肌肽的生理作用及其在畜禽生產(chǎn)中的應用研究進展

康國磊，王凈，王紅娜*，馮濤

（1.河北工程大學生命科學與食品工程學院，河北邯鄲 056038；2.河北北方學院動物科技學院，河北張家口 075000；3.河北省肉羊產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河北張家口 075000；4.北京市農(nóng)林科學院畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100097；5.北京市農(nóng)林科學院-美國俄克拉荷馬州立大學動物科學聯(lián)合實驗室，北京 100097）

肌肽（-Carnosine）是一種存在于多數(shù)脊椎動物骨骼肌中的天然二肽，由-丙氨酸和-組氨酸組成，分子式是CHNO，相對分子量為226.24。在機體內(nèi)由-丙氨酸和-組氨酸經(jīng)肌肽合成酶合成肌肽，人工肌肽由-丙氨酸和-組氨酸鹽酸鹽縮合制成。肌肽于1900 年首次被俄國學者古列維奇在牛肉提取物中發(fā)現(xiàn)，隨后在其他物種（如馬、豬、雞、魚）中發(fā)現(xiàn)了一系列與肌肽結構相似的化合物（如鵝肌肽和高肌肽等），且不同種動物之間以及同一種動物不同部位之間的肌肽含量存在差異。一般來說，機體不同部位的肌肽含量與該部位的運動量呈正相關。Manhiani 等在家禽的肝臟、肺、尾部、心臟中均檢測到肌肽，其中肝臟中的肌肽含量最高，腦中肌肽含量最低。肌肽具有抗氧化、抗糖基化、維持pH 穩(wěn)定、金屬螯合等多種生理學作用；另外，肌肽具有咪唑環(huán)，使得肌肽可以與多種脂質(zhì)過氧化物結合，減弱氧化應激對細胞的損傷，因此肌肽在改善畜禽肉品質(zhì)方面也具有一定作用。肌肽在畜禽生產(chǎn)上的應用主要集中在豬、雞等物種，在反芻動物上鮮有報道。本文主要綜述了肌肽的生理作用以及在畜禽生產(chǎn)上的應用效果，為肌肽在動物生產(chǎn)中的合理使用提供參考依據(jù)。

1 肌肽的合成

日糧中組氨酸和丙氨酸可經(jīng)消化道上表皮組織吸收進體內(nèi)合成肌肽。Matthews 等研究結果表明，綿羊瓣胃上皮組織比瘤胃上皮組織具有更強的吸收游離氨基酸和肌肽的能力。在飼糧中添加組氨酸或者丙氨酸都會提高肉仔雞肌肉中的肌肽含量。Kai 等在14 日齡雌雞日糧中分別添加組氨酸營養(yǎng)需要量的67%、100%、200%，200%添加組氨酸使肌肉和血漿中肌肽含量顯著增加。Qi 等在肉仔雞飼糧中補充-丙氨酸后，肉雞胸肌中肌肽含量也有所增加。這說明機體可以通過吸收日糧中組氨酸和丙氨酸提高體內(nèi)肌肽的合成能力，繼而增加含量。

2 肌肽的生理作用

2.1 激活mTOR 信號通路 肌肽促進生長的機制之一是激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）信號通路，促進細胞增殖。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該酶存在于2 種完全不同的多蛋白復合體mTORC1 和mTORC2 中，在細胞生長、增殖方面發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。已有研究表明，mTOR 信號途徑調(diào)控異常與細胞增殖密切相關。Palin 等研究結果表明，在HO誘導氧化應激和自然氧化應激（非HO誘導的氧化應激）條件下肌肽均能夠降低活性氧的聚集并減少氧化損傷，肌肽能夠抑制HO誘導的p38 MAPK 信號的活化，在自然氧化應激誘導條件下通過激活mTOR 通路緩解氧化應激對細胞的損害。鮑英慧研究結果表明，日糧中添加0.1%肌肽后，二元閹公豬血清中的胰島素樣生長因子（IGF-1）水平顯著提高，IGF-1 與受體IGFR-1 結合并激活上游信號分子PI3K、激活Akt、激活mTOR 及下游信號分子，從而促進蛋白質(zhì)翻譯及肌肉蛋白質(zhì)的合成。

2.2 Ca調(diào)節(jié)劑 肌肽會結合到肌漿網(wǎng)上的對應位點，激活肌漿網(wǎng)上的鈣離子通道來釋放Ca，從而調(diào)節(jié)Ca水平。Zaloga 等試驗發(fā)現(xiàn)，肌肽可以改善離體大鼠心臟的收縮能力并且增加游離鈣的水平，刺激鈣釋放通道的鈣釋放，調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣泵對鈣的吸收，從而調(diào)節(jié)鈣的水平。Jones 等研究結果表明，對人體補充肌肽的前體物-丙氨酸會導致肌肉半松弛時間下降，H的積累會影響肌肉收縮過程中的Ca信號傳導，而肌肽有可能作為Ca和H耦合調(diào)節(jié)劑，通過直接或者間接機制攝取Ca，發(fā)揮調(diào)節(jié)Ca水平的作用。

2.3 抗氧化 肌肽具有的抗氧化作用依賴于肌肽咪唑環(huán)部分與氧化因子的結合，并通過促進抗氧化基因表達、淬滅醛、螯合金屬、抗糖基來共同實現(xiàn)。Zhou 等研究結果表明，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）誘導小鼠腸氧化應激，而肌肽可緩解DON 誘導的空腸二胺氧化酶活性降低，維持腸上皮完整性；另外，肌肽與Kelch 樣ECH 關聯(lián)蛋白1（Keap1）結合，解離轉錄因子NF-E2相關因子2（Nrf2）進入細胞核激活下游基因的轉錄和翻譯，從而加速抗氧化劑的合成以中和過量的活性氧。Caruso 等使用肌肽預處理巨噬細胞之后暴露于-淀粉樣多肽1-42（A1-42）中，發(fā)現(xiàn)肌肽通過降低細胞內(nèi)一氧化氮和活性氧的水平，減少了過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生，降低了氧化應激，從而抑制了A1-42 寡聚體誘導的細胞死亡和凋亡。

2.3.1 清除醛 不飽和醛是膜脂質(zhì)過氧化的典型副產(chǎn)物，被認為是氧化應激的第二信使，肌肽則是不飽和醛的強力清除劑，肌肽通過咪唑部分與低分子量的醛類及由不飽和脂肪酸形成的醛類反應，從而保護細胞結構免受活性物質(zhì)的影響。Zhao 等使用肌肽預處理心肌細胞后將其暴露于丙烯醛中，發(fā)現(xiàn)肌肽中咪唑環(huán)的N和醛可形成共軛物，從而發(fā)揮淬滅醛的能力，即肌肽的咪唑部分與醛羰基之間形成共軛物從而降低醛對心肌細胞的損傷。

2.3.2 金屬螯合作用 肌肽可以通過肌肽分子中的咪唑基與催化油脂氧化的金屬離子螯合，從而避免金屬離子催化油脂氧化。銅會增加人紅細胞中活性氧和活性氮的生成，抑制抗氧化劑和膜結合的酶，降低抗氧化酶能力，抑制代謝，并損傷質(zhì)膜，而肌肽會以濃度依賴性的方式減弱銅的損害。Kang 等將銅鋅超氧化物歧化酶（Cu,Zn-SOD）、偶氮二異丁脒鹽酸鹽（AAPH）混合置于磷酸鉀緩沖液中，并加入肌肽孵育，發(fā)現(xiàn)肌肽抑制Cu,Zn-SOD 中的銅離子釋放以及Cu,Zn-SOD 中羰基化合物的形成，抑制Cu,Zn-SOD 裂解和失活，防止其蛋白質(zhì)片段化，并抑制其對Cu,Zn-SOD 氨基酸殘基的修飾，進而防止銅離子的釋放對細胞蛋白質(zhì)的損傷。Arnal 等研究結果表明，人肝和肺細胞經(jīng)銅處理后明顯增強了蛋白質(zhì)羰基、硫代巴比妥酸反應性物質(zhì)的形成，降低了細胞存活率；肌肽可與銅離子形成絡合物，發(fā)揮保護細胞免受銅離子損傷和維持細胞存活的作用。

2.3.3 抗糖基化 糖基化是機體內(nèi)蛋白質(zhì)或脂質(zhì)等生物大分子上附加在糖類的過程，并且在脂質(zhì)過氧化和非酶糖基化過程中會產(chǎn)生對細胞有害的物質(zhì)。肌肽可以與蛋白質(zhì)羰基發(fā)生被稱為肌肽酰化反應，防止蛋白質(zhì)形成剛性交聯(lián)鍵而損害細胞功能，組氨酸的-氨基的乙?；蚣‰牡倪溥蚧鶊F的甲基化，都表現(xiàn)出了強烈的抗交聯(lián)作用。Hipkiss 等研究結果表明，肌肽可與氧化蛋白質(zhì)上的羰基進行反應，抑制氧化蛋白質(zhì)與大分子的交聯(lián)，進而抑制糖尿病引起的血壓升高，這與肌肽的抗糖基化作用一致。Tanaka 等在小鼠氣管內(nèi)注射脂多糖后口服不同濃度肌肽（10、50、100 mg/kg），表明肌肽通過抑制活性氧的水平來抑制脂多糖誘導的肺損傷。

3 肌肽在動物生產(chǎn)中的應用

3.1 肌肽在豬上的應用 肌肽在豬上的應用主要包括提高豬的育肥性能和改善肉品質(zhì)（表1），肌肽在豬上的添加量為100～1 000 mg/kg 日糧。在機體內(nèi)，肌肽可能不會直接被骨骼肌吸收，但是可以上調(diào)機體內(nèi)IGF-1 的表達水平，促進AKTser473、TORser2448、S6Kthr389磷酸化的水平，激活Akt/mTOR 及其下游的S6K，從而提高蛋白質(zhì)翻譯效率，促進蛋白質(zhì)合成；另外，肌肽也會影響甲狀腺激素的分泌，誘導衛(wèi)星細胞的增殖。而肌肽發(fā)揮抗氧化作用可能是通過直接與活性氧或過氧化物進行反應，亦或是其代謝產(chǎn)物與活性氧和過氧化物進行反應；另外，較低濃度的肌肽也可以通過提高抗氧化酶的表達發(fā)揮抗氧化作用，肌肽抑制死后肌肉中糖原的分解也直接影響了肉的質(zhì)量。肌肽天然的抗氧化能力使得屠宰后的豬肉不易氧化，保鮮期更長，擁有更良好的貯藏效果，并且在一定程度上改善肉的風味；肌肽還可用作預測肉類老化時間和質(zhì)量變化的潛在生物標志物。

表1 肌肽在豬上的應用

3.2 肌肽在雞上的應用 肌肽在雞生產(chǎn)中的作用包括提高產(chǎn)蛋性能、生產(chǎn)性能、肉品質(zhì)、抗氧化能力以及免疫能力（表2），在雞上應用的肌肽濃度為每千克日糧添加400～2 700 mg。肌肽可提高雞抗氧化酶的表達水平，激活雞血中酶促抗氧化系統(tǒng)，還可增加雞對脂質(zhì)的利用能力，改善脂肪代謝。肌肽對雞肌肉的影響可能是其改變了肉雞蛋白質(zhì)的合成與分解平衡，使肌肉內(nèi)肌漿蛋白質(zhì)合成的速率增大，降低了蛋白質(zhì)氧化分解，加快了肌肉的生長速度，并且影響了鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶的表達，促進肉雞肌纖維的發(fā)育和肌纖維類型的轉化。同時，肌肽具有抑制脂質(zhì)氧化的功能，大量的脂肪屯積在肌束間，也有少量屯積在肌纖維間，進一步降低了肌纖維的密度，對改善肉品質(zhì)具有潛在作用。肌肽增強免疫的方式之一是通過促進白介素1B（IL-1B）的釋放，減少中性粒細胞的凋亡，從而提高機體免疫力，也可通過促進免疫器官發(fā)育和提高新城疫抗體水平來加強肉仔雞的細胞免疫和體液免疫能力。

表2 肌肽在雞上的應用

3.3 肌肽在羊上的應用 目前，肌肽在反芻動物上的研究和應用較少。Yaqub 等研究結果顯示，妊娠母羊飲水中分別添加0、100 mg/kg 體重的肌肽對于母羊的體溫調(diào)節(jié)和羔羊的出生體重沒有顯著影響，肌肽能降低母羊血液中丙二醛、8-異前列腺素和甘油三酯濃度，顯著提高超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性。在反芻動物上，肌肽也表現(xiàn)出較強的抗氧化應激能力。

4 小結和展望

肌肽在動物生產(chǎn)中通過激活mTOR 信號通路、調(diào)節(jié)Ca轉運、抗氧化作用、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多種方式發(fā)揮其提高動物生產(chǎn)性能、抗氧化、改善肉品質(zhì)的作用，并且還能夠延長肉產(chǎn)品保鮮期。但肌肽促進畜禽生產(chǎn)性能的機理尚不完全清楚，肌肽在畜禽上的應用研究不多，添加量和效果也不盡一致，暫時無法對經(jīng)濟效益進行客觀評價。同時，肌肽的廣泛應用仍受其制作工藝及成本的制約，如何降低成本、提高純度也是將來的研究方向之一。