《食品科学》：甘肃农业大学陈骋博士等：活性氧激活缺氧诱导因子-1α加速宰后成熟初

　　宰后成熟过程中以糖酵解为主要途径的能量代谢反应对牛肉品质的形成起至关重要的作用。屠宰后缺氧迫使肌肉细胞启动缺氧应答反应，通过糖酵解维持细胞能量供应，该过程引起肌肉pH值变化进而对嫩度、保水性、色泽、风味等关键品质产生重要影响。但是，宰后成熟过程中牛肉能量代谢受到宰前、屠宰及成熟环节众多因素的影响，现有研究尚不能完全解释宰后能量代谢的调控机理。

　　

　　甘肃农业大学食品科学与工程学院的郭雨轩、陈 骋*等选取牛背最长肌，采用ROS激活剂H 2 O 2 、清除剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）和生理盐水处理后，在温度为4 ℃、相对湿度为85%条件下成熟，依次在第0.5、6、12、24、48小时测定ROS细胞分布及含量、PHD活力、PI3K/AKT信号通路表达水平、HIF-1α细胞聚集和表达水平、糖原含量、R值以及pH值变化水平，进而探究ROS含量对宰后成熟初期牛肉代谢水平的调控机制，以期为进一步明确宰后牛肉品质形成及调控机理提供理论依据。

　　1、ROS含量变化

　　

　　

　　从图1可以看出，成熟0.5 h，H2O2处理组的ROS荧光强度（图中绿色标记）略强于对照组与NAC处理组，但随着成熟时间的延长，H2O2处理组的荧光强度显著强于其他2 组。由图2可以看出，3 组样品中ROS含量整体呈显著升高趋势（P＜0.05）。其中，外源H2O2处理能够显著提升牛肉初始ROS含量，H2O2处理组成熟0.5 h ROS含量分别是对照组和NAC处理组的1.52、1.77 倍（P＜0.05），并在48 h内显著高于其他2 组（P＜0.05）。同时，NAC处理组能够在0.5～12 h内显著抑制ROS的积累，但是随成熟时间延长，ROS含量也出现显著升高（P＜0.05）。

　　2、PHD活力变化

　　

　　从图3可以看出，3 组样品PHD活力随宰后成熟时间的延长呈显著下降趋势（P＜0.05）。不同的是，H2O2处理组PHD活力在0.5～48 h显著低于其余2 组（P＜0.05），并在24 h降低到最低水平（22.15 U/g），分别比对照组和NAC处理组降低30.11%和42.03%（P＜0.05）。而NAC处理能够在0.5～12 h内延缓PHD活力的降低，这可能归因于NAC在宰后初期（0.5～12 h）对ROS的抑制作用（图2）。Liu Yang等发现当细胞处于低氧环境时，ROS大量产生并抑制PHD活力，同时检测到HIF-1α表达水平上升，而当恢复供氧后，HIF-1α表达水平迅速下降。供氧正常细胞中，PHD的羟基化作用将HIF-1α修饰标记，后者被希佩尔-林道病蛋白靶向降解。而在缺氧细胞中，不断产生的ROS通过氧化修饰作用破坏PHD的活性位点，导致酶活力降低，从而抑制了HIF-1α的降解，为HIF-1α发挥能量代谢调节作用提供了必要条件。本研究结果表明，宰后成熟过程中牛肉产生的ROS对PHD活力具备抑制作用，有利于HIF-1α的稳定积累。

　　3、PI3K/AKT信号通路表达水平变化

　　

　　

　　

　　

　　从图4a、b可以看出，在6～48 h内，不同ROS水平下PI3K的表达水平存在显著差异（P＜0.05），H2O2处理组PI3K表达水平在0.5 h分别是对照组和NAC处理组的2.39 倍和2.95 倍，在0.5～12 h内上调42.63%，且显著高于其他2 组（P＜0.05）。从图4c、d可以看出，在0.5 h时，H2O2处理组p-AKT表达水平分别是对照组和NAC组的2.62 倍和4.87 倍（P＜0.05），并在0～6 h内显著高于其他2 组（P＜0.05）。这可能是由于H2O2处理组PI3K在相应时间区间（0.5～12 h）内显著上调，进而迅速靶向调控AKT磷酸化引起，同时也说明成熟初期PI3K/AKT信号通路的激活依赖于ROS的积累。PI3K/AKT是一种特殊的信号通路复合体，PI3K靶向调控AKT磷酸化形成具有活性的p-AKT，后者进一步诱导和活化HIF-1α，以提升HIF-1α的稳定性。

　　4、HIF-1α的细胞聚集与表达水平变化

　　

　　

　　从图5可以看出，3 组样品HIF-1α在0.5 h时聚集程度（图中红色标记）不明显，但随着宰后成熟时间的延长，HIF-1α聚集程度不断升高。H2O2处理组HIF-1α聚集程度明显高于对照组和NAC处理组。如图6所示，宰后成熟0.5～24 h内H2O2处理组和对照组HIF-1α表达水平均显著升高（P＜0.05），NAC处理组HIF-1α表达水平在0.5～12 h被抑制，在12～24 h出现显著升高（P＜0.05）。此外，H2O2处理组HIF-1α表达水平在24 h时分别是对照组和NAC组的1.34 倍和1.81 倍，并且在6～48 h内保持显著较高水平（P＜0.05）。上述结果证实ROS能够促进宰后成熟初期牛肉中HIF-1α稳定表达，这可能是ROS通过抑制PHD活力（图3）和激活PI3K/AKT信号通路（图4）的综合作用机制实现。HIF-1α在缺氧细胞中稳定表达并向细胞核转移，迅速调控HRE中葡萄糖转运蛋白以及多种糖酵解酶的表达，进而上调糖酵解反应通量以维持细胞能量供应。

　　5、能量代谢水平变化

　　

　　图7a中，3 组样品糖原含量均呈现显著下降趋势（P＜0.05）。其中，H2O2处理组糖原含量在6～24 h显著低于其他2 组，且在24 h内下降到最低水平（P＜0.05），比其他2 组提前了24 h。而NAC组糖原含量下降速率相对较低，在6～48 h内保持显著较高水平（P＜0.05）。上述结果表明ROS能够加速宰后初期牛肉糖酵解速率，NAC处理则对糖酵解反应表现出一定的抑制作用。这种影响同时也体现在R值变化特征上，R值是糖酵解过程中三磷酸腺苷供能后分解形成的产物二磷酸腺苷和次黄苷酸与自身含量的比值，R值越高表明能量代谢水平越高。从图7b可以看出，3 组样品R值随宰后成熟时间延长而显著升高（P＜0.05）。其中，H2O2处理组R值在6～24 h内显著高于其他2 组（P＜0.05），这与图7a中糖原含量变化相对应，表明ROS能够提升宰后成熟初期牛肉糖酵解供能效率。对比3 组样品，H2O2处理组PHD活力、PI3K、p-AKT表达水平在宰后0.5 h就表现出显著差异（图3、4），而HIF-1α表达和能量代谢水平的差异性则出现在6 h（图6、7），进一步证实ROS作为上游信号分子，通过级联反应介导HIF-1α表达，逐步调控和活化糖酵解供能途径。

　　6、pH值变化

　　

　　由图8可以看出，3 组样品在0.5 h时pH值差异不显著，但在成熟过程中均呈现下降趋势（P＜0.05）。其中，H2O2处理组pH值在6～12 h内显著低于其他2 组（P＜0.05），并且在第12小时达到极限pH值，分别比对照组和NAC处理组提前了12 h和36 h。pH值的变化规律与糖原消耗水平（图7a）保持一致，进一步说明ROS对牛肉能量代谢的调控作用直接影响pH值变化速率。pH值在正常范围内快速降低能够缩短牛肉宰后僵直时间，从而有利于加速肌肉成熟嫩化进程，对改善肉的嫩度、降低水分流失、延缓肉色劣变具有重要意义。

　　结论

　　宰后成熟过程中牛肉会不可避免地产生ROS，其一方面抑制PHD活力，减少了对HIF-1α的降解作用；另一方面能够迅速激活PI3K/AKT信号通路，加速了HIF-1α的稳定积累。HIF-1α作为重要的能量代谢调控转录因子，通过加速糖原消耗显著提升牛肉能量代谢水平，促使牛肉在短时间达到极限pH值。同时，由于成熟过程中糖原的快速消耗和pH值降低对糖酵解反应的反向抑制作用，ROS介导HIF-1α对能量代谢的调控作用局限于加速宰后成熟初期能量代谢。上述结论有助于完善宰后成熟初期牛肉能量代谢的调控机理，为牛肉品质改善技术的研发提供理论依据。

　　01

　　通信作者简介

　　

　　陈骋，男，回族，党员，甘肃临夏人，农学博士，甘肃农业大学食品科学与工程学院学科建设办公室主任，助理研究员，中国畜产品加工研究会青年工作委员会委员。2006年-2016年在甘肃农业大学本硕博连读，于2016年毕业于甘肃农业大学动物性食品营养与工程专业获博士学位，2016年至今就职于甘肃农业大学食品科学与工程学院，研究领域为食品科学、畜产品贮藏与加工。甘肃省畜产品工程技术研究中心、甘肃省牛羊肉加工行业技术中心、甘肃省肉品加工与质量安全控制工程实验室核心成员。主要从事畜产品加工的教学与科研工作。主持国家自然科学基金地区项目1项、甘肃省自然科学基金项目1项、甘肃省青年博士基金项目1项、甘肃农业大学学科创新基金项目1项、甘肃农业大学人才引进专项1项；参与国家自然基金项目2项、农业部现代农业产业技术体系项目1项。在LWT- Food Science and Technology、Journal of Food Science、Animal Science Journal、Canadinal Journal of Animal Science、Apoptosis、《农业机械学报》、《食品科学》等杂志发表论文20余篇，其中SCI论文7篇，EI论文5篇；申请国家发明专利2项；参与编写地方标准2项；参与完成科学技术成果等价5项。

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　　第一作者简介

　　郭雨轩，男，汉族，甘肃农业大学食品科学与工程学院硕士研究生，2019年6月专科毕业于常州工程职业技术学院检验检测认证学院工业分析与检验专业，同年9月考入常熟理工学院生物与食品工程学院食品质量与安全专业，2021年6月毕业并取得工学学士学位，同年9月考入甘肃农业大学食品科学与工程学院，攻读生物与医药（食品工程）专业工学硕士学位，研究方向为畜产品加工。多次参与互联网“+”、三创赛，省级竞赛等创新创业及学科竞赛活动，取得校一等奖、省级银奖、省级一等奖，考取化学检验工3级证书，参与发表论文EI一篇、SCI一篇。

　　本文《活性氧激活缺氧诱导因子-1α加速宰后成熟初期牛肉能量代谢》来源于《食品科学》2023年44卷4期9-16页，作者：郭雨轩，陈骋，师希雄，郭兆斌，马国源，马纪兵，余群力。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220407-072。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　图片来源于文章原文及摄图网。

　　

　　为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。

　　

　　

　　Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

　　投稿网址：

　　https://www.sciopen.com/journal/2958-4124