《食品科學》：寧夏大學羅玉龍副教授等：內質網應激介導的細胞凋亡及調控肌肉嫩化機制研究進展

內質網普遍存在于真核細胞，是鈣儲存、碳水化合物代謝、脂質與類固醇合成及蛋白質合成、轉運和折疊等生物學過程的主要發生場所，承擔多種關鍵生物功能。

細胞凋亡是一個復雜的生物學過程，主要通過外源性死亡受體通路、內源性線粒體通路及內質網應激通路激活，細胞缺氧缺血、DNA損傷、離子失衡及亞細胞器功能異常等均會引起細胞凋亡。細胞發生內質網應激時，內質網超負荷反應被激活，能短暫維持細胞正常生命活動，過度應激則可導致細胞適應性反應失敗及細胞穩態無法重塑、蛋白質缺陷無法修復，并最終引起細胞凋亡。

寧夏大學食品科學與工程學院的李晨龍、羅玉龍*、董玉珊等從蛋白激酶RNA樣內質網激酶（PERK）、肌醇依賴性酶1（IRE1）和轉錄激活因子6（ATF6）等內質網應激信號通路探究細胞從應激適應到凋亡的轉化，并從Ca2+釋放、活性氧（ROS）變化和內質網應激蛋白表達等方面探討內質網應激介導或與線粒體串擾介導的細胞凋亡，結合細胞凋亡綜述內質網應激對宰后肌肉嫩化的調控機制，以期為宰后肌肉成熟提供理論依據。

1 內質網超負荷反應

在正常條件下，細胞內質網膜上的PERK、IRE1和ATF6受體與分子伴侶葡萄糖調節蛋白（GRP）78（也稱Bip或熱休克蛋白（HSP）A5）結合而處于非活性狀態（圖1）。GRP78屬于HSP70家族，由654 個氨基酸組成，存在于內質網膜上，負責蛋白質在折疊與組裝過程中的修正，并及時阻止錯誤折疊蛋白或蛋白質亞單位的運輸。GRP78的疏水性區域對識別錯誤折疊蛋白至關重要。細胞內環境被干擾和破壞會引起內質網中的未折疊蛋白和錯誤蛋白過度積累，激活未折疊蛋白反應（UPR）。UPR屬于細胞適應性反應，會引起3 個信號傳感器與GRP78蛋白解離，解離的GRP78作為分子伴侶與未折疊蛋白和錯誤折疊蛋白結合，防止其在內質網腔中形成聚集體；如果內質網無法通過UPR修復錯誤折疊蛋白，GRP78還能夠通過標記并啟動內質網相關降解（ERAD）清除無法修復的錯誤折疊蛋白，通過減輕蛋白超負荷恢復內質網平衡，進而維持細胞正常功能。內質網應激傳感器（PERK、IRE1和ATF6）通過與GRP78解離而被激活，進而啟動UPR以增強蛋白質的正確折疊。

2 內質網應激與細胞凋亡

2.1 內質網中的信號傳感器介導的細胞凋亡

2.1.1 PERK途徑介導的細胞凋亡

內質網膜上的受體激酶PERK被激活后能立即響應內質網應激，PERK途徑則由PERK-真核起始因子（eIF）2α-ATF4-CCAAT/增強子結合蛋白（C/EBP）同源蛋白（CHOP）-內質網氧化還原酶1樣（ERO1L）進行凋亡信號傳導，其中p-eIF2α能夠抑制蛋白質合成速率。eIF2α對蛋白質的調控主要發生在翻譯起始階段，eIF2與40S核糖體亞單位及eIF1、eIF1A和eIF3共同形成43S復合體，而復合體中的eIF2通過與鳥苷三磷酸（GTP）和Met-tRNAMet結合的方式促進43S復合體識別起始密碼子，從而啟動蛋白翻譯。未折疊蛋白和錯誤折疊蛋白的超負荷能夠激活PERK途徑，使PERK與GRP78二聚體解離，并以自磷酸化或二聚化方式使eIF2α-GTP的α亞基在Ser51位點被磷酸化，此時，eIF2α-GTP從eIF2B底物轉變為抑制劑，與GTP結合的eIF2水平急劇下降，延緩內質網腔內蛋白質合成，減少錯誤蛋白產生，進而減輕內質網壓力（圖2）。Harding等研究小鼠胚胎干細胞的內質網應激發現，PERK基因突變可消除eIF2α蛋白的磷酸化，使內質網中錯誤折疊蛋白大量積累，加劇內質網應激對細胞的損傷。

劇烈且持續的內質網應激能夠通過磷酸化eIF2α誘導ATF4基因表達。ATF4是一種特殊的轉錄因子，可通過調控氨基酸合成酶基因表達介導氨基酸代謝及抗氧化酶活性等。除參與細胞適應性反應并促進細胞存活外，ATF4還能夠誘導促凋亡因子CHOP基因表達。CHOP蛋白含有2 個功能結構域，分別為N端轉錄激活域和C端堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）結構域，其中bZIP結構域由富含堿性氨基酸的DNA結合區和亮氨酸拉鏈二聚基序組成，在細胞凋亡中起重要作用。ATF4與轉錄因子CHOP相互作用后，進一步結合編碼內質網蛋白質靶基因Wars、Trib3和Atf3的啟動子區域，增加蛋白質合成。Han等采用衣霉素干擾小鼠細胞內質網中蛋白質合成發現，衣霉素干擾導致的eIF2α磷酸化可短暫衰減內質網中蛋白質合成，隨后轉錄因子ATF4和CHOP被激活。基因Gadd34/Ppp1r15a編碼PP1的調節亞基，指導eIF2α去磷酸化。Malhotra等研究發現，ATF4與CHOP的相互作用可促進蛋白質大量合成，這是因為蛋白質折疊穩態未能及時恢復時，ATF4和CHOP過表達通過誘導靶基因Gadd34/Ppp1r15a使eIF2α去磷酸化并解除其對蛋白合成的限制；蛋白質大量合成還伴隨ROS水平的急劇增加，進而誘導細胞發生凋亡。ATF4和CHOP過表達還能夠抑制超氧化物歧化酶2（SOD2）、SOD3和解偶聯蛋白2（UCP2）等抗氧化相關基因表達，使蛋白質合成時產生的ROS不能及時被抗氧化酶清除而大量積累。CHOP蛋白可下調抗凋亡蛋白Bcl-2表達，上調促凋亡蛋白Bim表達水平，破壞細胞氧化還原穩態，引起細胞凋亡。Mccullough等發現細胞中CHOP過表達可抑制Bcl-2蛋白表達水平，擾亂細胞內正常的谷胱甘肽（GSH）（還原型）/谷胱甘肽二硫化物（GSSG）（氧化型）平衡，并使ROS含量因GSH耗竭而激增，從而增加細胞的氧化損傷。

ERO1L蛋白位于CHOP下游，其表達受CHOP調控，激活ERO1L可促進ROS產生并進一步加劇內質網應激。細胞發生內質網應激時，畸形蛋白合成會消耗大量能量，導致ATP耗竭。內質網中蛋白質折疊涉及半胱氨酸殘基側鏈巰基氧化形成二硫鍵，蛋白質中的二硫鍵通常是氧化型，分泌到細胞質中會被迅速還原，二硫鍵氧化還原產生的電子并不會被胞漿中的化合物重新利用，而會從ERO1L轉移到分子氧并產生ROS，從而引發氧化應激。研究發現，ATP耗竭及ROS過量生成可向細胞發出凋亡信號，并通過激活Caspase-3和裂解聚(二磷酸腺苷-核糖)聚合酶引發細胞凋亡級聯反應。

2.1.2 IRE1途徑介導的細胞凋亡

IRE1屬于內質網膜上的跨膜蛋白，包括IRE1α和IRE1β這2 種亞型。IRE1α包含一個N端結構域（位于內質網管腔內）和一個具有絲氨酸/蘇氨酸激酶和內切核糖核酸酶（RNase）活性的C端結構域（位于細胞質中）。當細胞處于內質網應激時，IRE1α的N端結構域與分子伴侶GRP78解離，同時其C端結構域通過寡聚化和反式自磷酸化激活RNase，使其具有剪切和激活非編碼mRNA子區域的功能活性（圖3）；p-IRE1α進一步剪切核轉錄因子X-box結合蛋白1的剪接形式（XBP1）mRNA，產生有活性的XBP1s。XBP1s遷移到細胞核中調控UPR靶基因轉錄，這些靶基因編碼內質網分子伴侶、折疊酶及ERAD成分，進而減弱內質網應激對細胞造成的損傷。

IRE1α管腔內的RNase結構域可誘導剪接XBP1 mRNA并編碼有活性的XBP1s，XBP1s則進一步調控內質網蛋白質折疊和修復基因表達，該過程有助于內質網穩態恢復；但IRE1α長時間高水平的剪接行為可使定位在內質網上的mRNA或microRNA衰減，這些mRNA可編碼并分泌載體蛋白及在分泌途徑中發揮作用的載體蛋白駐留活動相關蛋白，因此持續的內質網應激會嚴重影響細胞正常的生命活動；并且定位在內質網的mRNA降解可減弱定位蛋白的折疊活性，從而增加錯誤折疊蛋白數量，進而導致內質網應激加劇，并引發細胞凋亡。Ghosh等采用IRE1α激酶抑制RNase抑制劑6（KIRA6）處理內質網應激細胞發現，KIRA6能夠減少IRE1α寡聚化并降低其RNase活性，顯著降低內質網應激下的細胞凋亡率，表明內質網應激誘導的細胞凋亡源于IRE1α活性。

內質網應激蛋白IRE1α的RNase激酶活性可磷酸化底物蛋白，啟動JNK和p38絲裂原激活蛋白激酶等信號通路，進而激活細胞凋亡。IRE1α活化后能夠招募支架蛋白TRAF2，并通過與ASK1形成p-IRE1α-TRAF2-ASK1三元復合物使ASK1激活，活化的ASK1進一步激活JNK氨基末端激酶，從而啟動細胞凋亡途徑。長時間的內質網應激會誘導細胞凋亡。Nishitoh等研究發現，持續的內質網應激會使小鼠細胞啟動IRE1-TRAF2-ASK1-JNK介導的細胞凋亡途徑。促凋亡蛋白Bax和Bak是JNK誘導細胞凋亡途徑的重要靶點。Bax以單體形式存在于細胞質中，發生應激時其構象發生改變并被重新分配到線粒體上，誘導線粒體釋放細胞色素c等促凋亡分子，從而引發細胞凋亡。Lei Kui等發現在細胞中注射活化的JNK質粒可導致細胞凋亡，進一步構建JNK基因敲除模型發現，未在內質網應激下JNK缺陷細胞的線粒體中觀察到Bax蛋白，說明JNK與Bax亞家族在細胞凋亡中存在重要關聯。

2.1.3 ATF6途徑介導的細胞凋亡

ATF6屬于基本區域/脫氧核糖核酸結合蛋白家族，其C端（位于內質網管腔中）與GRP78形成復合物而處于非活性狀態，N端則在細胞質側。哺乳動物中誘導ATF6所需的內質網應激反應元件（ERSE）是CCAAT-N9-CCACG，其中CCAAT是核因子Y（NF-Y）的結合位點，而CCACG可為UPR提供特異性。

內質網發生應激會釋放ATF6入高爾基體，其亞型ATF6α和ATF6β均會被高爾基體膜上的S1P和S2P剪切，使bZIP結構域的N端成為可溶性轉錄因子，剪切后的ATF6轉位到細胞核并直接與ERSE結合，進一步與NF-Y協作轉錄未折疊蛋白靶基因，介導GRP78、GRP94和蛋白質二硫鍵異構酶（PDI）等蛋白的翻譯，從而促進錯誤蛋白修復及內質網應激細胞恢復（圖3）。Yoshida等研究細胞發生內質網應激后XBP1 mRNA與ATF6之間的關系，發現ATF6α的活化先于XBP1，其以依賴ERSE方式激活并轉錄XBP1基因，從而證實XBP1 mRNA受ATF6誘導。內質網應激狀態下，ATF6直接與ERSE結合并誘導XBP1基因，通過參與調節內質網應激維持細胞穩態。研究發現，活化IRE1α可誘導XBP1 mRNA的剪接并形成功能性XBP1轉錄因子（54 kDa），通過直接與ERSE結合進一步增強內質網伴侶蛋白基因轉錄，以應對內質網應激。此外，細胞出現內質網應激時，只要IRE1α處于激活狀態，ATF6誘導的XBP1能夠持續轉錄XBP1。CHOP位于ATF6下游，能編碼蛋白質并促進細胞凋亡，而長時間的內質網應激可促使ATF6誘導CHOP表達。Liang Jiahua等用莠去津誘發小鼠心臟細胞使其出現內質網應激，發現ATF6-CHOP通路中Bcl-2/Bax比值降低，Caspase級聯信號被激活而引發細胞凋亡。

2.2 細胞質中Bim途徑介導的細胞凋亡

Bcl-2家族是一類調節細胞凋亡的蛋白家族。Bcl-2蛋白家族成員根據功能分為抗凋亡、促凋亡和死亡調節因子3 個亞家族，其中死亡調節因子亞家族蛋白含有保守的BH3結構域，主要通過調節抗凋亡和促凋亡成員之間的相互作用影響細胞存活，包括BH3相互作用域死亡激活因子（Bid）、Bim、p53上調凋亡調節因子（Puma）等。Bim是內質網應激介導細胞凋亡的關鍵蛋白。健康細胞中的Bim活性受到抑制，這是由于細胞外信號調節激酶1/2（ERK1/2）可使Bim S69位點磷酸化，然后經泛素化標記后，可被蛋白酶體識別并降解。Bim蛋白可通過2 個途徑活化：1）蛋白磷酸酶2A介導p-Bim去磷酸化，阻止其泛素化標記和蛋白酶體降解；2）CHOP-C/EBPα直接誘導Bim基因轉錄上調。Bim通過與促凋亡因子蛋白Bak和Bax發生相互作用引起細胞凋亡（圖4）。Bax和Bak是線粒體膜通透化的主要執行者，Bak通常以二聚體形式存在于線粒體外膜，而Bax則以單聚體形式存在于細胞質中。內質網應激通過CHOP-C/EBPα直接誘導Bim基因轉錄上調活化Bim蛋白，使Bax和Bak構象發生變化，并介導Bax蛋白從內質網易位至線粒體外膜，Bax與Bak聚合成同源寡聚體后形成線粒體通透性轉變孔（MPTP）并導致線粒體膜通透性改變，進一步誘導細胞發生凋亡。Gupta等證實內質網應激能夠引起線粒體外膜通透性失調，使細胞色素c和第二線粒體來源的半胱天冬酶激活因子等線粒體膜間隙蛋白釋放到細胞質中，并與凋亡蛋白酶激活因子1結合形成復合體，進一步通過Caspase級聯反應介導細胞凋亡。Bim蛋白轉位是內質網應激中Caspase-12活化及Caspase級聯反應的關鍵步驟。Morishima等研究發現，C2C12小鼠成肌細胞發生內質網應激后，可促使Bim蛋白從細胞質中富含動力學蛋白的區域轉位到內質網中并激活Caspase-12，進一步剪切Caspase-3并引發細胞凋亡。

2.3 內質網應激與氧化應激串擾介導的細胞凋亡

二硫鍵是蛋白質在內質網折疊過程中常見的結構修飾，而內質網腔的高氧化狀態有利于二硫鍵形成并能產生穩定且正確折疊的蛋白質。研究發現，線粒體是細胞中ROS的主要貢獻者，而內質網中蛋白質折疊形成二硫鍵的生化反應也能產生約25%的ROS。持續的內質網應激可使轉錄因子CHOP誘導ERO1蛋白表達，加劇內質網中的氧化應激，引起內質網的氧化還原平衡受損。氧化應激不僅破壞蛋白質的折疊機制，還會增加錯誤折疊蛋白的產生，進一步加劇內質網應激程度（圖5）。

內質網中錯誤折疊蛋白的合成伴隨大量ROS生成，不僅會直接損傷細胞結構，還會影響內質網功能與穩態。線粒體相關內質網膜是線粒體與內質網之間通過非共價蛋白相互作用形成的細胞結構，可進行物質交換和信息交流。內質網應激產生的ROS可進一步刺激內質網膜上的IP3R和雷諾啶受體通道開放，導致內質網中的Ca2+釋放并進入線粒體，導致線粒體內Ca2+濃度升高，進而激活線粒體的氧化應激反應，產生大量ROS。ROS從線粒體泄漏到細胞質中，進一步加劇內質網應激，形成惡性循環，最終對細胞穩態的恢復產生不利影響。此時，內質網應激和氧化應激之間的串擾可加劇細胞損傷程度。Fink等構建內質網應激模型并探討XBP1s-KLF9與內質網應激之間的聯系發現，內質網應激誘導的ROS水平達到一定閾值并且XBP1s蛋白大量積累時，XBP1s可與KLF9基因啟動子結合并上調KLF9蛋白表達，活化后的KLF9能夠調控內質網Ca2+釋放通道ITPR1基因表達，增加內質網Ca2+釋放，加劇內質網應激，最終引發細胞凋亡。內質網應激與氧化應激的相互促進能夠引發細胞凋亡。Wang Yachao等通過在雞飼料中補充硒發現，攝入過量硒可使雞肉細胞中的抗氧化酶活性降低，氧化損傷升高；同時內質網應激中的關鍵基因GRP78和ATF6高表達，凋亡基因Caspase-3和Caspase-12表達量也隨之增加，進一步說明內質網應激與氧化應激的串擾能夠促進細胞凋亡。

3 內質網應激對宰后肌肉嫩度的影響機制

畜禽宰后成熟過程中肌動蛋白和肌球蛋白等結構性蛋白的降解可改善肌肉嫩度。內質網應激可破壞細胞適應性反應，并通過啟動Caspase級聯反應執行細胞凋亡過程。內質網出現應激時，不僅會產生ROS誘導氨基酸側鏈羰基化，使結構蛋白構象發生變化，還能將Ca2+釋放到細胞質中激活鈣蛋白酶（CAPN）并降解骨架蛋白。此外，內質網應激還能產生HSP70，通過抑制細胞凋亡影響肌肉嫩度。

3.1 內質網應激下的ROS

宰后肌肉細胞中發生劇烈的內質網應激與氧化應激，使ROS水平激增并通過脂質氧化和蛋白質氧化引起細胞損傷。二硫鍵形成是內質網中ROS的重要來源，當內質網蛋白折疊功能受損或錯誤折疊蛋白大量表達時，二硫鍵的形成和還原能夠產生大量的H2O2并引發氧化應激。

PDI主要存在于內質網中，能催化二硫鍵形成、斷裂與重排，并促進蛋白質正確折疊，對穩定蛋白質的三維結構起到至關重要的作用。內質網應激會促成蛋白質中二硫鍵的形成，此過程中電子被轉移到PDI活性位點的半胱氨酸殘基上，使PDI活性位點被還原，PDI進一步向ERO1和分子氧轉移電子并最終產生ROS。內質網應激產生的ROS分布在細胞質中，這不僅干擾細胞內GSH/GSSG氧化還原系統平衡，還通過參與蛋白質氧化增加肌原纖維蛋白被氧化修飾的可能性（圖6）。肌動蛋白和肌球蛋白是維持肌細胞中肌原纖維結構完整性的關鍵蛋白，也是氧化損傷的標志性蛋白，其降解程度是反映宰后肌肉嫩化的重要指標。Carelli等研究氧化應激對宰后牦牛肌肉嫩度的影響，發現氧化應激能降低肌肉的剪切力，對肌肉嫩化起到積極作用。Ca2+在內質網應激作用下通過IP3R釋放，并被線粒體攝取，進而增強線粒體代謝并提高ROS水平，但Ca2+過量涌入線粒體可導致ROS大量產生，引起MPTP高通量且持續性開放，進而釋放細胞色素c入細胞質，啟動Caspase級聯反應，激活Caspase-9和Caspase-3，其中Caspase-3能降解肌原纖維蛋白，改善宰后肌肉嫩度。

參與宰后肌肉嫩化的蛋白水解酶包括CAPN、組織蛋白酶、蛋白酶體和Caspase酶系等。CAPN可與ROS協同作用降解肌原纖維中肌動蛋白和肌球蛋白。ROS誘導氨基酸側鏈羰基化，使結構蛋白構象發生變化，導致其功能喪失。研究發現，經ROS氧化修飾的肌原纖維蛋白可提高蛋白酶體的識別敏感性，加速肌肉嫩化。Smuder等對小鼠骨骼肌肌原纖維蛋白進行不同程度氧化修飾發現，蛋白氧化增加可提高CAPN I、CAPN II和Caspase-3對肌原纖維蛋白的降解程度。Malheiros等發現肌肉嫩度和蛋白氧化損傷程度呈正相關，ROS不僅能夠引起肌原纖維蛋白氧化損傷、破壞肌原纖維完整性，還能夠激活蛋白酶體的催化降解活性，更有利于牛肉嫩化。

3.2 內質網應激下Ca2+釋放激活CAPN

肌原纖維蛋白（肌連蛋白、伴肌動蛋白、細絲蛋白、結蛋白和肌鈣蛋白-T等）與嫩度密切相關。肌原纖維蛋白水解酶是一類鈣依賴性水解酶，在宰后肌肉成熟嫩化中起關鍵作用。CAPN1和CAPN抑制蛋白（CAST）基因與宰后肌肉嫩度相關，CAPN1基因編碼降解肌原纖維蛋白的CAPN I，而CAPN I活性同時受CAST基因編碼的CAST調節。CAPN/CAST系統是一種內源性鈣依賴性蛋白酶系統，介導關鍵肌原纖維蛋白水解。CAPN（CAPN I與CAPN II）中，CAPN II激活需要更高濃度的Ca2+。正常細胞內Ca2+的儲存與釋放受到嚴格調控，但持續的內質網應激可導致內質網中Ca2+大量外泄，使細胞質中Ca2+濃度升高（圖6）。內質網腔中Ca2+主要通過2 種方式釋放：通過內質網與線粒體接觸的“微結構域”進入線粒體腔，或通過內質網應激誘導的內質網膜通透性改變使Ca2+流入細胞質。研究發現，線粒體與內質網緊密的物理接觸可使線粒體區域Ca2+濃度高于其他區域，進而引起內質網Ca2+更快速地釋放。Wang等研究表明，內質網應激會誘導Bax易位到內質網，其C端結構域插入內質網膜并引起內質網膜上的Bak構象變化和寡聚化，進而在內質網膜上形成孔道，使內質網中Ca2+大量涌入細胞質，導致內質網中Ca2+耗竭。

適當的Ca2+濃度能夠激活鈣依賴性肌原纖維蛋白水解酶，并能維持其活化后的構象與活性。CAPN I是鈣依賴性半胱氨酸蛋白酶，由一個具有催化活性的80 kDa大亞基和一個具有調節活性的28 kDa小亞基組成，并且大、小亞基的C端區域均有Ca2+結合結構域。CAPN對Ca2+濃度敏感，當細胞質處于低Ca2+濃度狀態時，CAPN催化活性因大、小亞基聚合而受到抑制，但當Ca2+濃度增加時，Ca2+與C端鈣調素樣Ca2+結構域結合，使得大、小亞基結構解離，CAPN中的大亞基單體開始發揮催化活性。細胞質中Ca2+濃度增加能夠激活CAPN，并通過對結構性蛋白的水解作用使肌原纖維的Z線崩解，增加肌原纖維碎片化指數，從而改善肌肉嫩度。此外，具有細胞骨架蛋白降解活性的Caspase-3也是改善宰后肌肉嫩度的貢獻者，Caspase-3與CAPN共同降解骨架蛋白，從而提高肌肉嫩度。Huang Ming采用DEVD-CHO（N-acetyl-Asp-Glu-Val-Asp-CHO）選擇性抑制Caspase-3活性，發現Caspase-3活性被抑制可顯著降低宰后肌細胞中肌鈣蛋白、肌聯蛋白、伴肌動蛋白、肌鈣蛋白T等結構性蛋白的降解程度。Chen Lin等將雞肉浸泡在CaCl2溶液中，發現Ca2+能顯著提高Caspase-3的降解活性，改善肌肉嫩度。但Caspase-3是非鈣依賴性蛋白，Ca2+對Caspase-3活性的提高可能與Ca2+激活Caspase級聯反應有關。

3.3 內質網應激介導的細胞凋亡

細胞凋亡是宰后肌肉嫩化的主要貢獻者。長時間的內質網應激會破壞細胞適應性反應，包括UPR等，并激活內質網應激凋亡通路。其中，PERK通路通過介導蛋白質大量合成使內質網中ROS激增并觸發內質網應激，進而引發細胞凋亡。IRE1α通路通過促進細胞促凋亡蛋白Bax向線粒體轉位并與Bak結合增加線粒體通透性并釋放細胞色素c，觸發Caspase級聯，引起細胞凋亡。ATF6通路的凋亡因子CHOP則能誘導Bim向內質網和線粒體轉位，通過啟動Caspase級聯執行細胞凋亡過程（圖6）。

細胞凋亡發生后，Caspase-3等細胞凋亡酶通過降解肌原纖維蛋白破壞肌原纖維完整性，進而改善肌肉嫩度。內質網應激對宰后肌肉嫩化有積極作用。晁婷用CaCl2和茶多酚處理宰后雞肉發現，雞肉細胞出現內質網應激后，Caspase-12通路被激活，Caspase-12蛋白表達量增加，級聯反應相關蛋白Caspase-9和Caspase-3表達量增加，細胞發生凋亡，雞肉肌原纖維降解增加，肌肉嫩度得以改善。柴雨薇研究衣霉素對宰后雞胸肉嫩度的影響發現，衣霉素能誘導雞肉細胞的IRE1通路，激活內質網應激凋亡因子CHOP，進而激活Caspase-12并降解骨架蛋白（肌間線蛋白）、破壞肌原纖維結構。Wang Tongting等用槲皮素處理雞胸肉也發現，內質網應激對肌肉嫩化具有積極影響。Chai Yuwei等構建宰后肌肉組織的內質網應激體系，發現IRE1通路參與內質網應激介導的細胞凋亡途徑，CHOP蛋白通過上調Bim蛋白誘導Bax蛋白表達，使線粒體通透性改變并促進細胞色素c釋放，最終激活Caspase-3并作用于肌原纖維蛋白，進而改善肌肉嫩度。

3.4 HSP的抗凋亡效應

HSP又稱熱應激蛋白，為細胞應激時表達的分子伴侶，參與蛋白質的合成與折疊、異常蛋白的重新折疊及受損蛋白的靶向降解，在維持細胞內環境穩定中起重要作用（圖6）。HSP70是ATP依賴性分子伴侶，協助蛋白折疊組裝及蛋白在細胞器中的運輸。細胞發生應激后，HSP70能抑制Bax蛋白寡聚化，穩定線粒體膜通透性，防止內質網應激誘導的細胞凋亡。孫忠東等發現，在心肌細胞內質網應激模型中，HSP70蛋白高表達能夠降低CHOP蛋白表達水平，延緩內質網應激，而抑制HSP70表達則會加速內質網應激介導的細胞凋亡。Gotoh等發現，在NO誘導小鼠巨噬細胞內質網應激模型中，HSP70蛋白的ATPase結構域能與Bax結合，抑制Bax向線粒體轉位，進而抑制細胞凋亡；而HSP70的C-末端EEVD基序（Glu-Glu-Val-Asp）則通過與HSP70/HSP90組織蛋白和HSP70相互作用蛋白等輔助蛋白共分子伴侶結合的方式發揮抗凋亡活性。Du Yuyang等研究心肌細胞的內質網應激發現，HSP90表達上調能抑制PERK-eIF2α通路，從而發揮抗凋亡效應。

細胞凋亡途徑通過參與降解肌原纖維蛋白改善肌肉嫩度，而HSP則通過發揮伴侶蛋白的保護功能延緩細胞凋亡發生，進而延緩肌肉嫩化。Yu Jimian等研究發現，豬肉中的HSP27蛋白表達降低能夠增加肌動蛋白和肌球蛋白等降解，說明HSP低表達不利于蛋白質修復損傷和維持細胞完整性，從而達到改善豬肉嫩度效果。值得注意的是，肌細胞發生內質網應激時可促進HSP表達，但內質網應激誘導發生細胞凋亡的程度要高于HSP對細胞凋亡的抑制程度，因此HSP只能延緩細胞凋亡進程。另外，內質網應激產生的ROS還會引起HSP氧化損傷，進而影響其功能。Malheiros等研究發現，嫩度較差的肉中HSP受ROS的氧化損傷程度較小，進而對其嫩度產生負面影響。

4 結 語

肉品嫩度直接決定消費者的購買欲，肌肉嫩化是畜禽宰后成熟過程中的重要研究領域。內質網應激及其相關信號通路在調節細胞生存或凋亡方面發揮關鍵作用。內質網應激通過介導蛋白質生成應對細胞內環境干擾與破壞，但應激持續時間過長會產生大量ROS，釋放Ca2+，使細胞從應激適應向凋亡轉化，從而引起肌原纖維蛋白降解。當前研究主要集中在IRE1α途徑介導的細胞凋亡對肉品嫩度的影響，但關于PERK和ATF6途徑對宰后肌肉嫩度的影響鮮有研究。因此，未來需要進一步系統探索內質網應激的PERK、IRE1α和ATF6途徑對肌肉嫩化的影響，構建更全面的宰后肌肉嫩化調控系統，為提升肉品質提供更為全面的科學依據。

引文格式：

李晨龍, 羅玉龍, 董玉珊, 等. 內質網應激介導的細胞凋亡及調控肌肉嫩化機制研究進展[J]. 食品科學, 2025, 46(10): 315-324. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240912-095.

LI Chenlong, LUO Yulong, DONG Yushan, et al. Research progress on endoplasmic reticulum stress-mediated apoptosis and its regulatory mechanism on muscle tenderization[J]. Food Science, 2025, 46(10): 315-324. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240912-095.

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點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

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、西昌學院、北京聯合大學協辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“第六屆食品科學與人類健康國際研討會”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到）在中國 安徽 合肥召開。

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