《食品科學(xué)》：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)毛衍偉、張一敏教授等：泛素化對(duì)肉品質(zhì)影響機(jī)制研究進(jìn)展

肉的品質(zhì)（如嫩度、肉色、保水性等）是影響肉商品價(jià)值和消費(fèi)者滿意度的重要特性，其調(diào)控機(jī)制是肉類科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。決定肉品質(zhì)的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，宰前遺傳、飼料及宰后冷卻方式等內(nèi)外源因素均會(huì)影響肉品質(zhì)，其中宰后代謝引發(fā)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTMs）已被大量研究證實(shí)是調(diào)控肉品質(zhì)的關(guān)鍵途徑。

泛素化是PTMs的重要方式之一，是指泛素分子在一系列酶的作用下共價(jià)結(jié)合到靶蛋白上的過程。當(dāng)前的研究已深入解析了磷酸化、乙酰化等PTMs對(duì)肉品質(zhì)的影響及作用機(jī)制，但對(duì)泛素化調(diào)控肉品質(zhì)的研究仍處于起步階段。先前的研究已在數(shù)千種蛋白質(zhì)中鑒定出數(shù)萬個(gè)泛素化修飾位點(diǎn)，這一發(fā)現(xiàn)揭示了泛素化在大多數(shù)細(xì)胞蛋白質(zhì)生命周期的特定階段是一種廣泛存在的現(xiàn)象。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的王夢雪、毛衍偉*、張一敏*等對(duì)泛素化及其影響肉品質(zhì)的潛在機(jī)制進(jìn)行介紹和總結(jié)，并重點(diǎn)論述泛素化對(duì)嫩度、肉色、保水性以及脂肪含量的影響，旨在為調(diào)控肉品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。

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泛素化的定義

泛素是一種由76 個(gè)氨基酸組成的小分子蛋白質(zhì)，其分子表面7 個(gè)賴氨酸殘基（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63）及N端甲硫氨酸（Met1）可通過異肽鍵形成8種泛素鏈類型。泛素化指在泛素激活酶（E1）、泛素結(jié)合酶（E2）和泛素連接酶（E3）的催化作用下，泛素分子共價(jià)結(jié)合到靶蛋白上的過程，是一種動(dòng)態(tài)可逆的翻譯后修飾。E1通過消耗ATP激活泛素，活化的泛素與E2結(jié)合，最終通過E2和E3轉(zhuǎn)移到靶蛋白上；逆過程是底物蛋白被蛋白酶體水解前，由去泛素化酶（DUB）去除泛素鏈的過程。

泛素化介導(dǎo)了真核生物中大部分的蛋白質(zhì)降解，并廣泛參與細(xì)胞增殖、凋亡、自噬、DNA損傷修復(fù)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及免疫應(yīng)答等關(guān)鍵生理活動(dòng)。例如，K48泛素化介導(dǎo)靶向底物蛋白的蛋白酶體降解；K63泛素化涉及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、自噬等功能，其中凋亡是影響牛肉嫩度的關(guān)鍵因素。醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)是蛋白質(zhì)泛素化與疾病之間的關(guān)系，生化研究主要集中在蛋白質(zhì)泛素化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)之間的關(guān)系。泛素化對(duì)生物體內(nèi)的許多過程都有重要影響，前期以肌肉為主體對(duì)蛋白質(zhì)泛素化的研究也為泛素化調(diào)控肉品質(zhì)的相關(guān)研究提供了理論基礎(chǔ)。泛素化可能通過調(diào)節(jié)宰后肌肉中特定蛋白酶體活性及靶向蛋白降解等方式，從多個(gè)方面影響肉品質(zhì)形成，如圖1所示。

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泛素化對(duì)宰后能量代謝的影響

宰后肌肉向肉轉(zhuǎn)變的過程涉及一系列復(fù)雜的生化和物理變化，其中糖酵解是能量代謝的關(guān)鍵過程。在該過程中，線粒體是執(zhí)行代謝功能的主體，代謝酶和氧化還原酶等酶類發(fā)揮著重要作用。宰后肌肉中能量代謝物的含量和代謝速率會(huì)顯著影響肉的品質(zhì)。正常能量代謝速率的肉色穩(wěn)定性良好，而異常的能量代謝速率則會(huì)導(dǎo)致灰白肉（PSE）、黑干肉（DFD）和其他類型品質(zhì)缺陷肉的形成。研究表明，糖酵解限速酶丙酮酸激酶M2（PKM2）的低表達(dá)可減緩宰后代謝速率，例如藏豬的優(yōu)良肉質(zhì)與其PKM2基因低表達(dá)相關(guān)。持續(xù)地糖酵解會(huì)將糖原轉(zhuǎn)化為乳酸，最終引起pH值降低，pH值下降的速度和程度會(huì)顯著影響肉嫩度、色澤和保水性。研究表明，能量代謝速率較快的羊肉pH值下降速率較快，導(dǎo)致肌纖維結(jié)構(gòu)蛋白變性和保水性降低、肉質(zhì)松散。

線粒體在宰后數(shù)小時(shí)內(nèi)仍保持完整的結(jié)構(gòu)和一定的功能性，仍能加速肌肉中的ATP水解以及糖原降解，為調(diào)節(jié)宰后肌肉pH值做出貢獻(xiàn)。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）能通過降解生化反應(yīng)過程中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)從而調(diào)節(jié)許多細(xì)胞功能，細(xì)胞中約62%的線粒體蛋白可被泛素化修飾。Lavie等研究了線粒體蛋白的泛素化和琥珀酸脫氫酶亞基A（SDHA）的UPS依賴性降解，證明線粒體代謝機(jī)制也受到UPS的調(diào)節(jié)。在糖酵解層面，泛素化通過影響糖酵解相關(guān)酶的活性和含量動(dòng)態(tài)平衡代謝通量。Wang Bi等指出，泛素特異性蛋白酶（USP）2是DUB家族的重要成員，能夠抑制目標(biāo)蛋白的泛素化過程，并阻斷PKM2與E3泛素連接酶的結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控PKM2的穩(wěn)定性及核內(nèi)定位，提升其酶活性并加速糖酵解進(jìn)程；lncRNA肌動(dòng)蛋白γ1假基因（AGPG）能夠特異性地與6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3）的C端區(qū)域結(jié)合，促進(jìn)PFKFB3的穩(wěn)定表達(dá)，并通過抑制PFKFB3在Lys302處的泛素化及其隨后的蛋白酶體依賴性降解，激活糖酵解通路；葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶（G6PI）能夠催化葡萄糖-6-磷酸向果糖-6-磷酸的轉(zhuǎn)化，而該過程中，G6PI可被E3泛素連接酶RNF45和TRIM25協(xié)作泛素化后降解；缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）作為一種與代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，其激活狀態(tài)能增強(qiáng)包括己糖激酶（HK）1、HK2、乳酸脫氫酶A及丙酮酸脫氫酶激酶（PDK）1在內(nèi)的多種糖酵解酶基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)糖酵解通量，而E3泛素連接酶MDM2、PARKIN和HUWE1能介導(dǎo)HIF-1α的泛素化，并引導(dǎo)其降解，最終導(dǎo)致糖酵解通量降低。

宰后糖酵解作為能量代謝的核心途徑，其速率直接影響pH值變化及肉品質(zhì)。線粒體在宰后早期仍通過ATP水解和糖酵解參與pH值調(diào)節(jié)，而UPS通過泛素化修飾約62%的線粒體蛋白，調(diào)控其功能穩(wěn)定性。泛素化通過雙向機(jī)制平衡糖酵解進(jìn)程：DUB可穩(wěn)定限速酶增強(qiáng)代謝通量，而E3泛素連接酶通過降解代謝中間酶或轉(zhuǎn)錄因子抑制糖酵解。綜上所述，泛素化可以通過UPS依賴性降解的調(diào)控機(jī)制從而影響線粒體相關(guān)蛋白、糖酵解關(guān)鍵酶以及代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的活性與穩(wěn)定性，并對(duì)糖酵解進(jìn)程產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響肉質(zhì)的形成。

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泛素化對(duì)肉品質(zhì)的影響及機(jī)制

近年來，已有研究鑒定出與糖酵解、蛋白水解和細(xì)胞凋亡相關(guān)的泛素化蛋白質(zhì)，但研究結(jié)果更多集中在在醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)等方面，對(duì)蛋白質(zhì)泛素化與肉品質(zhì)之間關(guān)系的探索還比較缺乏。近期蛋白質(zhì)泛素化在肉類科學(xué)中受到重視，相關(guān)研究正逐漸增多，旨在揭示其對(duì)肉品質(zhì)的影響。

3.1 泛素化對(duì)肉嫩度的影響及機(jī)制

在泛素分子的7 個(gè)賴氨酸殘基位點(diǎn)中，K48位點(diǎn)的泛素化最為普遍，約占細(xì)胞內(nèi)總泛素化的50%，其次是由K63介導(dǎo)的泛素化。K48泛素化主要介導(dǎo)蛋白酶體對(duì)蛋白質(zhì)的降解。值得注意的是，細(xì)胞內(nèi)約有80%～90%的蛋白質(zhì)降解是通過泛素化途徑實(shí)現(xiàn)。此外，K63泛素化在調(diào)控細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮著重要作用。鑒于蛋白質(zhì)水解與細(xì)胞凋亡對(duì)肉嫩度有不同程度的影響，因此深入探究泛素化影響肉嫩度的機(jī)制尤為必要。

3.1.1 UPS

UPS是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的重要途徑，通過三級(jí)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)特異性蛋白降解，如圖2所示。E1泛素激活酶與E2泛素結(jié)合酶協(xié)同作用，為隨后的泛素共價(jià)結(jié)合奠定基礎(chǔ)，E3泛素連接酶作為特異性識(shí)別核心，催化活化的泛素分子轉(zhuǎn)移至特定底物上，這一過程持續(xù)進(jìn)行，直至形成包含4～5 個(gè)泛素分子的多泛素鏈。多泛素鏈的共價(jià)連接成為26S蛋白酶體的靶標(biāo)，該蛋白酶體由一個(gè)中央桶狀的20S核心與兩個(gè)19S調(diào)節(jié)亞基組成。19S亞基能識(shí)別并結(jié)合泛素化蛋白，并催化20S核心內(nèi)部啟動(dòng)ATP依賴性降解過程。UPS執(zhí)行底物特異性蛋白水解，可去除泛素并將底物蛋白降解成小肽。

正常條件下，宰后肌肉中蛋白酶體的活性最多可以保持7 d，因此，作為一種重要的降解蛋白質(zhì)的內(nèi)源酶系統(tǒng)，UPS具有促進(jìn)肉品質(zhì)嫩化的潛力，且早在1995年，Taylor等就提出UPS會(huì)在肉的嫩化中起作用。在宰后肌肉中，泛素化一定程度上可以反映肉嫩化程度和速率，與嫩度直接相關(guān)。在骨骼肌細(xì)胞內(nèi)，蛋白酶體可以降解一系列特定的肌原纖維蛋白，如肌鈣蛋白C、肌球蛋白輕鏈亞型-2與肌球蛋白輕鏈亞型-3、肌球蛋白重鏈以及α-肌動(dòng)蛋白和原肌球蛋白。

動(dòng)物屠宰后，骨骼肌組織中UPS通路表達(dá)上調(diào)，引起編碼多聚泛素、E214k等E2酶、E3α、atrogin-1（肌肉組織表達(dá)特異性的一種E3酶）等多個(gè)組分，連同多個(gè)蛋白酶體亞單位的mRNA水平均升高，其中atrogin-1表達(dá)量提升7 倍，促進(jìn)了大規(guī)模蛋白水解。在Liu Yue等的研究中，通過設(shè)置E1泛素激活酶抑制劑處理組和蛋白酶體抑制處理組，深入探究了UPS在宰后綿羊骨骼肌嫩化進(jìn)程中的作用。結(jié)果表明，抑制該系統(tǒng)的功能能夠減輕肌肉超微結(jié)構(gòu)的損傷并縮短肌節(jié)長度，證實(shí)了UPS在宰后蛋白水解中的作用，表明UPS可能對(duì)嫩化具有正向調(diào)控作用。

目前，僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)幾種泛素連接方式能有效介導(dǎo)標(biāo)記蛋白質(zhì)的降解，它們分別是K48鏈、K11鏈以及線性泛素鏈Met1，這些連接方式均能將目標(biāo)蛋白質(zhì)引導(dǎo)至蛋白酶體進(jìn)行降解，其中K48連接的泛素化在數(shù)量上占據(jù)主導(dǎo)地位。泛素化蛋白質(zhì)除了經(jīng)26S蛋白酶體降解外，還與溶酶體降解途徑存在協(xié)同作用，并可能與鈣蛋白酶系統(tǒng)產(chǎn)生交互作用（如利用鈣蛋白酶預(yù)處理一些底物蛋白以增強(qiáng)UPS的降解效率）形成復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這些發(fā)現(xiàn)為解析UPS介導(dǎo)肉質(zhì)嫩化的分子機(jī)制提供了重要理論依據(jù)。

3.1.2 泛素化調(diào)控細(xì)胞凋亡通路

宰后肌肉處于缺血缺氧的狀態(tài)，線粒體產(chǎn)生能量的功能異常，導(dǎo)致活性氧（ROS）積累。這種情況在骨骼肌中尤為顯著，過量的ROS積累會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化，并進(jìn)一步造成線粒體和細(xì)胞功能障礙。其中，ATP缺失會(huì)誘導(dǎo)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔的開放和/或跨膜電位下降，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞凋亡。盡管傳統(tǒng)生化技術(shù)往往聚焦于鈣蛋白酶對(duì)肉嫩化的作用，但一些研究證實(shí)了細(xì)胞凋亡在肉的嫩化過程中也起著重要作用。例如，細(xì)胞凋亡會(huì)使肌肉蛋白的合成速率遠(yuǎn)低于降解速率，導(dǎo)致肌肉的肌原纖維蛋白含量降低，最終影響肉品質(zhì)。事實(shí)上，與嫩度相關(guān)的重要通路都與肌細(xì)胞的凋亡相關(guān)，而UPS在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。如圖3所示，UPS通過泛素化修飾B淋巴細(xì)胞瘤-2（Bcl-2）家族蛋白、凋亡抑制蛋白（IAPs）、IκB激酶（IKK）抑制劑的調(diào)節(jié)因子以及部分熱休克蛋白（HSPs）等關(guān)鍵凋亡調(diào)控因子，定向降解促凋亡/抗凋亡蛋白從而調(diào)節(jié)信號(hào)通路。Lee等證實(shí)了UPS通過蛋白酶體介導(dǎo)的靶向降解從而實(shí)現(xiàn)對(duì)凋亡信號(hào)通路的雙向調(diào)控，這一機(jī)制為宰后肉質(zhì)變化的分子機(jī)制提供了新視角。

Bcl-2家族蛋白是細(xì)胞凋亡相關(guān)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可抑制或促進(jìn)細(xì)胞凋亡，其泛素化后在蛋白酶體作用下發(fā)生降解，從而影響促凋亡和抗凋亡信號(hào)之間的平衡。在宰后肌肉中，線粒體功能障礙引發(fā)的Bax和Bak激活會(huì)在線粒體外膜形成跨膜孔道，導(dǎo)致膜通透性改變及細(xì)胞色素c釋放，從而啟動(dòng)半胱天冬酶（caspase）級(jí)聯(lián)反應(yīng)。而E3泛素連接酶 IBRDC2能特異性識(shí)別并靶向標(biāo)定Bax，促進(jìn)其通過泛素化途徑進(jìn)行降解，最終抑制凋亡；Mcl-1的穩(wěn)定性受到降解型泛素化過程的調(diào)控，DUB USP9X能夠清除Mcl-1的K48泛素修飾，阻止其進(jìn)入蛋白酶體降解途徑，從而穩(wěn)定Mcl-1，達(dá)到抗凋亡的效果。這種雙向調(diào)控機(jī)制使得Bcl-2家族成為連接線粒體凋亡信號(hào)與UPS的關(guān)鍵樞紐。

IAPs是一類高度保守的內(nèi)源性抗凋亡因子，主要通過抑制caspases活性和參與調(diào)節(jié)核因子NF-κB的作用抑制細(xì)胞凋亡。IAPs家族中的多個(gè)凋亡抑制因子均具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域，表現(xiàn)出泛素連接酶的活性，這一特性使它們能夠進(jìn)行自我調(diào)控以及調(diào)節(jié)半胱氨酸蛋白酶等其他底物的水平，進(jìn)而將細(xì)胞凋亡與UPS緊密相連。值得注意的是，IAPs本身也會(huì)參與凋亡底物的泛素化，這一關(guān)鍵的負(fù)向調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)細(xì)胞凋亡的發(fā)生具有決定性影響。具體而言，X連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）、細(xì)胞凋亡抑制蛋白（cIAP）1及cIAP2通過與已激活的caspase-3、caspase-7和caspase-9相互作用，有效阻斷起始和效應(yīng)caspases的作用路徑，從而抑制它們的酶活性。XIAP和cIAP1在體外和體內(nèi)細(xì)胞中都可通過RING結(jié)構(gòu)域依賴性自身泛素化，并以蛋白酶體依賴性方式降解。除此之外，XIAP本身還是一種E3泛素連接酶，是內(nèi)源性和外源性凋亡途徑的有效抑制劑，還可促進(jìn)Smac泛素化和蛋白酶體降解。許多促凋亡和抗凋亡分子的蛋白質(zhì)水平都受泛素依賴性降解的調(diào)控，caspases水解破壞26S蛋白酶體的亞基使泛素化蛋白質(zhì)累積，形成正反饋加速凋亡進(jìn)程。

HSPs是在應(yīng)激條件特別是高溫環(huán)境誘導(dǎo)下所生成的一類蛋白質(zhì)，被認(rèn)為是肉嫩度的蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物。Ouali等提出的假說認(rèn)為，HSPs可通過抗凋亡功能抑制肌原纖維蛋白降解從而延緩嫩化。后來的研究發(fā)現(xiàn)，HSPs有助于保持宰后骨骼肌中的蛋白質(zhì)構(gòu)象和生物學(xué)功能，并抑制肌原纖維蛋白的降解，對(duì)肉的嫩度造成不良影響。分子機(jī)制上，HSP70或HSP90可以與凋亡酶激活因子相互作用，通過抑制凋亡細(xì)胞的形成而對(duì)線粒體內(nèi)源途徑的caspases激活產(chǎn)生負(fù)面干擾。CHIP作為泛素連接酶可以泛素化HSP70和HSP90，將其靶向蛋白酶體進(jìn)行降解。此外，HSP90通過與受體相互作用蛋白1（RIP1）相互作用促進(jìn)腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的核因子κB（NF-κB）活化。NF-κB可以控制細(xì)胞對(duì)死亡誘導(dǎo)刺激反應(yīng)的編碼因子，在骨骼肌細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，并且RIP1自身Lys63位點(diǎn)的泛素化也可促進(jìn)其激活。

上述3 類蛋白通過交叉調(diào)控構(gòu)成宰后嫩化的分子網(wǎng)絡(luò)：Bcl-2家族控制線粒體凋亡啟動(dòng)，IAPs調(diào)節(jié)caspases執(zhí)行階段，而HSPs在蛋白穩(wěn)態(tài)層面施加全局影響。UPS通過動(dòng)態(tài)修飾這些關(guān)鍵因子（如Bax泛素化降解、XIAP自身泛素化、HSP70/90的CHIP依賴性降解）決定凋亡進(jìn)程速率，進(jìn)而影響宰后肌肉嫩化過程。

3.2 泛素化對(duì)其他肉品質(zhì)的影響

除嫩度外，肉色、保水性及脂肪含量等指標(biāo)也是決定肉品質(zhì)的關(guān)鍵因素。研究表明，宰后肌肉的能量代謝和生理變化，如Z盤相關(guān)蛋白質(zhì)的降解、肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的解離、肌紅蛋白的穩(wěn)定性和糖酵解相關(guān)酶活性的調(diào)節(jié)等均有泛素化的參與和調(diào)控，其中UPS及相關(guān)基因已被證實(shí)能調(diào)控宰后肌肉特性。

3.2.1 肉色

肉色是消費(fèi)者評(píng)價(jià)肉品質(zhì)最直觀的指標(biāo)，直接影響消費(fèi)者的購買決策。在宰后肌肉向肉轉(zhuǎn)變的過程中，糖酵解會(huì)伴隨著各種酸的積累以及pH值的下降。與此同時(shí)，線粒體的功能以及主要的色素蛋白（血紅蛋白與肌紅蛋白）也會(huì)受到影響，進(jìn)而改變?nèi)馍?/p>

在宰后肌肉中，隨著ATP的消耗，糖酵解過程逐漸減緩，但乳酸濃度仍在不斷升高。糖酵解促進(jìn)了有機(jī)酸和TCA循環(huán)相關(guān)中間代謝物（包括乳酸、蘋果酸和丙酮酸）的產(chǎn)生和積累。先前研究表明肉中酸性代謝物的積累可以增強(qiáng)肌紅蛋白的還原能力，減少高鐵肌紅蛋白的形成，從而增加肉色穩(wěn)定性。乳酸作為線粒體呼吸的底物，其過量累積會(huì)增加肌細(xì)胞的耗氧量，導(dǎo)致肌肉中缺氧而使肉的顏色變暗。線粒體能夠與氧合肌紅蛋白發(fā)生相互作用，促使與血紅素結(jié)合的氧由氧合肌紅蛋白轉(zhuǎn)移至線粒體，這一過程加速了脫氧肌紅蛋白的生成，進(jìn)而引起肉色加深的現(xiàn)象。PDK也是糖酵解過程的關(guān)鍵控制酶之一，會(huì)受到HIF-1α的正向調(diào)節(jié)作用，而E3泛素連接酶中的MDM2、PARKIN及HUWE1可通過泛素化修飾介導(dǎo)HIF-1α的蛋白酶體降解，這會(huì)減少糖酵解通量并對(duì)肉色產(chǎn)生不良影響。

在色素蛋白穩(wěn)定性方面，血紅蛋白的氧化修飾機(jī)制值得關(guān)注。Strader等研究發(fā)現(xiàn)，血紅蛋白在假性過氧化循環(huán)中可發(fā)生K96和K145位點(diǎn)的特異性泛素化，這種翻譯后修飾會(huì)破壞其四級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致血紅素基團(tuán)釋放，引發(fā)肉色褐變。泛素羧基末端水解酶同工酶L3（UCH-L3）是泛素C端水解酶的同工酶之一，具有去泛素化功能，Yu Qianqian等研究發(fā)現(xiàn)，UCH-L3表達(dá)量增加的處理組可以通過去泛素化作用減少肌原纖維蛋白的異常降解，同時(shí)抑制脂肪酸氧化過程中脂質(zhì)過氧化物的生成，雙重機(jī)制協(xié)同維持肉色穩(wěn)定性。HSPs具有抗凋亡和伴侶功能，能有效保護(hù)蛋白質(zhì)免受損傷，并對(duì)肉色穩(wěn)定產(chǎn)生積極影響。例如，Joseph等在肉色穩(wěn)定性增強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)組內(nèi)觀察到HSP70和HSP27兩種HSPs的表達(dá)量顯著上升。

泛素化通過調(diào)控宰后代謝與色素蛋白穩(wěn)定性共同影響肉色。E3泛素連接酶介導(dǎo)HIF-1α降解，抑制糖酵解關(guān)鍵酶活性，加劇缺氧誘導(dǎo)的脫氧肌紅蛋白生成，導(dǎo)致肉色劣變；而血紅蛋白特異性泛素化破壞其結(jié)構(gòu)，促使血紅素釋放及肉色褐變。DUB UCH-L3通過拮抗異常泛素化，抑制肌原纖維蛋白降解與脂質(zhì)過氧化，維持肉色穩(wěn)定。泛素化動(dòng)態(tài)平衡還可協(xié)同HSPs的抗氧化功能，保護(hù)色素蛋白構(gòu)象。綜上，泛素化網(wǎng)絡(luò)通過代謝調(diào)控與蛋白修飾雙途徑，成為肉色品質(zhì)的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制。

3.2.2 保水性

肉的保水性會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量、肉類加工性能以及新鮮肉類的感官特性。肉的多汁性，部分由保水性決定，保水能力的提高有助于改善肉類的食用品質(zhì)。肌肉中的大部分水被保存在細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，包括肌原纖維內(nèi)和肌外間隙。肉中水分的含量和分布對(duì)肉的品質(zhì)有相當(dāng)大的影響，水分分布會(huì)因受細(xì)胞骨架蛋白降解引起的組織變化而變化，因此被認(rèn)為是影響肉類保水性的重要因素。

在宰后早期，殘留的ATP會(huì)激活UPS導(dǎo)致肌肉中的肌節(jié)間和肌膜間的連接蛋白發(fā)生降解。此類降解作用降低了水的結(jié)合能力，因此細(xì)胞內(nèi)的水容易轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，從而導(dǎo)致肌肉細(xì)胞中固定水的流失。此外，UPS還會(huì)促進(jìn)一些關(guān)鍵的肌肉中蛋白降解，如整合素（一種膜蛋白，涉及細(xì)胞骨架與細(xì)胞外基質(zhì)連接）以及中間絲蛋白，這會(huì)導(dǎo)致在細(xì)胞膜之間形成汁液流失通道，增加汁液損失。Huynh等通過生物信息學(xué)分析證明了泛素化相關(guān)基因ZRANB1和UBE3B變異對(duì)豬肉保水性具有影響。E3泛素連接酶有助于識(shí)別泛素化的蛋白質(zhì)底物，UBE3B是一種編碼E3泛素連接酶的基因，該基因上調(diào)會(huì)加劇對(duì)肌漿蛋白和肌原纖維蛋白的損傷，而去泛素化基因ZRANB1可催化多泛素鏈內(nèi)或泛素與靶蛋白之間的異肽鍵裂解，去除其蛋白水解破壞標(biāo)記，阻止蛋白底物的降解，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性，增強(qiáng)肉的保水性。Kee等分析了牛肉背最長肌轉(zhuǎn)錄組，鑒別出了一些與保水性呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性的USP基因，即USP8（負(fù)相關(guān)）、USP28（正相關(guān)）、USP47（正相關(guān)）和USP52（負(fù)相關(guān)），負(fù)相關(guān)的標(biāo)記基因可能對(duì)提升肉的保水性有重要意義。營養(yǎng)干預(yù)手段可通過抑制UPS活性從而改善肉的保水性。例如，煙酰胺和丁酸鈉可以通過阻斷泛素化級(jí)聯(lián)反應(yīng)減少蛋白質(zhì)降解提高肌肉保水性；給虹鱒魚補(bǔ)充足夠的膳食Se，可以顯著下調(diào)兩個(gè)UPS相關(guān)基因（MuRF2和Fbx25）的表達(dá)，降低虹鱒魚肌肉蛋白分解速率并提高魚肉的保水性。

泛素化過程影響著肉的保水性，主要通過UPS降解細(xì)胞骨架蛋白等關(guān)鍵肌肉蛋白，降低水分結(jié)合能力，導(dǎo)致汁液流失。泛素化相關(guān)基因調(diào)控影響肉質(zhì)，如UBE3B上調(diào)會(huì)加劇蛋白損傷，而ZRANB1等去泛素化基因能夠保持蛋白穩(wěn)定性。營養(yǎng)干預(yù)如補(bǔ)充煙酰胺、丁酸鈉或膳食Se，可抑制泛素化降解，提高肌肉保水性。綜上所述，泛素化調(diào)控可能對(duì)肉的保水性有著重要影響。

3.2.3 脂肪含量

肉的品質(zhì)通常指顏色、嫩度、風(fēng)味、多汁性，但廣義上肉的品質(zhì)亦包括貨架期、脂肪含量等；且脂肪含量是影響上述所有肉品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一，還與肉的營養(yǎng)價(jià)值和健康屬性密切相關(guān)。

泛素化作為一種廣泛分布的翻譯后修飾，參與真核生物中幾乎所有生物學(xué)過程，其中就包括動(dòng)物脂肪生成。Zhao Chen等發(fā)現(xiàn)，敲除泛素D（UBD）基因可以通過蛋白激酶B（Akt）/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)傳導(dǎo)通路抑制豬肌內(nèi)和皮下脂肪細(xì)胞前脂肪生成，表明UBD在前脂肪細(xì)胞分化中起著重要作用。過氧化物酶體增殖激活受體γ（PPARγ）作為脂肪生成的關(guān)鍵調(diào)控因子，對(duì)脂質(zhì)及葡萄糖代謝行使著重要的控制功能。而NEDD4（一種E3泛素連接酶）能夠抑制蛋白酶體對(duì)PPARγ的降解作用，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，從而在3T3-L1細(xì)胞中促進(jìn)脂肪生成過程。PPARγ是PPAR通路的核心轉(zhuǎn)錄因子，對(duì)脂肪細(xì)胞的分化、脂質(zhì)代謝、胰島素敏感性以及脂肪生成時(shí)細(xì)胞存活等關(guān)鍵環(huán)節(jié)均發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用，因此被視為與脂肪生成相關(guān)的一個(gè)重要生物標(biāo)志物。目前已經(jīng)證明有一系列RING型E3泛素連接酶可以通過泛素化直接促進(jìn)PPARγ降解以抑制脂肪生成，例如CUL4B、CHIP、MKRN1、TRAF4、TRIM25，這意味著大量的E3泛素連接酶可能通過直接或間接的途徑在脂肪細(xì)胞分化過程中對(duì)PPARγ蛋白功能發(fā)揮積極的調(diào)節(jié)作用。另有研究發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶WDR76可以通過AMP激活蛋白激酶（AMPK）通路調(diào)節(jié)小鼠的脂質(zhì)代謝和脂肪生成，一系列關(guān)鍵成脂基因（包括PGC-1α、SREBP1和FASN）都受AMPK通路直接調(diào)控。此外，脂肪酸合成酶（FASN）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（PGC-1α）還分別被RING型E3泛素連接酶TRIM21和RNF34泛素化和降解，它們參與細(xì)胞增殖、脂質(zhì)代謝和脂肪生成。mTOR通路是AMPK通路的主要下游通路，與脂肪細(xì)胞中的許多細(xì)胞過程有關(guān)。在mTOR通路中，mTORC1和mTORC2是mTOR的核心亞型，它們控制lipin1和SREBP1等關(guān)鍵脂肪生成因子的活性，從而通過促進(jìn)甘油三酯積累和抑制分解代謝過程促進(jìn)脂肪生成。

泛素化對(duì)肉的脂肪含量具有重要影響。肉的品質(zhì)與肌內(nèi)脂肪含量緊密相關(guān)，而泛素化作為關(guān)鍵翻譯后修飾，參與脂肪生成過程。關(guān)鍵因子如UBD和NEDD4分別通過Akt/mTOR信號(hào)通路和穩(wěn)定PPARγ促進(jìn)脂肪生成。而RING型E3泛素連接酶如CUL4B等則通過泛素化PPARγ抑制脂肪生成。此外，WDR76通過AMPK通路調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，F(xiàn)ASN和PGC-1α也被特定E3泛素連接酶降解，影響脂肪生成。綜上，泛素化通過多種途徑調(diào)控脂肪生成過程。

4

結(jié) 語

宰后肌肉蛋白質(zhì)受到泛素化調(diào)控，改變了肌肉蛋白質(zhì)的生物化學(xué)性質(zhì)，從而影響到肉品質(zhì)。泛素可作為靶標(biāo)結(jié)合到底物蛋白上并將其轉(zhuǎn)移至蛋白酶體降解，一些途徑中的蛋白質(zhì)本身可作為E3連接酶參與泛素化進(jìn)程或者自身泛素化被降解。泛素化可調(diào)控部分糖酵解酶和細(xì)胞凋亡相關(guān)酶的活性，或者將其引導(dǎo)至蛋白酶體降解，從而影響糖酵解通量和凋亡途徑最終改變?nèi)馄焚|(zhì)；通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究鑒定的肉品質(zhì)性狀的潛在生物標(biāo)志物，如α-肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白輕鏈亞型-2與肌球蛋白輕鏈亞型-3、肌球蛋白重鏈以及原肌球蛋白等，被證明是UPS的底物，可以通過泛素化標(biāo)記后直接降解來改變?nèi)馄焚|(zhì)。泛素化作為一種廣泛分布的翻譯后修飾會(huì)影響肉的品質(zhì)，如嫩度、肉色、保水性和脂肪含量。然而，相較于磷酸化、乙酰化和亞硝基化等其他類型的PTMs，當(dāng)前對(duì)于泛素化的研究仍存在不足。鑒于泛素化在其他生物科學(xué)領(lǐng)域的研究成果，泛素化在肉品質(zhì)調(diào)控方面具有比較廣闊的研究和應(yīng)用前景。深入探究泛素化與肉品質(zhì)之間的復(fù)雜聯(lián)系，有望進(jìn)一步完善肉品質(zhì)形成理論，為肉品工業(yè)相關(guān)研究奠定理論基礎(chǔ)。

第一作者：

王夢雪碩士研究生

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生

研究方向?yàn)閯?dòng)物性食品加工及品質(zhì)、安全控制。研究課題為基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)與細(xì)胞凋亡途徑研究泛素化對(duì)牛肉嫩度的影響機(jī)制，對(duì)牛肉嫩化相關(guān)領(lǐng)域具有一定見解。

通信作者：

毛衍偉教授

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

教授，博導(dǎo)，食品科學(xué)博士，生物學(xué)博士后，山東省生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系豬肉加工與質(zhì)量控制崗位專家，澳大利亞紅肉研究中心訪問學(xué)者，國家牛肉加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心核心研究成員。主持國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、山東省重點(diǎn)研發(fā)等課題，在《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》、《Meat Science》、《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》、《食品科學(xué)》等雜志發(fā)表科研論文150余篇，其中SCI收錄60余篇，申獲發(fā)明專利10余項(xiàng)，參編《現(xiàn)代食品生物技術(shù)》、《冷卻牛肉加工技術(shù)》等教材專著多部，制定農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、山東省地方標(biāo)準(zhǔn)4 項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)4 項(xiàng)。

主要研究方向：肉與肉制品品質(zhì)控制；肉制品創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)；肉的品質(zhì)與安全快速檢測技術(shù)；牛肉嫩化機(jī)制研究；肉與肉制品的消費(fèi)者需求分析。

本文《泛素化對(duì)肉品質(zhì)影響機(jī)制研究進(jìn)展》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷第18期333-343頁，作者：王夢雪，劉際通，李繼強(qiáng)，張蕾，劉晨月，趙文月，成海建，仝林，毛衍偉，張一敏。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250115-113。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：李雄；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)