嫩度是最有價(jià)值的肉品質(zhì)性狀之一，也是消費(fèi)者選擇肉品時(shí)最重要的感官評判指標(biāo)。宰后肌肉會經(jīng)歷復(fù)雜的生化過程，細(xì)胞凋亡則被認(rèn)為是調(diào)節(jié)宰后肌肉嫩度的關(guān)鍵生化途徑之一。細(xì)胞凋亡主要通過死亡受體途徑、線粒體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑發(fā)生，溶酶體則通過釋放多種蛋白酶信號途徑參與細(xì)胞凋亡。

溶酶體負(fù)責(zé)降解內(nèi)膜系統(tǒng)中的多種生物大分子，通過內(nèi)容和信息交換以及建立膜接觸位點(diǎn)與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行交流，如參與質(zhì)膜修復(fù)、外泌體釋放、細(xì)胞黏附和遷移等。溶酶體介導(dǎo)的信號通路能控制細(xì)胞內(nèi)合成和分解代謝之間的轉(zhuǎn)換，并通過感知細(xì)胞代謝狀態(tài)影響細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。溶酶體膜通透化伴隨著細(xì)胞凋亡發(fā)生，當(dāng)溶酶體膜受到不同形式的應(yīng)激時(shí)會引發(fā)溶酶體膜通透，將組織蛋白酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中并對B淋巴細(xì)胞瘤-2（Bcl-2）家族蛋白剪切，使Bcl-2蛋白構(gòu)象發(fā)生變化并移位至線粒體，通過改變線粒體膜通透性釋放細(xì)胞色素c（Cyt c），進(jìn)而激活凋亡蛋白酶并引發(fā)凋亡級聯(lián)反應(yīng)。溶酶體不僅直接釋放組織蛋白酶調(diào)控肉的嫩度，還間接參與細(xì)胞凋亡影響調(diào)控肉的嫩化。

寧夏大學(xué)食品與制藥工程學(xué)院的董玉珊、羅玉龍*，銀川市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心的杜瑞等通過介紹溶酶體的作用機(jī)制和代謝過程，闡述激活溶酶體膜通透性的途徑，探討溶酶體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的途徑，并綜述組織蛋白酶、細(xì)胞凋亡酶、溶酶體鐵、Ca2+對嫩度的影響，旨在為溶酶體在調(diào)控肉的宰后成熟方面提供理論依據(jù)。

1溶酶體的概述及代謝

1.1 溶酶體的概述

溶酶體存在于細(xì)胞質(zhì)中，呈圓形或卵圓形，直徑在0.2～0.8 μm之間，由厚度7～10 nm的單層膜包被，是細(xì)胞內(nèi)的主要消化器官，含有酸性水解酶，能降解細(xì)胞內(nèi)多種生物大分子，并維持細(xì)胞內(nèi)正常代謝活動(dòng)。溶酶體內(nèi)的水解酶多為酸性，常見的有60余種，包括蛋白酶、核酸酶、磷酸酶、糖苷酶及磷酸酯酶等，能參與溶酶體內(nèi)的生物合成運(yùn)輸及吞噬作用降解，循環(huán)利用從細(xì)胞質(zhì)中接收的物質(zhì)。溶酶體膜上含有豐富的膜蛋白，主要包括溶酶體相關(guān)膜蛋白（LAMP）1、LAMP2和溶酶體整合膜蛋白2（LIMP-2）等。研究發(fā)現(xiàn)，膜蛋白在高度糖基化過程中糖基在轉(zhuǎn)移酶的催化下和膜蛋白上的氨基酸殘基連接形成糖苷鍵，改變膜蛋白結(jié)構(gòu)功能，使其不被溶酶體內(nèi)部水解酶降解，從而維持溶酶體的穩(wěn)定性。

1.2 溶酶體的代謝

溶酶體介導(dǎo)的信號通路和轉(zhuǎn)錄程序通過調(diào)節(jié)生物合成和自噬從而控制細(xì)胞合成和分解代謝之間的轉(zhuǎn)換，并通過感知細(xì)胞代謝狀態(tài)影響細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。Wei Jianteng等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體內(nèi)的平衡核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3（ENT3）是細(xì)胞的關(guān)鍵代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能協(xié)調(diào)溶酶體完整性以及核苷可用性，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞活化。溶酶體通過內(nèi)容和信息交換以及建立膜接觸位點(diǎn)與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行交流，如參與質(zhì)膜修復(fù)、外泌體釋放、細(xì)胞黏附和遷移等。溶酶體還能感知細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子的可利用狀態(tài)，并通過哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1（mTORC1）和單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）信號通路對細(xì)胞代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)。細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子充足時(shí)，溶酶體可激活mTORC1途徑參與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及核苷酸的合成，從而促進(jìn)細(xì)胞生長。mTORC1途徑能抑制宏自噬和其他分解代謝途徑。Hosios等研究發(fā)現(xiàn)抑制mTORC1途徑能使膜磷脂運(yùn)輸?shù)饺苊阁w并進(jìn)行分解代謝，調(diào)節(jié)溶酶體磷脂再循環(huán)以應(yīng)對營養(yǎng)變化。細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)缺乏時(shí)，溶酶體可激活A(yù)MPK通路，通過促進(jìn)脂代謝、糖酵解和宏自噬并抑制合成代謝，維持細(xì)胞內(nèi)能量平衡。Zhang Chensong等在葡萄糖饑餓模擬實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)葡萄糖水平低時(shí)，醛縮酶不與果糖-1,6-二磷酸結(jié)合，而是向溶酶體發(fā)出激活A(yù)MPK信號，促進(jìn)ATP的分解代謝途徑，同時(shí)抑制能量消耗恢復(fù)能量穩(wěn)態(tài)。此外，溶酶體能釋放組織蛋白酶，激活凋亡酶并參與對細(xì)胞凋亡的調(diào)控，在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮不可替代的作用。Hsu等構(gòu)建了白藜蘆醇誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡模型，發(fā)現(xiàn)溶酶體釋放了組織蛋白酶L并剪切促凋亡蛋白Bid成為tBid，激活Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bax）引發(fā)線粒體外膜通透化，釋放Cyt c，最終激活半胱天冬氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）并引起細(xì)胞凋亡。Roberg等在纖維細(xì)胞中顯微注射組織蛋白酶D發(fā)現(xiàn)，組織蛋白酶進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)可引起線粒體釋放Cyt c，進(jìn)一步激活Caspase-3。Wang Cuifen等發(fā)現(xiàn)大黃素在誘導(dǎo)HK-2細(xì)胞過程中，細(xì)胞內(nèi)的組織蛋白酶B能通過激活Caspase-3參與HK-2細(xì)胞凋亡。

2 溶酶體膜通透化的激活途徑

細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失衡能誘導(dǎo)溶酶體膜通透化，使組織蛋白酶大量釋放參與細(xì)胞凋亡。不同形式的應(yīng)激都會使溶酶體膜出現(xiàn)通透化，如活性氧（ROS）、Bcl-2蛋白家族、鞘氨醇、p53蛋白、細(xì)胞凋亡酶和組織蛋白酶B。

2.1 ROS

ROS分為氧來源的自由基和非自由基，包含超氧陰離子自由基（O2-·）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基、臭氧（1O3）和單線態(tài)氧（1O2）等。ROS由線粒體電子傳遞鏈過程中的O2還原形成，會引起細(xì)胞大分子（包括脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸）的氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)吞噬細(xì)胞中還原型輔酶II氧化酶通過質(zhì)膜傳遞電子也可以產(chǎn)生大量ROS，參與膜受體下游信號的激活。溶酶體位于線粒體周圍，極易發(fā)生氧化應(yīng)激。Rohde等研究發(fā)現(xiàn)ROS積累能導(dǎo)致溶酶體膜穩(wěn)定性降低，這證實(shí)了氧化應(yīng)激是造成溶酶體膜失穩(wěn)的重要原因。磷脂是溶酶體膜的主要成分，包括一個(gè)極性的頭基和兩條疏水性且流動(dòng)性強(qiáng)的酰基鏈（富含有多不飽和脂肪酸）。當(dāng)脂質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)，不飽和脂肪酸雙鍵發(fā)生斷裂并被ROS修飾。Dielschneider等研究發(fā)現(xiàn)ROS含量的過度累積會使溶酶體膜發(fā)生脂質(zhì)氧化，進(jìn)而破壞膜穩(wěn)定性。啟動(dòng)子羥自由基等通過去除烯丙位氫產(chǎn)生具有碳核的脂質(zhì)自由基，能迅速與氧結(jié)合形成脂質(zhì)過氧自由基，并從更多的脂質(zhì)分子中獲取氫，進(jìn)而引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生新的脂質(zhì)自由基和脂質(zhì)過氧化氫，最終破壞磷脂結(jié)構(gòu)，影響溶酶體膜穩(wěn)定性（圖1）。Sims-Robinson等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體膜上的膽固醇過量時(shí)，ROS介導(dǎo)膽固醇氧化并生成膽固醇氧化物衍生物氧甾醇，破壞溶酶體膜穩(wěn)定性，引起溶酶體功能障礙。溶酶體腔內(nèi)含有大量高濃度、低分子質(zhì)量的活性鐵（亞鐵離子），氧自由基本身不會對溶酶體造成損傷，但經(jīng)亞鐵離子的芬頓反應(yīng)催化后產(chǎn)生強(qiáng)氧化的羥自由基時(shí)會與溶酶體膜上的磷脂發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而破壞溶酶體膜。Persson等用輻射誘導(dǎo)細(xì)胞死亡發(fā)現(xiàn)，活性鐵的大量積累會產(chǎn)生氧化應(yīng)激，引發(fā)溶酶體破裂，但加入鐵螯合劑去鐵胺則能有效抑制ROS的積累，穩(wěn)定溶酶體。

2.2 Bcl-2蛋白家族

Bcl-2蛋白家族中的促凋亡蛋白分為兩個(gè)亞群，即多結(jié)構(gòu)域效應(yīng)蛋白（Bak和Bax）和含Bcl-2同源性（BH3）區(qū)域的調(diào)節(jié)蛋白（Bim、Bid、Bad、Bmf、Bik、Noxa、Puma和Hrk），研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的促凋亡和抗凋亡蛋白發(fā)生置換后能引起線粒體外膜通透化，并激活Caspases級聯(lián)反應(yīng)。線粒體初始階段，位于線粒體外膜上游位置的Bim和Bax能誘導(dǎo)溶酶體膜通透，誘導(dǎo)過程中Bax會發(fā)生位置轉(zhuǎn)移，逐步轉(zhuǎn)移到溶酶體膜并與其發(fā)生相互作用。K?gedal等發(fā)現(xiàn)Bax從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到溶酶體膜時(shí)構(gòu)象會寡聚化，并通過α 9螺旋外翻插入溶酶體膜中使膜的通透性發(fā)生變化。

在正常細(xì)胞中，促凋亡蛋白中的BH3結(jié)構(gòu)域可與抗凋亡蛋白中的BH1～BH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合并形成異源二聚體，這兩者通過相互抑制促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白活性從而維持細(xì)胞平衡。Bid與Bim蛋白都含有BH3結(jié)構(gòu)域，不僅能與抗凋亡蛋白結(jié)合并抑制活性，還能與促凋亡蛋白結(jié)合并激活Bax蛋白。Letai等發(fā)現(xiàn)含BH3結(jié)構(gòu)域的短肽能夠誘導(dǎo)Bak和Bax寡聚化，證實(shí)了BH3結(jié)構(gòu)域能激活Bax、Bak和Bad樣結(jié)構(gòu)域。球狀結(jié)構(gòu)的Bax含有多個(gè)α螺旋束（α 1～α 9），展開后能釋放疏水的α 9螺旋并與溶酶體膜結(jié)合。Bax可嵌入到脂質(zhì)雙層的胞質(zhì)小葉中，通過打開環(huán)形孔的方式產(chǎn)生膜張力，破壞脂質(zhì)雙層，進(jìn)而引起溶酶體膜通透。Feldstein等證實(shí)棕櫚酸能誘導(dǎo)Bax蛋白，使Bax產(chǎn)生“凋亡構(gòu)象”，并促使Bax轉(zhuǎn)移到溶酶體上導(dǎo)致溶酶體膜通透化，而敲除Bax基因則能使棕櫚酸的誘導(dǎo)失效，穩(wěn)定溶酶體膜，從而使細(xì)胞得到有效保護(hù)。

此外，Caspase-8可將Bid剪切為tBid，tBid單體與溶酶體膜結(jié)合后在脂雙層膜表面位置形成同源寡聚體，當(dāng)?shù)途鄣膖Bid團(tuán)簇形成后其兩個(gè)核心的疏水螺旋α 6和α 7在內(nèi)膜位置發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，其他螺旋會變構(gòu)到膜的深層位置并形成瞬時(shí)二維孔道結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起溶酶體膜通透。Zhao Kai等研究發(fā)現(xiàn)磷脂酸（PA）能顯著影響tBid誘導(dǎo)的溶酶體膜通透性，PA能使tBid靶向插入雙層脂質(zhì)，tBid改變構(gòu)型后能形成同源寡聚體，通過非雙層脂質(zhì)相（六方脂質(zhì)相）形成脂質(zhì)孔，進(jìn)一步誘導(dǎo)LMP（圖2）。

2.3 鞘氨醇

鞘氨醇屬于鞘脂，由長烴鏈組成，通常為C18和C20，是一種生物活性脂質(zhì)，能與膽固醇形成特定的微結(jié)構(gòu)域（脂筏）。鞘磷脂存在于溶酶體膜中，其在酸性鞘磷脂酶催化下生成神經(jīng)酰胺，并在酸性角酰胺酶1的作用下轉(zhuǎn)化為鞘氨醇。鞘氨醇中的胺基可以結(jié)合質(zhì)子，并發(fā)生質(zhì)子化。在溶酶體酸性條件下，鞘氨醇單體會形成聚集體，而鞘氨醇質(zhì)子化形成的氫鍵網(wǎng)絡(luò)會從分子內(nèi)向分子間轉(zhuǎn)變，使鞘氨醇聚集體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Giraldo等發(fā)現(xiàn)帶電鞘氨醇之間的頭基排斥會改變鞘氨醇聚集體有效的頭基面積，并在鞘氨醇聚集體表面上引起更大的曲率，使鞘氨醇滯留在溶酶體內(nèi)，以防止鞘氨醇擴(kuò)散到細(xì)胞質(zhì)中。

溶酶體膜的組成成分包括磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸和PA等，而膜中富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域則是鞘氨醇通透化的靶標(biāo)。鞘氨醇不僅能分配并穩(wěn)定膽固醇-鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域，還能使流動(dòng)性差的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)域剛性化進(jìn)而硬化質(zhì)膜。溶酶體膜的剛性化結(jié)構(gòu)域與流動(dòng)性結(jié)構(gòu)域在橫向分離過程中，能產(chǎn)生缺陷并在兩者之間形成通道，這導(dǎo)致了溶酶體膜通透化（圖3）。Carreira等將鞘磷脂添加到與溶酶體環(huán)境相似的囊泡中，發(fā)現(xiàn)膜通透性增加，間接說明鞘磷脂的異常積累會破壞溶酶體膜完整性，并影響溶酶體途徑的正常功能。Ullio等研究發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子α（TNF-α）通過促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鞘氨醇積累并使溶酶體膜通透化從而引發(fā)細(xì)胞凋亡。

2.4 p53蛋白

p53蛋白是四鏈四聚體，由393 個(gè)氨基酸組成。每條鏈都含有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，如N端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（TAD）I和TADII、四聚化結(jié)構(gòu)域和C端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（PRD）和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD），其中TADI和TADII對p53蛋白的調(diào)控至關(guān)重要，PRD和DBD則調(diào)控p53的轉(zhuǎn)錄。單泛素化為p53的易位信號，p53單泛素化后易位到細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中可以被磷酸化并誘導(dǎo)溶酶體膜通透化。Bax基因含6 個(gè)外顯子，有α、β、γ和δ 4 種可變剪接方式，其5’非翻譯區(qū)含有4 個(gè)啟動(dòng)子并與p53具有同源性的結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)Bax接收到p53啟動(dòng)子信號后被激活，Bax構(gòu)象寡聚化后并在溶酶體膜上形成孔道，進(jìn)一步增加溶酶體膜通透性。Yuan Ximing等研究M1小鼠細(xì)胞發(fā)現(xiàn)p53蛋白能介導(dǎo)溶酶體-線粒體途徑，使溶酶體膜穩(wěn)定性下降，間接引起細(xì)胞凋亡。Li Nan等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體蛋白能招募磷酸化p53并與p53蛋白的反轉(zhuǎn)錄激活域發(fā)生特異性作用。此外，Yamashita等研究小鼠細(xì)胞發(fā)現(xiàn)p53蛋白能激活并剪切Bid，形成tBid易位至溶酶體并引起溶酶體膜通透化。

2.5 細(xì)胞凋亡酶與組織蛋白酶B

Caspase-9是一種凋亡啟動(dòng)子，在激活凋亡細(xì)胞中起核心作用。Caspase-9在細(xì)胞死亡信號傳導(dǎo)中發(fā)揮雙重作用，可作為效應(yīng)Caspase和溶酶體膜通透的激活劑。Gyrd-Hansen等研究發(fā)現(xiàn)Caspase-8以細(xì)胞凋亡的非依賴性方式切割并激活Caspase-9，激活的Caspase-9誘導(dǎo)了溶酶體膜的通透性。組織蛋白酶B則存在于溶酶體中，是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成員。組織蛋白酶B與細(xì)胞凋亡有關(guān)，溶酶體膜通透性改變會促進(jìn)組織蛋白酶B釋放，引起細(xì)胞凋亡，而組織蛋白酶B也能夠直接誘導(dǎo)溶酶體膜通透改變。研究發(fā)現(xiàn)溶酶體中的組織蛋白酶B釋放能破壞溶酶體膜通透并形成正反饋環(huán)路，從而破壞溶酶體膜。Yin Lei等研究發(fā)現(xiàn)在初級小泡細(xì)胞走向死亡的過程中，Cathepsins抑制劑可以緩解溶酶體膜通透化。

3 溶酶體-線粒體凋亡途徑

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞接收凋亡信號并經(jīng)過凋亡酶和凋亡因子的協(xié)同作用進(jìn)行信號傳導(dǎo)并完成細(xì)胞死亡的過程。溶酶體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的執(zhí)行者是組織蛋白酶，可通過溶酶體-線粒體的內(nèi)在途徑激活Caspase級聯(lián)反應(yīng)從而引發(fā)細(xì)胞凋亡。溶酶體膜通透化會使組織蛋白酶大量釋放，而組織蛋白酶的釋放發(fā)生在線粒體凋亡途徑之前，因此溶酶體參與的線粒體凋亡又稱為溶酶體-線粒體途徑。Roberg等證實(shí)了細(xì)胞凋亡過程中溶酶體膜失穩(wěn)及組織蛋白酶D的釋放先于Cyt c釋放和線粒體膜損傷。

促凋亡蛋白Bid是連接溶酶體和線粒體的關(guān)鍵蛋白之一，組織蛋白酶能剪切Bid并激活和Bax。Appelqvist等研究發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶D將Bid剪切成tBid，轉(zhuǎn)移至線粒體外膜，激活促凋亡蛋白Bax，并與Bax蛋白的疏水溝槽結(jié)合改變構(gòu)象，進(jìn)一步在線粒體外膜上形成具有孔結(jié)構(gòu)的低聚物并引發(fā)線粒體膜通透化。Cosentino等也發(fā)現(xiàn)Bax二聚體能組裝成寡聚體，在細(xì)胞凋亡過程中通透化線粒體外膜。線粒體膜通透性增加會使Cyt c釋放到細(xì)胞質(zhì)中，結(jié)合并激活凋亡酶激活因子（Apaf）-1，而激活的Apaf-1氨基端含有凋亡酶前體-9（ProCaspase-9）的募集域，使ProCaspase-9自動(dòng)剪切并活化形成Caspase-9，進(jìn)一步剪切并激活Caspase-3、Caspase-7，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Emert-Sedlak等研究表明組織蛋白酶D能夠誘導(dǎo)線粒體釋放Cyt c并激活Caspase，并啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。Zhang Zheyu等用NaAsO2誘導(dǎo)細(xì)胞損傷，發(fā)現(xiàn)溶酶體釋放的組織蛋白酶B能刺激促凋亡分子Bid，使其活化形成tBid并增加線粒體膜的通透性，進(jìn)一步活化Caspase，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Wang Boyuan等通過四溴二苯醚誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)現(xiàn)溶酶體膜能釋放組織蛋白酶，其大量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后能激活Bax，并導(dǎo)致線粒體損傷，這說明溶酶體與線粒體能共同誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，Terman等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體中的磷脂酶類能引起線粒體損傷，使促凋亡蛋白Bid等被激活，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡（圖4）。

4 溶酶體影響宰后肌肉嫩化的機(jī)制

宰后肌肉成熟過程中骨架蛋白的有限降解可使嫩度得到改善，與嫩度密切相關(guān)的蛋白包括肌鈣蛋白、肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白等。溶酶體能釋放組織蛋白酶直接降解肌原纖維蛋白并通過激活細(xì)胞凋亡酶間接參與肌肉嫩化過程，還通過溶酶體釋放的Ca2+激活鈣蛋白酶以及Fe2+激活細(xì)胞凋亡酶和參與鐵死亡影響肉嫩度（圖5）。

4.1 溶酶體中的組織蛋白酶

組織蛋白酶存在于溶酶體內(nèi)，溶酶體膜被破壞后會釋放組織蛋白酶。根據(jù)組織蛋白酶的活性位點(diǎn)氨基酸可分為半胱氨酸、天冬氨酸和絲氨酸類；常見的半胱氨酸類包含組織蛋白酶B、C、H和L等，天冬氨酸類以組織蛋白酶D和組織蛋白酶E等為代表，而絲氨酸類則有組織蛋白酶A和組織蛋白酶G，參與宰后肌肉降解的主要組織蛋白酶類有組織蛋白酶B、D、H和L。溶酶體組織蛋白酶通過降解骨架蛋白參與肌肉宰后成熟嫩化，改善宰后肉的嫩度。Calkins等建立了宰后早期組織蛋白酶與肉成熟的作用模型，發(fā)現(xiàn)組織蛋白酶能嫩化肌肉。

不同組織蛋白酶存在水解特異性，其中組織蛋白酶H具有內(nèi)切酶和外切酶特性，主要降解肌球蛋白，而組織蛋白酶降解肌原纖維蛋白的程度與環(huán)境pH值的變化相關(guān)。Matsuishi等從兔骨骼肌溶酶體中分離提取了組織蛋白酶H，發(fā)現(xiàn)pH值為4.0時(shí)其能降解肌球蛋白重鏈、肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白I，而pH值在5.0～5.6時(shí)只能輕度降解肌鈣蛋白I。組織蛋白酶B能水解肌漿球蛋白重鏈、肌鈣蛋白T、降解肌鈣蛋白I以及原肌球蛋白。陳琳等從鯉魚肌肉的溶酶體中提取了組織蛋白酶B，將其活化后發(fā)現(xiàn)，組織蛋白酶B能降解魚肉中的肌球蛋白重鏈、肌動(dòng)蛋白和肌鈣蛋白T，改善魚肉嫩度。組織蛋白酶D可以降解肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和肌聯(lián)蛋白。Thomas等研究發(fā)現(xiàn)鴕鳥背最長肌在酸性環(huán)境（pH 5.8）中，組織蛋白酶D能降解肌原纖維蛋白，對肉嫩度的改善有積極作用。Wang Daoying等證實(shí)了組織蛋白酶D通過降解肌動(dòng)球蛋白改善鴨胸肉嫩度。組織蛋白酶L可降解肌鈣蛋白C、原肌球蛋白以及大部分的肌原纖維蛋白。Yamashita等研究魚肌肉的結(jié)構(gòu)蛋白水解發(fā)現(xiàn)，組織蛋白酶L能水解主要的肌肉結(jié)構(gòu)蛋白，且水解肌原纖維蛋白的速率高于組織蛋白酶B，能更好地改善肉嫩度。

4.2 溶酶體參與激活細(xì)胞凋亡酶

溶酶體釋放的組織蛋白酶能激活線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑，通過Caspase酶家族破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)從而改善肉嫩度。在細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)中，初始Caspase-8、9、10有較長的原結(jié)構(gòu)域，能調(diào)控下游其他Caspase活化；效應(yīng)Caspase-3、6、7處于級聯(lián)反應(yīng)下游，直接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。肌原纖維蛋白由肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、肌動(dòng)球蛋白和調(diào)節(jié)蛋白（肌鈣蛋白）等多種蛋白組成，其中肌動(dòng)蛋白是肌原纖維粗絲和細(xì)絲的主要成分，肌鈣蛋白能結(jié)合原肌球蛋白起到穩(wěn)定肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用，肌間線蛋白連接肌原纖維并維持骨骼肌細(xì)胞的有序性和完整性。Caspase負(fù)責(zé)降解肌鈣蛋白、肌間線蛋白和肌動(dòng)蛋白等。Kemp等研究發(fā)現(xiàn)，豬骨骼肌發(fā)生細(xì)胞凋亡后Caspase-3、8和12的表達(dá)量增加，骨骼肌中的蛋白被水解，說明Caspase酶家族對細(xì)胞骨架降解起到關(guān)鍵作用。Mashima等證實(shí)了細(xì)胞骨架中的肌動(dòng)蛋白是Caspase作用的底物之一，Caspase能將肌動(dòng)蛋白降解為15、31 kDa兩種片段。Chen Feng等發(fā)現(xiàn)Caspase能在特定位置切斷小鼠肌細(xì)胞的肌間線蛋白，使肌原纖維的有序結(jié)構(gòu)遭到破壞。Huang Ming等發(fā)現(xiàn)Caspase-3不僅能降解伴肌動(dòng)蛋白和伴肌球蛋白等，還能弱化肌節(jié)I線和Z線結(jié)合的部分，破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)，這證明了Caspase-3是參與肉類嫩化的關(guān)鍵蛋白酶。組織蛋白酶D可直接激活細(xì)胞凋亡酶Caspase-8、Caspase-9進(jìn)而剪切并活化Caspase-3，活化的Caspase-3能通過降解肌鈣蛋白和肌聯(lián)蛋白等破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)，使肉的嫩度得到改善。Guicciardi等研究發(fā)現(xiàn)TNF-α誘導(dǎo)組織蛋白酶B能從溶酶體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，引起線粒體膜通透性改變并釋放Cyt c，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡酶的活化。Bhoopathi等發(fā)現(xiàn)富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白過表達(dá)后誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，使溶酶體釋放組織蛋白酶B并活化Bid，進(jìn)一步激活下游效應(yīng)Caspase-3。Zhang Jiaying等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體釋放的組織蛋白酶B和D能介導(dǎo)線粒體凋亡，使Caspase-3激活并降解肌原纖維蛋白，進(jìn)而改善牛肉嫩度，這證實(shí)了組織蛋白酶B和D可通過溶酶體-線粒體凋亡途徑嫩化肌肉。

4.3 溶酶體的鐵氧化應(yīng)激

溶酶體內(nèi)含有大量活性鐵，溶酶體中的鐵儲存蛋白與酶共同維持細(xì)胞內(nèi)鐵離子的穩(wěn)定性。溶酶體膜破裂會使鐵離子大量釋放并在細(xì)胞質(zhì)中積累，鐵離子不僅能降低抗氧化酶活性，還能促進(jìn)ROS的大量生成，進(jìn)一步通過氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。李孟孟對羊肉進(jìn)行氧化應(yīng)激處理，發(fā)現(xiàn)ROS增加會提高Caspase-3活性，促進(jìn)肌原纖維小片化，達(dá)到肌肉嫩化的目的。而黃琳琳等的研究發(fā)現(xiàn)，過度的氧化應(yīng)激能引起蛋白質(zhì)氧化，增加蛋白質(zhì)分子的聚合交聯(lián)，并使鈣蛋白酶活性減弱從而影響骨架蛋白的降解，使肉的嫩度變差。Chen Lin等構(gòu)建了豬背最長肌的氧化應(yīng)激模型，也發(fā)現(xiàn)氧化程度增強(qiáng)能抑制鈣蛋白酶的活性，不利于豬肉的嫩化。研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激對肌原纖維蛋白進(jìn)行氧化修飾后能引起蛋白質(zhì)的構(gòu)象改變，使蛋白質(zhì)暴露更多的酶切位點(diǎn)，更易被降解。溶酶體鐵介導(dǎo)的氧化應(yīng)激能使細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡并加劇細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘導(dǎo)Caspase級聯(lián)反應(yīng)并與鈣蛋白酶協(xié)同作用等，促使肌原纖維蛋白降解，加速宰后肌肉的嫩化。ROS與亞鐵離子過度積累會降低細(xì)胞的抗氧化能力，通過脂質(zhì)過氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的脂質(zhì)ROS，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡。Bu Ningxia等研究了牛肉在4 ℃冷藏過程中的鐵死亡通路，發(fā)現(xiàn)鐵死亡依賴于亞鐵離子和ROS積累，其中長鏈酰基輔酶A合成酶家族1、朊蛋白、電壓依賴性陰離子通道2和溶血磷脂酰膽堿酰基轉(zhuǎn)移酶3等蛋白參與鐵死亡，加速肌原纖維結(jié)構(gòu)的降解，并促進(jìn)了宰后牛肉嫩度的改善。Zhang Jiaying等研究發(fā)現(xiàn)溶酶體鐵能降低抗氧化酶活性，誘導(dǎo)ROS過度積累并增加線粒體膜的通透性，使Cyt c釋放進(jìn)而活化細(xì)胞凋亡酶Caspase-3和Caspase-9，細(xì)胞凋亡酶會使骨架蛋白中的肌結(jié)蛋白和肌鈣蛋白-T降解，以上結(jié)果說明了溶酶體鐵通過參與線粒體凋亡參與宰后牛肉嫩化。而Huang Feng等研究發(fā)現(xiàn)鐵催化引起的氧化降低了牛宰后肌肉中鈣蛋白酶-1、Caspase-3和Caspase-6等活性，抑制了肌原纖維蛋白的降解，從而延緩了肌肉的嫩化。

4.4 溶酶體的Ca2+釋放激活鈣蛋白酶

溶酶體是細(xì)胞的鈣庫，溶酶體管腔中鈣濃度在400～600 μmol/L之間，Ca2+平衡能維持溶酶體的正常功能。溶酶體系統(tǒng)釋放鈣離子是細(xì)胞內(nèi)鈣的重要來源，當(dāng)Ca2+進(jìn)入鈣庫暫存后，胞液濃度下降，而當(dāng)鈣庫釋放Ca2+ 時(shí)胞液的濃度會上升。溶酶體的鈣釋放通道為雙孔通道（TPC）家族和瞬時(shí)受體電位通道黏液脂蛋白家族。TPC是二聚體，其中每個(gè)原聚體包含兩個(gè)類似振動(dòng)器的通道域（I和II），通道域則由電壓傳感器（S1～S4）和S5、S6兩個(gè)孔螺旋組成，通道域在胞質(zhì)側(cè)能形成具有多個(gè)狹窄收縮點(diǎn)的束交叉，以阻止水合陽離子通過。鞘氨醇在導(dǎo)致溶酶體膜通透化的過程中，其質(zhì)子化電荷增加會產(chǎn)生膜電流，使TPC異常并引起Ca2+釋放。H?glinger等研究發(fā)現(xiàn)鞘氨醇會導(dǎo)致胞質(zhì)鈣的瞬時(shí)增加，進(jìn)一步確定Ca2+釋放主要通過溶酶體TPC。

溶酶體膜在融合與通透化的過程中伴隨著溶酶體Ca2+釋放。鈣蛋白酶由DI和DII結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成，結(jié)構(gòu)域維持反向平行，構(gòu)成了非活性結(jié)構(gòu)的核心；Ca2+是激活鈣蛋白酶的關(guān)鍵，通過結(jié)合DI-II結(jié)構(gòu)域，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生重排并呈現(xiàn)對齊的活性構(gòu)象。鈣蛋白酶是改善肉嫩度的重要內(nèi)源性蛋白酶之一，其對肉的嫩化作用主要體現(xiàn)在兩方面：一方面通過降解連接蛋白（肌間線蛋白等）使肌原纖維連接力下降；另一方面通過降解伴肌球蛋白和伴肌動(dòng)蛋白而使肌絲和Z線之間的相互作用弱化，從而破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。鈣蛋白酶在肌肉嫩化中發(fā)揮重要作用，王強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)Ca2+能夠激活鈣蛋白酶并加速肌原纖維蛋白降解，使肌肉剪切力降低，進(jìn)而改善肌肉嫩度。Wheeler等也發(fā)現(xiàn)在牛宰后的肌肉中注射鈣離子，肌原纖維蛋白水解加速，嫩度得到改善。Channon等研究發(fā)現(xiàn)鈣蛋白酶能降解肌纖維中的肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白和肌間線蛋白等，使Z線斷裂并破壞骨架蛋白結(jié)構(gòu)，使肌原纖維小片化，從而加速肉的嫩化。Lyu等發(fā)現(xiàn)豬肉宰后貯存期間，鈣蛋白酶能從肌質(zhì)轉(zhuǎn)移到肌原纖維并降解結(jié)構(gòu)蛋白，這證實(shí)了鈣蛋白酶對肉類蛋白的水解發(fā)揮重要作用，有利于肉的嫩化。激活溶酶體的TPC，釋放出大量鈣離子，進(jìn)一步活化鈣蛋白酶并降解骨架蛋白，最終改善肉的嫩度。

5 結(jié)語

嫩度是評價(jià)肉品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，溶酶體參與的細(xì)胞凋亡能降解骨架蛋白，破壞肌纖維結(jié)構(gòu)的完整性，達(dá)到改善肌肉嫩度的目的。ROS、鞘氨醇、組織蛋白酶和Bcl-2蛋白等能使溶酶體發(fā)生膜通透化，釋放組織蛋白酶參與線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑。溶酶體還能通過釋放Ca2+、產(chǎn)生鐵氧化應(yīng)激參與肌肉嫩化。未來宰后嫩化機(jī)制的研究可以在溶酶體參與細(xì)胞凋亡降解骨架蛋白的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從溶酶體參與其他凋亡途徑共同促進(jìn)肉嫩化等方面，構(gòu)建更全面的宰后肌肉嫩化調(diào)控系統(tǒng)，以期對宰后肌肉嫩度進(jìn)行具體調(diào)控，開發(fā)出高品質(zhì)肉的生產(chǎn)技術(shù)。

引文格式：

董玉珊, 杜瑞, 蘇日娜, 等. 溶酶體的代謝調(diào)節(jié)及調(diào)控肉嫩化機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(3): 257-266. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240718-191.

DONG Yushan, DU Rui, SU Rina, et al. Research progress on metabolic regulation of lysosomes and their regulatory mechanism on meat tenderness[J]. Food Science, 2025, 46(3): 257-266. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240718-191.

實(shí)習(xí)編輯：王曉燕；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)

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