肌肽的生理作用及其在畜禽生产中的应用研究进展

康国磊，王净，王红娜*，冯涛

（1.河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北邯郸 056038；2.河北北方学院动物科技学院，河北张家口 075000；3.河北省肉羊产业技术创新战略联盟，河北张家口 075000；4.北京市农林科学院畜牧兽医研究所，北京 100097；5.北京市农林科学院-美国俄克拉荷马州立大学动物科学联合实验室，北京 100097）

肌肽（-Carnosine）是一种存在于多数脊椎动物骨骼肌中的天然二肽，由-丙氨酸和-组氨酸组成，分子式是CHNO，相对分子量为226.24。在机体内由-丙氨酸和-组氨酸经肌肽合成酶合成肌肽，人工肌肽由-丙氨酸和-组氨酸盐酸盐缩合制成。肌肽于1900 年首次被俄国学者古列维奇在牛肉提取物中发现，随后在其他物种（如马、猪、鸡、鱼）中发现了一系列与肌肽结构相似的化合物（如鹅肌肽和高肌肽等），且不同种动物之间以及同一种动物不同部位之间的肌肽含量存在差异。一般来说，机体不同部位的肌肽含量与该部位的运动量呈正相关。Manhiani 等在家禽的肝脏、肺、尾部、心脏中均检测到肌肽，其中肝脏中的肌肽含量最高，脑中肌肽含量最低。肌肽具有抗氧化、抗糖基化、维持pH 稳定、金属螯合等多种生理学作用；另外，肌肽具有咪唑环，使得肌肽可以与多种脂质过氧化物结合，减弱氧化应激对细胞的损伤，因此肌肽在改善畜禽肉品质方面也具有一定作用。肌肽在畜禽生产上的应用主要集中在猪、鸡等物种，在反刍动物上鲜有报道。本文主要综述了肌肽的生理作用以及在畜禽生产上的应用效果，为肌肽在动物生产中的合理使用提供参考依据。

1 肌肽的合成

日粮中组氨酸和丙氨酸可经消化道上表皮组织吸收进体内合成肌肽。Matthews 等研究结果表明，绵羊瓣胃上皮组织比瘤胃上皮组织具有更强的吸收游离氨基酸和肌肽的能力。在饲粮中添加组氨酸或者丙氨酸都会提高肉仔鸡肌肉中的肌肽含量。Kai 等在14 日龄雌鸡日粮中分别添加组氨酸营养需要量的67%、100%、200%，200%添加组氨酸使肌肉和血浆中肌肽含量显著增加。Qi 等在肉仔鸡饲粮中补充-丙氨酸后，肉鸡胸肌中肌肽含量也有所增加。这说明机体可以通过吸收日粮中组氨酸和丙氨酸提高体内肌肽的合成能力，继而增加含量。

2 肌肽的生理作用

2.1 激活mTOR 信号通路 肌肽促进生长的机制之一是激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）信号通路，促进细胞增殖。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该酶存在于2 种完全不同的多蛋白复合体mTORC1 和mTORC2 中，在细胞生长、增殖方面发挥着重要的调节作用。已有研究表明，mTOR 信号途径调控异常与细胞增殖密切相关。Palin 等研究结果表明，在HO诱导氧化应激和自然氧化应激（非HO诱导的氧化应激）条件下肌肽均能够降低活性氧的聚集并减少氧化损伤，肌肽能够抑制HO诱导的p38 MAPK 信号的活化，在自然氧化应激诱导条件下通过激活mTOR 通路缓解氧化应激对细胞的损害。鲍英慧研究结果表明，日粮中添加0.1%肌肽后，二元阉公猪血清中的胰岛素样生长因子（IGF-1）水平显著提高，IGF-1 与受体IGFR-1 结合并激活上游信号分子PI3K、激活Akt、激活mTOR 及下游信号分子，从而促进蛋白质翻译及肌肉蛋白质的合成。

2.2 Ca调节剂 肌肽会结合到肌浆网上的对应位点，激活肌浆网上的钙离子通道来释放Ca，从而调节Ca水平。Zaloga 等试验发现，肌肽可以改善离体大鼠心脏的收缩能力并且增加游离钙的水平，刺激钙释放通道的钙释放，调节肌浆网钙泵对钙的吸收，从而调节钙的水平。Jones 等研究结果表明，对人体补充肌肽的前体物-丙氨酸会导致肌肉半松弛时间下降，H的积累会影响肌肉收缩过程中的Ca信号传导，而肌肽有可能作为Ca和H耦合调节剂，通过直接或者间接机制摄取Ca，发挥调节Ca水平的作用。

2.3 抗氧化 肌肽具有的抗氧化作用依赖于肌肽咪唑环部分与氧化因子的结合，并通过促进抗氧化基因表达、淬灭醛、螯合金属、抗糖基来共同实现。Zhou 等研究结果表明，脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）诱导小鼠肠氧化应激，而肌肽可缓解DON 诱导的空肠二胺氧化酶活性降低，维持肠上皮完整性；另外，肌肽与Kelch 样ECH 关联蛋白1（Keap1）结合，解离转录因子NF-E2相关因子2（Nrf2）进入细胞核激活下游基因的转录和翻译，从而加速抗氧化剂的合成以中和过量的活性氧。Caruso 等使用肌肽预处理巨噬细胞之后暴露于-淀粉样多肽1-42（A1-42）中，发现肌肽通过降低细胞内一氧化氮和活性氧的水平，减少了过氧亚硝酸盐的产生，降低了氧化应激，从而抑制了A1-42 寡聚体诱导的细胞死亡和凋亡。

2.3.1 清除醛 不饱和醛是膜脂质过氧化的典型副产物，被认为是氧化应激的第二信使，肌肽则是不饱和醛的强力清除剂，肌肽通过咪唑部分与低分子量的醛类及由不饱和脂肪酸形成的醛类反应，从而保护细胞结构免受活性物质的影响。Zhao 等使用肌肽预处理心肌细胞后将其暴露于丙烯醛中，发现肌肽中咪唑环的N和醛可形成共轭物，从而发挥淬灭醛的能力，即肌肽的咪唑部分与醛羰基之间形成共轭物从而降低醛对心肌细胞的损伤。

2.3.2 金属螯合作用 肌肽可以通过肌肽分子中的咪唑基与催化油脂氧化的金属离子螯合，从而避免金属离子催化油脂氧化。铜会增加人红细胞中活性氧和活性氮的生成，抑制抗氧化剂和膜结合的酶，降低抗氧化酶能力，抑制代谢，并损伤质膜，而肌肽会以浓度依赖性的方式减弱铜的损害。Kang 等将铜锌超氧化物歧化酶（Cu,Zn-SOD）、偶氮二异丁脒盐酸盐（AAPH）混合置于磷酸钾缓冲液中，并加入肌肽孵育，发现肌肽抑制Cu,Zn-SOD 中的铜离子释放以及Cu,Zn-SOD 中羰基化合物的形成，抑制Cu,Zn-SOD 裂解和失活，防止其蛋白质片段化，并抑制其对Cu,Zn-SOD 氨基酸残基的修饰，进而防止铜离子的释放对细胞蛋白质的损伤。Arnal 等研究结果表明，人肝和肺细胞经铜处理后明显增强了蛋白质羰基、硫代巴比妥酸反应性物质的形成，降低了细胞存活率；肌肽可与铜离子形成络合物，发挥保护细胞免受铜离子损伤和维持细胞存活的作用。

2.3.3 抗糖基化 糖基化是机体内蛋白质或脂质等生物大分子上附加在糖类的过程，并且在脂质过氧化和非酶糖基化过程中会产生对细胞有害的物质。肌肽可以与蛋白质羰基发生被称为肌肽酰化反应，防止蛋白质形成刚性交联键而损害细胞功能，组氨酸的-氨基的乙酰化，或肌肽的咪唑基团的甲基化，都表现出了强烈的抗交联作用。Hipkiss 等研究结果表明，肌肽可与氧化蛋白质上的羰基进行反应，抑制氧化蛋白质与大分子的交联，进而抑制糖尿病引起的血压升高，这与肌肽的抗糖基化作用一致。Tanaka 等在小鼠气管内注射脂多糖后口服不同浓度肌肽（10、50、100 mg/kg），表明肌肽通过抑制活性氧的水平来抑制脂多糖诱导的肺损伤。

3 肌肽在动物生产中的应用

3.1 肌肽在猪上的应用 肌肽在猪上的应用主要包括提高猪的育肥性能和改善肉品质（表1），肌肽在猪上的添加量为100～1 000 mg/kg 日粮。在机体内，肌肽可能不会直接被骨骼肌吸收，但是可以上调机体内IGF-1 的表达水平，促进AKTser473、TORser2448、S6Kthr389磷酸化的水平，激活Akt/mTOR 及其下游的S6K，从而提高蛋白质翻译效率，促进蛋白质合成；另外，肌肽也会影响甲状腺激素的分泌，诱导卫星细胞的增殖。而肌肽发挥抗氧化作用可能是通过直接与活性氧或过氧化物进行反应，亦或是其代谢产物与活性氧和过氧化物进行反应；另外，较低浓度的肌肽也可以通过提高抗氧化酶的表达发挥抗氧化作用，肌肽抑制死后肌肉中糖原的分解也直接影响了肉的质量。肌肽天然的抗氧化能力使得屠宰后的猪肉不易氧化，保鲜期更长，拥有更良好的贮藏效果，并且在一定程度上改善肉的风味；肌肽还可用作预测肉类老化时间和质量变化的潜在生物标志物。

表1 肌肽在猪上的应用

3.2 肌肽在鸡上的应用 肌肽在鸡生产中的作用包括提高产蛋性能、生产性能、肉品质、抗氧化能力以及免疫能力（表2），在鸡上应用的肌肽浓度为每千克日粮添加400～2 700 mg。肌肽可提高鸡抗氧化酶的表达水平，激活鸡血中酶促抗氧化系统，还可增加鸡对脂质的利用能力，改善脂肪代谢。肌肽对鸡肌肉的影响可能是其改变了肉鸡蛋白质的合成与分解平衡，使肌肉内肌浆蛋白质合成的速率增大，降低了蛋白质氧化分解，加快了肌肉的生长速度，并且影响了钙调神经磷酸酶的表达，促进肉鸡肌纤维的发育和肌纤维类型的转化。同时，肌肽具有抑制脂质氧化的功能，大量的脂肪屯积在肌束间，也有少量屯积在肌纤维间，进一步降低了肌纤维的密度，对改善肉品质具有潜在作用。肌肽增强免疫的方式之一是通过促进白介素1B（IL-1B）的释放，减少中性粒细胞的凋亡，从而提高机体免疫力，也可通过促进免疫器官发育和提高新城疫抗体水平来加强肉仔鸡的细胞免疫和体液免疫能力。

表2 肌肽在鸡上的应用

3.3 肌肽在羊上的应用 目前，肌肽在反刍动物上的研究和应用较少。Yaqub 等研究结果显示，妊娠母羊饮水中分别添加0、100 mg/kg 体重的肌肽对于母羊的体温调节和羔羊的出生体重没有显著影响，肌肽能降低母羊血液中丙二醛、8-异前列腺素和甘油三酯浓度，显著提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性。在反刍动物上，肌肽也表现出较强的抗氧化应激能力。

4 小结和展望

肌肽在动物生产中通过激活mTOR 信号通路、调节Ca转运、抗氧化作用、调节脂质代谢等多种方式发挥其提高动物生产性能、抗氧化、改善肉品质的作用，并且还能够延长肉产品保鲜期。但肌肽促进畜禽生产性能的机理尚不完全清楚，肌肽在畜禽上的应用研究不多，添加量和效果也不尽一致，暂时无法对经济效益进行客观评价。同时，肌肽的广泛应用仍受其制作工艺及成本的制约，如何降低成本、提高纯度也是将来的研究方向之一。