肌肽的研究进展

胡新旭 赵丽红 张 勇 高书锋 周映华张德元 刘惠知

（1.湖南省微生物研究所，湖南长沙 410009；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100094；3.河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001）

肌肽（丙氨酰组氨酸，L-Carnosine，β-alanyl-L-histidine）是一种天然二肽，抗氧化性能极强，具备多种生物活性功能。

1 肌肽的物理化学性质和生物学特性

1.1 肌肽的基本物化特性

肌肽（丙氨酰组氨酸，L-Carnosine，β-alanyl-L-histidine），分子式 C9H14N4O3，相对分子量为226.24。工业肌肽由β-丙氨酸和L-组氨酸盐酸盐缩合而得的一种二肽，物理性状为白色针状结晶，熔点246～250 ℃(分解)，旋光度+24.1°(1.5%，水中)。肌肽最早由Gulewitsch与Amiradzibi在1900年从牛肉提取物中检测到，是发现于多数脊椎动物骨骼肌中的水溶内源性二肽，在生物体内由肌肽合成酶利用β-丙氨酸和L-组氨酸合成。肌肽主要存在于动物肌肉中，Plowman等(1988)分别在牛肉、猪肉、鸡肉和鱼肉中发现肌肽,其浓度范围在5～70 mmol/l，一种生物不同部位的肌肉中的含量也有差异，一般运动程度越大其含量越高。除肌肉组织外，在其它组织如一些两栖动物的皮肤，鸟类红细胞核，脑部的某些特殊区域，一些哺乳动物和鸟类的晶状体等组织中也有肌肽存在（Reeve等,1993；Tomonaga 等,2005）。

1.2 肌肽的代谢特点

1.2.1 肌肽的消化吸收转运

Rajendran等（1984）通过在小鼠小肠提取纯化的刷状缘膜囊研究肌肽的吸收转运机制。其研究结果表明肌肽可以完整通过小肠吸收，通过某种转运载体，是一个依赖纳离子浓度的过程。肌肽的吸收受到二肽和三肽的竞争性抑制，特别是glycyl-L-leucyl tyrosine甘氨酰-L-亮氨酰-酪氨酸可以抑制68%的肌肽吸收。肌肽可以被胃肠道完整吸收进入肌肉组织（Ferraris等；1988）。Gardner等（1991）和Abe（1991）研究发现肌肽可以被空肠上的刷状膜上特殊的转运系统完整吸收。研究发现，肌肽可以通过特殊转运系统经由小肠绒毛刷状缘吸收，进入血液循环，转运到脏、肝和肌肉部位（Karl等，1994）。较新的研究结果进一步表明，肉中的肌肽可以通过猪小肠壁吸收，而且肌肽的生物活性取决于肉中肌肽的含量（Bauchart等,2007）。

动物体内肌肽含量的增加和日粮中的组氨酸、丙氨酸和肌肽含量密切相关。Maynard（2001）发现老鼠比目鱼肌中肌肽和组氨酸含量的增加和日粮中高水平肌肽密切相关。Tomonaga（2005）研究发现，口腔灌服β-丙氨酸可以提高肉鸡浅层胸肌和大脑的肌肽含量，对其他氨基酸没有影响。随着口腔灌服β-丙氨酸用量增加，在浅层胸肌，肌肽含量增加而鹅肌肽和牛磺酸含量减少；在大脑部位，肌肽和鹅肌肽含量增加而牛磺酸含量减少。有一定的组织特异性。随后Tomonaga（2006)又发现，4周龄肉鸡日粮提供0.5%、1%、2%的β-丙氨酸可以提高大脑中肌肽和鹅肌肽的含量，但是对肌肉中肌肽和鹅肌肽的含量无影响。Tomonaga前后两次试验结果的差异性说明β-丙氨酸摄入方式不同（饮水和采食）可能会对机体肌肽的合成有一定差异性影响。体内的一些试验发现，肌肽的含量能够被食物中的成分（肌肽和组氨酸）所影响（Mcmanus，1960；Tamaki等，1984）。

1.2.2 肌肽的合成

肌肽可以在大脑和肌肉组织中在肌肽合成酶(Carnosine synthetase)的作用下合成。肌肽合成酶的活性会受到过量β-丙氨酸类似物的抑制作用。其中3-氨基丙磺酸(3-aminopropanesulfonic acid，APS)抑制能力最强；而5-氨基戊酸(5-AV)抑制老鼠体内肌肽合成酶的活性，但是对鸡体内肌肽合成酶无影响。抑制作用与竞争性和非竞争性的结合β-丙氨酸有关(Seely等，1982)。在肌肽合成过程中，β-丙氨酸的吸收依赖钠和氯离子的存在，每转运1分子的β-丙氨酸需要2个钠离子和一个氯离子的参与。β-丙氨酸转运系统对离子的依赖性依次是Cl-＞I-＞CSN-＞SO42-（Bakardjiev等，1994）。

通过鸡胚胎胸肌细胞的培养试验，供给放射标记的β-丙氨酸或者γ-氨基丁酸孵育，可以在细胞提取物中检测到放射标记的二肽。但是鹅肌肽在细胞中没有直接形成。随着单核成肌细胞分化为多核肌管时，观察到细胞显著增加对β-丙氨酸的摄取和二肽的合成增加。结果表明肌肽不仅仅是在骨骼肌肉中积累但是同时也会由肌肉细胞合成（Bauer等，1994）。在动物不同的生长阶段肌肽的合成速度也是不一样的。Woos等（1982）发现，在开始4周龄火鸡的肌肽酶(carnosinase)活力急剧增加（肾脏增加145倍）；而胸肌和腿肌的肌肽含量仅仅微弱增加，其中胸肌和腿肌分别增加200%和15%。在后期肌肽含量显著增加但是肌肽酶活力下降。

1.2.3 肌肽的分解

动物机体吸收的肌肽能够被外围的组织器官所利用，也可被肌肽酶水解成组氨酸和丙氨酸。肌肽分解代谢和分泌的主要器官是肾脏。肌肽由血清和细胞内的肌肽酶(carnosinase)降解。肌肽酶存在于血清中的原因可能是无毒性的肌肽在血液肌肽酶存在的条件下可能会成为相对有一定毒性的组氨酸的分解来源，肌肽在血液中的分解有利于其分解产物组氨酸毒性的排除(Alan,1998)。肌肽酶(carnosinase)在老鼠大脑、肝脏、心脏、肾脏和脾脏都存在，其中肾脏活性最大，其次肝脏，大脑、心脏和脾脏为中等活力，但是在肌肉组织中仅存在很微量的肌肽酶，几乎检测不到（Norbert等，1986）。以肌肽为底物，用荧光计测定肌肽酶的分解产物L-组氨酸的含量，可以测定肌肽酶的活性。研究发现细胞内肌肽酶的分布和乳酸脱氢酶的分布类似。另一项研究结果表明肌肽酶主要定位于老鼠肝细胞的可溶性细胞质中（Kalra等，1988）。

2 肌肽的生物功能

2.1 肌肽与抗氧化

肌肽具有抗氧化特性，是一种天然抗氧化肌。肌肽具有抗氧化稳定性的前提是建立在肌肽具有能和脂质过氧化产物以及活性氧发生反应的交互作用来防止细胞膜的破坏这个理论基础上的。肌肽的抗氧化作用机理主要是金属螯合作用和自由基清除作用（Decker，1995）。研究结果表明：在过渡金属离子存在的条件下，肌肽的抗氧化能力更显著。但是肌肽的水解产物组氨酸可能会产生一定的促进氧化作用（Monika等,2005）。肌肽同时具备对肠道上皮细胞的抗氧化损伤应激的保护作用。肌肉的肌肽可以维持肌球蛋白ATP酶的激活功能，保护肌肉蛋白不受自由基的氧化损伤(Zalesova等，1998)。

在同等肌肽浓度条件对比下，鸡肉提取物的肌肽比纯品肌肽的抗氧化能力强(P＜0.05)，同样，腿肌提取物中的同等浓度肌肽抗氧化能力强于胸肌提取物中的同等浓度肌肽。胸肌肌肽的含量是腿肌的2～4倍(Intarapichet等，2005)。

肌肽的天然抗氧化性和安全性使得其成为一种新型食品添加剂。肌肽对自由基和金属离子引起的脂质氧化具有显著地抑制作用，在肉品加工中肌肽具有抑制脂肪氧化和保护肉色的作用。肌肽可以抗牛肉氧化。日粮中添加0.9 g/kg肌肽，可改善肉色和提高骨骼肌的氧化稳定性，并与维生素E具有协同作用。维生素E缺乏与伴行的骨骼肌中肌肽含量减少有密切关系。维生素E与肌肽存在互作作用，因为他们共同的抗氧化能力。Chan等(1994)报道在日粮中同时提供维生素E与肌肽可以提高肝脏中肌肽含量。

2.2 肌肽的缓冲调节作用

肌肉的肌肽含量和肌肉中的快收缩无氧酵解型纤维比例成正相关(P＜0.05;R=0.53)，而与肌肉中的快收缩有氧氧化型纤维比例成负相关(P＜0.05;R=-0.51)。原因是肌肽在肌肉细胞中的重要作用是充当缓冲剂的作用，抑制无氧酵解造成的pH值下降（Bump等，1990）。在骆驼臀部肌肉中，肌肽在I，IIA和IIB型肌纤维中的平均含量分别是（24.6±9.2）、（39.4±11.4）、（42.8±18.8）mmol/kg干重。Ⅱ型肌纤维中的高肌肽含量表明了其在肌肉内的酸调节作用（Dunnett，1997）。

2.3 肌肽与肉鸡生产性能

目前为止，很少有文献报道肌肽对肉鸡生产性能的影响，因为大部分的研究者主要专注于肌肽的抗氧化性能作用。韦建福(2004)和李文清(2005)研究发现以20 mg/kg和50～200 mg/kg剂量添加的肌肽可以在一定程度上提高黄羽肉鸡的生产性能,但是差异不显著(P＞0.05),这可能是由于肌肽可以抑制摄食造成的。Tomonaga等(2004、2005)研究发现中枢神经供给肌肽可以激发机体功能亢进，调控采食行为，抑制饲料摄入。

2.4 肌肽与肉鸡肌纤维发育

吕锦芳等（2006）的研究发现，中低剂量的肌肽（20～40 mg/l）给肉鸡饮水，在试验后期（4～6周）可显著减小肉鸡胸肌和腿肌肌纤维直径，高剂量组的肌肽在试验后期对胸肌和腿肌肌纤维直径影响不明显。说明在饮水中添加适当浓度的肌肽，在试验后期能降低肉仔鸡的肌纤维直径，这对于改善肉鸡的肉质嫩度可能具有一定的作用。

2.5 肌肽与神经系统

在脑室内注射肌肽可以兴奋肉鸡机能，抑制采食，丙氨酸和组氨酸也有抑制采食作用，但是效果弱于肌肽。在脑室内注射丙氨酸和组氨酸会抑制肉鸡活动机能，表现出嗜睡症状(Tomonaga等，2004)。肌肽诱导产生的机能亢进可能和大脑中的组成性一氧化氮合酶(cNOS)有关联。中枢性肌肽可能会通过组成性一氧化氮合酶(cNOS)调节NO的生成来调控雏鸡的脑功能或者行为（Tomonaga等，2005）。

2.6 肌肽与激素关系

LeBlanc等（1994）研究发现，肌肽（主要是其中的组氨酸）可以调节狗的胰岛素和胰高血糖素分泌。狗摄食1 g肌肽60～90 min后，血浆中的胰岛素和胰高血糖素显著升高。静脉注射0.5 g组氨酸得到类似结果。但是静脉注射0.5 g β-丙氨酸或者0.5 g β-丙氨酸+0.5 g组氨酸以及1 g肌肽均无上述作用。上述事实表明，通过摄食的肌肽对血浆中的胰岛素和胰高血糖素才有升高作用，而静脉注射的肌肽无此作用，这也说明肌肽是在肠道中存在而非血液中。研究结果表明，肌肽对激素的促进分泌作用并不是其本身发挥作用的，而是由其构成组分组氨酸介导实现的。此结论也可以解释进食肉制品后胰岛素和胰高血糖素的分泌现象，主要是肉制品中的肌肽以及其构成组分组氨酸的作用(LeBlanc等，1994)。

2.7 肌肽与肉产品储存

日粮中高水平组氨酸可以提高其游离组氨酸含量和肌肉pH值，但是对肌肉组织中的鹅肌肽anserine(β-alanyl-π-methyl-l-histidine)以及其他形式的组氨酸相关化合物(1-methyl-histidine,3-methyl histidine)和肌肽含量无影响(Førde-Skjærvik等,2006）。肌肽和VE对鸡肉存储的抗氧化具有保护作用。肌肽和维生素E都可以抑制鸡肉产品中的脂质和胆固醇的氧化作用，二者联合的抗氧化效果最好（O'Neill等,1999）。0.1%的维生素C可以抑制牛肉表层肌肉正铁肌红蛋白的形成，而1%肌肽可以抑制整个肌肉的正铁肌红蛋白形成和肉色褐变。维生素C和肌肽二者有互作效果。肌肽可以提高肉的pH值和盐溶性蛋白，但是维生素C没有这个作用。肌肽抑制脂质过氧化的能力强于维生素C。肌肽可以抑制铜离子催化的维生素C的氧化反应。肌肽联合维生素C使用可以作为肉产品肉色稳定剂和货架寿命延长作用(Beom等，1999)。在牛肉上，维生素C以及维生素C和肌肽、牛磺酸的组合对正铁肌红蛋白形成抑制作用较小，但是肌肽以及肌肽和维生素C组合可以有效地抑制脂质氧化。牛磺酸单独作用抗氧化作用很小(Armida,2001)。肌肽和维生素C合用对牛肉的存储抗氧化性能最好，肉毒碱（carnitine）抗氧化能力相对较低。肉毒碱（carnitine）和维生素C合用未表现出抗氧化作用（Djenane等，2004）。肌肽对牛肉的抗氧化作用可以减少正铁肌红蛋白的形成，显著保持储存期间牛肉的红度(Badr,2007)。添加0、0.5%、1%、1.5%的肌肽于水牛碎肉中，在4℃冰箱中储存12 d，1%肌肽可以延长其存储期到第8 d。1%、1.5%的肌肽可以显著的抑制正铁肌红蛋白和褐色的形成。肌肽可以提高牛肉的pH值和持水力(Das,2006)。肌肽还可以用于减少腌制或者未腌制熟的碎猪肉的氧化变质（Decker和Crum，1993）。

2.8 肌肽与钙蛋白酶以及钙蛋白酶抑制酶关系

肌肽、鹅肌肽、L-1-甲基-组氨酸在Ca2+浓度为2.5 mM，可以激活肌肉中的II型钙蛋白酶。但是在Ca2+浓度为5 μM时，3种化合物均不能激活II型钙蛋白酶的活性到Ca2+浓度为2.5 mM时对应的活性。肌肽能增加钙蛋白酶抑制酶（calpastatin）对II型钙蛋白酶的抑制作用，而鹅肌肽、L-1-甲基-组氨酸则减少该抑制作用。研究结果表明，这些化合物可能不是钙蛋白酶的有效激活剂，但是肌肉中二肽的组成比例可能会对钙蛋白酶抑制酶（calpastatin）对II型钙蛋白酶的交互作用上有效果（Johnson等，1989）。此外，组氨酸和肌肽可以调节骨骼肌肉组织肌浆网的钙离子通道活性(Batrukova等，1997)。

2.9 肌肽与抗衰老

在老鼠胚胎成纤维细胞培养试验中发现，L-肌肽可以显著减少培养过程中8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy deoxyguanosine，8-OH dG）的形成。据此可以推断L-肌肽的抗衰老作用可能与它在氧化应激中可以抑制细胞内8-羟基脱氧鸟苷形成有关（Kantha等,1996）。随着年龄增加，肌肉组织中游离肌肽含量减少，肌肉功能减退(Stuerenburg等，1999)。此外，细胞中肌肽的浓度随动物年龄的增加而下降，Marlin等(1989)在马的肌肉中发现随着年龄增加肌肽的浓度下降。Johnson等(1992)也发现，在鼠的肌肉中肌肽水平随着衰老而下降。肌肽对胎儿肺成纤维细胞的端粒缩短比率和末端着丝粒的DNA损伤有保护作用，这也可能是肌肽延长寿命的一个机制（shao等，2004）。

2.10 肌肽其他生物功能

肌肽对血管的舒张作用，有可能经由环鸟苷一磷酸（cyclic GMP）介导发挥该作用。肌肽可以提高离体老鼠心肌自由细胞胞内的Ca水平和心肌收缩性，增强心脏和骨骼肌肉组织的收缩蛋白对钙的敏感性（Douglas等，2000）。肌肽可以抑制由于紫外线照射引起的局部和全身性的过敏反应（Reeve等，1993）。肌肽和鹅肌肽可以调节人类中性粒细胞的免疫反应（Tan和Candlish，1998）。肌肽的抗交联作用主要是由其组分组氨酸的咪唑基团发挥作用的。肌肽的抗氧化和抗糖化作用对抗交联作用有利。研究结果表明：肌肽中的组氨酸在抗交联过程中起主要作用（Laura等,2004）。L-肌肽对乙酸诱导的结肠粘膜溃疡有保护作用，机制是通过增加热休克蛋白HSP72的表达和抑制NF-κB的激活(Masaru等，2006)。肉中的肌肽由于具有降血糖、降血压和抗衰老的作用，因而可以提高肉产品的营养功能。

3 肌肽的分布特点与不同类型肌纤维生理功能关系探解

3.1 不同动物品种和肌纤维类型的肌肽分布特点

细胞内肌肽的含量与细胞的分化状态和细胞类型相关，在进行糖酵解的肌肉细胞内肌肽的浓度升高(Bakardjicv等，2000)，在马骨骼肌的ⅡB型纤维中肌肽的浓度是Ⅰ型纤维的5倍（Dunnet等，1997）。肌肽在快收缩肌肉中含量较高而在慢收缩型肌肉中含量较少（Bump等，1990；Dunnett等，1997）。牛肉中的颊肌（主要以红肌纤维为主）和半腱肌（主要以白肌为主）中的牛磺酸、肌肽、肌酸含量有很大的差异，颊肌中的牛磺酸是半腱肌中的9.9倍，但是颊肌中的肌肽、肌酸含量分别为半腱肌中的9%和65%(Purchas，2004)。Chan等(1994)报导肌肽和鹅肌肽在白肌纤维肌肉中比在红肌纤维肌肉中含量高，他们发现鸡的白肌纤维肌肉比红肌纤维肌肉中包含有5倍多的肌肽和鹅肌肽。赖颖珍和郭俊钦(1999)实验研究发现鸡、鸭、火鸡的胸肌肉萃取液中肌肽含量较腿肌多。Maikhunt⁃hod等(2005)研究表明，鸡肉中胸肌的肌肽含量大约是腿肌中的7倍(分别为2 900和419 μg/g)。

3.2 营养素摄入对肌肽含量和分布的影响

有很少量的研究报道营养素对肌肉中肌肽含量的影响。肌肽与维生素E是众所周知的抗氧化剂，维生素E的缺乏与伴行的骨骼肌中肌肽含量减少有关。另有人提出肌肽能改善维生素E的抗氧化效果。Chan等(1994)报导，当维生素E添加到有肌肽的日粮中，会提高肝中肌肽的含量。

3.3 不同类型肌纤维肌肽含量分布和生理功能关系解释

考虑到肌肽在肌肉组织中的主要作用是充当抗氧化剂，那么我们就有理由推断在氧化性肌肉中肌肽的合成也是相应需要增加的。但是以前的研究表明：在白肌和快速酵解肌肉中肌肽的含量较高，和其在该部位主要充当缓冲剂的生理功能角色是对应的(Davey，1960；Sewell等，1992)。但是，从另外一个角度来看，如果肌肽在慢速氧化型肌肉中持续的充当抗氧化剂，那么随着它的抗氧化作用的发挥导致该部位肌肽代谢池的减少，检测到的肌肽含量就并不能代表其真实发挥作用的实际含量。换句话来说，就是因为肌肽在氧化部位发挥了抗氧化作用，所以在该部位的检测含量才会偏少的。Tanaka(1995)的研究结果也证实该种理论解释的。Tanaka(1995)报道在经过5～20周的耐力训练后老鼠的慢速氧化型肌肉和快速酵解肌肉中肌肽的含量都减少了，其解释可能就是在该高氧化活力环境中锻炼肌肉中肌肽由于进入生理代谢途径被利用而减少。但是这两种对立的理论解释到底哪个是正确的并没有得到彻底的解决（Maynard等,2001）。

（参考文献59篇，刊略，需者可函索）