α-硫辛酸(α-lipoic acid,α-LA)是兼具脂溶性和水溶性的天然抗氧化剂,广泛存在于动植物体内,依赖于线粒体中脂肪酸合成通路Ⅱ(mitochondrial fatty acid synthesis Ⅱ,mtFAS Ⅱ)合成,能对线粒体酶进行蛋白脂酰化修饰并调节线粒体生物发生,进而参与细胞能量代谢。α-硫辛酸不仅能调控动物肌纤维类型转化,可作为绿色、高效的补充剂提高机体抗氧化活性,还能促进脂质分解,抑制脂质的合成,因此受到广泛的重视。本文综述了α-硫辛酸的结构、来源以及生物学功能,探讨了α-硫辛酸通过调控肌纤维影响肉品质的机制,以期为α-硫辛酸在畜禽上的开发和利用提供参考。
1 α-硫辛酸的结构及来源
α-硫辛酸全称是1,2-二硫戊环-3-戊酸,具有R型和S型2种构型[1]。动物组织内的α-硫辛酸既可以在线粒体中内源性合成,又可以通过内脏、菠菜、西兰花以及西红柿等食物获取[2-3]。内源性α-硫辛酸的来源主要依赖于线粒体中的脂肪酸合成通路。研究发现,动物细胞中α-硫辛酸的合成由硫辛酰转移酶2(lipoyltransferase 2,LIPT2)启动,LIPT2进一步将mtFAS Ⅱ合成的辛酰酯从酰基载体蛋白(acyl carrier protein,ACP)转移到甘氨酸裂解酶系统(glycine cleavage system,GCS)中的Gcv H蛋白上,然后再由硫辛酸合成酶(lipoic acid synthetase,LIAS)作为硫供体将2个硫原子插入到辛酰基的C6和C8位置合成α-硫辛酸,最后通过硫辛酰转移酶1(lipoyltransferase 1,LIPT1)将α-硫辛酸移动至α-酮酸脱氢酶复合体E2亚基发挥蛋白脂酰化作用[4](图1)。由于动物细胞自身合成的α-硫辛酸有限,可通过食物或营养添加剂等方式来进行外源性补充,但外源性补充的α-硫辛酸需通过硫辛酰蛋白连接酶活化后才能在动物体内进行蛋白脂酰化修饰,进而参与细胞能量代谢。Morris等[5]在大肠杆菌的培养基中添加α-硫辛酸后发现,菌体细胞中的硫辛酰蛋白连接酶A(lipoate protein ligase A,LplA)能直接催化α-硫辛酸与腺苷酸中间体(lipoyl-AMP)偶联形成硫辛酰-AMP中间体,硫辛酰基团进一步从中间体转移到Gcv H蛋白或α-酮酸脱氢酶复合体E2亚基上,发挥蛋白脂酰化修饰作用。而动物细胞中的LIPT1不能将α-硫辛酸活化为硫辛酰-AMP中间体,这导致直接摄入的α-硫辛酸不能发挥蛋白脂酰化作用[4]。LIAS是硫辛酸合成的关键酶,包含2个[4Fe-4S]型铁硫(FeS)簇。Yi等[6]将敲除LIAS基因的小鼠胚胎植入母鼠后,发现小鼠胚胎无法存活,向母鼠补充α-硫辛酸也未能挽救缺乏LIAS基因导致的胚胎死亡,说明动物细胞不能直接利用α-硫辛酸进行蛋白脂酰化修饰。酵母菌的脂肪酶3(lipase 3,Lip3)和动物细胞LIPT1属于同源酶。Pietikäinen等[7]以酵母菌作为模型系统,发现mtFAS Ⅱ途径被抑制后,酵母菌的细胞不能进行蛋白脂酰化修饰,但补充α-硫辛酸与LplA后,酵母菌细胞的蛋白脂酰化修饰功能得到恢复。
图1 α-硫辛酸的合成途径ACP:酰基载体蛋白 acyl carrier protein;LIPT2:硫辛酰转移酶2 lipoyltransferase 2;Gcv H:Gcv H蛋白 Gcv H protein;LIAS:硫辛酸合成酶 lipoic acid synthetase;S-S:2个硫原子 two sulphur atoms;LIPT1:硫辛酰转移酶1 lipoyltransferase 1;E2:α-酮酸脱氢酶复合体E2亚基 E2 subunit of α-ketoacid dehydrogenase complex。 Fig.1 Synthesis pathway of α-lipoic acid[8] |
2 α-硫辛酸的生物学功能
2.1 α-硫辛酸介导蛋白脂酰化修饰
线粒体作为负责细胞能量代谢的关键细胞器,在细胞生理活动中发挥着重要的作用,能将糖类、脂肪和氨基酸等通过氧化磷酸化转化为ATP,为细胞提供能量支持。α-硫辛酸可作为辅酶因子来参与细胞能量代谢,其在线粒体中对α-酮酸脱氢酶复合体和GCS等进行脂酰化修饰。α-酮酸脱氢酶复合体包括α-酮戊二酸脱氢酶(α-oxoglutarate dehydrogenase,OGDH)、丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase,PDH)、支链酮酸脱氢酶(branched-chain ketoacid dehydrogenase,BCKDH)和2-氧代己二酸脱氢酶(2-oxoadipate dehydrogenase,OADH)。PDH和OGDH参与糖代谢,是调节碳进入三羧酸循环的关键酶;BCKDH和OADH则参与氨基酸代谢,通过催化氨基酸分解来合成脂肪酸[9]。α-酮酸脱氢酶复合体结构由E1、E2、E3这3个独立亚基组成[10]。α-硫辛酸的酰胺键可与α-酮酸脱氢酶复合体的E2亚基特异性赖氨酸残基连接并形成硫酯键,其乙酰基进一步转移到辅酶A的硫原子上形成乙酰辅酶A,还原生成的二氢硫辛酰胺可经E3亚基的二氢硫辛酰胺脱氢酶与还原型黄素腺嘌呤二核苷酸(reduced flavine adenine dinucleotide, FADH2)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)发生偶联氧化还原后重新生成氧化型硫辛酰胺,并产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)参与细胞能量代谢[3,10](图2)。Feng等[11]通过干扰动物细胞α-硫辛酸合成发现,硫辛酸抗体会识别细胞内PDH和BCKDH的E2亚基及GCS的Gcv H蛋白并使其活性下降,进而降低呼吸复合物Ⅰ活性,使得线粒体呼吸被抑制。
GCS由Gcv P、Gcv H、Gcv T和Gcv L蛋白组成,其中Gcv H蛋白是α-硫辛酸的载体蛋白,发挥与E2亚基相似的修饰作用,α-硫辛酸通过酰胺键连接到Gcv H蛋白上,Gcv L蛋白则发挥类似E3亚基的作用,负责将Gcv H蛋白上的二氢硫辛酸再氧化生成硫辛酸。甘氨酸裂解复合物(glycine cleavage complex,GCV)参与氨基酸调节,能将甘氨酸催化裂解为二氧化碳(CO2)和氨气(NH3)[10]。Tort等[12]研究发现,α-硫辛酸合成缺陷会使Gcv H蛋白无法被正常脂酰化修饰,这导致了患者体内甘氨酸含量的升高。综上可知,α-硫辛酸通过对线粒体酶进行蛋白脂酰化修饰,参与糖类和氨基酸的能量代谢。
2.2 α-硫辛酸调节线粒体生物发生
线粒体生物发生是维持线粒体数量和质量的生物过程,能够反映骨骼肌的适应能力。α-硫辛酸通过促进线粒体增殖和改善线粒体质量来调节线粒体生物发生(图3)。有研究证实,α-硫辛酸能激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)通路,上调线粒体合成基因表达,进而增加线粒体数量[13]。Shen等[14]发现,α-硫辛酸增加了成肌细胞(C2C12细胞)的钙离子(Ca2+)浓度,而细胞内Ca2+浓度的升高会进一步激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶(calcium/calmodulin dependent protein kinase kinase,CAMKK)磷酸化。CAMKK可以通过不依赖AMP的方式,刺激AMPK的Thr172位点来发生磷酸化,从而活化AMPK[15]。AMPK进一步通过磷酸化PGC-1α上的Thr177和Ser538位点来激活PGC-1α[16]。线粒体生物发生由细胞核DNA(nDNA)和线粒体DNA(mtDNA)共同调控;PGC-1α发生磷酸化可以激活核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1,Nrf1),调节mtDNA的复制和转录来促进线粒体增殖并维持线粒体稳态[17]。Luo等[18]在滩羊饲粮中添加α-硫辛酸后发现,滩羊骨骼肌中PGC-1α和Nrf1的基因表达量增加,这使得骨骼肌线粒体生物合成能力提高。
图3 α-硫辛酸调节线粒体生物发生Ca2+:钙离子 calcium ion;CAMKK:钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶 calcium/calmodulin dependent protein kinase kinase;AMPK:腺苷酸活化蛋白激酶 adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase;PGC-1α:过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α;Glut4:葡萄糖转运蛋白4 glucose transporter type 4;Glucose:葡萄糖;Nrf1:核呼吸因子1 nuclear respiratory factor 1;mtDNA:线粒体DNA mitochondrial DNA。 Fig.3 Regulation of mitochondrial biogenesis by α-lipoic acid |
α-硫辛酸还能刺激细胞进行葡萄糖摄取,参与线粒体呼吸和三羧酸循环,增强能量代谢,进而促进线粒体增殖。研究发现,增强骨骼肌葡萄糖摄取和能量消耗有利于线粒体生物发生[19]。Dieter等[20]研究发现,α-硫辛酸参与线粒体呼吸和三羧酸循环,促进细胞内葡萄糖的分解代谢,产生大量NADH和ATP。而大量ATP的产生会增加肌肉细胞中线粒体密度,提高线粒体质量。Wang等[21]研究发现,α-硫辛酸能激活AMPK,使PGC-1α的mRNA表达量增加,这不仅增强了能量消耗,还促进了线粒体生物发生。AMPK作为细胞能量传感器,能够调控线粒体功能,是能量代谢的关键性蛋白靶点。PGC-1α是线粒体生物发生的主调节因子,可以显著增加线粒体呼吸和数量,促进线粒体生物发生。研究发现,α-硫辛酸通过激活AMPK,活化PGC-1α,诱导葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter type 4,Glut4)易位并增强Glut4表达,刺激细胞进行葡萄糖摄取,促进细胞能量消耗[22-23]。Longhitano等[24]在HepG2细胞的线粒体稳态和能量代谢的研究中发现,α-硫辛酸不仅能抑制HepG2细胞糖酵解进程,还能促进线粒体中的三羧酸循环和氧化磷酸化,增强细胞能量代谢,改善线粒体功能。
α-硫辛酸能够提高线粒体的抗氧化能力,减缓氧化应激造成的线粒体损伤,维持线粒体稳态。氧化应激产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)损害线粒体呼吸链中酶的功能,引起线粒体功能障碍,导致线粒体生物发生减少[25]。Yu等[26]研究发现,α-硫辛酸通过清除线粒体中的ROS,提高总抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)等抗氧化酶的活性,减轻线粒体的氧化应激并改善线粒体质量。Kumaran等[27]给老年大鼠补充α-硫辛酸,发现大鼠骨骼肌的线粒体膜肿胀得到明显缓解,线粒体质量得到改善。综上可知,α-硫辛酸通过上调线粒体合成相关基因的表达和细胞能量代谢,促进线粒体增殖,并通过提高线粒体抗氧化能力,改善线粒体质量,这对线粒体生物发生起到积极的调控作用。
3 α-硫辛酸调控肌纤维的作用机制
3.1 α-硫辛酸对肌纤维类型的调控
骨骼肌的肌纤维可分为氧化型肌纤维(Ⅰ型、Ⅱa型)和酵解型肌纤维(Ⅱx型和Ⅱb型)2种类型,α-硫辛酸可诱导肌纤维由酵解型向氧化型转化。张勇等[28]研究发现,α-硫辛酸增加了肉仔鸡氧化型肌纤维中肌球蛋白重链(MyHC)基因的表达,降低了酵解型肌纤维中MyHC基因的表达。骨骼肌的肌纤维类型和线粒体生物发生密切相关。Crupi等[29]通过检测小鼠肌肉内线粒体的分子标志物,发现氧化型肌纤维的线粒体生物发生高于酵解型肌纤维。但当线粒体发生功能障碍时,骨骼肌中氧化型肌纤维比例会减少,酵解型肌纤维比例会增加,说明线粒体能够驱动肌纤维类型转化[30]。白艳苹等[31]研究发现,促进骨骼肌线粒体生物发生,会增强肌肉的氧化代谢能力,使骨骼肌的肌纤维由酵解型向氧化型转化。Luo等[18]在滩羊饲粮中添加α-硫辛酸,发现骨骼肌中PGC-1α的基因表达量显著提高,这增强了线粒体生物合成能力,使得滩羊骨骼肌中氧化型肌纤维的比例提高,酵解型肌纤维的比例降低。PGC-1α是调节肌纤维类型转化的关键因子,能够诱导氧化型肌纤维形成。PGC-1α在骨骼肌中的表达具有肌纤维类型的特异性,其主要在Ⅰ型肌纤维中呈现高表达,同时能促进肌肉中的Ⅱb型肌纤维向富含线粒体的Ⅰ型和Ⅱa型肌纤维转化[32]。Handschin等[33]特异性敲除小鼠骨骼肌中PGC-1α后,发现小鼠骨骼肌的肌纤维由氧化型向酵解型转变,并且肌肉损伤程度明显增加,这与Zhang等[34]的研究结果相一致。Zhang等[34]通过动物试验证实,当诱导小鼠和猪骨骼肌组织内的PGC-1α过度表达后,线粒体生物发生显著增强,进而促进了氧化型肌纤维的分化与形成。因此,α-硫辛酸能通过激活PGC-1α诱导肌纤维线粒体生物发生,促进氧化型肌纤维的形成,调控肌纤维类型(图4)。
3.2 α-硫辛酸对骨骼肌抗氧化的调控
α-硫辛酸以氧化型和还原型2种形式存在,氧化型结构中的双硫五元环有亲电性,能与肌肉组织中羟基自由基(·OH)、过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2-)等ROS反应并将其清除,同时其环状结构被打开并生成还原型产物。α-硫辛酸结构存在硫原子和羧基,能够螯合具有氧化还原活性的金属离子,抑制自由基的产生,从而发挥抗氧化作用[35]。α-硫辛酸还能通过激活核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)/抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)信号通路来增强SOD、过氧化氢酶(catalase,CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)等抗氧化酶的表达,提高骨骼肌的抗氧化能力。Nrf2/ARE信号通路是抗氧化应激的重要通路,正常生理条件下,细胞质中的Nrf2能与Kelch样环氧丙烷相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)结合,并通过泛素-蛋白酶体途径被降解。氧化应激会修饰Keap1的半胱氨酸残基,使其与Nrf2解离,解离后的Nrf2被激活并转运至细胞核,与细胞核内多种抗氧化基因上游启动子区域的ARE结合,激活下游多种抗氧化酶基因,促进其转录[36]。崔艳军[37]研究发现,α-硫辛酸能够上调H2O2处理后的小鼠成肌细胞(C2C12细胞)内Nrf2的基因表达量,激活Nrf2/ARE代谢通路,促进抗氧化酶基因的表达,增加SOD活性和还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量。Shi等[38]研究发现,还原型α-硫辛酸与Keap1的半胱氨酸残基结合形成硫辛酰半胱氨酰的复合二聚体,占据了Nrf2的结合位点,这使得新合成的Nrf2不能与Keap1结合,也不能被降解,导致游离的Nrf2水平上升,进一步激活Nrf2信号通路并上调SOD、CAT和GPx等抗氧化酶基因的表达,从而改善机体的抗氧化性能(图5)。
图5 α-硫辛酸调控Nrf2/ARE信号通路Nrf2:核因子E2相关因子2 nuclear factor E2-related factor 2;ARE:抗氧化反应元件 antioxidant response element;Keap1:Kelch样环氧丙烷相关蛋白1 Kelch-like ECH-associated protein 1;SOD:超氧化物歧化酶 superoxide dismutase;CAT:过氧化氢酶 catalase;GPx:谷胱甘肽过氧化物酶 glutathione peroxidase;GSH:glutathione;ROS:活性氧 reactive oxygen species。 Fig.5 Regulation of Nrf2/ARE signaling pathway by α-lipoic acid |
3.3 α-硫辛酸对脂质代谢的调控
脂肪酸过度沉积或代谢功能异常时,会导致机体脂质代谢紊乱、生长发育受阻和肉品质下降等问题。α-硫辛酸能通过抑制脂质沉积、促进脂质分解来调控脂质代谢并维持机体能量平衡。脂质沉积受到脂质合成关键酶的调控,包括乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase,ACC)、硬脂酰辅酶A去饱和酶1(stearoyl-coenzyme A desaturase 1,SCD1)、脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FAS)和脂肪酸结合蛋白1(fatty acid binding protein 1,FABP1)等[39]。Guo等[40]在饲粮中补充α-硫辛酸,发现大鼠肝脏中的FAS和FABP1蛋白的表达被抑制,这减轻了肝脏的脂质沉积。Fernández-Galilea等[41]研究发现,α-硫辛酸通过下调脂肪细胞中ACC、FAS和SCD1蛋白的表达来抑制甘油三酯的积累。有研究发现,固醇调节元件结合蛋白-1c(sterol regulatory element-binding protein-1c,SREBP-1c)可以提高ACC、FAS、SCD1等脂质合成相关酶的活性,进而抑制脂质生成[42]。Tong等[43]研究发现,α-硫辛酸抑制了糖尿病大鼠的SREBP-1c合成,降低了ACC、FAS、SCD1 mRNA的表达。AMPK能够激活人叉头框蛋白O1(fork head box class O protein 1,FOXO1)转录因子,FOXO1能抑制SREBP-1c的表达,进而抑制参与脂肪酸合成基因(FAS、ACC等)的表达[44-45]。Park等[46]在高脂饮食大鼠的饲粮中补充α-硫辛酸,发现大鼠肝细胞中AMPK磷酸化水平增加,SREBP-1c表达被抑制,脂肪酸的合成减少。Yang等[47]研究发现,α-硫辛酸能激活AMPK,上调FOXO1的表达,使SREBP-1c活性被抑制,这降低了机体内脂质的合成。
过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)与脂质代谢密切相关。PPARs分为PPARα、PPARβ和PPARγ 3种亚型,其中PPARα可调节胆固醇7a-羟化酶、肉碱棕榈酰转移酶-1(carnitine palmitoyl transferase-1,CPT-1)等脂质分解代谢基因的表达,调控机体脂肪酸代谢[48]。CPT-1是促进线粒体脂肪酸β氧化的关键酶,能有效调控脂肪酸的代谢。黄陈翠等[49]研究发现,α-硫辛酸增加了脂肪细胞中PPARα、CPT-1的mRNA表达,促进脂肪酸氧化和代谢,降低了脂肪含量。FOXO1可以调控脂肪酸分解酶,参与脂肪代谢。Cheng等[50]敲除HepG2细胞中的FOXO1,肪酸分解酶脂肪甘油三酯脂肪酶(adipose triacylglyceride lipase,ATGL)的活性下降,脂质代谢降低。Kuo等[51]用α-硫辛酸处理脂肪肝细胞,发现HepG2细胞质中的FOXO1发生磷酸化,ATGL活性增强,脂质积累减少,说明α-硫辛酸能磷酸化FOXO1并诱导ATGL表达,进而促进脂肪分解。
4 α-硫辛酸对肉品质的影响
4.1 α-硫辛酸对肌肉pH的影响
pH是评价肉品质的重要指标之一。研究发现,氧化应激会引起肌肉pH异常,导致白肌(PSE)肉和黑干(DFD)肉的产生,进而影响肉的色泽、保水性和嫩度等肉品质指标。氧化应激会加速动物肌肉中的糖酵解,提高乳酸浓度,造成宰后肌肉pH迅速下降并形成PSE肉,而持续的氧化应激则会使肌肉糖原含量下降,引起糖酵解底物不足,使得pH异常升高形成DFD肉[52]。α-硫辛酸通过增强动物组织内的抗氧化能力,降低丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,来缓解氧化应激引起的肌肉pH异常(图6)。Tibullo等[53]研究发现,α-硫辛酸能够提高大鼠细胞内GSH含量,及时清除氧自由基,缓解氧化应激造成的损伤。Dajnowicz-Brzezik等[54]构建了大鼠骨骼肌氧化应激模型,通过研究发现α-硫辛酸不仅能提高SOD、CAT和GPx等抗氧化酶的活性,还能通过刺激GSH、辅酶Q、维生素C和维生素E等非酶抗氧化剂的再生来增强大鼠机体内的抗氧化防御,缓解骨骼肌的氧化应激。汪善锋等[55]研究发现,α-硫辛酸能够明显缓解育肥猪的氧化应激,并提高育肥猪肌肉宰后45 min的pH。Zhang等[56]研究发现,α-硫辛酸降低了宰后肉鸡肌肉的pH,改善了肉品质。
4.2 α-硫辛酸对肌肉色泽的影响
肉色的优劣主要由肌红蛋白(myoglobin,Mb)和血红蛋白(hemoglobin,Hb)等细胞色素的含量及氧化还原状态决定,其中Mb是决定肉色的关键蛋白。Mb的氧化产物高铁肌红蛋白(metmyoglobin,Met Mb)为暗褐色,能够造成肉色劣变,因此提高Mb含量并阻止Met Mb的产生则是保持肌肉色泽的关键[57]。
4.2.1 通过调控肌纤维类型改善肌肉色泽
肌纤维类型是影响肉色的重要因素,不同类型的肌纤维所含Mb和线粒体的量也不同。氧化型肌纤维富含线粒体和Mb,被称为红肌纤维;而酵解型肌纤维的Mb含量较少,肉色发白,被称为白肌纤维,因此氧化型肌纤维比例提高会对肉色产生积极影响[58]。α-硫辛酸通过促进线粒体生物发生,使肌纤维类型由酵解型向氧化型转化,提升肉色稳定性(图6)。罗玉龙等[59]研究发现,α-硫辛酸可使滩羊肌肉的红度(a*)值升高,黄度(b*)值降低,增加氧化型肌纤维比例,减少酵解型肌纤维比例,使肉色得到改善。张勇等[28]研究发现,α-硫辛酸能增加肉仔鸡氧化型肌纤维mRNA的表达,降低酵解型肌纤维mRNA的表达。赵亚亚[60]研究发现,α-硫辛酸能上调滩羊肌肉中MyHC Ⅱa型mRNA表达水平,下调MyHC Ⅱb和MyHC Ⅱx型mRNA表达水平。汪善锋等[55]研究发现,在育肥猪饲粮中添加600 mg/kg的α-硫辛酸可以显著提高肌肉的a*值,降低亮度(L*)值和b*值。
4.2.2 通过调控氧化状态改善肌肉色泽
动物组织内脂质与蛋白质氧化加剧会对肉色造成不利影响,而α-硫辛酸会通过上调组织内抗氧化基因表达,增加抗氧化酶活性并及时清除组织内ROS,进而阻止Mb氧化来改善肉色。肉中脂质氧化产生的4-羟基壬烯醛(4-hydroxynonenal,HNE)和MDA能直接与Mb作用,使Mb氧化为Met Mb并引起肉色劣变。脂质氧化产物还会破坏线粒体的微观结构,降低线粒体内Met Mb还原酶能力,从而导致肉色劣变[61]。张红瑞等[62]研究发现,α-硫辛酸能增强绵羊肌肉的抗氧化能力,降低了MDA含量,减轻了肌肉内的脂质氧化。汪善峰等[55]研究发现,α-硫辛酸提高了育肥猪背最长肌的a*值,降低了L*值,其肉色改善的原因与α-硫辛酸能减轻育肥猪氧化应激有关。
线粒体内存在完整的Met Mb还原酶系统,能够通过电子链传递介导Met Mb还原。在呼吸链中,NADH和琥珀酸作为电子供体,由复合物Ⅰ、Ⅱ催化进行电子转移,脱下的电子经过辅酶Q、复合体Ⅲ、细胞色素c、复合体Ⅳ进一步转移至Met Mb,最终实现Met Mb的还原[63]。α-硫辛酸可以通过增强线粒体呼吸链及Met Mb还原酶活性来还原Met Mb,进而提高肉色稳定性(图6)。α-硫辛酸通过对线粒体三羧酸循环中的关键酶PDH和OGDH进行蛋白脂酰化修饰,促进NADH生成。齐婷婷等[64]研究发现,ROS会对线粒体中的Met Mb还原酶造成氧化损伤,同时还会抑制电子传递链传递并破坏线粒体膜,影响线粒体功能,阻碍Met Mb的还原,造成肉色稳定性下降。Tamilselvan等[65]研究发现,α-硫辛酸能增强细胞色素c还原酶活性,提高细胞色素c含量,促进NADH产生,改善线粒体呼吸。Luo等[18]在滩羊饲粮中补充α-硫辛酸,发现滩羊肌肉中琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase,SDH)活性增强,a*值升高,推断其肉色改善的原因是α-硫辛酸通过改善线粒体呼吸链活力并促进线粒体呼吸链的电子传递来使Met Mb还原。
4.3 α-硫辛酸对肌肉系水力的影响
肌肉中的水分主要以自由水、不易流动水和结合水3种形式存在,而系水力主要指存在于肌原纤维、肌丝及肌膜之间的不易流动水,与肌肉的嫩度以及多汁性密切相关。动物组织内的蛋白质氧化会影响肌肉系水力,研究发现,ROS会促进蛋白质氧化,使蛋白质结构发生改变,进一步增加蛋白质表面的疏水基团,并导致细胞的间隙增大,使得系水力下降[66]。而α-硫辛酸能通过清除动物组织中的ROS并抑制脂质和蛋白质氧化来改善肉的保水性(图6)。李彦杰等[67]在家兔饲粮中分别添加400和600 mg/kg的α-硫辛酸,发现兔肉的T-AOC提高,GPx和SOD活性增强,滴水损失降低。肌纤维类型也与肌肉的系水力密切相关。王丽莎[68]研究发现,杜长大三元杂交猪的肌肉中Ⅱb型肌纤维比例与系水力呈负相关。罗玉龙等[59]在滩羊饲粮中添加α-硫辛酸,发现滩羊肌肉中Ⅱb型肌纤维数量和面积比例降低,肌肉的失水率下降。有研究发现,动物肌肉内ATP降低会激活糖酵解酶,增加糖原消耗并引起乳酸蓄积,使肌肉的pH降低,这会导致蛋白质结合水分的能力下降,进而引起肌肉保水性下降。El-Senousey等[69]研究发现,α-硫辛酸能抑制鸡肌肉的糖酵解,提高pH,减少滴水损失,并改善肌肉的系水力。
4.4 α-硫辛酸对肌肉嫩度的影响
肌肉嫩度与肌纤维类型、肌内脂肪含量及其理化状态等密切相关。肌纤维粗细能影响肌肉嫩度,一般氧化型肌纤维较酵解型肌纤维直径更细,其比例高,嫩度更好[70]。Liu等[71]研究发现,提高羔羊肌肉中Ⅱ和Ⅱa型肌纤维类型,剪切力明显降低,肉质更嫩。α-硫辛酸能够调控肌纤维类型转化,促进氧化型肌纤维的形成,这能降低肌肉的剪切力并改善嫩度[28]。α-硫辛酸还能通过提高动物肌肉组织的抗氧化能力,抑制ROS对肌肉中蛋白质和脂质的氧化,进而改善嫩度(图6)。郭志有[72]研究证实,α-硫辛酸显著提高了肉鸡的抗氧化性能,改善了肌肉嫩度。肌肉pH会影响嫩度,低的pH会降低肌原纤维蛋白之间的静电斥力,引起肌纤维不可逆侧向收缩,使嫩度变差[73]。王晓艳等[74]研究发现,α-硫辛酸能提高牛肉的pH并改善嫩度。
5 小结
α-硫辛酸是绿色、高效的饲料补充剂,能通过激活AMPK/PGC-1α信号通路调节线粒体生物发生,使肌纤维类型由酵解型向氧化型转化;能通过介导Nrf2/ARE信号通路来提高组织内的抗氧化性能;还能调控细胞内脂质代谢,抑制脂质合成。此外,α-硫辛酸还对肌肉的pH、色泽、系水力和嫩度等肉品质指标具有影响。但是,目前α-硫辛酸调控肉品质机理的研究较少,未来可以在肌纤维的基础上,进一步探究α-硫辛酸是否参与其他生物学过程来改善肉品质,以期为开发高品质肉和安全性肉提供参考。
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