紅肉色素蛋白的生物學功能及對腸道健康影響的研究進展

李春保,姜帥,薛德獎,李茜,張淼

(南京農業(yè)大學肉類加工與質量控制教育部重點實驗室/農業(yè)農村部肉品加工重點實驗室/江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心/食品科學技術學院,江蘇 南京 210095)

肉中的呈色物質主要有色素蛋白和細胞色素C3[1],而色素蛋白可細分為肌紅蛋白(myoglobin)和血紅蛋白(hemoglobin)。血紅蛋白主要存在于動物血液的紅細胞中,而肌紅蛋白主要來源于肉的肌細胞[2]。紅肉通常是指肌紅蛋白含量高而呈現(xiàn)紅色的哺乳動物肉,肉中富含維生素B12、n-3脂肪酸、鐵、鋅、硒、硫胺、核黃素和磷[3]等營養(yǎng)物質,并且其蛋白為完全蛋白質,含有人體必需的各種氨基酸,其構成比例又接近人體,易被人體消化吸收[4],并且經(jīng)加工和烹飪后具有優(yōu)良的風味,是餐桌上必不可少的一類膳食。目前的飲食指南建議限制紅肉的消費,其與健康的因果關系仍然存在不確定性,專家們也坦言“食用紅肉相關的癌癥風險較難預測,因為紅肉引起癌癥的證據(jù)還不清楚”[5-6]。如今針對過度食用紅肉可能致癌的研究中,血紅素似乎是一個最重要的誘導因素[7]。而色素蛋白中富含血紅素及血紅素鐵,因此對其進行營養(yǎng)健康方面的研究十分必要。

色素蛋白中富含血紅素,其包含機體所需的微量元素鐵,而血紅素鐵是生物利用率較高的鐵源,與常見的植物來源的非血紅素鐵相比,更容易被機體吸收利用[8]。但血紅素作為細胞氧化應激發(fā)生的誘導者[9],過多的攝入會引起炎癥反應甚至腸道損傷,所以控制膳食色素蛋白的攝入量對健康而言尤為重要。深入探討色素蛋白的攝入對機體腸道健康的影響在一定程度上可給予膳食攝入上的建議。因此本文主要從肌紅蛋白和血紅蛋白的結構出發(fā),對2種蛋白的消化情況、消化產(chǎn)物及生物學特性進行闡述,尤其是對其重要的分解產(chǎn)物血紅素及血紅素鐵的生物學功能及在腸道消化吸收過程進行分析,歸納總結其對腸道健康的影響,以期為維護腸道健康提供參考依據(jù)。

1 色素蛋白及其生物學功能

1.1 血紅蛋白及其消化性

血紅蛋白是由2個α亞基和2個β亞基組成的具有一定空間結構的四聚體蛋白,每個亞基都是由 1個珠蛋白和1個血紅素分子構成,肽鏈間相互纏繞、折疊,形成一個內含血紅素的球狀穩(wěn)定結構[10]。具體結構見圖1。在血紅蛋白三級結構中,珠蛋白上的疏水非極性氨基酸形成疏水口袋包裹血紅素,使其與水隔離。而親水的極性氨基酸位于蛋白外部,使其具有高度的水溶性,在保持結構穩(wěn)定性的同時更好地起到運輸氧氣的作用[11]。

圖1 血紅蛋白結構[10]Fig.1 Structure of hemoglobin[10]在晶體結構中,存在4個血紅素,其為粉紅色棒狀結構,其中橘色中心部分為亞鐵離子。In the crystal structure,there are four heme,which is a pink rod-like structure,in which the orange center part is ferrous ion.

血紅蛋白作為血紅素鐵的載體之一,其血紅素鐵的釋放與蛋白結構和蛋白消化特性密切相關。溫度、pH值、離子強度和酶處理等變化會引起血紅蛋白結構的改變,從而顯著影響蛋白的功能特性和消化性能。Bhomia等[12]發(fā)現(xiàn)溫度升高會導致血紅蛋白多肽鏈間氫鍵斷裂進而引起蛋白二級結構改變。但也有研究表明在一定溫度范圍內,血紅蛋白經(jīng)熱處理后也可恢復到原來結構[13]。Kristinsson等[14]指出在pH值為 1.5～3.5時,pH值的降低與血紅蛋白結構展開速度成正比,而pH值為10～12時,血紅蛋白的構象變化比在酸性pH值時小得多;在血紅蛋白展開的不同階段將蛋白溶液調節(jié)至中性時,蛋白重新折疊時天然結構的恢復與重新調節(jié)pH值之前的展開程度成正比,并且蛋白質展開越多,天然結構的恢復程度就越低。同時,鹽離子的存在也會導致天然結構的恢復程度降低。在血紅蛋白的模擬消化中發(fā)現(xiàn)牛血紅蛋白被胃蛋白酶或枯草桿菌蛋白酶水解,消化率為0%～15%[15]。在pH值為7.5的腸道環(huán)境中,血紅蛋白水解程度與鐵的吸收成正比,無論哪種酶,蛋白水解度最大值都在8%～11%[15]。比較2種酶的水解產(chǎn)物表明,血紅素鐵的吸收不僅取決于其溶解度,還取決于血紅素肽的強度與血紅素聚合速率之間的平衡關系。通過溫度、pH值、離子強度和酶等處理,使血紅蛋白結構和功能特性發(fā)生改變,提高蛋白消化率,從而使血紅蛋白攝入后被機體更好吸收,在充分利用蛋白營養(yǎng)的同時增強鐵的攝入。

1.2 血紅蛋白的生物學功能

1.2.1 抗菌作用早在1957年,Hodson等[16]指出血紅蛋白能夠在不同pH值和濃度的緩沖體系中抑制大腸桿菌K12的生長,表明不同處理條件引起血紅蛋白結構的改變,可能產(chǎn)生具有抗菌作用的片段。1986年以來,多項研究表明血紅蛋白片段化可產(chǎn)生一系列生物活性肽[17],近年來這些從血紅蛋白中提取的抗菌肽被稱為血紅蛋白源殺菌肽(Hemocindins)[18]。目前,Hemocindins主要是通過血紅蛋白水解分離或者化學合成獲得。Nakajima等[19]指出在腸腔中的某些蜱類通過碎裂宿主中的血紅蛋白進而產(chǎn)生抗菌活性片段,而這些活性片段作為免疫因子在調節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)方面可能起到一定作用。最近研究發(fā)現(xiàn)從泥蚶血液中分離純化的2種血紅蛋白,同源二聚體(TgHbⅠ)和異源四聚體(TgHbⅡ)具有一致的光譜抗菌活性,對大腸桿菌、惡臭假單孢球菌、枯草芽胞桿菌和堅強芽胞桿菌均具有良好的抗菌作用[20]。當富含血紅蛋白膳食攝入體內后,蛋白可以通過酶解形成具有特定抗菌作用的肽段,對腸道微生物進行調節(jié)。

1.2.2 抗炎抗氧化作用通常炎癥過程會導致漸進性損害,往往與過量的自由基釋放和氧化應激有關[21]。血紅蛋白作為機體內運輸氧氣的重要蛋白質,具有廣泛的生物活性,其部分組分具有抗炎抗氧化作用[22]。Lueangsakulthai等[23]指出模擬胃腸體外消化得到的暹羅鱷魚血紅蛋白水解物具有一定的抗氧化和抗炎作用,可對白介素6、白介素1β和前列腺素E2等促炎因子和促炎介質進行調節(jié)。在小鼠體內發(fā)現(xiàn)暹羅鱷魚血紅蛋白能夠保護成纖維細胞免受過氧化氫誘導的氧化損傷,在炎癥階段表現(xiàn)出抗炎活性,增強小鼠肝臟的抗氧化酶活性和降低脂質過氧化水平[24]。此外,其他動物的血紅蛋白中也具有抗氧化活性。張鳳英[25]指出在40 ℃、底物濃度8%、6 000 U·g-1、pH7.0的條件下,通過中性蛋白酶水解豬血紅蛋白4 h可得到具有較好抗氧化性能的肽段,還原力可達到0.432。高義霞等[26]發(fā)現(xiàn)在10% 二甲基亞砜(DMSO)溶劑中,根皮苷和牛血紅蛋白的相互作用可增強根皮苷對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)自由基的清除率。但血紅蛋白作為膳食攝入時是否具有抗炎抗氧化的作用還不清楚。

1.2.3 免疫調節(jié)血紅蛋白不僅能在紅細胞中表達,而且在肝細胞、肺泡細胞和神經(jīng)元/膠質細胞等非紅細胞中也有一定的表達[27],推測其在機體內具有除攜氧外的特殊功能。在對豬源血紅蛋白的研究中,Li等[28]證實豬血紅蛋白β亞單位(PHB)能夠通過調節(jié)維甲酸誘導型基因Ⅰ(RIG-Ⅰ)介導的Ⅰ型干擾素應答抑制豬瘟病毒(CSFV)的生長。近年來,針對人源血紅蛋白抗病毒免疫調節(jié)機制的研究也取得了一定的進展。Yang等[29]發(fā)現(xiàn)人源血紅蛋白β亞基(HHb)是RIG-l/黑色素瘤分化相關基因5(MDA-5)介導的抗病毒反應的多效調節(jié)因子。在胎盤保護胎兒免受病毒和細菌病原體侵襲的具體機制中,HHb的C末端片段可以抑制單純孢疹病毒2型(HSV-2)感染,且呈劑量依賴性[30]。在對新冠病毒的抵抗中,促紅細胞生成素誘導的血紅蛋白亞基β可刺激天然免疫核糖核酸病毒模式識別,抑制活性氧,減少血管緊張素轉換酶2病毒通道的開放,以及中性粒細胞對新冠肺炎的細胞外捕獲[31]。這說明血紅蛋白在抵抗病原體入侵和調節(jié)天然免疫方面也發(fā)揮著重要作用[31]。

1.3 肌紅蛋白及其消化性

肌紅蛋白是哺乳動物細胞(主要是肌細胞)儲存和分配氧的蛋白質。它由1條多肽鏈和1個輔基血紅素構成[32],具體結構見圖2。除去血紅素的脫輔基后的肌紅蛋白稱為球蛋白(Globin),其與血紅蛋白的亞基(α珠蛋白鏈和P-珠蛋白鏈)在氨基酸序列上具有明顯的同源性,二者的構象和功能也極其相似。肌紅蛋白呈緊密球形,這導致其消化性較差。肌紅蛋白多肽鏈氨基酸殘基上的疏水側鏈大都在分子內部,親水側鏈多位于分子表面,具有較好的水溶性。血紅素輔基是卟啉環(huán)化合物,它由4個吡咯通過4個甲炔基相連成一個大環(huán),Fe2+居于環(huán)中。血紅素輔基位于肌紅蛋白分子內部的口袋形空穴中,故血紅素在蛋白結構中保持穩(wěn)定[33]。

圖2 肌紅蛋白結構[32]Fig.2 Structure of myoglobin[32]在晶體結構中,存在1個血紅素,其為粉紅色棒狀結構,其中橘色中心部分為亞鐵離子。In the crystal structure,there are one heme,which is a pink rod-like structure,in which the orange center part is ferrous ion.

肌紅蛋白作為血紅素鐵的載體可為人體提供微量元素鐵,其血紅素鐵的釋放與肌紅蛋白的消化性有關。血紅素的吸收主要集中在小腸上部[8],食用少量紅肉后,血紅素被吸收并且經(jīng)過血紅素氧合酶催化分解產(chǎn)生亞鐵離子(Fe2+)、膽綠素和一氧化碳(CO)[8]。食用大量紅肉后,攝入的血紅素不能被小腸全部吸收,部分就成為游離血紅素。溫度、pH值等環(huán)境因素會改變肌紅蛋白結構,進而影響其消化性能。當加熱溫度由60 ℃升高至80 ℃時,肌紅蛋白的變性程度、血紅素脫離程度、三級結構展開程度以及二級結構的無序化程度均呈增大趨勢,即70 ℃以上的加熱會嚴重影響肌紅蛋白的結構[34]。此外,光譜學監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)pH值變化影響高鐵肌紅蛋白結構。當pH值為4.5～7.0時,高鐵肌紅蛋白沒有明顯的結構變化,而當pH值為4.0～4.3時,肌紅蛋白經(jīng)典結構中的Soret帶顯著降低,這說明卟啉環(huán)開始暴露在環(huán)境中;當pH值持續(xù)下降至3.0～3.8時,其吸收帶與血紅素的吸收帶高度相似,推測近端組氨酸氮和鐵中心間的結合可能被破壞[35]。此外,在肌紅蛋白體外消化試驗中發(fā)現(xiàn),胃蛋白酶和胰蛋白酶對其的消化率分別為7.03%和33.00%。在分子動力學模擬中發(fā)現(xiàn)胃蛋白酶和肌紅蛋白結合位點中氨基酸殘基結合性差可能會降低肌紅蛋白的消化率[36]。但目前有關肌紅蛋白體內消化的研究還未見報道?；诩〖t蛋白結構中含有血紅素和珠蛋白,推測當機體攝入肌紅蛋白后,珠蛋白逐漸被水解為小分子肽段或氨基酸等,而血紅素從珠蛋白的包裹中暴露,在腸道中被腸細胞吸收進而參加機體內的各種代謝活動[37]。

1.4 肌紅蛋白的生物學功能

肌紅蛋白存在于哺乳動物Ⅰ型、Ⅱa型骨骼肌和心肌組織細胞質中,是一種重要的細胞內色素蛋白。1個肌紅蛋白分子可以結合1分子O2,因此肌紅蛋白的氧儲存能力與其在肌細胞中的含量以及其氧飽和程度成正比關系。耗氧較高的肌肉組織,尤其是心肌中,肌紅蛋白的含量也相對較高。Garry等[38]建立了肌紅蛋白基因敲除(MBKO)小鼠模型來驗證肌紅蛋白的生物學功能,發(fā)現(xiàn)小鼠不僅能夠正常繁殖,還可以在低氧甚至缺氧的環(huán)境下保持正常的運動能力。同時,由于肌紅蛋白具有促進細胞內氧轉運的功能,在肌紅蛋白基因敲除后,心肌表現(xiàn)出多種復雜的能夠彌補由肌紅蛋白缺失引起功能缺失的代償機制[39]。

在Meyer[40]對肌紅蛋白功能的假設中,肌紅蛋白除了具有氧儲存和氧傳遞功能外,還具有細胞內催化劑的作用。肌紅蛋白作為亞硝酸鹽還原酶,在調節(jié)細胞內線粒體的呼吸作用和一氧化氮(NO)水平中起到重要的作用[41]。Hendgen-Cotta等[42]指出肌紅蛋白可以清除心肌中的NO,進而改善心臟障礙。當機體缺乏肌紅蛋白時,不僅會使心肌功能受損,還可促使內源性或者外源性氧化損傷水平提高。在機體心肌代謝過程中,肌紅蛋白可能通過降低氧化應激反應,來保護心臟免受氧化損傷[39]。近期的研究也指出心肌中的肌紅蛋白在調節(jié)脂肪酸(FA)代謝中具有重要作用,通過β氧化來確保生理能量的產(chǎn)生,防止心肌脂質堆積和保護心功能[43]。

肌紅蛋白也可作為肌肉損傷的參考指標。肌肉組織代謝過程中會有微量肌紅蛋白進入血液,進入腎小球基底膜自由濾過,通過腎小管上皮細胞分泌的蛋白分解酶分解后由尿液排出,而小部分由網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)進行代謝[44]。可以通過無創(chuàng)檢測尿液中的肌紅蛋白來判斷人體是否出現(xiàn)運動性橫紋肌溶解癥、肌肉損傷等[45]。

2 色素蛋白對腸道健康的影響

2.1 腸道健康

目前,針對腸道健康還沒有明確的定義。由于腸道具有消化、吸收、免疫、內分泌、代謝等功能,腸道健康可基本定義為具有完整的腸道黏膜結構,有效的消化吸收功能并起到屏障作用,平衡的腸道內微生態(tài)系統(tǒng)和腸道內穩(wěn)定的多種化學組分,完善的腸道免疫系統(tǒng)功能和健全的神經(jīng)內分泌功能[46]。就健康的腸道而言,這5個方面缺一不可。

2.2 膳食血紅蛋白對腸道健康的影響

Angeli等[47]發(fā)現(xiàn)血紅蛋白和亞油酸氫過氧化物共培養(yǎng)細胞時可引起DNA損傷,僅血紅蛋白培養(yǎng)時,濃度需達到100 μmol·L-1才可引起細胞DNA損傷。Surya等[48]飼喂血紅蛋白大鼠的糞便水對腫瘤前細胞核因子E2相關因子2(Nrf2)活性的誘導作用高于正常細胞,可導致細胞凋亡,正常細胞減少和癌前細胞差異凋亡。Bastide等[49]發(fā)現(xiàn),飼喂血紅蛋白(1%)導致大鼠糞便硫代巴比妥酸反應物(TBARS)、表觀總亞硝基化合物(ATNC)和細胞毒性增加,血紅蛋白(2.5%)顯著增加Apc Min/+小鼠的小腸腫瘤負荷而非結腸,但正常小鼠未引起腫瘤。血紅蛋白導致糞便中TBARS、細胞毒性和尿中4-羥基壬烯醛(4-HNE)的增加,亞硝基鐵導致糞便中ATNC升高。盡管血紅蛋白導致糞便中TBARS增加,但并不誘導結腸細胞增殖[50]。血紅蛋白和牛肉導致糞便中TBARS顯著升高,而糞水中碳捕獲樹脂的處理使TBARS顯著降低[48]。

2.3 膳食肌紅蛋白對腸道健康的影響

針對膳食肌紅蛋白的攝入對腸道健康影響的研究較少,朱姝冉等[34]和Li等[36]研究發(fā)現(xiàn)肌紅蛋白的天然結構較難被胃蛋白酶酶解,且具有一定的耐熱性,即肌紅蛋白體外消化性差。王超[51]研究發(fā)現(xiàn),用 4種加工肉制品飼喂小鼠,結腸內容物中均含有未被消化的肌紅蛋白,即肌紅蛋白體內消化性較差。張敏[52]也發(fā)現(xiàn)不同來源的肉蛋白攝入后,肌紅蛋白在結腸中大量殘留,野生型和獲得性免疫缺陷(Rag1-/-基因敲除)小鼠的細胞過渡金屬離子穩(wěn)態(tài)功能均受到了加工肉蛋白質的調控。其中涉及參與鐵離子穩(wěn)態(tài)和氧化應激的基因,包括血紅素依賴的血紅素加氧酶(Hmox1)、BTB 結構域和 CNC 同源物 1(Bach1)[53],也因為加工肉蛋白質攝入發(fā)生上調,推測是富含血紅素的肌紅蛋白未被消化酶消化最終殘留在結腸中導致的。與此同時,鐵離子穩(wěn)態(tài)調節(jié)劑——鐵調素(Hamp2)下調,推測由于免疫缺陷型小鼠進食含有肌紅蛋白的肉類后,Hamp2被抑制從而導致鐵的進一步積累和過載[54],導致腸上皮細胞攝取過量的鐵。以上研究表明源于肌紅蛋白分解產(chǎn)生的血紅素及血紅素鐵可能在膳食調控中起到關鍵的作用。

2.4 血紅素對腸道健康的影響

血紅素屬于鐵卟啉化合物,鐵(Fe)原子位于原卟啉環(huán)中心,通過 N—Fe 鍵與4個吡咯環(huán)結合。它存在 a、b、c 三種主要的變體,其中血紅素 b 更容易釋放出游離血紅素,在哺乳動物中廣泛存在,其分子結構為 1個大型疏水性四聚吡咯環(huán)連接2個垂直于卟啉環(huán)的丙酸側鏈[55],具體結構見圖3。血紅素是細胞氧化應激發(fā)生的誘導者[9],但其也在許多細胞功能中發(fā)揮重要作用,例如其作為REV-ERB(α和β)家族核受體的配體,具有調節(jié)晝夜節(jié)律、新陳代謝和免疫功能等作用[56]。在體內分解血紅素的酶是血紅素加氧酶(HO),其有3種同工酶形式:血紅素加氧酶1(HO-1)、血紅素加氧酶2(HO-2)和血紅素加氧酶3(HO-3),其中HO-1主導腸道內血紅素的分解[57]。在腸道內腸細胞通過血紅素反應基團1(HRG1)蛋白轉運血紅素,HO-1響應血紅素的應激高度表達,血紅素在HO-1的作用下被分解為膽綠素、Fe和CO[37]。

圖3 血紅素結構[55]Fig.3 Structure of heme[55]血紅素為粉紅色棒狀結構,其中橘色中心部分為亞鐵離子。Heme is a pink rod structure,in which the orange center part is ferrous ion.

針對膳食血紅素的體內研究源于瓦赫寧根大學的Ijssennagger團隊,他們在2012年發(fā)現(xiàn)飼喂血紅素的小鼠,其糞便中的細胞毒性水平明顯較高,結腸上皮表面損傷更為嚴重;血紅素激活并上調表面上皮細胞中氧化應激敏感轉錄因子,下調上皮細胞增殖反饋抑制劑的表達[58]。隨后,該團隊研究膳食血紅素改變小鼠結腸的微生物群和黏膜這一過程中宿主和微生物是否存在相互作用時發(fā)現(xiàn),膳食血紅素增加了結腸中的擬桿菌門含量而降低厚壁菌門含量,炎癥途徑和Toll樣受體信號沒有變化,而微生物群的變化與結腸上皮增生無關[59]。Ijssennagger等[60]繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)膳食血紅素通過腸腔細胞毒性和活性氧(ROS)來損傷結腸上皮細胞,這種損傷被過度補償引起隱窩細胞增殖,脂質代謝相關的過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARα)基因上調,在結腸抗氧化應激中起保護作用,證明細胞表面的氧化應激不是血紅素誘導細胞增殖和增生的決定因素。

隨后2013年,Ijssennagger等[61]發(fā)現(xiàn)膳食血紅素誘導小鼠結腸急性氧化應激,但延遲細胞毒性和代償性增殖;血紅素攝入后,活性氧急性增加,從而引起脂質過氧化物增加,黏膜基因呈現(xiàn)急性抗氧化反應,但細胞更新無明顯變化;4 d后結腸內容物細胞毒性增加,與差異信號和過度增生相一致,癌基因被激活,而抑癌基因P53被抑制,表明細胞毒性是引起表面隱窩信號差異致使黏膜增生、癌基因和抑癌基因差異表達的關鍵因素。2015年,Ijssennagger等[62]研究膳食血紅素可誘導結腸細胞毒性,引起上皮損傷和代償性增生;盡管血紅素誘導的細胞毒性在小鼠中仍持續(xù)存在,但抗生素能完全消除其增生效應,抗生素通過消除產(chǎn)生硫化物的細菌和降解黏液的細菌(如Akkermansia)來加強黏液屏障,阻止血紅素依賴性細胞毒性膠束到達上皮。腸道微生物由于具有降低黏膜屏障功能的作用,是血紅素在誘導的結腸上皮細胞增殖中所必需的。

Winter等[63]研究發(fā)現(xiàn),膳食血紅素能夠增加小鼠結腸內DNA加合物,促進細胞增殖和降低結腸內細胞凋亡率,并隨著時間的推移增加結腸內的甲基鳥嘌呤(O6MeG)加合物,但這些變化并不會引發(fā)小鼠模型中的結腸腫瘤?？剐缘矸劭梢源龠M有益的細菌發(fā)酵,并在短時間內減少嚙齒類動物結腸中的有毒蛋白質發(fā)酵,但與結合血紅素攝入后短時間內短鏈脂肪酸(SCFA)并沒有起到作用。Marco等[64]研究表明膳食血紅素會導致腸道發(fā)育不良,加重結腸炎,并可能促進小鼠腺瘤的發(fā)展。膳食血紅素可被某些結腸細菌用作生長因子吸收,從而影響微生物群落結構,其特征是α多樣性降低,厚壁菌門降低而變形桿菌增加,這一變化與右旋糖酐硫酸鈉(DSS)處理誘導結腸炎相似。有研究表明,腸腔血紅素[主要源于炎癥性腸病(IBD)中的飲食成分或胃腸道出血,而在結直腸癌中較少]直接導致微生物群失調,可能會催化ROS的產(chǎn)生并促進細胞死亡。由于血紅素中FLVCR1a(feline leukemia virus subgroup C cellular receptor 1a)基因的丟失,內皮細胞中血紅素穩(wěn)態(tài)的改變會引起血管生成受損。此外,將體外內皮細胞中的FLVCR1a基因沉默后,會造成細胞內血紅素積累,從而導致腎小管生成缺陷和生存能力下降[65]。

2.5 血紅素鐵對腸道健康的影響

腸道通?？梢晕?種類型的鐵:血紅素鐵和非血紅素鐵[66]。非血紅素鐵主要來源于植物中,但生物利用率較低,而血紅素鐵主要以血紅蛋白和肌紅蛋白形式存在[67],通過血紅素載體蛋白1(HCP1)完全被十二指腸和空腸上的腸細胞吸收[68]。血紅素鐵生物利用率高,可以通過膳食中的紅肉、肝臟、血液進行補充。Zhao等[69]研究血紅素和非血紅素鐵對斷奶仔豬生長性能、血液參數(shù)、組織礦物質含量和腸道形態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)大部分鐵的吸收發(fā)生在小腸的上部,特別是十二指腸和近端空腸[70]。越來越多的研究表明鐵對腸道功能有重大影響,缺鐵和鐵過量都會引起腸道炎癥,增加腸道通透性和離子轉運,維持腸道屏障健康和功能[71]。不同鐵源的飼糧補充劑均可以促進仔豬的生長性能,顯著提高豬十二指腸和空腸的絨毛高度,同時,良好的腸道形態(tài)也會增加鐵的吸收,血紅素具有促進肉質發(fā)紅的優(yōu)勢,通過相關的血液參數(shù)和組織礦物沉積結果說明,鐵、鍺和血紅素作為有機鐵源比傳統(tǒng)的FeSO4添加劑具有高的生物利用度[69,71]。

膳食中的鐵和血紅素,可能通過它們對腸道共生細菌和結腸屏障功能的影響,影響腸道病變。Martin等[72]指出血紅素鐵通過醛類形成對黏膜動態(tài)平衡和腸道微生物群造成影響,進而達到重塑結腸腔環(huán)境的作用。Khalili等[73]對美國女性的全基因組進行關聯(lián)研究,利用已建立的克羅恩病風險(CD)和潰瘍性結腸炎(UC)易感性位點,根據(jù)基因-環(huán)境間相互作用來確定總鐵、血紅素鐵與CD、UC風險之間的關系,為了解鐵或血紅素鐵等環(huán)境因素可能參與IBD發(fā)病的潛在生物學途徑提供了線索。

2.6 膽紅素對腸道健康的影響

膽紅素作為一種內源性代謝產(chǎn)物,長期以來一直被認為具有抗氧化和抗炎的特性[74]。已有研究表明血清總膽紅素(serum total bilirubin,STB)對代謝綜合征和糖尿病有一定的保護作用[75],其在體內水平的高低可能與IBD存在相關性[76]。Tian等[77]指出血清膽紅素水平的降低和尿酸水平升高與潰瘍性結腸炎有關。膳食攝入色素蛋白,在HO-1的作用下血紅素分解成膽綠素,膽綠素在膽綠素還原酶的作用下轉化為膽紅素[40]。目前,關于膽紅素對腸道保護的作用已有深入研究,Zhou等[78]發(fā)現(xiàn)未結合膽紅素(UCB)可改善三硝基苯磺酸(TNBS)誘導的結腸炎炎癥和消化蛋白酶活性升高,UCB減輕結腸炎的癥狀可能是通過調節(jié)腸屏障功能和免疫炎癥來實現(xiàn)[79]。有關結腸炎的靶向藥物研究發(fā)現(xiàn),透明質酸-膽紅素納米藥物(HABN)可積聚在急性結腸炎小鼠的結腸上,并通過影響促炎性巨噬細胞,調節(jié)先天免疫反應,恢復上皮屏障從而治療結腸炎;同時,還可以增強腸道菌群豐富度和多樣性[80]。在體外細胞試驗中,Gundamaraju等[81]發(fā)現(xiàn)膽紅素可以減輕內質網(wǎng)應激介導的炎癥反應,促進LS174T結腸上皮細胞凋亡并抑制其增殖。雖然目前針對膽紅素對腸道疾病尤其是結腸炎的改善已有較多報道,但是膳食源膽紅素對腸道健康的維護及其可能引起的腸道微生物變化還鮮有報道。

3 展望

關于肌紅蛋白和血紅蛋白,在結構功能和消化方面已有大量研究,在膳食攝入方面,其經(jīng)過消化后蛋白結構中的珠蛋白會逐漸被水解,形成具有特定生理功能的肽段,對機體的健康造成影響。血紅素作為氧化應激的誘導者,雖然具有一定的生理毒性,但在低劑量條件下其具有的抗氧化抗炎等特性對腸道健康大有幫助,且其攜帶的鐵元素則對體內鐵穩(wěn)態(tài)的維持至關重要?，F(xiàn)階段對肌紅蛋白和血紅蛋白膳食攝入的研究較少,在體內消化過程中,具有特定功能的血紅素是如何被釋放,吸收效率如何還不得而知。通過其在體內消化吸收路徑的探究,明確各個組分對機體健康的影響,進而尋找合適的膳食攝入量,將為肉產(chǎn)品的健康膳食攝入提供理論指導。