汪 洋，王穩(wěn)航

（天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300457）

骨骼肌是一種具有黏彈性的生物組織，是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，主要由水、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物和無(wú)機(jī)成分組成，在動(dòng)物宰殺成熟過(guò)程中轉(zhuǎn)化為肉，是人們?nèi)粘Ｉ钪袆?dòng)物蛋白的主要來(lái)源之一。

存在于肌肉組織中的結(jié)締組織稱為IMCT（Intramuscular connective tissue，IMCT），也統(tǒng)屬于胞外結(jié)締組織（Extracellular matrix，ECM），是維持肌肉的結(jié)構(gòu)和功能的重要部分，也是決定肉品質(zhì)（如嫩度、保水性） 的關(guān)鍵成分。自1840年Bowman 首次將橫紋肌或隨意肌中每條肌肉纖維周圍的結(jié)締組織結(jié)構(gòu)描述為“最精致的管狀膜鞘”以來(lái)，由于其在動(dòng)物體內(nèi)的生理作用以及在烹制過(guò)程中對(duì)肉的食用品質(zhì)的重要影響，人們就開(kāi)始對(duì)IMCT 的結(jié)構(gòu)組成和功能特性產(chǎn)生了濃厚的興趣[1]。

肌肉內(nèi)的IMCT 可分為3 類——肌外膜（Epimysium）、肌束膜（Perimysium）和肌內(nèi)膜（Endomysium）。這些結(jié)締組織由細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成，其中以細(xì)胞外基質(zhì)為主，包括膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白聚糖，它們?cè)贗MCT 中扮演不同的角色。在動(dòng)物體內(nèi)，IMCT 在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和衰老過(guò)程中起著重要作用。另外，在肉的宰后成熟和烹飪過(guò)程中IMCT 的組分產(chǎn)生不同程度的變化，對(duì)肉的嫩度等品質(zhì)具有重要影響，研究IMCT 在肌肉的組成、分布、合成代謝以及生物調(diào)控，具有重大意義。

近年來(lái)，隨著肉品科學(xué)和肉類加工業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)IMCT 有了更深層次的認(rèn)識(shí)，利用其生物學(xué)性質(zhì)和理化特性調(diào)控肉制品品質(zhì)成為健康肉類食品重要的發(fā)展方向。常海軍等[2]于2009年和2011年分別綜述了IMCT 與肉嫩度相關(guān)性，肌內(nèi)膠原蛋白與肉品質(zhì)的關(guān)系的研究進(jìn)展[3]。在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于IMCT的研究進(jìn)展，對(duì)IMCT 的結(jié)構(gòu)、組成、分布及生長(zhǎng)等方面進(jìn)行陳述與評(píng)論，最后展望其生物學(xué)控制技術(shù)，旨在豐富與拓展IMCT 的基礎(chǔ)理論與實(shí)用技術(shù)，為肉類食品的生物制造提供一些參考。

1 IMCT 的結(jié)構(gòu)與組成

骨骼肌是動(dòng)物機(jī)體最大的組織，具有收縮功能，也是肉的重要來(lái)源。作為一種復(fù)雜的生物組織，肌肉是由存在于復(fù)雜的結(jié)締組織形成的網(wǎng)絡(luò)中的高度收縮的肌原纖維結(jié)合形成的，結(jié)締組織相互交叉融合，形成應(yīng)力和黏連，直接或間接地與骨骼相連[4]；是一類典型的復(fù)雜黏彈性體，既具有固體的彈性性質(zhì)，又呈現(xiàn)液體的黏性性質(zhì)[5]，通常骨骼肌占產(chǎn)肉動(dòng)物胴體體重的35%～65%。骨骼肌由大約90%的肌纖維和10%的結(jié)締組織和脂肪組織組成[6]。肌纖維因不屬于本文闡述對(duì)象，不在此贅述，有關(guān)知識(shí)可參閱文獻(xiàn)[6]至[8]。

結(jié)締組織為肌肉的間質(zhì)部分，起支持聯(lián)系和營(yíng)養(yǎng)等作用。包在整個(gè)肌肉表面的稱為肌外膜，含有血管和神經(jīng)。由肌外膜發(fā)出結(jié)締組織以及血管和神經(jīng)分支伸入肌束之間，并包裹在肌束外，稱為肌束膜。再由肌束膜發(fā)出結(jié)締組織，伸入肌纖維之間，包裹在每根肌纖維外，稱為肌內(nèi)膜。肌內(nèi)膜、肌束膜、肌外膜相互連接并形成結(jié)締組織網(wǎng)絡(luò)，從而使得單根肌纖維的收縮可以通過(guò)肌內(nèi)膜傳至肌外膜[9]。同時(shí)，肌肉中還包括大量的血管和神經(jīng)，為肌肉提供養(yǎng)分并調(diào)節(jié)其活動(dòng)[10]，如圖1所示。

圖1 肌肉組織的結(jié)構(gòu)[6]Fig.1 Structure of muscle tissue[6]

肌肉的三層結(jié)締組織（肌內(nèi)膜、肌束膜、肌外膜）均為IMCT[11]，同屬于胞外結(jié)締組織（Extracellular matrix，ECM）。結(jié)締組織通常由膠態(tài)的基質(zhì)、絲狀的纖維和細(xì)胞成分組成，細(xì)胞成分包埋在基質(zhì)中，控制著IMCT 的生長(zhǎng)和修復(fù)；基質(zhì)主要由膠原蛋白和彈性蛋白組成，還包括蛋白聚糖和糖蛋白等，為IMCT 提供生物力學(xué)強(qiáng)度，調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞行為，在骨骼肌發(fā)育和肉的宰后成熟中起重要作用[12]。IMCT 的結(jié)構(gòu)、組成和數(shù)量在肌肉、物種和品種之間存在很大差異，并且對(duì)肉的質(zhì)地有重要的作用[13]。圖2描繪了各種生物大分子在骨骼肌纖維的位置和分子間的相互作用。

圖2 骨骼肌周圍細(xì)胞外基質(zhì)的示意圖[14]Fig.2 Schematic representation of the ECM surrounding skeletal muscle[14]

1.1 膠原蛋白

1.1.1 膠原蛋白的分子組裝與種類分布 IMCT中最豐富的蛋白質(zhì)是膠原蛋白，它是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，是一種富含羥脯氨酸的蛋白質(zhì)，哺乳動(dòng)物肌肉中膠原蛋白含量達(dá)12.8%[15]。膠原蛋白包含20 種氨基酸中的18 種，每個(gè)膠原蛋白分子中含有約33%的甘氨酸、12%的脯氨酸和11%的羥脯氨酸，蛋氨酸、半胱氨酸和酪氨酸含量低，色氨酸缺乏。膠原蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)中富含Gly-X-Y 重復(fù)序列，其中X 和Y 位置通常被脯氨酸（Pro）和羥脯氨酸（Hyp）占據(jù)[16]。每個(gè)膠原蛋白分子的中心區(qū)域由3 條α-鏈各自盤繞成左旋螺旋，再相互纏繞形成右手超螺旋，其與螺旋末端的無(wú)規(guī)卷曲部分共同構(gòu)成原膠原蛋白。原膠原蛋白分子再自我組裝形成膠原原纖維，膠原原纖維進(jìn)一步聚集形成膠原纖維，以及各種不同結(jié)締組織[17]。

目前已發(fā)現(xiàn)編碼29 種類型膠原蛋白的基因[18]，在骨骼肌中至少存在7 種膠原蛋白類型——I，III，IV，V，VI，XII 和XIV。骨骼肌中膠原蛋白的主要類型是I 型和III 型，它們成四分之一交錯(cuò)排列在組織中形成原纖維[13]。I 型膠原蛋白是肌外膜的主要成分，I 型和III 型在肌束膜中含量多，而在肌內(nèi)膜中主要是III 型、IV 型和V 型[19]，如圖3所示，這些結(jié)締組織共同賜予肌肉一定的韌度。因?yàn)榧∪忾g的肌外膜在加熱煮制加工過(guò)程中通常被修整掉，所以III、IV 和V 型膠原蛋白對(duì)肉韌度的貢獻(xiàn)要比I 型大一些。

圖3 肌肉中主要的膠原蛋白分子結(jié)構(gòu)圖[2，17]Fig.3 Structural diagram of major collagen molecules in muscle[2，17]

1.1.2 膠原蛋白的交聯(lián) 膠原蛋白分子的分層組裝和堆積可為不同的組織提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、機(jī)械完整性和彈性，其作用隨著分子間的共價(jià)交聯(lián)而增強(qiáng)。除了單個(gè)膠原蛋白分子的三螺旋結(jié)構(gòu)之外，膠原蛋白還通過(guò)翻譯后修飾形成的分子間和分子內(nèi)的交聯(lián)獲得了額外的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性[18]。該過(guò)程是通過(guò)賴氨酸氧化酶的作用將特定的賴氨酸和羥賴氨酸殘基轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醛而引發(fā)的，使在同一分子和相鄰分子中與并列的賴氨酸醛、賴氨酸、羥基賴氨酸和組氨酸殘基發(fā)生一系列縮合反應(yīng)，從而導(dǎo)致二價(jià)、三價(jià)和四價(jià)交聯(lián)[20]。交聯(lián)以3種共價(jià)鍵形式存在：（1）二硫鍵，由于僅含有半胱氨酸而被限制在III 型和IV 型中；（2）2 條α 鏈中賴氨酸和羥賴氨酸的醛基氧化形成的，在體外可還原；（3）更復(fù)雜的鍵，連接2 個(gè)以上的α 鏈，主要是膠原蛋白的老化過(guò)程中產(chǎn)生的（成熟交聯(lián)）[21]。

分子內(nèi)交聯(lián)是通過(guò)賴氨酰氧化酶作用于膠原蛋白的氨基和羧基端肽，將選定的賴氨酸和羥賴氨酸殘基轉(zhuǎn)化為醛基賴氨酸和羥基賴氨酸，可在纖維形成過(guò)程中通過(guò)醇醛縮合自發(fā)反應(yīng)，如圖4所示[20]，當(dāng)膠原蛋白分子內(nèi)的2 個(gè)α 鏈精確并聯(lián)排列時(shí)才能形成[19]。因此，α 鏈二聚體是由兩條α鏈的端肽段之間的分子內(nèi)交聯(lián)產(chǎn)生的。分子內(nèi)交聯(lián)不影響膠原纖維的穩(wěn)定性，而分子間的交聯(lián)影響膠原纖維的穩(wěn)定性[22]。

分子間交聯(lián)發(fā)生在膠原蛋白三聚體的端肽與四分之一交錯(cuò)的相鄰三聚體的螺旋區(qū)域之間。膠原原纖維中1 條α 鏈上的賴氨酸醛基與其鄰近的賴氨酸或羥賴氨酸ε-氨基反應(yīng)生成穩(wěn)定的醛胺類物質(zhì)（脫氫羥賴氨酰異亮氨酸，Dehydro-hydroxylysinonorleucine），該物質(zhì)具有還原性和熱不穩(wěn)定性，可被還原成羥賴氨酰異亮氨酸（Hydro-xylysinonorleucine），這些交聯(lián)的化學(xué)性質(zhì)取決于膠原組織的性質(zhì)和年齡。交聯(lián)的差異是由于三螺旋中端肽和特定賴氨酸的羥基化程度所致。這些二價(jià)交聯(lián)僅是中間體，隨后與組氨酸、賴氨酸或羥賴氨酸殘基多次縮合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的三價(jià)交聯(lián)——組氨酸-羥基-賴氨酸正亮氨酸、羥賴氨酸吡啶啉和賴氨酸吡啶啉，并且隨著成熟過(guò)程中膠原蛋白合成代謝的減少，三價(jià)交聯(lián)在組織中不斷累積。大部分成熟的交聯(lián)在動(dòng)物生命后期形成，其局部濃度取決于形成它們的組織、年齡、性別、活動(dòng)和身體狀態(tài)[18]。

在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，隨著非還原性交聯(lián)的增加[15]，使肌肉中的膠原蛋白不斷地互相形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了肌肉的韌性，同時(shí)膠原蛋白的可溶解性越來(lái)越低。此外，膠原纖維變粗可能也會(huì)導(dǎo)致韌性增加[23]。

降解現(xiàn)有的IMCT 結(jié)構(gòu)和成分并合成新的替代成分的過(guò)程稱為膠原蛋白的合成代謝[1]。未成熟交聯(lián)占比高表明主要是新的膠原蛋白合成，例如：在組織生長(zhǎng)、纖維化、傷口愈合和骨折修復(fù)中。相反，成熟的交聯(lián)占優(yōu)勢(shì)則表明膠原合成代謝程度低。因此，未成熟與成熟交聯(lián)的比例可作為膠原組織代謝率的指標(biāo)[24]。動(dòng)物成熟后膠原組織的合成代謝減少，膠原蛋白中葡萄糖和賴氨酸的ε-氨基反應(yīng)，形成第二種交聯(lián)機(jī)制，通常稱為非酶糖基化，與精氨酸形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，生成葡萄糖苷，與之類似的結(jié)構(gòu)如戊糖苷，在分子間交聯(lián)的形成中發(fā)揮作用[18]，如圖4中④所示。

此外，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可介導(dǎo)膠原蛋白的交聯(lián)，可將非膠原配體固定在膠原上，從而形成分子內(nèi)、分子間交聯(lián)，如圖4中③所示[18]。

圖4 膠原蛋白交聯(lián)途徑示意圖[18]：①賴氨酰氧化酶介導(dǎo)的交聯(lián)；②羥賴氨酸途徑分別產(chǎn)生酮亞胺和醛亞胺交聯(lián)；③轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶介導(dǎo)的肽鏈交聯(lián)；④非酶糖基化Fig.4 Schematic diagram of collagen cross-linking pathway[18]：①lysyl oxidase-mediated linked；②the hydroxylysine pathways leads to ketoimine and aldimine crosslinks；③transglutaminase-mediated peptide chain cross-link；④nonenzymatic glycation

1.2 彈性蛋白

彈性蛋白是極其穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，可為許多組織和器官（例如：肺、皮膚、血管和韌帶）提供彈性和回彈力[25]，在肌肉中分布較少。在牛肉中，除了半腱肌和背闊肌以外，大多數(shù)肌肉中彈性蛋白的含量均很少（通常干重低于0.4%），一般僅為膠原蛋白的1/10[26]，如圖2所示。彈性蛋白在加熱時(shí)也發(fā)生收縮，使肉變硬，其對(duì)肉的質(zhì)地影響不可忽視。

彈性蛋白的組成中，甘氨酸占40%，疏水氨基酸占40%（其中纈氨酸占18%），還有少量脯氨酸和羥脯氨酸。在賴氨酸氧化酶的作用下，80%以上的賴氨酸殘基在彈性蛋白分子之間和內(nèi)部形成共價(jià)交聯(lián)[27]，其特有的交聯(lián)是異鎖鏈素（Isodesmosine）和鎖鏈素（Desmosine）[28]。隨著動(dòng)物年齡的增長(zhǎng)，彈性蛋白的可溶性下降。

Rowe[29]通過(guò)顯微鏡觀察牛半腱肌和背最長(zhǎng)肌中彈性蛋白的組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)彈性蛋白具有2 種結(jié)構(gòu)形式，在肌外膜和肌束膜中，粗彈性纖維（直徑5～10 μm）與肌纖維長(zhǎng)軸平行，而細(xì)彈性纖維（直徑1～2 μm）近似于膠原纖維的走向，與肌纖維長(zhǎng)軸呈一定的角度。此外，半腱肌肌外膜和肌束膜上含有大量的彈性蛋白，而背最長(zhǎng)肌中的粗彈性蛋白少，細(xì)彈性蛋白含量相近。另外，研究發(fā)現(xiàn)與波浪狀膠原纖維束相關(guān)的彈性纖維有助于肌肉在變形后恢復(fù)其原始形態(tài)[30]。

1.3 蛋白聚糖

細(xì)胞外基質(zhì)的另一個(gè)主要成分是蛋白聚糖（Proteoglycan，PG），它的重要作用是將細(xì)胞外基質(zhì)的纖維成分連接在一起[11]，如圖2所示。PG 是由核心蛋白組成，硫酸化的糖胺聚糖鏈（Glycosaminoglycan，GAG）與之共價(jià)連接。GAG 是高度硫酸化且?guī)ж?fù)電荷的二糖重復(fù)序列的聚合物。附著于核心蛋白的典型GAG 包括硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素和硫酸角質(zhì)素。這些GAG的數(shù)量、長(zhǎng)度和化學(xué)結(jié)構(gòu)在不同的PG 之間有所不同，通常與質(zhì)膜和細(xì)胞外基質(zhì)形成有關(guān)[28]。核心蛋白的結(jié)構(gòu)和大小高度可變，分子質(zhì)量約為40～350 ku。蛋白多糖分子中帶有大量的負(fù)電荷，使蛋白多糖鏈相互排斥，分子結(jié)構(gòu)松散，可以吸附大量水分。因此，蛋白多糖通過(guò)調(diào)控結(jié)締組織纖維的大小和排列，影響肉的質(zhì)地[19]。

在骨骼肌中，蛋白聚糖的表達(dá)會(huì)在肌肉發(fā)育和生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生變化，從富含大量硫酸軟骨素蛋白聚糖的混合物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩彳浌撬?、硫酸皮膚素和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖的混合物，表明不同的蛋白聚糖在肌肉生長(zhǎng)過(guò)程中可能具有不同的發(fā)育功能。此外，蛋白聚糖可能與膠原蛋白和非膠原蛋白成分相互作用，在組織功能、結(jié)構(gòu)和形態(tài)建成中起重要作用[31]。例如：核心蛋白聚糖（Decorin），一種富含亮氨酸的小分子蛋白聚糖，是橫紋肌中蛋白聚糖的主要類型，在調(diào)節(jié)膠原蛋白原纖維直徑和肌纖維生長(zhǎng)、牛胎兒肌生成的早期IMCT 形態(tài)形成中起重要作用[32]，還可通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)因子在肌肉細(xì)胞靜止和生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用[28]。硫酸乙酰肝素蛋白聚糖可調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞的增殖、分化和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（FGF2）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[31]。

PG 對(duì)肉的質(zhì)地有一定的貢獻(xiàn)，在肌內(nèi)膠原網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定中起重要作用，受生理變化（生長(zhǎng)、年齡）影響較大，在動(dòng)物宰后存儲(chǔ)期間能夠被蛋白酶迅速降解[33]。宰后成熟過(guò)程中，PG 的降解會(huì)使膠原蛋白暴露于膠原酶中，并促進(jìn)其降解，從而影響IMCT 的機(jī)械性能和肉的嫩度[34]。Wang 等[35]研究了IMCT 的蛋白聚糖對(duì)不同大理石花紋水平和成熟度的牛肌肉剪切力的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)剪切力與蛋白聚糖的含量成正相關(guān)。Dubost 等[36]研究發(fā)現(xiàn)蛋白聚糖在烤制的背最長(zhǎng)肌和煮制的半膜肌中起多汁的作用。此外，通過(guò)對(duì)蛋白聚糖、糖蛋白、XII 型和XIV 型膠原蛋白與牛肉感官特性相關(guān)性的研究，結(jié)果表明這些成分與總膠原蛋白和不溶性膠原蛋白具有信息互補(bǔ)，從而能夠更真實(shí)地評(píng)價(jià)最終肉制品的品質(zhì)[34]。

1.4 生物學(xué)功能

IMCT 具有多重生理作用，它是肌肉細(xì)胞外的復(fù)雜的蛋白網(wǎng)絡(luò)，維持肌肉結(jié)構(gòu)并將收縮力傳遞到肌腱和骨骼中[30]。除了其結(jié)構(gòu)作用外，IMCT 在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)生長(zhǎng)因子、調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞生長(zhǎng)的過(guò)程中也很重要[12]。它能夠?yàn)榉?wù)整個(gè)肌肉組織的主要神經(jīng)、血管和每條肌肉纖維的單個(gè)神經(jīng)元和毛細(xì)血管提供機(jī)械支撐；調(diào)控肌肉的發(fā)育和神經(jīng)支配，并將組織整合在一起；提供了整合整個(gè)組織收縮功能的基質(zhì)，使機(jī)械力通過(guò)細(xì)胞-基質(zhì)相互作用以及將細(xì)胞連接在一起的肌內(nèi)膜結(jié)締組織相互協(xié)調(diào)，并在相鄰的肌肉細(xì)胞之間傳遞[11]。

2 IMCT 的合成代謝與體內(nèi)分布

2.1 合成代謝

IMCT 是一個(gè)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的結(jié)構(gòu)。由于IMCT 在整個(gè)肌肉中形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，因此在動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程中必須通過(guò)蛋白水解和新成分的合成來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以滿足肌肉生長(zhǎng)?；|(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMP）是對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)成分具有特異性的鋅依賴性蛋白酶家族，在調(diào)節(jié)肌生成、纖維生成和脂肪形成中起重要作用，可對(duì)結(jié)締組織進(jìn)行分解和重構(gòu)[37]。至少有25 種MMP已通過(guò)生物化學(xué)方法鑒定，每種MMP 都有不同的首選靶標(biāo)范圍，并以特定的方式與不同的細(xì)胞外基質(zhì)成分相互作用[1]。

MMP 負(fù)責(zé)肌內(nèi)結(jié)締組織的降解，從而可以在動(dòng)物生長(zhǎng)的肌肉增長(zhǎng)時(shí)，適當(dāng)增加肌肉纖維的大小。與合成ECM（主要是膠原蛋白）新成分的成纖維細(xì)胞的活性相結(jié)合，調(diào)控膠原蛋白的降解和合成的平衡[37]。MMP 通常以酶原形式從成纖維細(xì)胞和其它細(xì)胞中分泌出來(lái)，并通過(guò)蛋白水解去除屏蔽活性位點(diǎn)的小區(qū)域而在細(xì)胞外被激活。MMP 活性也受到金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMP）的調(diào)節(jié)[38]。

IMCT 合成代謝途徑如圖5所示[38]，肌肉組織內(nèi)細(xì)胞的反應(yīng)可能會(huì)影響IMCT 的更新，細(xì)胞信號(hào)通路可以對(duì)多種刺激產(chǎn)生反應(yīng)，從而增加MMP、TIMP 和基質(zhì)成分，如纖維膠原蛋白的合成。MMP 的活性和新基質(zhì)成分的合成會(huì)影響IMCT 的合成代謝與重構(gòu)。

圖5 IMCT 合成代謝過(guò)程示意圖（MMP，基質(zhì)金屬蛋白酶；TIMP，基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑）[38]Fig.5 Schematic diagram of the anabolic process of IMCT（MMP，matrix metalloproteinase；TIMP，the tissue inhibitor of matrix metalloproteinase）[38]

2.2 肌肉內(nèi)IMCT 的分布變化

在肌肉中，承擔(dān)精細(xì)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的肌肉纖維質(zhì)地纖細(xì)，IMCT 含量高，而承擔(dān)粗重運(yùn)動(dòng)的肌肉纖維質(zhì)地粗糙，其含量則較低[39]。此外，不同肌肉中肌束膜和肌內(nèi)膜中IMCT 含量不同。Purslow[39]對(duì)14 組牛肉的研究結(jié)果表明，肌肉的肌束膜中膠原蛋白含量約是肌內(nèi)膜的2.5 倍，在一些肌肉中肌束膜的厚度可能比其它肌肉厚2.5 倍，肌束膜的尺寸和形狀也具有明顯差異。Bendall[40]通過(guò)對(duì)31組牛肉的研究，發(fā)現(xiàn)膠原蛋白含量占無(wú)脂干物質(zhì)含量的1%～15%，而彈性蛋白含量在0.05%～2%之間變化。

3 動(dòng)物生長(zhǎng)對(duì)IMCT 的影響

長(zhǎng)期以來(lái)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，肌肉中IMCT 的含量變化是影響烹飪時(shí)不同肌肉韌性的重要因素之一。隨著動(dòng)物的生長(zhǎng)，可溶性膠原蛋白占比降低，不溶性膠原蛋白占比升高，膠原蛋白的溶解度顯著下降[41]。諶啟亮等[42]研究了不同月齡的西門塔爾雜交公牛，發(fā)現(xiàn)隨著牛月齡的增加，背最長(zhǎng)肌的剪切力隨著肌纖維直徑的增大而增大，隨著羥脯氨酸含量的增加而增大。表明肉的嫩度與肌纖維直徑、結(jié)締組織含量呈負(fù)相關(guān)。

Wojtysiak[43]研究了45 只波蘭大白豬在生長(zhǎng)期為90，150，210 d 的腰長(zhǎng)肌結(jié)締組織結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，膠原纖維在肌內(nèi)膜和肌束膜中的排列變得更密且更規(guī)則，肌內(nèi)膜和肌束膜厚度和肌纖維直徑顯著增加。相反，肌肉結(jié)構(gòu)中膠原蛋白面積百分比、膠原蛋白總量和可溶性膠原蛋白含量逐漸降低。Girard 等[44]發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長(zhǎng)，從12～13 個(gè)月到18～20 個(gè)月時(shí)，臀中肌的平均總膠原含量和平均剪切力值增加，并且這些變化伴隨著可溶性膠原的減少。

膠原蛋白中的交聯(lián)程度隨著動(dòng)物年齡的增長(zhǎng)而增加，其可還原形式逐漸轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的不可還原形式，IMCT 的結(jié)構(gòu)完整性提高。Hill[45]通過(guò)對(duì)98 頭牛、5 只綿羊、9 頭豬的肌肉分析，發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長(zhǎng)，總肌內(nèi)膠原百分比降低。在16 周至6 個(gè)月的年齡范圍內(nèi)，牛的肌內(nèi)總膠原蛋白含量變化很大，沒(méi)有跡象表明其隨年齡增長(zhǎng)呈系統(tǒng)性的增加，而膠原蛋白的交聯(lián)數(shù)量或強(qiáng)度隨著年齡的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。這充分說(shuō)明隨著動(dòng)物生長(zhǎng)，肌肉中膠原蛋白含量和共價(jià)交聯(lián)會(huì)產(chǎn)生協(xié)同變化，這些變化增加了IMCT 的機(jī)械性能，有助于增強(qiáng)肉的韌性。

除生長(zhǎng)期外，IMCT 還受到飼料、飼養(yǎng)方式等多方面因素的影響。Archile-Contreras 等[46]發(fā)現(xiàn)飼養(yǎng)方式的差異會(huì)對(duì)2 種牛的肌肉的韌性和膠原蛋白特性產(chǎn)生影響，并且可能會(huì)以不同的方式影響不同肌肉的嫩度，同時(shí)生長(zhǎng)速率會(huì)在不同程度上影響2 種肌肉的熱溶性膠原蛋白的含量。Modzelewska-Kapitu?a 等[47]發(fā)現(xiàn)給荷斯坦黑白花公牛喂食能量值更高的飼料，其岡下肌的脂肪含量和水溶性膠原蛋白的比例會(huì)升高，不溶性膠原蛋白含量降低，這表明喂食能量值高的飼料會(huì)對(duì)岡下肌的屠宰價(jià)值和膠原蛋白分布產(chǎn)生有利影響。除飼養(yǎng)方式外，性別會(huì)影響肌肉中的膠原蛋白含量和分布[48]。

4 IMCT 的生物調(diào)控

4.1 品種調(diào)控

Blanco 等[49]通過(guò)對(duì)不同動(dòng)物品種的膠原蛋白含量進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物品種的差異會(huì)導(dǎo)致膠原蛋白特性的不同，這表明不同品種的動(dòng)物可能具有不同的IMCT 分布。在牛、豬、雞或羊品種的遺傳選擇中，對(duì)肌肉生長(zhǎng)和瘦肉含量的遺傳選擇很普遍，而迄今為止IMCT 特征似乎并沒(méi)有作為遺傳選擇。Blanco 和Alonso[50]在安格斯和克里奧洛牛的背最長(zhǎng)肌中發(fā)現(xiàn)I 型膠原蛋白與III 型膠原蛋白的比率存在差異。Christensen 等[51]研究了15 種歐洲牛的總膠原蛋白濃度和溶解性，發(fā)現(xiàn)膠原蛋白濕重總含量在2.72～4.07 mg/g 之間，溶解性在21.7%～27.3%之間。Panea 等[52]研究了10 個(gè)品種的西班牙和法國(guó)本地牛的肉質(zhì)特性，發(fā)現(xiàn)品種能夠影響膠原蛋白特性和肉的質(zhì)地，其中法國(guó)品種牛的膠原蛋白溶解度值比西班牙品種低。同時(shí)，該研究認(rèn)為當(dāng)動(dòng)物的年齡相似時(shí)，膠原蛋白的溶解度可能是檢測(cè)品種間差異的最佳參數(shù)，而在成熟時(shí)動(dòng)物之間年齡的差異與肌內(nèi)膠原蛋白的熱穩(wěn)定性密切相關(guān)。由此看來(lái)，膠原蛋白溶解度對(duì)定義肉的質(zhì)地和感官質(zhì)量非常重要。

4.2 細(xì)胞調(diào)控

畜體中不同肌肉間的IMCT 數(shù)量和空間分布不同，尤其是肌束膜，這似乎與其體內(nèi)功能有關(guān)，因此降低結(jié)締組織的總含量是不可行的，然而可以操縱膠原蛋白的成熟狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)肉嫩度。原理上，可通過(guò)增加結(jié)締組織新陳代謝率，生產(chǎn)出成熟度較低的IMCT，使其在60 ℃以上烹飪更容易分解，從而提高了熟肉的嫩度，而這可以通過(guò)調(diào)控MMP 來(lái)操縱IMCT 的重塑速率來(lái)實(shí)現(xiàn)[38]。

肌肉細(xì)胞和成纖維細(xì)胞都分泌MMP 和TIMP[53-55]，而這些酶表達(dá)受多種因素的影響，例如：品種、年齡、性別、飼料水平、運(yùn)動(dòng)和肌纖維類型[37]。Archile-Contreras 等[55]證明，從同一只牛的3種肌肉中分離出的成纖維細(xì)胞具有不同的MMP活性，反映出這些肌肉中不同數(shù)量的結(jié)締組織和結(jié)構(gòu)會(huì)影響酶的表達(dá)。此外，MMP 的功能還受體內(nèi)活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的影響，其與飼養(yǎng)環(huán)境和飲食等因素有關(guān)。通常，ROS 能夠增加MMP2 活性并減少膠原蛋白的合成，而維生素E 和維生素C 可以抵消氧化應(yīng)激對(duì)新膠原蛋白合成的負(fù)面影響[56]。到目前為止，已證明有4 種MMP 可降解彈性蛋白及其前體原彈性蛋白，即MMP-2，-7，-9 和-12[25]。

在體外細(xì)胞培養(yǎng)模型中，外界刺激可誘導(dǎo)MMP 活性提高，其能夠破壞IMCT，并增加膠原蛋白的新合成，表明MMP 具有操縱IMCT 轉(zhuǎn)換的能力[38]。在未來(lái)的研究中，可以基于這些因素在動(dòng)物體內(nèi)的作用來(lái)評(píng)估對(duì)肉的嫩度存在的潛在影響，由于動(dòng)物體內(nèi)多種因素之間復(fù)雜的相互作用，可以預(yù)想對(duì)動(dòng)物進(jìn)行整體處理可能會(huì)對(duì)不同肌肉的肉質(zhì)產(chǎn)生不同的影響。

4.3 基因調(diào)控

在探究IMCT 結(jié)構(gòu)和組成的遺傳選擇時(shí)，通常要分析與IMCT 合成代謝緊密相關(guān)的MMP、TIMP 的單核苷酸多態(tài)性（Single nucleotide polymorphisms，SNP）[1]。在?；蚪M中，已鑒定出230萬(wàn)個(gè)推定的SNP，然而只有大約123 000 個(gè)SNP是從具有高質(zhì)量的深層序列覆蓋且被驗(yàn)證的可能性較高的區(qū)域中鑒定出來(lái)的[57]。在牛中許多SNP與畜體的特征、生長(zhǎng)速率和肉質(zhì)變化有關(guān)[58]。

其中，MMP 和TIMP 中的SNP 可能影響脂肪的數(shù)量和組成，結(jié)締組織的含量以及動(dòng)物肌肉中的交聯(lián)。Dunner 等[59]從15 個(gè)歐洲牛品種的肉中鑒定了與脂肪形成和脂質(zhì)分布相關(guān)基因中的SNP。在分析的候選基因中，他們發(fā)現(xiàn)MMP-1 中的SNP與脂肪酸種類和含量具有相關(guān)性，尤其是二十二碳六烯酸和共軛亞油酸含量的影響很大。同時(shí)，MMP-1 基因多態(tài)性影響m-鈣蛋白酶的活性，并與肉的嫩度有關(guān)。因此，進(jìn)一步檢查MMPs 和TIMPs 基因中的SNPs 可能有助于評(píng)估這些酶在肌肉發(fā)育和肉質(zhì)遺傳控制中的作用。同時(shí)，可以合理地猜想牛肉中MMPs 的活性存在某些自然變化，可能與MMPs 和TIMPs 的基因多態(tài)性的發(fā)生有關(guān)，并且也與宰后成熟和烹飪過(guò)程中IMCT 的完整性和韌性的變化有關(guān)。

5 展望

IMCT 是肌肉中必不可少的組分，它在生命體中起多方面的作用，主要由膠原蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖和糖蛋白等組成。在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，IMCT 的結(jié)構(gòu)和組成會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，主要體現(xiàn)在其含量、溶解性、交聯(lián)度等方面，進(jìn)而影響到肉的質(zhì)地。目前，除了對(duì)膠原蛋白的組成和作用了解比較清楚外，彈性蛋白和蛋白聚糖的相關(guān)性質(zhì)和功能了解較少。另外，IMCT 作為完整的生物結(jié)構(gòu)對(duì)肌肉以及肉的性能的貢獻(xiàn)性需要進(jìn)一步研究。鑒于IMCT 對(duì)肉品質(zhì)的重要作用，進(jìn)一步探究動(dòng)物體內(nèi)IMCT 成分的表達(dá)與調(diào)控機(jī)制，以及如何利用現(xiàn)代生物技術(shù)從品種選育、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、養(yǎng)殖方式等方面控制其在肌肉中的含量以達(dá)到改善肉的質(zhì)地的目的，是未來(lái)需要我們深入了解、認(rèn)識(shí)和研究的重要領(lǐng)域。隨著人們對(duì)肉食品的營(yíng)養(yǎng)、健康、綠色、安全要求的不斷提高，鑒于過(guò)度加工對(duì)肉食品的潛在健康影響，對(duì)肉的原料品質(zhì)提升是提高終端產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)健康肉食品的關(guān)鍵。隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步和合成生物學(xué)的快速發(fā)展，生物制造技術(shù)在調(diào)控IMCT 及與其相關(guān)的肉食品質(zhì)上將發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。