应激(stress)是指机体在各种内外环境因素及社会、心理因素刺激时所出现的全身性非特异性适应反应，又称为应激反应。应激后机体多个环节能量代谢的改变是引起氧化应激的机制之一。年美国衰老研究权威Sohal教授首次提出了氧化应激(oxidativestress)概念，是指机体受到内源性或外源性有害刺激，体内组织细胞活性氧产生增多，超出机体清理能力，从而导致机体内脂质过氧化产物增多，进一步损伤DNA，并使蛋白质表达异常，最终引发机体损伤。各种应激均能不同程度地影响动物体内蛋白质的合成及其翻译后的修饰，有研究表明，低温应激会影响动物体内蛋白质的合成，也有研究表明，氧化应激会直接影响蛋白质的翻译后修饰，但其机制尚不明确。
在生命体中，蛋白质翻译后修饰具有十分重要的作用。碳水化合物衍生物或糖基化物的添加，是一种常见的翻译后修饰，会直接影响蛋白质的功能。特别是，O-连接的β-D-N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)的添加和去除，在人类疾病如癌症、胰岛素抵抗和神经退行性病变的发病机制中起着重要的作用，研究学者发现，蛋白质的O-GlcNAc糖基化修饰在骨骼肌发育和生理功能中起着重要的作用。充分了解氧化应激下，O-GlcNAc糖基化修饰对骨骼肌代谢的影响，对临床的治疗以及肉类的品质保证都有重要的作用。
1氧化应激
1.1氧化应激起因
细胞在正常代谢和先天免疫反应过程中，都会产生活性氧代谢物(ROM)-自由基。首先，肠上皮细胞的主动新陈代谢本身就是ROM的来源，其生成与电子传递链的活性有关。所产生的活性物质包括超氧化物阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(·OH)，他们都是线粒体中氧化磷酸化不可避免的产物，其次，另一个内源性氧化应激源自于肠道先天及获得性免疫系统在许多共生物和病原微生物反应过程中产生的一氧化氮(NO)，其在食物和水的吸收过程中不可避免地会产生。
1.2氧化应激对蛋白质翻译后修饰的影响
翻译后修饰是蛋白质生物合成过程中比较靠后的步骤，其对蛋白质活性的调节起着重要的作用。常见的蛋白质翻译后修饰过程有泛素化、磷酸化、糖基化、脂基化、甲基化和乙酰化等。泛素化对于细胞分化与凋亡、DNA修复、免疫应答和应激反应等生理过程起着重要作用;磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等生理或病理过程;糖基化在许多生物过程中如细胞生长、免疫保护、病毒的复制、炎症的产生等过程中起着重要的作用;脂基化对于生物体内的信号转导过程起着关键性的作用；组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节密切相关。
当机体发生内源性氧化应激时，体内会产生大量的一氧化氮(NO)，并会引起蛋白质酪氨酸残基的硝基化修饰，其作用机制主要是NO与超氧自由基或过氧化氢(H2O2)作用，生成的ONOO-或二氧化氮(NO2)与蛋白质的酪氨酸残基作用,引起酪氨酸硝基化修饰。核、线粒体和细胞质中O连接β-N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)的修改是蛋白质基本的翻译后修饰。Zachara等研究中发现，氧化应激会导致细胞的损伤，从而使体内或体外模型中O-GlcNAc水平升高。Reeves等进一步研究表明，氧化应激并不能改变N位链接的N，N-二乙酰基，而是通过诱导O型GlcNAc糖基化，来施行对蛋白质的翻译后修饰。由此可见，氧化应激对蛋白质的翻译后修饰具有一定的影响，但其作用机制仍在积极地研究探索中。
2蛋白质的糖基化修饰
糖基化作为一种主要的蛋白质翻译后修饰形式，在复杂的生命活动中扮演着重要的角色。蛋白质的糖基化过程主要是低聚糖以糖苷的形式与蛋白质上特定的氨基酸残基共价结合，通过氨基酸和糖的连接方式可分为O位糖基化、N位糖基化、C位甘露糖化以及GPI(glycophosphatidlyinositol)锚定连接4种类型。
O位糖基化多发生在与脯氨酸临近的丝氨酸或苏氨酸残基上，糖基化蛋白多为β构型。由于O位糖基化修饰过程是逐步添加单糖到蛋白质上，不会形成寡糖链，因此很难找到糖基化修饰位点。O位糖基化反应多发生在高尔基体和细胞核或细胞质中，研究发现发生在高尔基体上的糖基化，起始于丝氨酸和苏氨酸羟基上连接N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、海藻糖、甘露糖等的还原端。发生在细胞核或细胞质中的糖基化是在丝氨酸或苏氨酸残基上与N-乙酰葡萄糖胺相连接。O位糖基化是哺乳动物体内最常见的，主要是由GalNAc转移酶催化的O-GalNAc糖基化，进而连接Gal，GalNAc或者GlcNAc部分。O-GlcNAc糖基化从构象上被分为两类：O-α-GlcNAc和O-β-GlcNAc，是一种可逆的过程。它具有3个典型的特征：糖基化与磷酸化相互抑制，对很多蛋白有去磷酸化作用；糖基化位点与蛋白激酶作用位点相似；O-GlcNAc糖基化高度动态，对细胞信号等能做出快速的反应。
N位糖基化是通过内分泌蛋白和膜结合蛋白的天冬酰氨残基的氨基，在糖基转移酶催化下与寡糖结合发生的，该过程发生在内质网上。
C位甘露糖化是将α-mannopyranosyl残基通过C-C键连接到色氨酸吲哚环C-2上，这种糖基化方式多发生在蛋白质W-X-X-C，W-X-X-F或者W-X-X-W的第一个色氨酸残基上。GPI锚定连接指的是磷脂酰-纤维糖在靠近蛋白C端部位后相互结合，并将蛋白连接到细胞膜上。
3O-GlcNAc糖基化修饰在动物肌肉中的作用
3.1O-GlcNAc糖基化修饰的特点
Torres等首次在鼠类淋巴细胞中发现了N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)修饰的蛋白质，这种修饰是指单个N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine，GlcNAc)以O-糖苷键与蛋白质的丝氨酸或苏氨酸的羟基相连接。随着质谱技术的发展，已知O-GlcNAc修饰的蛋白质的数量日趋增长，根据Hart和Ma等最新报道，O-GlcNAc修饰的蛋白质种类已达多种。它们几乎参与了生物体内所有细胞过程的调控，包括信号转导、基因转录、细胞周期调控、蛋白质酶解等。O-GlcNAC修饰还与一些如2型糖尿病、癌症、神经退行性疾病、心血管疾病等密切相关。
O-GlcNAc修饰与传统的糖基化修饰有所不同，传统糖基化修饰的蛋白质存在于细胞膜的表面和细胞间隙中，而O-GlcNAc修饰的蛋白质主要存在于细胞核和细胞质中；传统的糖基化修饰多为聚糖修饰，而O-GlcNAc修饰是不能被进一步修饰的单糖修饰。O-GlcNAc修饰与磷酸化修饰相似，对细胞内信号或细胞周期变化可快速反应，是个动态可逆的过程。但磷酸化的调控拥有大量的蛋白激酶和磷酸酶，O-GlcNAc糖基化的调控过程只需要2个酶的参与：β-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶(N-acetylglucosaminyltransferase,OGT)和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(β-Nacetylglucosamindase,OGA)。其中，OGT负责O-GlcNAc的添加，而OGA则负责O-GlcNAc的移除。
3.2O-GlcNAc糖基化修饰在动物骨骼肌中的作用
O-连接的β-D-N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)是一种新型的信号通路。研究学者通过小鼠模型和体外细胞培养实验表明，不适当的O-GlcNAc糖基化会损害肌纤维的形成，并诱导肌肉萎缩。骨骼肌占全身重量的40%-60％，是由代谢和收缩性能不同的纤维组成的，并且是能量储存和利用的一个重要组织。许多研究结果证实了骨骼肌萎缩与细胞凋亡有关，骨骼肌细胞凋亡的基因调控与Fas、Bcl-2基因家族、NO、活性氧有关。又由于氧化应激可以诱导细胞凋亡，也可以促进O-GlcNAc糖基化，说明氧化应激、O-GlcNAc糖基化与骨骼肌萎缩三者之间有着密切的联系，但其信号转导网络错综复杂，研究者往往只能控制某一因素从某一角度去探察，所以这种途径在调节骨骼肌代谢平衡中的作用机制尚不明确。
肌卫星细胞是小的单核梭形细胞，是源于胚胎中胚层的干细胞，在正常骨骼肌中，它位于基底膜与肌纤维浆膜之间，处于静止状态。当受到外界刺激，在应激状态下可以分裂、增生，形成新的肌纤维，是骨骼肌再生的储备力量，负责骨骼肌的生长和损伤修复。经研究发现：1）O-GlcNAc信号传导在卫星细胞静息和功能的维持中起着至关重要的作用；2）O-GlcNAc信号传导调节着骨骼肌的收缩和骨骼肌的代谢；3）O-GlcNAc信号是一种营养代谢传感器，可以维持骨骼肌的代谢平衡。Haddad等研究还发现，在骨骼肌中，白细胞介素6(IL-6)可以调节糖脂代谢、增加卫星细胞的增殖并导致肌肉损耗。Kazemi等报道了糖基化修饰的作用机制很多，其一就是可以触发calpain、p38MAP、TNF-α、BCL2、IL-6等多种信号通路来保护细胞。IL-6是一种作用于多种细胞的细胞因子，早有研究表明氧化应激可以促进白细胞介素6的增值，那么氧化应激下，IL-6与O-GlcNAc糖基化是如何调节骨骼肌代谢平衡的，其明确的作用机制还需要大家进一步研究。
随着研究学者不断地研究发现，O-GlcNAc糖基化目前已被认可是不同生物过程中的营养传感器，其在骨骼肌中调控过程只受OGT与OGA2种酶调控，OGT是将O-GlcNAc添加到蛋白质上，OGA负责将O-GlcNAc从蛋白质上水解下来，这两种酶是一种新的信号传导途径，在多种细胞过程中都起着重要的作用。Zachara的研究小组在O-GlcNAc水平与细胞压力的实验中发现，在检测的所有细胞中，外界压力包括热应激、乙醇、UV、低氧、还原、氧化和渗透压力都会使细胞的糖基化修饰水平迅速增加；并且这种修饰是动态的过程，在外界压力消除后的24～48h内，糖基化修饰水平逐渐恢复到正常水平。在热激调节下，糖基化修饰增加主要是由于OGT活性的增加导致的，这也说明了OGT的活性与应激因素之间有着密切的关系。经过Zammit等的研究发现，OGT的丢失会使骨骼肌卫星细胞(SCs)的自我更新大大降低，并会使肌肉的再生能力受到严重的损伤。这说明在SCs中,OGT所起到的作用是维持SCs的静止状态，如果OGT缺失将会导致SCs的凋亡，甚至会导致那些在肌肉再生中起到调节作用的SCs无法发挥作用。这些结果清晰地表明，氧化应激会影响OGT的活性，OGT又会促进骨骼肌卫星细胞的增生，而骨骼肌卫星细胞是肌肉再生的主要贡献者，但其明确的作用机制还需进一步深入探讨。
4展望
蛋白质的翻译后修饰在机体的正常生命活动过程中发挥着至关重要的调节作用，该过程的异常将直接影响蛋白质功能的执行，进而引发相应疾病的产生。因此，充分了解氧化应激对蛋白质翻译后的影响，将有助于人们对于疾病的预防和治疗，并能更好地了解O-GlcNAc糖基化修饰在动物骨骼肌代谢中的作用。
目前我国近70%的肉类消费仍是猪肉消费，我国猪肉人均消费量城市为每年每人20kg，农村为每年每人13kg，对于拥有8亿农民人口的中国来说，猪肉消费市场有着极大的潜力。随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，对猪肉质量要求也越来越高，高瘦肉率的猪肉需求量也在不断地增长。我们的长期目标是深入探索骨骼肌中用以检测养分通量和调节体内代谢平衡的信号通路，以确定猪最大化生长的分子靶点。
注：本文原文刊登在《中国畜牧杂志》年13期，作者为张雪，SHIHao，杨玉英，李云龙，李昌盛，杨焕民，计红，李士泽。如需阅读本期纸刊更多精彩内容，可与《中国畜牧杂志》编辑部联系。
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