肌肽的研究進展

胡新旭 趙麗紅 張 勇 高書鋒 周映華張德元 劉惠知

（1.湖南省微生物研究所，湖南長沙 410009；2.中國農業大學動物科技學院，北京 100094；3.河南工業大學生物工程學院，河南鄭州 450001）

肌肽（丙氨酰組氨酸，L-Carnosine，β-alanyl-L-histidine）是一種天然二肽，抗氧化性能極強，具備多種生物活性功能。

1 肌肽的物理化學性質和生物學特性

1.1 肌肽的基本物化特性

肌肽（丙氨酰組氨酸，L-Carnosine，β-alanyl-L-histidine），分子式 C9H14N4O3，相對分子量為226.24。工業肌肽由β-丙氨酸和L-組氨酸鹽酸鹽縮合而得的一種二肽，物理性狀為白色針狀結晶，熔點246～250 ℃(分解)，旋光度+24.1°(1.5%，水中)。肌肽最早由Gulewitsch與Amiradzibi在1900年從牛肉提取物中檢測到，是發現于多數脊椎動物骨骼肌中的水溶內源性二肽，在生物體內由肌肽合成酶利用β-丙氨酸和L-組氨酸合成。肌肽主要存在于動物肌肉中，Plowman等(1988)分別在牛肉、豬肉、雞肉和魚肉中發現肌肽,其濃度范圍在5～70 mmol/l，一種生物不同部位的肌肉中的含量也有差異，一般運動程度越大其含量越高。除肌肉組織外，在其它組織如一些兩棲動物的皮膚，鳥類紅細胞核，腦部的某些特殊區域，一些哺乳動物和鳥類的晶狀體等組織中也有肌肽存在（Reeve等,1993；Tomonaga 等,2005）。

1.2 肌肽的代謝特點

1.2.1 肌肽的消化吸收轉運

Rajendran等（1984）通過在小鼠小腸提取純化的刷狀緣膜囊研究肌肽的吸收轉運機制。其研究結果表明肌肽可以完整通過小腸吸收，通過某種轉運載體，是一個依賴納離子濃度的過程。肌肽的吸收受到二肽和三肽的競爭性抑制，特別是glycyl-L-leucyl tyrosine甘氨酰-L-亮氨酰-酪氨酸可以抑制68%的肌肽吸收。肌肽可以被胃腸道完整吸收進入肌肉組織（Ferraris等；1988）。Gardner等（1991）和Abe（1991）研究發現肌肽可以被空腸上的刷狀膜上特殊的轉運系統完整吸收。研究發現，肌肽可以通過特殊轉運系統經由小腸絨毛刷狀緣吸收，進入血液循環，轉運到臟、肝和肌肉部位（Karl等，1994）。較新的研究結果進一步表明，肉中的肌肽可以通過豬小腸壁吸收，而且肌肽的生物活性取決于肉中肌肽的含量（Bauchart等,2007）。

動物體內肌肽含量的增加和日糧中的組氨酸、丙氨酸和肌肽含量密切相關。Maynard（2001）發現老鼠比目魚肌中肌肽和組氨酸含量的增加和日糧中高水平肌肽密切相關。Tomonaga（2005）研究發現，口腔灌服β-丙氨酸可以提高肉雞淺層胸肌和大腦的肌肽含量，對其他氨基酸沒有影響。隨著口腔灌服β-丙氨酸用量增加，在淺層胸肌，肌肽含量增加而鵝肌肽和?；撬岷繙p少；在大腦部位，肌肽和鵝肌肽含量增加而?；撬岷繙p少。有一定的組織特異性。隨后Tomonaga（2006)又發現，4周齡肉雞日糧提供0.5%、1%、2%的β-丙氨酸可以提高大腦中肌肽和鵝肌肽的含量，但是對肌肉中肌肽和鵝肌肽的含量無影響。Tomonaga前后兩次試驗結果的差異性說明β-丙氨酸攝入方式不同（飲水和采食）可能會對機體肌肽的合成有一定差異性影響。體內的一些試驗發現，肌肽的含量能夠被食物中的成分（肌肽和組氨酸）所影響（Mcmanus，1960；Tamaki等，1984）。

1.2.2 肌肽的合成

肌肽可以在大腦和肌肉組織中在肌肽合成酶(Carnosine synthetase)的作用下合成。肌肽合成酶的活性會受到過量β-丙氨酸類似物的抑制作用。其中3-氨基丙磺酸(3-aminopropanesulfonic acid，APS)抑制能力最強；而5-氨基戊酸(5-AV)抑制老鼠體內肌肽合成酶的活性，但是對雞體內肌肽合成酶無影響。抑制作用與競爭性和非競爭性的結合β-丙氨酸有關(Seely等，1982)。在肌肽合成過程中，β-丙氨酸的吸收依賴鈉和氯離子的存在，每轉運1分子的β-丙氨酸需要2個鈉離子和一個氯離子的參與。β-丙氨酸轉運系統對離子的依賴性依次是Cl-＞I-＞CSN-＞SO42-（Bakardjiev等，1994）。

通過雞胚胎胸肌細胞的培養試驗，供給放射標記的β-丙氨酸或者γ-氨基丁酸孵育，可以在細胞提取物中檢測到放射標記的二肽。但是鵝肌肽在細胞中沒有直接形成。隨著單核成肌細胞分化為多核肌管時，觀察到細胞顯著增加對β-丙氨酸的攝取和二肽的合成增加。結果表明肌肽不僅僅是在骨骼肌肉中積累但是同時也會由肌肉細胞合成（Bauer等，1994）。在動物不同的生長階段肌肽的合成速度也是不一樣的。Woos等（1982）發現，在開始4周齡火雞的肌肽酶(carnosinase)活力急劇增加（腎臟增加145倍）；而胸肌和腿肌的肌肽含量僅僅微弱增加，其中胸肌和腿肌分別增加200%和15%。在后期肌肽含量顯著增加但是肌肽酶活力下降。

1.2.3 肌肽的分解

動物機體吸收的肌肽能夠被外圍的組織器官所利用，也可被肌肽酶水解成組氨酸和丙氨酸。肌肽分解代謝和分泌的主要器官是腎臟。肌肽由血清和細胞內的肌肽酶(carnosinase)降解。肌肽酶存在于血清中的原因可能是無毒性的肌肽在血液肌肽酶存在的條件下可能會成為相對有一定毒性的組氨酸的分解來源，肌肽在血液中的分解有利于其分解產物組氨酸毒性的排除(Alan,1998)。肌肽酶(carnosinase)在老鼠大腦、肝臟、心臟、腎臟和脾臟都存在，其中腎臟活性最大，其次肝臟，大腦、心臟和脾臟為中等活力，但是在肌肉組織中僅存在很微量的肌肽酶，幾乎檢測不到（Norbert等，1986）。以肌肽為底物，用熒光計測定肌肽酶的分解產物L-組氨酸的含量，可以測定肌肽酶的活性。研究發現細胞內肌肽酶的分布和乳酸脫氫酶的分布類似。另一項研究結果表明肌肽酶主要定位于老鼠肝細胞的可溶性細胞質中（Kalra等，1988）。

2 肌肽的生物功能

2.1 肌肽與抗氧化

肌肽具有抗氧化特性，是一種天然抗氧化肌。肌肽具有抗氧化穩定性的前提是建立在肌肽具有能和脂質過氧化產物以及活性氧發生反應的交互作用來防止細胞膜的破壞這個理論基礎上的。肌肽的抗氧化作用機理主要是金屬螯合作用和自由基清除作用（Decker，1995）。研究結果表明：在過渡金屬離子存在的條件下，肌肽的抗氧化能力更顯著。但是肌肽的水解產物組氨酸可能會產生一定的促進氧化作用（Monika等,2005）。肌肽同時具備對腸道上皮細胞的抗氧化損傷應激的保護作用。肌肉的肌肽可以維持肌球蛋白ATP酶的激活功能，保護肌肉蛋白不受自由基的氧化損傷(Zalesova等，1998)。

在同等肌肽濃度條件對比下，雞肉提取物的肌肽比純品肌肽的抗氧化能力強(P＜0.05)，同樣，腿肌提取物中的同等濃度肌肽抗氧化能力強于胸肌提取物中的同等濃度肌肽。胸肌肌肽的含量是腿肌的2～4倍(Intarapichet等，2005)。

肌肽的天然抗氧化性和安全性使得其成為一種新型食品添加劑。肌肽對自由基和金屬離子引起的脂質氧化具有顯著地抑制作用，在肉品加工中肌肽具有抑制脂肪氧化和保護肉色的作用。肌肽可以抗牛肉氧化。日糧中添加0.9 g/kg肌肽，可改善肉色和提高骨骼肌的氧化穩定性，并與維生素E具有協同作用。維生素E缺乏與伴行的骨骼肌中肌肽含量減少有密切關系。維生素E與肌肽存在互作作用，因為他們共同的抗氧化能力。Chan等(1994)報道在日糧中同時提供維生素E與肌肽可以提高肝臟中肌肽含量。

2.2 肌肽的緩沖調節作用

肌肉的肌肽含量和肌肉中的快收縮無氧酵解型纖維比例成正相關(P＜0.05;R=0.53)，而與肌肉中的快收縮有氧氧化型纖維比例成負相關(P＜0.05;R=-0.51)。原因是肌肽在肌肉細胞中的重要作用是充當緩沖劑的作用，抑制無氧酵解造成的pH值下降（Bump等，1990）。在駱駝臀部肌肉中，肌肽在I，IIA和IIB型肌纖維中的平均含量分別是（24.6±9.2）、（39.4±11.4）、（42.8±18.8）mmol/kg干重。Ⅱ型肌纖維中的高肌肽含量表明了其在肌肉內的酸調節作用（Dunnett，1997）。

2.3 肌肽與肉雞生產性能

目前為止，很少有文獻報道肌肽對肉雞生產性能的影響，因為大部分的研究者主要專注于肌肽的抗氧化性能作用。韋建福(2004)和李文清(2005)研究發現以20 mg/kg和50～200 mg/kg劑量添加的肌肽可以在一定程度上提高黃羽肉雞的生產性能,但是差異不顯著(P＞0.05),這可能是由于肌肽可以抑制攝食造成的。Tomonaga等(2004、2005)研究發現中樞神經供給肌肽可以激發機體功能亢進，調控采食行為，抑制飼料攝入。

2.4 肌肽與肉雞肌纖維發育

呂錦芳等（2006）的研究發現，中低劑量的肌肽（20～40 mg/l）給肉雞飲水，在試驗后期（4～6周）可顯著減小肉雞胸肌和腿肌肌纖維直徑，高劑量組的肌肽在試驗后期對胸肌和腿肌肌纖維直徑影響不明顯。說明在飲水中添加適當濃度的肌肽，在試驗后期能降低肉仔雞的肌纖維直徑，這對于改善肉雞的肉質嫩度可能具有一定的作用。

2.5 肌肽與神經系統

在腦室內注射肌肽可以興奮肉雞機能，抑制采食，丙氨酸和組氨酸也有抑制采食作用，但是效果弱于肌肽。在腦室內注射丙氨酸和組氨酸會抑制肉雞活動機能，表現出嗜睡癥狀(Tomonaga等，2004)。肌肽誘導產生的機能亢進可能和大腦中的組成性一氧化氮合酶(cNOS)有關聯。中樞性肌肽可能會通過組成性一氧化氮合酶(cNOS)調節NO的生成來調控雛雞的腦功能或者行為（Tomonaga等，2005）。

2.6 肌肽與激素關系

LeBlanc等（1994）研究發現，肌肽（主要是其中的組氨酸）可以調節狗的胰島素和胰高血糖素分泌。狗攝食1 g肌肽60～90 min后，血漿中的胰島素和胰高血糖素顯著升高。靜脈注射0.5 g組氨酸得到類似結果。但是靜脈注射0.5 g β-丙氨酸或者0.5 g β-丙氨酸+0.5 g組氨酸以及1 g肌肽均無上述作用。上述事實表明，通過攝食的肌肽對血漿中的胰島素和胰高血糖素才有升高作用，而靜脈注射的肌肽無此作用，這也說明肌肽是在腸道中存在而非血液中。研究結果表明，肌肽對激素的促進分泌作用并不是其本身發揮作用的，而是由其構成組分組氨酸介導實現的。此結論也可以解釋進食肉制品后胰島素和胰高血糖素的分泌現象，主要是肉制品中的肌肽以及其構成組分組氨酸的作用(LeBlanc等，1994)。

2.7 肌肽與肉產品儲存

日糧中高水平組氨酸可以提高其游離組氨酸含量和肌肉pH值，但是對肌肉組織中的鵝肌肽anserine(β-alanyl-π-methyl-l-histidine)以及其他形式的組氨酸相關化合物(1-methyl-histidine,3-methyl histidine)和肌肽含量無影響(F?rde-Skj?rvik等,2006）。肌肽和VE對雞肉存儲的抗氧化具有保護作用。肌肽和維生素E都可以抑制雞肉產品中的脂質和膽固醇的氧化作用，二者聯合的抗氧化效果最好（O'Neill等,1999）。0.1%的維生素C可以抑制牛肉表層肌肉正鐵肌紅蛋白的形成，而1%肌肽可以抑制整個肌肉的正鐵肌紅蛋白形成和肉色褐變。維生素C和肌肽二者有互作效果。肌肽可以提高肉的pH值和鹽溶性蛋白，但是維生素C沒有這個作用。肌肽抑制脂質過氧化的能力強于維生素C。肌肽可以抑制銅離子催化的維生素C的氧化反應。肌肽聯合維生素C使用可以作為肉產品肉色穩定劑和貨架壽命延長作用(Beom等，1999)。在牛肉上，維生素C以及維生素C和肌肽、?；撬岬慕M合對正鐵肌紅蛋白形成抑制作用較小，但是肌肽以及肌肽和維生素C組合可以有效地抑制脂質氧化。?；撬釂为氉饔每寡趸饔煤苄?Armida,2001)。肌肽和維生素C合用對牛肉的存儲抗氧化性能最好，肉毒堿（carnitine）抗氧化能力相對較低。肉毒堿（carnitine）和維生素C合用未表現出抗氧化作用（Djenane等，2004）。肌肽對牛肉的抗氧化作用可以減少正鐵肌紅蛋白的形成，顯著保持儲存期間牛肉的紅度(Badr,2007)。添加0、0.5%、1%、1.5%的肌肽于水牛碎肉中，在4℃冰箱中儲存12 d，1%肌肽可以延長其存儲期到第8 d。1%、1.5%的肌肽可以顯著的抑制正鐵肌紅蛋白和褐色的形成。肌肽可以提高牛肉的pH值和持水力(Das,2006)。肌肽還可以用于減少腌制或者未腌制熟的碎豬肉的氧化變質（Decker和Crum，1993）。

2.8 肌肽與鈣蛋白酶以及鈣蛋白酶抑制酶關系

肌肽、鵝肌肽、L-1-甲基-組氨酸在Ca2+濃度為2.5 mM，可以激活肌肉中的II型鈣蛋白酶。但是在Ca2+濃度為5 μM時，3種化合物均不能激活II型鈣蛋白酶的活性到Ca2+濃度為2.5 mM時對應的活性。肌肽能增加鈣蛋白酶抑制酶（calpastatin）對II型鈣蛋白酶的抑制作用，而鵝肌肽、L-1-甲基-組氨酸則減少該抑制作用。研究結果表明，這些化合物可能不是鈣蛋白酶的有效激活劑，但是肌肉中二肽的組成比例可能會對鈣蛋白酶抑制酶（calpastatin）對II型鈣蛋白酶的交互作用上有效果（Johnson等，1989）。此外，組氨酸和肌肽可以調節骨骼肌肉組織肌漿網的鈣離子通道活性(Batrukova等，1997)。

2.9 肌肽與抗衰老

在老鼠胚胎成纖維細胞培養試驗中發現，L-肌肽可以顯著減少培養過程中8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy deoxyguanosine，8-OH dG）的形成。據此可以推斷L-肌肽的抗衰老作用可能與它在氧化應激中可以抑制細胞內8-羥基脫氧鳥苷形成有關（Kantha等,1996）。隨著年齡增加，肌肉組織中游離肌肽含量減少，肌肉功能減退(Stuerenburg等，1999)。此外，細胞中肌肽的濃度隨動物年齡的增加而下降，Marlin等(1989)在馬的肌肉中發現隨著年齡增加肌肽的濃度下降。Johnson等(1992)也發現，在鼠的肌肉中肌肽水平隨著衰老而下降。肌肽對胎兒肺成纖維細胞的端?？s短比率和末端著絲粒的DNA損傷有保護作用，這也可能是肌肽延長壽命的一個機制（shao等，2004）。

2.10 肌肽其他生物功能

肌肽對血管的舒張作用，有可能經由環鳥苷一磷酸（cyclic GMP）介導發揮該作用。肌肽可以提高離體老鼠心肌自由細胞胞內的Ca水平和心肌收縮性，增強心臟和骨骼肌肉組織的收縮蛋白對鈣的敏感性（Douglas等，2000）。肌肽可以抑制由于紫外線照射引起的局部和全身性的過敏反應（Reeve等，1993）。肌肽和鵝肌肽可以調節人類中性粒細胞的免疫反應（Tan和Candlish，1998）。肌肽的抗交聯作用主要是由其組分組氨酸的咪唑基團發揮作用的。肌肽的抗氧化和抗糖化作用對抗交聯作用有利。研究結果表明：肌肽中的組氨酸在抗交聯過程中起主要作用（Laura等,2004）。L-肌肽對乙酸誘導的結腸粘膜潰瘍有保護作用，機制是通過增加熱休克蛋白HSP72的表達和抑制NF-κB的激活(Masaru等，2006)。肉中的肌肽由于具有降血糖、降血壓和抗衰老的作用，因而可以提高肉產品的營養功能。

3 肌肽的分布特點與不同類型肌纖維生理功能關系探解

3.1 不同動物品種和肌纖維類型的肌肽分布特點

細胞內肌肽的含量與細胞的分化狀態和細胞類型相關，在進行糖酵解的肌肉細胞內肌肽的濃度升高(Bakardjicv等，2000)，在馬骨骼肌的ⅡB型纖維中肌肽的濃度是Ⅰ型纖維的5倍（Dunnet等，1997）。肌肽在快收縮肌肉中含量較高而在慢收縮型肌肉中含量較少（Bump等，1990；Dunnett等，1997）。牛肉中的頰?。ㄖ饕约t肌纖維為主）和半腱?。ㄖ饕园准橹鳎┲械呐；撬?、肌肽、肌酸含量有很大的差異，頰肌中的?；撬崾前腚旒≈械?.9倍，但是頰肌中的肌肽、肌酸含量分別為半腱肌中的9%和65%(Purchas，2004)。Chan等(1994)報導肌肽和鵝肌肽在白肌纖維肌肉中比在紅肌纖維肌肉中含量高，他們發現雞的白肌纖維肌肉比紅肌纖維肌肉中包含有5倍多的肌肽和鵝肌肽。賴穎珍和郭俊欽(1999)實驗研究發現雞、鴨、火雞的胸肌肉萃取液中肌肽含量較腿肌多。Maikhunt?hod等(2005)研究表明，雞肉中胸肌的肌肽含量大約是腿肌中的7倍(分別為2 900和419 μg/g)。

3.2 營養素攝入對肌肽含量和分布的影響

有很少量的研究報道營養素對肌肉中肌肽含量的影響。肌肽與維生素E是眾所周知的抗氧化劑，維生素E的缺乏與伴行的骨骼肌中肌肽含量減少有關。另有人提出肌肽能改善維生素E的抗氧化效果。Chan等(1994)報導，當維生素E添加到有肌肽的日糧中，會提高肝中肌肽的含量。

3.3 不同類型肌纖維肌肽含量分布和生理功能關系解釋

考慮到肌肽在肌肉組織中的主要作用是充當抗氧化劑，那么我們就有理由推斷在氧化性肌肉中肌肽的合成也是相應需要增加的。但是以前的研究表明：在白肌和快速酵解肌肉中肌肽的含量較高，和其在該部位主要充當緩沖劑的生理功能角色是對應的(Davey，1960；Sewell等，1992)。但是，從另外一個角度來看，如果肌肽在慢速氧化型肌肉中持續的充當抗氧化劑，那么隨著它的抗氧化作用的發揮導致該部位肌肽代謝池的減少，檢測到的肌肽含量就并不能代表其真實發揮作用的實際含量。換句話來說，就是因為肌肽在氧化部位發揮了抗氧化作用，所以在該部位的檢測含量才會偏少的。Tanaka(1995)的研究結果也證實該種理論解釋的。Tanaka(1995)報道在經過5～20周的耐力訓練后老鼠的慢速氧化型肌肉和快速酵解肌肉中肌肽的含量都減少了，其解釋可能就是在該高氧化活力環境中鍛煉肌肉中肌肽由于進入生理代謝途徑被利用而減少。但是這兩種對立的理論解釋到底哪個是正確的并沒有得到徹底的解決（Maynard等,2001）。

（參考文獻59篇，刊略，需者可函索）