宰后成熟過程中活性氧介導的氧化應激對肉品質的影響

岳建偉，師希雄，孫金龍，余群力，朱琪

(甘肅農業大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州，730070)

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

1 活性氧的產生及來源

2 ROS對細胞凋亡、自噬及壞死的影響

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

2.1 ROS與細胞凋亡

GUPTA等[8]報道細胞以線粒體途徑、死亡受體途徑和內質網途徑凋亡(apoptosis)ROS介導的細胞凋亡在宰后肉成熟過程的作用機理尚未完全明確，目前，關于ROS引發細胞凋亡多集中在醫學領域，肉品科學領域的研究較少。研究表明，ROS以多種細胞信號通路調控線粒體細胞凋亡，線粒體內積累過多的ROS，可以提高Bax/(Bcl-2)，會增大線粒體膜通透轉換孔(mitochondrial oermeability transition pore，MPTP)的開放程度，此外，ROS促進細胞色素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，最終使線粒體細胞發生凋亡[9-11]。BAUDRY等[12]發現線粒體黃嘌呤氧化酶參與缺血小鼠肌肉體內ROS的生成，這說明線粒體氧化應激可以產生ROS。WANG等[13]發現H2O2處理牛骨骼肌，伴隨線粒體細胞凋亡核數目的增加，剪切力也呈上升趨勢，說明ROS可能影響了線粒體細胞凋亡及肉嫩度。細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)及其相關凋亡誘導配體(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand，TRAIL)，最后交匯于caspas-8，啟動caspase級聯反應發生凋亡[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，導致caspase-8及Bax的活化，誘導癌細胞凋亡，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ROS產生的重要途徑之一，所以ROS也參與了死亡受體途徑的細胞凋亡。ROS還可以引起內質網應激，進而激活鈣蛋白酶(calpain),誘導機體Ca2+的釋放，激活凋亡效應酶，誘導細胞凋亡[19]。KEMP[20]等發現一定時間內，宰后豬肉凋亡效應酶活性與肉的嫩度的相關性顯著。所以宰后肉成熟過程中，ROS介導的細胞凋亡通過多種途徑可能影響肉品質。

2.2 ROS與細胞自噬

KRAFT等[21]報道，自噬(autophagy)是自我吞噬異常大分子或細胞器，并與溶酶體形成自噬溶酶體，完成細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的自噬。在邏輯上，自噬被認為是宰后缺氧肌肉抗氧化的最后手段，且自噬死亡在形態和生物分子上與凋亡差別大，甚至有獨特的特異性標記[22]。ROS可作為信號分子調控自噬的發生，在哺乳動物中，由分子伴侶帶有KFERQ序列可以與細胞質氧化蛋白對結合，從而介導的自噬與酵母UTH1和AUP1相類似，如果自噬能夠限制氧化損傷，細胞就能存活)，適度的自噬可以適應細胞周圍不良環境，抑制凋亡而利于細胞生存，但自噬過度會引起細胞死亡[23-25]，但ROS能誘導自噬，緩解細胞損傷，從而保護細胞的機制尚未明確。劉亞楠[26]報道在缺氧缺血條件下ROS對HepG2細胞內自噬小體的形成具有促進作用，從而保護細胞。邊希云[27]報道自噬能調控缺氧/復氧細胞線粒體功能及ROS水平，同樣，CHEN等[28]利用線粒體呼吸鏈抑制劑(如魚藤酮)處理癌變細胞，增加了細胞內ROS，從而通過ROS影響自噬。李欣志等[29]報道缺血缺氧、營養物質中斷的心肌細胞自噬能力會增強，GALVEZ等[30]報道低氧預處理能促進間質干細胞的自噬而避免細胞凋亡的發生。此外，在缺氧誘導因子1(hypoxic induced hypoxia induction factor-1，HIF-1)調控下，BNIP3和NIX的表達水平與HIF-1成比例，而在正常生理條件下，NIX和BNIP3并不廣泛表達[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ROS增多，誘導了BNIP3和NIX的表達。陳娜子[32]等報道內質網應激產生ROS引起細胞自噬而抑制了細胞的凋亡對結腸癌細胞的影響，CHEN等[33]用H2O2處理肺癌細胞，發現caspase依賴性細胞死亡與自噬有關，而賈旭等[34]研究發現奶山羊肌細胞的細胞自噬可以影響細胞凋亡，也可以調控肌間線蛋白(desmin)的降解，嫩化羊肉，故自噬可能影響凋亡。總之，在缺血缺氧、營養物質中斷的情況下，ROS會增多而影響自噬，ROS影響細胞自噬的研究主要集中在醫學上，而對肉品質的研究較少且機制不明確。

2.3 ROS與細胞壞死

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

宰后細胞內壞死的因素較多，其中ROS對細胞壞死的調節作用至關重要。OBITSU等[35]發現ROS的產生可引起線粒體ATP的減少，造成線粒體脊的瓦解，細胞代謝能力的障礙，從而導致細胞壞死，此外RIP3(receptor interacting proteinkinase-3) 和MLKL(mixed lineage linase domain-like protein)可以調控細胞的壞死，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，促進了細胞的壞死，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，引起氧化而細胞壞死。崔紅旺等[37]發現MLO-Y4細胞在TNF-α的誘導下，可以發生RIP3信號通路的程序性壞死，這是因為ROS可能執行了MLO-Y4細胞的程序性壞死。SHINDO等[38]發現由于TNF-α可誘導核基因(nuclear factor-κB，NF-κB)激活缺陷細胞ROS累積，發生壞死，而宋必衛等[39]報道在抗氧化劑谷胱甘肽(glutathione，GSH)的作用下， ROS可以被清除，達到通過抑制PARP-1/AIF信號而抑制卡介苗素(bacillus calmette-guerin，BCG)誘發巨噬細胞壞死的效果，TNF誘導的caspase是因為非依賴的細胞壞死則需要胞內ROS的積累，且TNF誘導的ROS對細胞有劇毒性。而目前學科之間交叉與融合的發展，使基礎醫學與生物化學等豐富了肉品科學知識，因此ROS經過多種壞死信號通路誘導細胞壞死，進而對肉品質可能產生影響。

3 宰后成熟過程中ROS對肉品質的影響

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

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，營養物質缺乏。一方面，ROS可以直接攻擊骨架蛋白，導致骨架蛋白的交叉連接，氨基酸側鏈修飾，以及蛋白質碎片的形成[40]，從而使它們的理化特性和結構功能改變，蛋白水解酶活性增加，提高肉的嫩度。另一方面，ROS通過脂質過氧化和非酶羰基化的產物導致蛋白質的氧化，使正常蛋白的活性增強或減弱，從而影響嫩度。普遍認為，宰后成熟過程中蛋白質降解可以提高肉品質，FU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，MAO等[42]對全庫瑪大蝦的Ca2+-ATP酶活性和溶解度的研究，發現蛋白質的溶解度與加熱過程中蛋白質變性的平均程度有顯著的相關性。但也有人持不同的觀點，DAVIES[43]報道ROS誘導蛋白質氧化，氧化導致蛋白結構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降解程度，造成嫩度降低，LAMETSCH等[45]報道蛋白質交聯會導致肌纖維結構的增強，硬化肌肉組織，引起嫩度降低。總之，ROS引起蛋白氧化對肉嫩度的影響報道不一致，有待進一步研究。

3.2 宰后成熟過程中ROS對肉色澤及風味的影響

宰后動物細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，嚴重時甚至破壞膜的完整性，從而打破細胞穩定的內環境，還會引起PUFA的降解和二次分解物質的生成，從而引起肉顏色和風味的變化。SOHN等[46]報道在魚肉儲藏過程中的早期，形成H2O2等次生脂質氧化產物，導致魚肉風味、質地、一致性和外觀的改變，甚至不良氣味的形成。此外，脂質氧化可影響蛋白質變化，MUNASINGHE等[47]報道脂質過氧化導致黃獅魚肉冷凍儲存過程中蛋白質的變化。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種形態之間的變化與肌肉的色澤緊密相關[48]，OGRADY等[49]發現牛肉脂質氧化的最終產物本身并不能促進氧化肌紅蛋白，相反，脂質過氧化的主要產物或自由基分解產物，可能是氧合肌紅蛋白氧化的加速器。所以ROS對肉色澤及風味化合物的影響還需進一步研究。

4 結論與展望

宰后肉成熟過程中，骨骼肌通過線粒體及一些酶等產生ROS。一方面，ROS介導細胞凋亡與自噬、壞死等死亡方式最終影響肉品質；另一方面，ROS可以直接攻擊核酸，脂質以及蛋白質等生物大分子，引起肉色澤、風味和嫩度等品質的變化。然而，目前, ROS介導細胞凋亡、自噬、壞死等死亡方式的研究主要集中在醫學領域，而關于肉品科學領域的研究極少，而且機制尚未明確。因此，有必要從ROS介導細胞凋亡、自噬、壞死等死亡方式及相互作用的角度研究活性氧介導的氧化應激對肉品質的影響；同時，ROS對蛋白質、脂質等生物大分子的影響機制也未闡明，所以，也有必要進一步探究。總之，活性氧介導的氧化應激對肉品質的影響需要從以上兩個角度進一步深入研究，從而為肉的成熟機理研究提供新的思路。