《食品科学》：宁夏大学李亚蕾教授等：蛋白酶体及其介导的泛素-蛋白酶体途径对宰后秦川牛肉蛋白的降解作用

蛋白酶体是一种多亚基蛋白酶复合物，使细胞质和细胞核中的蛋白质发生降解，主要负责分解细胞中受损和不正确折叠的蛋白质以及一些调节蛋白，在真核生物中80%～85%的蛋白质都是通过泛素-蛋白酶体途径（UPP）进行降解。蛋白酶体介导的UPP作为真核细胞中蛋白水解和细胞器清除的主要途径，高度复杂，以特定方式参与细胞内蛋白质降解。牛肉在宰后贮藏过程中由于肌肉组织代谢导致肌肉组织蛋白发生降解，进而影响其嫩度。MG-132是一种可逆性肽醛类蛋白酶体抑制剂，可进入细胞中抑制蛋白酶体活性，从而抑制UPP介导的蛋白质降解。

与其他蛋白质翻译后修饰相比，对UPP作用于肉质的研究较少，需要进一步的研究阐明这种为改善肉质提供基础的机制。因此，宁夏大学食品与葡萄酒学院的胡丽筠、张倩、李亚蕾*等人通过对宰后秦川牛背最长肌注射或不注射MG-132，提取不同时间点（贮藏0、2、4、6、8 d）样品中的蛋白，测定宰后过程中蛋白的降解情况、泛素蛋白含量、蛋白酶体活性以及微观结构变化，研究蛋白酶体介导的UPP是否对宰后秦川牛肉产生影响，以期为泛素依赖性蛋白的降解途径影响宰后秦川牛肉品质的研究提供新思路。

01

蛋白酶体活性的变化

由图1可知，随着宰后贮藏时间的延长，对照组和MG-132组的蛋白酶体活性显著降低。两组实验结果存在差异，其中MG-132组的蛋白酶体活性总体低于对照组，表明MG-132对宰后秦川牛肉中蛋白酶体活性有抑制作用。

02

钙蛋白酶活性的变化

钙蛋白酶系统对肉的成熟嫩化具有重要作用。由图2可知，随着宰后贮藏时间的延长，对照组和MG-132组的钙蛋白酶活性显著降低，两组实验结果相似，其数值无显著差异，表明MG-132对宰后秦川牛肉中钙蛋白酶活性没有抑制作用。

03

总可溶性蛋白含量的变化

由图3可知，随着宰后贮藏时间的延长，对照组和MG-132组的总可溶性蛋白含量显著降低，两组实验结果存在差异，其中MG-132组的总可溶性蛋白含量高于对照组，这是由于MG-132抑制了宰后秦川牛肉中蛋白酶体活性，导致蛋白酶体对宰后牛肉蛋白的降解作用受到抑制，表明MG-132对宰后秦川牛肉中总可溶性蛋白的降解有抑制作用。

采用SDS-PAGE分析秦川牛背最长肌蛋白质降解情况，根据秦川牛背最长肌蛋白分子质量选择10～250 kDa为蛋白Marker指示范围，共有9条带。电泳前在每个凹糟中加入等浓度的溶液，保证蛋白降解变化影响条带的颜色和宽度。由图4可知，随着宰后贮藏时间的延长，MG-132组与对照组内蛋白条带的变化有所不同。对照组宰后0～8 d可以观察到总体高分子质量条带逐渐变浅，低分子质量条带逐渐变深，结合图3结果可知秦川牛背最长肌总可溶性蛋白出现降解现象。MG-132组的蛋白条带相比于对照组，可以观察到更加清晰蛋白条带，40～250 kDa之间的蛋白条带显著比对照组深，且有一些条带比对照组宽；但在20～35 kDa内贮藏8 d的I 总 蛋白条带比对照组浅，这可能是因为MG-132的抑制作用，诱导宰后肌细胞凋亡以及细胞自噬，使部分蛋白有限地降解。通过比较宰后秦川牛背最长肌对照组和MG-132组的SDS-PAGE结果，发现MG-132通过抑制宰后牛肉蛋白酶体的活性，改变了宰后牛肉蛋白的降解，说明蛋白酶体参与了宰后肌肉蛋白的水解过程。

04

泛素蛋白含量的变化

由图5可知，随着宰后贮藏时间的延长，对照组和MG-132组的宰后秦川牛背最长肌蛋白的泛素蛋白含量在宰后2 d显著下降后，出现升高后降低的趋势，这可能是由于宰后肌肉中泛素化修饰的蛋白聚合物被分解成许多不同长度的泛素单体或泛素缀合物，导致泛素蛋白含量短暂升高；贮藏期间MG-132组的泛素蛋白含量高于对照组，两组实验结果存在差异。表明MG-132通过抑制蛋白酶体活性，抑制了宰后UPP，使得宰后泛素蛋白含量升高，说明该途径在宰后依然起作用。

05

微观结构变化

在贮藏过程中宰后牛背最长肌微观结构的变化如图6所示。宰后贮藏0 d，对照组牛背最长肌肌节清晰完整，肌纤维排列整齐，肌细胞之间排列较为紧密，Z线结构明显。随着贮藏时间延长，肌纤维的结构被破坏，排列较为松散，Z线结构开始模糊，肌原纤维断裂程度逐渐加重，肌原纤维之间产生较大的缝隙。宰后贮藏0 d，MG-132组的牛背最长肌结构与对照组之间无区别，随着贮藏时间延长，MG-132组的牛背最长肌结构保留较好，Z线以及明暗带的边界都比对照组清晰。表明抑制蛋白酶体可以减少肌肉超微结构的破坏，说明蛋白酶体在宰后贮藏过程中可使肌原纤维结构发生降解。

06

总可溶性蛋白与泛素蛋白含量的相关分析

为了进一步探究宰后贮藏期间秦川牛背最长肌中UPP是否对肉品质产生影响，对对照组的总可溶性蛋白与泛素蛋白含量进行Pearson相关性分析。由表1可知，宰后贮藏期间总可溶性蛋白与蛋白酶体活性呈极显著正相关，与泛素蛋白含量呈显著正相关，说明宰后牛背最长肌蛋白降解与泛素蛋白含量变化有着密切的关系。

07

本研究发现随着贮藏时间的延长，蛋白酶体活性显著降低（P＜0.05），对照组较MG-132组活性较高，说明本实验注射的5 μmol/L MG-132对宰后秦川牛背最长肌的蛋白酶体活性有一定抑制作用。由于钙蛋白酶也可以影响水解蛋白的结果，一定浓度的MG-132会抑制钙蛋白酶活性，因此，为排除钙蛋白酶活性对实验结果的影响，测定对照组和MG-132组的钙蛋白酶活性。结果表明，抑制剂并没有影响钙蛋白酶的活性，实验观察到的蛋白降解以及肌原纤维结构的差异与钙蛋白酶无关，因此，在后续实验中发挥作用的是蛋白酶体。

随着宰后贮藏时间的延长，MG-132组的总可溶性蛋白含量高于对照组，表明MG-132对宰后秦川牛肉中总可溶性蛋白的降解有抑制作用。结合SDS-PAGE结果分析可知，对照组的秦川牛背最长肌总可溶性蛋白出现明显降解现象，高分子质量蛋白逐渐被降解，低分子质量蛋白逐渐累积。40～250 kDa内的MG-132组蛋白条带显著深于对照组，且蛋白条带更加清晰；在20～35 kDa内有蛋白条带比对照组浅，这可能是因为MG-132的抑制作用，诱导宰后肌细胞凋亡以及细胞自噬参与部分蛋白的有限降解；在35～70 kDa内蛋白条带比对照组深。MG-132组的宰后牛背最长肌的微观结构保留较好，Z线、M线以及明暗带的边界都较对照组清晰。

宰后秦川牛背最长肌的泛素蛋白含量发生变化，MG-132组的泛素蛋白含量总体高于对照组，表明蛋白酶体抑制剂通过抑制蛋白酶体活性，抑制宰后泛素化蛋白的UPP降解，使得泛素蛋白含量升高；对总可溶性蛋白与泛素蛋白含量进行Pearson相关性分析，发现宰后贮藏期间总可溶性蛋白与蛋白酶体活性呈极显著正相关，与泛素蛋白含量呈显著正相关，说明宰后蛋白降解与泛素蛋白含量变化有着密切的关系。宰后秦川牛肉背最长肌中蛋白酶体除了可以单独地降解蛋白，破坏宰后肌原纤维结构，还可以通过UPP影响泛素依赖性蛋白的降解，进一步影响宰后牛肉蛋白的降解。

08

结 论

本研究通过对宰后秦川牛背最长肌注射或不注射蛋白酶体抑制剂MG-132，提取不同贮藏时间样品中的蛋白，研究宰后秦川牛背最长肌在贮藏过程中蛋白的降解情况、泛素蛋白含量、蛋白酶体活性以及微观结构变化，得到以下研究结论：随着宰后贮藏时间的延长，MG-132组中的蛋白酶体活性总体低于对照组，总可溶性蛋白、泛素蛋白含量总体高于对照组；SDS-PAGE结果显示，MG-132组在40～250 kDa之间总可溶性蛋白的蛋白条带整体深于对照组；MG-132组的牛背最长肌结构保留较好，Z线以及明暗带的边界都较对照组清晰，且总可溶性蛋白与泛素蛋白含量变化呈显著正相关。综上所述，MG-132对宰后秦川牛肉中蛋白酶体有抑制作用，改变了宰后牛肉蛋白的降解，抑制宰后牛肉UPP中泛素化蛋白的降解，减少肌肉结构的破坏，说明宰后UPP对肉质形成具有潜在作用，宰后秦川牛肉背最长肌中蛋白酶体除了可以单独降解蛋白，破坏宰后肌原纤维结构，还通过介导UPP影响泛素依赖性蛋白的降解，最终影响宰后牛肉的品质。

本文《蛋白酶体及其介导的泛素-蛋白酶体途径对宰后秦川牛肉蛋白的降解作用》来源于《食品科学》2023年44卷24期112-117页. 作者：胡丽筠，张倩，陈雪妍，王金霞，李荣，李亚蕾，罗瑞明. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230320-196. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为进一步促进未来食品科学的发展，全面践行“大食物观”的指导思想，持续提升食品科技创新和战略安全。由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，北京工商大学食品与健康学院、北京联合大学生物化学工程学院、西华大学食品与生物工程学院、大连民族大学生命科学学院、齐齐哈尔大学食品与生物工程学院、河北科技大学食品与生物学院共同主办， 登赫（上海）生命科学有限公司、北京盈盛恒泰科技有限责任公司、古井集团、嘉必优生物技术（武汉）股份有限公司、北京三元食品股份有限公司赞助 的“第一届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于 2024年5月16-17日 在 中国 北京 召开。

长按或微信扫码了解详情

为提高我国食品营养与安全科技自主创新和食品科技产业支撑能力，推动食品产业升级，助力‘健康中国’战略，北京食品科学研究院、中国食品杂志社将与湖北省食品科学技术学会、华中农业大学、武汉轻工大学、湖北工业大学、中国农业科学院油料作物研究所、中南民族大学、湖北省农业科学院、湖北民族大学、江汉大学、湖北工程学院、果蔬加工与品质调控湖北省重点实验室、武汉食品化妆品检验所、国家市场监管重点实验室（食用油质量与安全）、环境食品学教育部重点实验室共同举办“第五届食品科学与人类健康国际研讨会”。会议时间： 2024年 8月 3—4 日 ，会议地点： 中国 湖北 武汉 。

长按或微信扫码了解详情