宰后成熟过程中活性氧介导的氧化应激对肉品质的影响

岳建伟，师希雄，孙金龙，余群力，朱琪

(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070)

宰后肉成熟过程中活性氧(reactive oxygen species，ROS)介导的氧化应激可能对肉品质具有重要作用。肌肉经过成熟，其嫩度、色泽、风味都得到改善，食用价值得到提升。目前的研究表明， ROS在肌肉到肉的转化过程中发挥着重要作用[1]，本文就近年来ROS介导的细胞死亡方式(凋亡、自噬与坏死)及生物大分子对肉品质的影响作简要综述。

1 活性氧的产生及来源

2 ROS对细胞凋亡、自噬及坏死的影响

ROS对细胞凋亡、自噬及坏死具有重要影响，而宰后肉成熟过程中骨骼肌细胞凋亡、自噬、坏死的发生可能与ROS密切相关。

2.1 ROS与细胞凋亡

GUPTA等[8]报道细胞以线粒体途径、死亡受体途径和内质网途径凋亡(apoptosis)ROS介导的细胞凋亡在宰后肉成熟过程的作用机理尚未完全明确，目前，关于ROS引发细胞凋亡多集中在医学领域，肉品科学领域的研究较少。研究表明，ROS以多种细胞信号通路调控线粒体细胞凋亡，线粒体内积累过多的ROS，可以提高Bax/(Bcl-2)，会增大线粒体膜通透转换孔(mitochondrial oermeability transition pore，MPTP)的开放程度，此外，ROS促进细胞色素C的释放，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，最终使线粒体细胞发生凋亡[9-11]。BAUDRY等[12]发现线粒体黄嘌呤氧化酶参与缺血小鼠肌肉体内ROS的生成，这说明线粒体氧化应激可以产生ROS。WANG等[13]发现H2O2处理牛骨骼肌，伴随线粒体细胞凋亡核数目的增加，剪切力也呈上升趋势，说明ROS可能影响了线粒体细胞凋亡及肉嫩度。细胞凋亡的死亡受体通路主要有Fas/FasL、肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor，TNFR)及其相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand，TRAIL)，最后交汇于caspas-8，启动caspase级联反应发生凋亡[14]，所以它们之间相互影响，相互作用，共同影响凋亡。STEWART等[15]报道ROS通过Fas/Fasl途径，导致caspase-8及Bax的活化，诱导癌细胞凋亡，ROS可以通过TNF-α激活氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinases，JNK)，参与骨骼肌蛋白降解和细胞凋亡等生理过程[16-17]，NONN等[18]报道TNF-α是重要的凋亡因子，TNF-α也是引发ROS产生的重要途径之一，所以ROS也参与了死亡受体途径的细胞凋亡。ROS还可以引起内质网应激，进而激活钙蛋白酶(calpain),诱导机体Ca2+的释放，激活凋亡效应酶，诱导细胞凋亡[19]。KEMP[20]等发现一定时间内，宰后猪肉凋亡效应酶活性与肉的嫩度的相关性显著。所以宰后肉成熟过程中，ROS介导的细胞凋亡通过多种途径可能影响肉品质。

2.2 ROS与细胞自噬

KRAFT等[21]报道，自噬(autophagy)是自我吞噬异常大分子或细胞器，并与溶酶体形成自噬溶酶体，完成细胞自身新陈代谢的过程，自噬常见形式有巨自噬、微自噬以及分子伴侣介导的自噬。在逻辑上，自噬被认为是宰后缺氧肌肉抗氧化的最后手段，且自噬死亡在形态和生物分子上与凋亡差别大，甚至有独特的特异性标记[22]。ROS可作为信号分子调控自噬的发生，在哺乳动物中，由分子伴侣带有KFERQ序列可以与细胞质氧化蛋白对结合，从而介导的自噬与酵母UTH1和AUP1相类似，如果自噬能够限制氧化损伤，细胞就能存活)，适度的自噬可以适应细胞周围不良环境，抑制凋亡而利于细胞生存，但自噬过度会引起细胞死亡[23-25]，但ROS能诱导自噬，缓解细胞损伤，从而保护细胞的机制尚未明确。刘亚楠[26]报道在缺氧缺血条件下ROS对HepG2细胞内自噬小体的形成具有促进作用，从而保护细胞。边希云[27]报道自噬能调控缺氧/复氧细胞线粒体功能及ROS水平，同样，CHEN等[28]利用线粒体呼吸链抑制剂(如鱼藤酮)处理癌变细胞，增加了细胞内ROS，从而通过ROS影响自噬。李欣志等[29]报道缺血缺氧、营养物质中断的心肌细胞自噬能力会增强，GALVEZ等[30]报道低氧预处理能促进间质干细胞的自噬而避免细胞凋亡的发生。此外，在缺氧诱导因子1(hypoxic induced hypoxia induction factor-1，HIF-1)调控下，BNIP3和NIX的表达水平与HIF-1成比例，而在正常生理条件下，NIX和BNIP3并不广泛表达[31]，可能是因为宰后动物放血后，骨骼肌高度缺氧，这与病理性的缺氧极为相似，缺氧引起体内ROS增多，诱导了BNIP3和NIX的表达。陈娜子[32]等报道内质网应激产生ROS引起细胞自噬而抑制了细胞的凋亡对结肠癌细胞的影响，CHEN等[33]用H2O2处理肺癌细胞，发现caspase依赖性细胞死亡与自噬有关，而贾旭等[34]研究发现奶山羊肌细胞的细胞自噬可以影响细胞凋亡，也可以调控肌间线蛋白(desmin)的降解，嫩化羊肉，故自噬可能影响凋亡。总之，在缺血缺氧、营养物质中断的情况下，ROS会增多而影响自噬，ROS影响细胞自噬的研究主要集中在医学上，而对肉品质的研究较少且机制不明确。

2.3 ROS与细胞坏死

细胞坏死(necroptosis，Nec) 一般由肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α，TNF-α) 等凋亡诱导因子诱导发生，伴随ROS的生成、MPTP的增加、溶酶体膜等的破裂、ROS的生成达到最大值，ROS可介导组织细胞的炎症反应等。细胞坏死途径一般包括程序性细胞坏死(necroptosis)、焦亡(pyroptosis)、铁死亡(ferroptosis)以及依赖于线粒体通透性转换(mitochondria permeability transition，MPT)的坏死途径等。

宰后细胞内坏死的因素较多，其中ROS对细胞坏死的调节作用至关重要。OBITSU等[35]发现ROS的产生可引起线粒体ATP的减少，造成线粒体脊的瓦解，细胞代谢能力的障碍，从而导致细胞坏死，此外RIP3(receptor interacting proteinkinase-3) 和MLKL(mixed lineage linase domain-like protein)可以调控细胞的坏死，徐婷婷[36]揭示了ROS通过直接氧化丝氨酸/苏氨酸激酶1(receptor interacting proteinkinas-1，RIP1)的半胱氨酸(C257、C268和C586)，增强了RIP1第161位丝氨酸(S161)的磷酸化，从而加快坏死小体的形成，促进了细胞的坏死，而丝氨酸/苏氨酸激酶3(RIP3)增强一些合成或分解代谢的酶活性，加强了糖酵解与糖原的分解作用，引起氧化而细胞坏死。崔红旺等[37]发现MLO-Y4细胞在TNF-α的诱导下，可以发生RIP3信号通路的程序性坏死，这是因为ROS可能执行了MLO-Y4细胞的程序性坏死。SHINDO等[38]发现由于TNF-α可诱导核基因(nuclear factor-κB，NF-κB)激活缺陷细胞ROS累积，发生坏死，而宋必卫等[39]报道在抗氧化剂谷胱甘肽(glutathione，GSH)的作用下， ROS可以被清除，达到通过抑制PARP-1/AIF信号而抑制卡介苗素(bacillus calmette-guerin，BCG)诱发巨噬细胞坏死的效果，TNF诱导的caspase是因为非依赖的细胞坏死则需要胞内ROS的积累，且TNF诱导的ROS对细胞有剧毒性。而目前学科之间交叉与融合的发展，使基础医学与生物化学等丰富了肉品科学知识，因此ROS经过多种坏死信号通路诱导细胞坏死，进而对肉品质可能产生影响。

3 宰后成熟过程中ROS对肉品质的影响

由于宰后肌细胞缺氧缺血、营养物质的中断，抗氧化防御能力下降，从而提高机体内ROS水平，但过多的ROS可能导致不饱和脂防酸、骨架蛋白的氧化及DNA的损伤等，进而影响肉品质。

3.1 宰后成熟过程中ROS对肉嫩度的影响

宰后动物骨骼肌缺血缺氧，机体有氧代谢受阻，而无氧代谢增加，营养物质缺乏。一方面，ROS可以直接攻击骨架蛋白，导致骨架蛋白的交叉连接，氨基酸侧链修饰，以及蛋白质碎片的形成[40]，从而使它们的理化特性和结构功能改变，蛋白水解酶活性增加，提高肉的嫩度。另一方面，ROS通过脂质过氧化和非酶羰基化的产物导致蛋白质的氧化，使正常蛋白的活性增强或减弱，从而影响嫩度。普遍认为，宰后成熟过程中蛋白质降解可以提高肉品质，FU等[41]报道牛肉肌原纤维蛋白的降解程度的下降可能与嫩度的下降有关，MAO等[42]对全库玛大虾的Ca2+-ATP酶活性和溶解度的研究，发现蛋白质的溶解度与加热过程中蛋白质变性的平均程度有显著的相关性。但也有人持不同的观点，DAVIES[43]报道ROS诱导蛋白质氧化，氧化导致蛋白结构改变或降低蛋白水解酶的敏感性，嫩度变差，MORZEL等[44]报道猪肉肌原纤维蛋白的氧化可以降低蛋白质降解程度，造成嫩度降低，LAMETSCH等[45]报道蛋白质交联会导致肌纤维结构的增强，硬化肌肉组织，引起嫩度降低。总之，ROS引起蛋白氧化对肉嫩度的影响报道不一致，有待进一步研究。

3.2 宰后成熟过程中ROS对肉色泽及风味的影响

宰后动物细胞抗氧化能力减弱甚至消失的同时，氧化能力增强，ROS生成增多，ROS攻击磷脂多不饱和脂肪酸(PUFA)，使其流动性降低、通透性増加，严重时甚至破坏膜的完整性，从而打破细胞稳定的内环境，还会引起PUFA的降解和二次分解物质的生成，从而引起肉颜色和风味的变化。SOHN等[46]报道在鱼肉储藏过程中的早期，形成H2O2等次生脂质氧化产物，导致鱼肉风味、质地、一致性和外观的改变，甚至不良气味的形成。此外，脂质氧化可影响蛋白质变化，MUNASINGHE等[47]报道脂质过氧化导致黄狮鱼肉冷冻储存过程中蛋白质的变化。而骨骼肌肌红蛋白的氧化速率以及肌红蛋白在脱氧、氧合和高铁肌红蛋白3种形态之间的变化与肌肉的色泽紧密相关[48]，OGRADY等[49]发现牛肉脂质氧化的最终产物本身并不能促进氧化肌红蛋白，相反，脂质过氧化的主要产物或自由基分解产物，可能是氧合肌红蛋白氧化的加速器。所以ROS对肉色泽及风味化合物的影响还需进一步研究。

4 结论与展望

宰后肉成熟过程中，骨骼肌通过线粒体及一些酶等产生ROS。一方面，ROS介导细胞凋亡与自噬、坏死等死亡方式最终影响肉品质；另一方面，ROS可以直接攻击核酸，脂质以及蛋白质等生物大分子，引起肉色泽、风味和嫩度等品质的变化。然而，目前, ROS介导细胞凋亡、自噬、坏死等死亡方式的研究主要集中在医学领域，而关于肉品科学领域的研究极少，而且机制尚未明确。因此，有必要从ROS介导细胞凋亡、自噬、坏死等死亡方式及相互作用的角度研究活性氧介导的氧化应激对肉品质的影响；同时，ROS对蛋白质、脂质等生物大分子的影响机制也未阐明，所以，也有必要进一步探究。总之，活性氧介导的氧化应激对肉品质的影响需要从以上两个角度进一步深入研究，从而为肉的成熟机理研究提供新的思路。