《食品科學》：寧夏大學羅玉龍副教授等：溶酶體的代謝調節及調控肉嫩化機制的研究進展

嫩度是最有價值的肉品質性狀之一，也是消費者選擇肉品時最重要的感官評判指標。宰后肌肉會經歷復雜的生化過程，細胞凋亡則被認為是調節宰后肌肉嫩度的關鍵生化途徑之一。細胞凋亡主要通過死亡受體途徑、線粒體途徑和內質網應激途徑發生，溶酶體則通過釋放多種蛋白酶信號途徑參與細胞凋亡。

溶酶體負責降解內膜系統中的多種生物大分子，通過內容和信息交換以及建立膜接觸位點與其他細胞結構進行交流，如參與質膜修復、外泌體釋放、細胞黏附和遷移等。溶酶體介導的信號通路能控制細胞內合成和分解代謝之間的轉換，并通過感知細胞代謝狀態影響細胞穩態。溶酶體膜通透化伴隨著細胞凋亡發生，當溶酶體膜受到不同形式的應激時會引發溶酶體膜通透，將組織蛋白酶釋放到細胞質中并對B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）家族蛋白剪切，使Bcl-2蛋白構象發生變化并移位至線粒體，通過改變線粒體膜通透性釋放細胞色素c（Cyt c），進而激活凋亡蛋白酶并引發凋亡級聯反應。溶酶體不僅直接釋放組織蛋白酶調控肉的嫩度，還間接參與細胞凋亡影響調控肉的嫩化。

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

1溶酶體的概述及代謝

1.1 溶酶體的概述

溶酶體存在于細胞質中，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，是細胞內的主要消化器官，含有酸性水解酶，能降解細胞內多種生物大分子，并維持細胞內正常代謝活動。溶酶體內的水解酶多為酸性，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，能參與溶酶體內的生物合成運輸及吞噬作用降解，循環利用從細胞質中接收的物質。溶酶體膜上含有豐富的膜蛋白，主要包括溶酶體相關膜蛋白（LAMP）1、LAMP2和溶酶體整合膜蛋白2（LIMP-2）等。研究發現，膜蛋白在高度糖基化過程中糖基在轉移酶的催化下和膜蛋白上的氨基酸殘基連接形成糖苷鍵，改變膜蛋白結構功能，使其不被溶酶體內部水解酶降解，從而維持溶酶體的穩定性。

1.2 溶酶體的代謝

溶酶體介導的信號通路和轉錄程序通過調節生物合成和自噬從而控制細胞合成和分解代謝之間的轉換，并通過感知細胞代謝狀態影響細胞穩態。Wei Jianteng等研究發現溶酶體內的平衡核苷轉運蛋白3（ENT3）是細胞的關鍵代謝物轉運蛋白，能協調溶酶體完整性以及核苷可用性，進而調節細胞活化。溶酶體通過內容和信息交換以及建立膜接觸位點與其他細胞結構進行交流，如參與質膜修復、外泌體釋放、細胞黏附和遷移等。溶酶體還能感知細胞內營養物質和生長因子的可利用狀態，并通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合體1（mTORC1）和單磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）信號通路對細胞代謝進行調節。細胞內營養物質和生長因子充足時，溶酶體可激活mTORC1途徑參與蛋白質、脂質以及核苷酸的合成，從而促進細胞生長。mTORC1途徑能抑制宏自噬和其他分解代謝途徑。Hosios等研究發現抑制mTORC1途徑能使膜磷脂運輸到溶酶體并進行分解代謝，調節溶酶體磷脂再循環以應對營養變化。細胞內營養缺乏時，溶酶體可激活AMPK通路，通過促進脂代謝、糖酵解和宏自噬并抑制合成代謝，維持細胞內能量平衡。Zhang Chensong等在葡萄糖饑餓模擬實驗中發現葡萄糖水平低時，醛縮酶不與果糖-1,6-二磷酸結合，而是向溶酶體發出激活AMPK信號，促進ATP的分解代謝途徑，同時抑制能量消耗恢復能量穩態。此外，溶酶體能釋放組織蛋白酶，激活凋亡酶并參與對細胞凋亡的調控，在細胞凋亡中發揮不可替代的作用。Hsu等構建了白藜蘆醇誘導細胞凋亡模型，發現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X蛋白（Bax）引發線粒體外膜通透化，釋放Cyt c，最終激活半胱天冬氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）并引起細胞凋亡。Roberg等在纖維細胞中顯微注射組織蛋白酶D發現，組織蛋白酶進入細胞質可引起線粒體釋放Cyt c，進一步激活Caspase-3。Wang Cuifen等發現大黃素在誘導HK-2細胞過程中，細胞內的組織蛋白酶B能通過激活Caspase-3參與HK-2細胞凋亡。

2 溶酶體膜通透化的激活途徑

細胞穩態失衡能誘導溶酶體膜通透化，使組織蛋白酶大量釋放參與細胞凋亡。不同形式的應激都會使溶酶體膜出現通透化，如活性氧（ROS）、Bcl-2蛋白家族、鞘氨醇、p53蛋白、細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，會引起細胞大分子（包括脂質、蛋白質和核酸）的氧化損傷。研究發現吞噬細胞中還原型輔酶II氧化酶通過質膜傳遞電子也可以產生大量ROS，參與膜受體下游信號的激活。溶酶體位于線粒體周圍，極易發生氧化應激。Rohde等研究發現ROS積累能導致溶酶體膜穩定性降低，這證實了氧化應激是造成溶酶體膜失穩的重要原因。磷脂是溶酶體膜的主要成分，包括一個極性的頭基和兩條疏水性且流動性強的酰基鏈（富含有多不飽和脂肪酸）。當脂質發生氧化反應時，不飽和脂肪酸雙鍵發生斷裂并被ROS修飾。Dielschneider等研究發現ROS含量的過度累積會使溶酶體膜發生脂質氧化，進而破壞膜穩定性。啟動子羥自由基等通過去除烯丙位氫產生具有碳核的脂質自由基，能迅速與氧結合形成脂質過氧自由基，并從更多的脂質分子中獲取氫，進而引發鏈式反應，產生新的脂質自由基和脂質過氧化氫，最終破壞磷脂結構，影響溶酶體膜穩定性（圖1）。Sims-Robinson等研究發現溶酶體膜上的膽固醇過量時，ROS介導膽固醇氧化并生成膽固醇氧化物衍生物氧甾醇，破壞溶酶體膜穩定性，引起溶酶體功能障礙。溶酶體腔內含有大量高濃度、低分子質量的活性鐵（亞鐵離子），氧自由基本身不會對溶酶體造成損傷，但經亞鐵離子的芬頓反應催化后產生強氧化的羥自由基時會與溶酶體膜上的磷脂發生氧化反應，進而破壞溶酶體膜。Persson等用輻射誘導細胞死亡發現，活性鐵的大量積累會產生氧化應激，引發溶酶體破裂，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亞群，即多結構域效應蛋白（Bak和Bax）和含Bcl-2同源性（BH3）區域的調節蛋白（Bim、Bid、Bad、Bmf、Bik、Noxa、Puma和Hrk），研究發現細胞中的促凋亡和抗凋亡蛋白發生置換后能引起線粒體外膜通透化，并激活Caspases級聯反應。線粒體初始階段，位于線粒體外膜上游位置的Bim和Bax能誘導溶酶體膜通透，誘導過程中Bax會發生位置轉移，逐步轉移到溶酶體膜并與其發生相互作用。K?gedal等發現Bax從細胞質轉移到溶酶體膜時構象會寡聚化，并通過α 9螺旋外翻插入溶酶體膜中使膜的通透性發生變化。

在正常細胞中，促凋亡蛋白中的BH3結構域可與抗凋亡蛋白中的BH1～BH3結構域結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胞平衡。Bid與Bim蛋白都含有BH3結構域，不僅能與抗凋亡蛋白結合并抑制活性，還能與促凋亡蛋白結合并激活Bax蛋白。Letai等發現含BH3結構域的短肽能夠誘導Bak和Bax寡聚化，證實了BH3結構域能激活Bax、Bak和Bad樣結構域。球狀結構的Bax含有多個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合。Bax可嵌入到脂質雙層的胞質小葉中，通過打開環形孔的方式產生膜張力，破壞脂質雙層，進而引起溶酶體膜通透。Feldstein等證實棕櫚酸能誘導Bax蛋白，使Bax產生“凋亡構象”，并促使Bax轉移到溶酶體上導致溶酶體膜通透化，而敲除Bax基因則能使棕櫚酸的誘導失效，穩定溶酶體膜，從而使細胞得到有效保護。

此外，Caspase-8可將Bid剪切為tBid，tBid單體與溶酶體膜結合后在脂雙層膜表面位置形成同源寡聚體，當低聚的tBid團簇形成后其兩個核心的疏水螺旋α 6和α 7在內膜位置發生動態變化，其他螺旋會變構到膜的深層位置并形成瞬時二維孔道結構，進而引起溶酶體膜通透。Zhao Kai等研究發現磷脂酸（PA）能顯著影響tBid誘導的溶酶體膜通透性，PA能使tBid靶向插入雙層脂質，tBid改變構型后能形成同源寡聚體，通過非雙層脂質相（六方脂質相）形成脂質孔，進一步誘導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，能與膽固醇形成特定的微結構域（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酰胺，并在酸性角酰胺酶1的作用下轉化為鞘氨醇。鞘氨醇中的胺基可以結合質子，并發生質子化。在溶酶體酸性條件下，鞘氨醇單體會形成聚集體，而鞘氨醇質子化形成的氫鍵網絡會從分子內向分子間轉變，使鞘氨醇聚集體結構發生變化。Giraldo等發現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，以防止鞘氨醇擴散到細胞質中。

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構域則是鞘氨醇通透化的靶標。鞘氨醇不僅能分配并穩定膽固醇-鞘磷脂的微結構域，還能使流動性差的脂質結構域剛性化進而硬化質膜。溶酶體膜的剛性化結構域與流動性結構域在橫向分離過程中，能產生缺陷并在兩者之間形成通道，這導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境相似的囊泡中，發現膜通透性增加，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等研究發現腫瘤壞死因子α（TNF-α）通過促進細胞內鞘氨醇積累并使溶酶體膜通透化從而引發細胞凋亡。

2.4 p53蛋白

p53蛋白是四鏈四聚體，由393 個氨基酸組成。每條鏈都含有多個結構域，如N端轉錄激活結構域（TAD）I和TADII、四聚化結構域和C端調節結構域、富含脯氨酸結構域（PRD）和DNA結合結構域（DBD），其中TADI和TADII對p53蛋白的調控至關重要，PRD和DBD則調控p53的轉錄。單泛素化為p53的易位信號，p53單泛素化后易位到細胞質，在細胞質中可以被磷酸化并誘導溶酶體膜通透化。Bax基因含6 個外顯子，有α、β、γ和δ 4 種可變剪接方式，其5’非翻譯區含有4 個啟動子并與p53具有同源性的結合位點，當Bax接收到p53啟動子信號后被激活，Bax構象寡聚化后并在溶酶體膜上形成孔道，進一步增加溶酶體膜通透性。Yuan Ximing等研究M1小鼠細胞發現p53蛋白能介導溶酶體-線粒體途徑，使溶酶體膜穩定性下降，間接引起細胞凋亡。Li Nan等研究發現溶酶體蛋白能招募磷酸化p53并與p53蛋白的反轉錄激活域發生特異性作用。此外，Yamashita等研究小鼠細胞發現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 細胞凋亡酶與組織蛋白酶B

Caspase-9是一種凋亡啟動子，在激活凋亡細胞中起核心作用。Caspase-9在細胞死亡信號傳導中發揮雙重作用，可作為效應Caspase和溶酶體膜通透的激活劑。Gyrd-Hansen等研究發現Caspase-8以細胞凋亡的非依賴性方式切割并激活Caspase-9，激活的Caspase-9誘導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與細胞凋亡有關，溶酶體膜通透性改變會促進組織蛋白酶B釋放，引起細胞凋亡，而組織蛋白酶B也能夠直接誘導溶酶體膜通透改變。研究發現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路，從而破壞溶酶體膜。Yin Lei等研究發現在初級小泡細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

細胞凋亡是細胞接收凋亡信號并經過凋亡酶和凋亡因子的協同作用進行信號傳導并完成細胞死亡的過程。溶酶體介導細胞凋亡的執行者是組織蛋白酶，可通過溶酶體-線粒體的內在途徑激活Caspase級聯反應從而引發細胞凋亡。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等證實了細胞凋亡過程中溶酶體膜失穩及組織蛋白酶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鍵蛋白之一，組織蛋白酶能剪切Bid并激活和Bax。Appelqvist等研究發現組織蛋白酶D將Bid剪切成tBid，轉移至線粒體外膜，激活促凋亡蛋白Bax，并與Bax蛋白的疏水溝槽結合改變構象，進一步在線粒體外膜上形成具有孔結構的低聚物并引發線粒體膜通透化。Cosentino等也發現Bax二聚體能組裝成寡聚體，在細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釋放到細胞質中，結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自動剪切并活化形成Caspase-9，進一步剪切并激活Caspase-3、Caspase-7，從而誘導細胞凋亡的發生。Emert-Sedlak等研究表明組織蛋白酶D能夠誘導線粒體釋放Cyt c并激活Caspase，并啟動細胞凋亡。Zhang Zheyu等用NaAsO2誘導細胞損傷，發現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，進一步活化Caspase，最終導致細胞凋亡。Wang Boyuan等通過四溴二苯醚誘導細胞凋亡，發現溶酶體膜能釋放組織蛋白酶，其大量進入細胞質后能激活Bax，并導致線粒體損傷，這說明溶酶體與線粒體能共同誘導細胞凋亡。此外，Terman等研究發現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，最終導致細胞發生凋亡（圖4）。

4 溶酶體影響宰后肌肉嫩化的機制

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，與嫩度密切相關的蛋白包括肌鈣蛋白、肌動蛋白和肌球蛋白等。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，溶酶體膜被破壞后會釋放組織蛋白酶。根據組織蛋白酶的活性位點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，發現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境pH值的變化相關。Matsuishi等從兔骨骼肌溶酶體中分離提取了組織蛋白酶H，發現pH值為4.0時其能降解肌球蛋白重鏈、肌動蛋白、原肌球蛋白和肌鈣蛋白I，而pH值在5.0～5.6時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，將其活化后發現，組織蛋白酶B能降解魚肉中的肌球蛋白重鏈、肌動蛋白和肌鈣蛋白T，改善魚肉嫩度。組織蛋白酶D可以降解肌球蛋白、肌動蛋白和肌聯蛋白。Thomas等研究發現鴕鳥背最長肌在酸性環境（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等證實了組織蛋白酶D通過降解肌動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等研究魚肌肉的結構蛋白水解發現，組織蛋白酶L能水解主要的肌肉結構蛋白，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 溶酶體參與激活細胞凋亡酶

溶酶體釋放的組織蛋白酶能激活線粒體介導的細胞凋亡途徑，通過Caspase酶家族破壞肌原纖維結構從而改善肉嫩度。在細胞凋亡級聯反應中，初始Caspase-8、9、10有較長的原結構域，能調控下游其他Caspase活化；效應Caspase-3、6、7處于級聯反應下游，直接導致細胞凋亡。肌原纖維蛋白由肌球蛋白、肌動蛋白、肌動球蛋白和調節蛋白（肌鈣蛋白）等多種蛋白組成，其中肌動蛋白是肌原纖維粗絲和細絲的主要成分，肌鈣蛋白能結合原肌球蛋白起到穩定肌細胞結構的作用，肌間線蛋白連接肌原纖維并維持骨骼肌細胞的有序性和完整性。Caspase負責降解肌鈣蛋白、肌間線蛋白和肌動蛋白等。Kemp等研究發現，豬骨骼肌發生細胞凋亡后Caspase-3、8和12的表達量增加，骨骼肌中的蛋白被水解，說明Caspase酶家族對細胞骨架降解起到關鍵作用。Mashima等證實了細胞骨架中的肌動蛋白是Caspase作用的底物之一，Caspase能將肌動蛋白降解為15、31 kDa兩種片段。Chen Feng等發現Caspase能在特定位置切斷小鼠肌細胞的肌間線蛋白，使肌原纖維的有序結構遭到破壞。Huang Ming等發現Caspase-3不僅能降解伴肌動蛋白和伴肌球蛋白等，還能弱化肌節I線和Z線結合的部分，破壞肌原纖維結構，這證明了Caspase-3是參與肉類嫩化的關鍵蛋白酶。組織蛋白酶D可直接激活細胞凋亡酶Caspase-8、Caspase-9進而剪切并活化Caspase-3，活化的Caspase-3能通過降解肌鈣蛋白和肌聯蛋白等破壞肌原纖維結構，使肉的嫩度得到改善。Guicciardi等研究發現TNF-α誘導組織蛋白酶B能從溶酶體釋放到細胞質中，引起線粒體膜通透性改變并釋放Cyt c，導致細胞凋亡酶的活化。Bhoopathi等發現富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白過表達后誘導細胞自噬，使溶酶體釋放組織蛋白酶B并活化Bid，進一步激活下游效應Caspase-3。Zhang Jiaying等研究發現溶酶體釋放的組織蛋白酶B和D能介導線粒體凋亡，使Caspase-3激活并降解肌原纖維蛋白，進而改善牛肉嫩度，這證實了組織蛋白酶B和D可通過溶酶體-線粒體凋亡途徑嫩化肌肉。

4.3 溶酶體的鐵氧化應激

溶酶體內含有大量活性鐵，溶酶體中的鐵儲存蛋白與酶共同維持細胞內鐵離子的穩定性。溶酶體膜破裂會使鐵離子大量釋放并在細胞質中積累，鐵離子不僅能降低抗氧化酶活性，還能促進ROS的大量生成，進一步通過氧化應激誘導細胞凋亡。李孟孟對羊肉進行氧化應激處理，發現ROS增加會提高Caspase-3活性，促進肌原纖維小片化，達到肌肉嫩化的目的。而黃琳琳等的研究發現，過度的氧化應激能引起蛋白質氧化，增加蛋白質分子的聚合交聯，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等構建了豬背最長肌的氧化應激模型，也發現氧化程度增強能抑制鈣蛋白酶的活性，不利于豬肉的嫩化。研究發現，氧化應激對肌原纖維蛋白進行氧化修飾后能引起蛋白質的構象改變，使蛋白質暴露更多的酶切位點，更易被降解。溶酶體鐵介導的氧化應激能使細胞內Ca2+穩態失衡并加劇細胞凋亡，進而誘導Caspase級聯反應并與鈣蛋白酶協同作用等，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胞的抗氧化能力，通過脂質過氧化反應產生大量的脂質ROS，誘導細胞發生鐵死亡。Bu Ningxia等研究了牛肉在4 ℃冷藏過程中的鐵死亡通路，發現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移酶3等蛋白參與鐵死亡，加速肌原纖維結構的降解，并促進了宰后牛肉嫩度的改善。Zhang Jiaying等研究發現溶酶體鐵能降低抗氧化酶活性，誘導ROS過度積累并增加線粒體膜的通透性，使Cyt c釋放進而活化細胞凋亡酶Caspase-3和Caspase-9，細胞凋亡酶會使骨架蛋白中的肌結蛋白和肌鈣蛋白-T降解，以上結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等研究發現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。溶酶體系統釋放鈣離子是細胞內鈣的重要來源，當Ca2+進入鈣庫暫存后，胞液濃度下降，而當鈣庫釋放Ca2+ 時胞液的濃度會上升。溶酶體的鈣釋放通道為雙孔通道（TPC）家族和瞬時受體電位通道黏液脂蛋白家族。TPC是二聚體，其中每個原聚體包含兩個類似振動器的通道域（I和II），通道域則由電壓傳感器（S1～S4）和S5、S6兩個孔螺旋組成，通道域在胞質側能形成具有多個狹窄收縮點的束交叉，以阻止水合陽離子通過。鞘氨醇在導致溶酶體膜通透化的過程中，其質子化電荷增加會產生膜電流，使TPC異常并引起Ca2+釋放。H?glinger等研究發現鞘氨醇會導致胞質鈣的瞬時增加，進一步確定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結構域結合形成，結構域維持反向平行，構成了非活性結構的核心；Ca2+是激活鈣蛋白酶的關鍵，通過結合DI-II結構域，使其結構發生重排并呈現對齊的活性構象。鈣蛋白酶是改善肉嫩度的重要內源性蛋白酶之一，其對肉的嫩化作用主要體現在兩方面：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構的強度。鈣蛋白酶在肌肉嫩化中發揮重要作用，王強等研究發現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，進而改善肌肉嫩度。Wheeler等也發現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等研究發現鈣蛋白酶能降解肌纖維中的肌動蛋白、肌球蛋白和肌間線蛋白等，使Z線斷裂并破壞骨架蛋白結構，使肌原纖維小片化，從而加速肉的嫩化。Lyu等發現豬肉宰后貯存期間，鈣蛋白酶能從肌質轉移到肌原纖維并降解結構蛋白，這證實了鈣蛋白酶對肉類蛋白的水解發揮重要作用，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 結語

嫩度是評價肉品質的重要標準，溶酶體參與的細胞凋亡能降解骨架蛋白，破壞肌纖維結構的完整性，達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生膜通透化，釋放組織蛋白酶參與線粒體介導細胞凋亡途徑。溶酶體還能通過釋放Ca2+、產生鐵氧化應激參與肌肉嫩化。未來宰后嫩化機制的研究可以在溶酶體參與細胞凋亡降解骨架蛋白的基礎上，進一步從溶酶體參與其他凋亡途徑共同促進肉嫩化等方面，構建更全面的宰后肌肉嫩化調控系統，以期對宰后肌肉嫩度進行具體調控，開發出高品質肉的生產技術。

引文格式：

董玉珊, 杜瑞, 蘇日娜, 等. 溶酶體的代謝調節及調控肉嫩化機制的研究進展[J]. 食品科學, 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.

實習編輯：王曉燕；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、 重慶三峽科技大學 、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌）、 普洱學院 共同主辦 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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