甘肃农业大学余群力教授、韩玲教授：通过能量代谢和线粒体效率调节AMPK和HIF-1α之间反馈促进牦牛肉颜色的稳定性

肉类食品网 http://www.meat360.cn 2024/5/22 6:09:09 关注：117 评论： 我要投稿

  瘦肉的颜色是购买和出售鲜肉的首要标准，樱桃红色是新鲜度和健康度的指标。通常，与在低纬度地区饲养的黄牛相比，牦牛的肌红蛋白浓度较高，表明牦牛对缺氧条件的进化适应对颜色吸引力产生了不利影响。宰后能量代谢和线粒体效率是肉颜色品质的关键决定因素。
  缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1）由氧敏感性HIF-1α和组成性HIF-1β亚基组成，是促进细胞适应低氧应激的核心转录介质，是评估宰后肌肉能量代谢和线粒体功能的生物标志物。同时，一磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）作为细胞内代谢传感器和调节器发挥着不可或缺的作用。在缺乏营养和缺氧缺血条件下，AMP/ATP比值升高，对于保持能量稳态和线粒体生物发生至关重要。HIF-1α和AMPK的作用和靶点之间存在较多重叠，以及宰后肌肉组织中的刺激触发，表明复杂的调节相互作用。来自多种器官研究的证据表明，HIF-1α和AMPK之间存在直接或间接的相互作用。然而，HIF-1α和AMPK之间的确切联系及其对宰后糖酵解特性和线粒体效率的影响，特别是在肉色调节背景下，仍有待阐明。
  动物屠宰后，肌细胞努力维持其生前稳态平衡，并经历从有氧代谢到无氧代谢的转变，导致乳酸积累和ATP水解，致使pH值从7.2逐渐下降至约5.5。然而，无氧代谢不能单独解释pH值下降的程度。尽管普遍认为宰后代谢是在缺氧的情况下进行，从而线粒体在代谢活动中无贡献；但新证据表明，线粒体在维持宰后代谢稳态方面发挥了关键作用，其通过代偿性代谢活动维持“活”状态，对抗屠宰应激。
  当线粒体具有最佳功能并且有效耦合时，其可以将1 分子的丙酮酸转化为15 个ATP分子，即使是最小的线粒体活性也可以显著影响宰后代谢动力学。线粒体氧代谢通过2 个主要机制对颜色产生影响。最初，线粒体降低氧分压，从而限制了预先存在的脱氧肌红蛋白形成氧合肌红蛋白。随后，它们可以直接与氧合肌红蛋白相互作用，促进氧气从肌红蛋白转移到线粒体，这一过程可调节肉色。此外，线粒体在调节糖酵解程度和延缓pH值降低方面的作用已被公认。
  甘肃农业大学食品科学与工程学院、普渡大学动物科学系的Zhu Xijin等假设AMPK与HIF-1α之间存在相互调控机制，影响线粒体效率和宰后能量代谢性状，从而调节牦牛瘦肉的颜色。
  AMPK免疫复合物中存在HIF-1α。2 种处理的相互作用随着贮藏时间的延长而逐渐降低。与对照组相比，加入AMPK抑制剂化合物C后，HIF-1α与AMPK的相互作用程度显著减弱（P＜0.05），尤其是在宰后6～72 h（P＜0.05）。
  
   对照和化合物C注射牛排在4 ℃贮藏宰后0、6、12、24、72、120 h的AMPK-HIF-1α相互作用（A）和光密度定量（B）的共免疫沉淀分析宰后24 h后，HIF-1α mRNA表达增加3.5 倍（P＜0.05）。化合物C对mRNA丰度无显著影响（P＞0.05）。宰后缺氧诱导HIF-1α蛋白稳定并不断积累（P＜0.05），在宰后24 h达到最大值，之后逐渐下降（P＜0.05）。在6～72 h，化合物C处理组的牛排丰度显著低于对照组（P＜0.05）。化合物C存在的情况下，磷酸化HIF-1α（phosphorylation-HIF-1α，P-HIF-1α）水平在宰后6～24 h内显著降低（P＜0.05）。宰后缺氧诱导HIF-1α核转位；相反，24 h后，随着贮藏时间的延长，荧光逐渐减弱。抑制AMPK后，HIF-1α的核转位明显减少（P＜0.05）。除24 h外，HIF-1α特异性抑制剂YC-1（化合物C＋HIF-1α抑制剂）可有效抑制AMPK激活（P＜0.05）。
  对不同物种的GVIEQTEK氨基酸序列进行比对，以丝氨酸残基标记（F）、对照和化合物C注射牛排4 ℃贮藏宰后0、6、12、24、72、120 h的HIF-1α的总细胞（G）和核室荧光（H）、对照和YC-1注射牛排4 ℃贮藏宰后0、6、12、24、72、120 h的免疫印迹分析（I）和定量AMPK磷酸化（J）化合物C在6、24、72 h时显著降低了线粒体蛋白产量（P＜0.05）。此外，在12～24 h内，化合物C处理组与对照组相比，还原型辅酶Ⅰ（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）含量显著下降（P＜0.05）。此外，氧气消耗率（oxygen consumption rate，OCR）显著降低（P＜0.05）。添加YC-1能够降低化合物C对线粒体蛋白产量、NADH含量和OCR的抑制作用。此外，化合物C和DMOG（化合物C＋HIF-1α激活剂）表现出协同作用。
  注射牛排4 ℃贮藏宰后0、6、12、24、72、120 h的线粒体蛋白产量（A）、NADH含量（B）和OCR（C）变化与对照组相比，化合物C处理组牛排在6～72 h内pH值升高（P＜0.05）。宰后6～24 h，添加YC-1使pH值显著升高（P＜0.05）。不同处理中均观察到时间依赖性糖原消耗（处理×时间＜0.0001）。然而，与对照组相比，在6～72 h内加入化合物C后，这种消耗并不明显。DMOG可以部分缓解化合物C诱导的糖原保留（P＜0.05），但在HIF-1α抑制后这种作用明显减弱（P＜0.05）。此外，在AMPK和HIF-1α处理下乳酸积累随时间而变化（处理×时间，P＝0.003）。化合物C显著减少乳酸生成，72 h时不同处理间的差异减小（P＞0.05）。而6～24 h内，DMOG组乳酸积累显著高于YC-1处理组（P＜0.05）。HIF-1α和AMPK之间的反馈回路随着时间延长显著影响ATP含量（处理×时间，P＜0.0001）。经化合物C单独或与DMOG联合处理组ATP含量中等水平。
  注射牛排在4 ℃下宰后0、6、12、24、72、120 h的pH值（A）、糖原（B）、乳酸（C）、ATP（D）、肌苷酸含量（E）的变化HIF-1α的激活影响肌红蛋白的氧化还原状态，显著改变了贮藏期间的脱氧肌红蛋白含量。与对照组相比，DMOG使脱氧肌红蛋白含量在6～24 h显著降低（P＜0.05）。化合物C + DMOG处理的牛排在6 h时的红度值（a*）比对照组低约20%，而YC-1在6～24 h时的a*显著高于对照组（P＜0.05）。亮度值（L*）和黄度值（b*）在各处理组间无显著差异（P＞0.05）。
  A.脱氧肌红蛋白；B.高铁血红蛋白；C.氧合肌红蛋白；D. L*；E. a*；F. b*。
  HIF-1α在牦牛宰后肌肉中发生核转位，进而促进AMPK活化。此外，AMPK和HIF-1α之间的反馈共同上调能量代谢，导致乳酸生成更多和pH值下降更快。然而，AMPK和HIF-1α对线粒体效率表现出不同的影响，AMPK增强而HIF-1α降低线粒体效率，表现为线粒体蛋白产量，NADH含量和OCR的变化。此外，HIF-1α的作用降低了氧-脱氧肌红蛋白的转化，并可能对牦牛肉色发育产生潜在的有害影响。AMPK-HIF-1α的这种相互作用为进一步研究牦牛肉的颜色形成提供了线索，但AMPK抑制后，牦牛肉的颜色不变，AMPK-HIF-1α的具体调控机制有待进一步研究。
  文章《Feedback regulation between AMPK and HIF-1α contributes to color stability via energy metabolism and mitochondrial efficiency regulation of yak meat》发表于LWT-Food Science and Technology 2024年199卷甘肃农业大学食品科学与工程学院余群力教授、韩玲教授为本文通信作者

    文章链接：https://doi.org/10.1016/j.lwt.2024.116031