROS可能執(zhí)行了MLO-Y4細(xì)胞的程序性壞死。SHINDO等[38]發(fā)現(xiàn)由于TNF-α可誘導(dǎo)核基因(nuclear factor-κB，NF-κB)激活缺陷細(xì)胞ROS累積，發(fā)生壞死，而宋必衛(wèi)等[39]報道在抗氧化劑谷胱甘肽(glutathione，GSH)的作用下， ROS可以被清除，達(dá)到通過抑制PARP-1/AIF信號而抑制卡介苗素(bacillus calmette-guerin，BCG)誘發(fā)巨噬細(xì)胞壞死的效果，TNF誘導(dǎo)的caspase是因為非依賴的細(xì)胞壞死則需要胞內(nèi)ROS的積累，且TNF誘導(dǎo)的ROS對細(xì)胞有劇毒性。而目前學(xué)科之間交叉與融合的發(fā)展，使基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物化學(xué)等豐富了肉品科學(xué)知識，因此ROS經(jīng)過多種壞死信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞壞死，進(jìn)而對肉品質(zhì)可能產(chǎn)生影響。

3 宰后成熟過程中ROS對肉品質(zhì)的影響

由于宰后肌細(xì)胞缺氧缺血、營養(yǎng)物質(zhì)的中斷，抗氧化防御能力下降，從而提高機體內(nèi)ROS水平，但過多的ROS可能導(dǎo)致不飽和脂防酸、骨架蛋白的氧化及DNA的損傷等，進(jìn)而影響肉品質(zhì)。

3.1 宰后成熟過程中ROS對肉嫩度的影響

宰后動物骨骼肌缺血缺氧，機體有氧代謝受阻，而無氧代謝增加，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏。一方面，ROS可以直接攻擊骨架蛋白，導(dǎo)致骨架蛋白的交叉連接，氨基酸側(cè)鏈修飾，以及蛋白質(zhì)碎片的形成[40]，從而使它們的理化特性和結(jié)構(gòu)功能改變，蛋白水解酶活性增加，提高肉的嫩度。另一方面，ROS通過脂質(zhì)過氧化和非酶羰基化的產(chǎn)物導(dǎo)致蛋白質(zhì)的氧化，使正常蛋白的活性增強或減弱，從而影響嫩度。普遍認(rèn)為，宰后成熟過程中蛋白質(zhì)降解可以提高肉品質(zhì)，F(xiàn)U等[41]報道牛肉肌原纖維蛋白的降解程度的下降可能與嫩度的下降有關(guān)，MAO等[42]對全庫瑪大蝦的Ca2+-ATP酶活性和溶解度的研究，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的溶解度與加熱過程中蛋白質(zhì)變性的平均程度有顯著的相關(guān)性。但也有人持不同的觀點，DAVIES[43]報道ROS誘導(dǎo)蛋白質(zhì)氧化，氧化導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)改變或降低蛋白水解酶的敏感性，嫩度變差，MORZEL等[44]報道豬肉肌原纖維蛋白的氧化可以降低蛋白質(zhì)降解程度，造成嫩度降低，LAMETSCH等[45]報道蛋白質(zhì)交聯(lián)會導(dǎo)致肌纖維結(jié)構(gòu)的增強，硬化肌肉組織，引起嫩度降低?？傊?，ROS引起蛋白氧化對肉嫩度的影響報道不一致，有待進(jìn)一步研究。

3.2 宰后成熟過程中ROS對肉色澤及風(fēng)味的影響

宰后動物細(xì)胞抗氧化能力減弱甚至消失的同時，氧化能力增強，ROS生成增多，ROS攻擊磷脂多不飽和脂肪酸(PUFA)，使其流動性降低、通透性増加，嚴(yán)重時甚至破壞膜的完整性，從而打破細(xì)胞穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，還會引起PUFA的降解和二次分解物質(zhì)的生成，從而引起肉顏色和風(fēng)味的變化。SOHN等[46]報道在魚肉儲藏過程中的早期，形成H2O2等次生脂質(zhì)氧化產(chǎn)物，導(dǎo)致魚肉風(fēng)味、質(zhì)地、一致性和外觀的改變，甚至不良?xì)馕兜男纬?。此外，脂質(zhì)氧化可影響蛋白質(zhì)變化，MUNASINGHE等[47]報道脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致黃獅魚肉冷凍儲存過程中蛋白質(zhì)的變化。而骨骼肌肌紅蛋白的氧化速率以及肌紅蛋白在脫氧、氧合和高鐵肌紅蛋白3種形態(tài)之間的變化與肌肉的色澤緊密相關(guān)[48]，OGRADY等[49]發(fā)現(xiàn)牛肉脂質(zhì)氧化的最終產(chǎn)物本身并不能促進(jìn)氧化肌紅蛋白，相反，脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物或自由基分解產(chǎn)物，可能是氧合肌紅蛋白氧化的加速器。所以ROS對肉色澤及風(fēng)味化合物的影響還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與展望

宰后肉成熟過程中，骨骼肌通過線粒體及一些酶等產(chǎn)生ROS。一方面，ROS介導(dǎo)細(xì)胞凋亡與自噬、壞死等死亡方式最終影響肉品質(zhì)；另一方面，ROS可以直接攻擊核酸，脂質(zhì)以及蛋白質(zhì)等生物大分子，引起肉色澤、風(fēng)味和嫩度等品質(zhì)的變化。然而，目前, ROS介導(dǎo)細(xì)胞凋亡、自噬、壞死等死亡方式的研究主要集中在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，而關(guān)于肉品科學(xué)領(lǐng)域的研究極少，而且機制尚未明確。因此，有必要從ROS介導(dǎo)細(xì)胞凋亡、自噬、壞死等死亡方式及相互作用的角度研究活性氧介導(dǎo)的氧化應(yīng)激對肉品質(zhì)的影響；同時，ROS對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物大分子的影響機制也未闡明，所以，也有必要進(jìn)一步探究?？傊钚匝踅閷?dǎo)的氧化應(yīng)激對肉品質(zhì)的影響需要從以上兩個角度進(jìn)一步深入研究，從而為肉的成熟機理研究提供新的思路。