抑制铁死亡可改善死后牛肉的线粒体功能及色泽稳定性：这与NRF2/SLC7A11/PRDX6通路密切相关

《Food Bioscience》：Inhibition of Ferroptosis Improves Mitochondrial Function and Color Stability in Postmortem Beef: Associations with the NRF2/SLC7A11/PRDX6 Pathway

NRF2/SLC7A11/PRDX6通路通过调控铁稳态和抗氧化防御改善肉品颜色稳定性与嫩度， Ferrostatin-1干预显示协同抑制脂质过氧化和维持线粒体功能的作用。

　　

李彩云|卢芳芳|朱丽华|曲雅宁|张玉斌

甘肃农业大学食品科学与工程学院，中国兰州730070

摘要

本研究探讨了NRF2/SLC7A11/PRDX6通路与牛肉死后质量中铁死亡（ferroptosis）之间的关联。通过使用诱导剂erastin和抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1），我们评估了肉的颜色、嫩度、铁稳态、氧化应激、线粒体功能及蛋白质表达。Fer-1显著提高了肉的颜色稳定性（OxyMb%和a*值），并延缓了肉的嫩化过程，在死后168小时时剪切力值比对照组高22.5%。同时，Fer-1还减少了Fe²⁺的积累、ROS和MDA的水平，保持了线粒体膜电位和琥珀酸脱氢酶（SDH）的活性。层次线性模型分析表明，PRDX6（β=+0.45）与线粒体SDH活性之间的相关性最强。此外，NRF2的上调协调了SLC7A11介导的谷胱甘肽合成和FPN1依赖的铁输出（β=-0.53），共同形成了对抗铁死亡的防御机制。这些发现揭示了NRF2/SLC7A11/PRDX6通路作为改善牛肉质量的潜在靶点，通过同时缓解铁稳态失调和氧化损伤提供了一种新的保鲜策略。

引言

死后肌肉的颜色稳定性和嫩度是决定消费者接受度和牛肉市场价值的关键品质属性（Holdstock, Aalhus, Uttaro, Roy, & Bruce, 2023）。这些特性与线粒体功能和衰老过程中的氧化还原稳态密切相关。颜色稳定性主要由肌红蛋白的氧化还原状态决定，通过氧合肌红蛋白百分比（OxyMb%）、亮度（L*）和红色度（a*）等参数体现，反映了肌肉组织内的氧化环境（Wang et al., 2021）。而嫩度则是在死后通过协调的蛋白水解和结构变化发展而来的，这一过程对细胞能量状态和氧化应激非常敏感（Foster et al., 2021）。同时维持这两种属性是一个重大挑战，通常会受到进行性线粒体功能障碍和氧化事件的破坏（Mitacek et al., 2019; Bu et al., 2024）。

死后肌肉中的氧化应激涉及活性氧（ROS）和脂质过氧化产物（如MDA）的生成。值得注意的是，受控的氧化对于新鲜肉的质量发展是必要的，它有助于将脱氧肌红蛋白转化为氧合肌红蛋白，并促进风味前体的形成（Zhu, Hamill, Mullen, Kelly, & Gagaoua, 2023; Krauskopf et al., 2025）。然而，过度或不受控制的氧化应激会促进高铁血红蛋白的形成、蛋白质羰基化以及线粒体完整性的破坏，最终损害颜色稳定性、保水能力和质地（Lee & Hur, 2019; Wang et al., 2024）。

除了常规的氧化作用外，铁死亡（ferroptosis）最近被确定为一种受调控的细胞死亡途径，对死后生物化学有深远影响。这种依赖铁的过程其特征是由于谷胱甘肽耗竭、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活以及铁代谢紊乱导致的脂质过氧化（Liu et al., 2024）。关键的是，铁死亡与线粒体的显著变化相关，包括膜去极化和破裂，从而导致细胞解体（Von Krusenstiern & Stockwell, 2023）。最新证据表明，铁死亡的激活会促进死后肌肉的质量恶化，影响脂质和蛋白质的氧化、保水能力以及嫩度（Liu, Pan, et al., 2023; Yan et al., 2025; Liu, Hu, Ma, et al., 2023; Liu et al., 2024）。

转录因子核因子红系相关因子2（NRF2）是细胞抗氧化反应的中心调节因子，已被证明可以减轻铁死亡。在氧化应激下，NRF2转移到细胞核并激活细胞保护基因的表达，包括溶质载体家族7成员11（SLC7A11）——这是Xc^-半胱氨酸/谷氨酸反向转运系统的关键亚基，对谷胱甘肽合成至关重要——以及过氧化物还原酶6（PRDX6），这是一种多功能过氧化物酶，可以独立于谷胱甘肽减少磷脂过氧化物。此外，NRF2通过上调铁输出蛋白ferroportin 1（FPN1）来调节铁稳态，从而减少可用于Fenton反应的Fe²⁺催化池（Huang et al., 2024）。尽管NRF2部分通过自噬相关机制调节铁死亡，但它还通过转录激活参与谷胱甘肽合成、铁输出和过氧化物还原的基因（如SLC7A11、FPN1和PRDX6）发挥抗氧化作用——这些途径在死后肌肉中尤为重要，因为此时自噬作用受到限制（Chen et al., 2024; Ito et al., 2024）。

尽管铁死亡与牛肉质量之间存在已建立的联系（Liu et al., 2023; Bu et al., 2024），以及PRDX6在肉质老化中的作用（Zuo et al., 2026），但仍有一些关键问题需要研究。目前尚不清楚在死后铁死亡过程中协调铁稳态、氧化应激和线粒体功能的特定调控网络，因为现有研究往往单独关注各个指标，而没有探索这些生物过程之间的协同作用。先前的相关研究缺乏严格的定量验证，无法区分真正的关联和偶然的相关性，也未能明确潜在调控途径中关键组分的相对重要性，大多数研究主要依赖于相关性蛋白质组学筛选，而没有充分控制个体动物差异和死后时间点的相互作用等混杂因素。此外，尚未系统评估在死后肌肉中（谷胱甘肽水平迅速下降的情况下）非依赖谷胱甘肽与依赖谷胱甘肽的抗氧化机制的功能相关性和比较效果，这阻碍了有针对性和高效肉类保鲜策略的发展。

本研究通过结合双向药理学干预、多维度检测和层次线性建模来解析NRF2/SLC7A11/PRDX6通路在牛肉质量调节中的作用。我们假设该通路是抵抗死后牛肉中铁死亡的关键调控轴，影响线粒体功能、铁稳态和氧化还原平衡，从而调节颜色稳定性和嫩度的发育。为此，我们使用了药理学剂erastin（一种铁死亡诱导剂）和Ferrostatin-1（Fer-1，一种特异性抑制剂）来干扰这一过程。我们的目标是：（1）评估铁死亡调节对颜色、嫩度和质地的影响；（2）检测关键的铁死亡标志物（Fe²⁺、ROS、MDA、GPX4）和线粒体功能（SDH、SOD、膜电位）；（3）量化NRF2、SLC7A11、PRDX6和FPN1的表达；（4）通过层次线性建模建立通路激活与牛肉质量改善之间的定量机制联系。

实验部分

采样和处理

该实验方案得到了甘肃农业大学动物保护与利用委员会的批准（编号2012–2-159）。从同一片牧场选择了6头2至3岁的雄性黄牛，平均体重为320公斤，它们在相同的自然放牧条件下饲养，并食用同一批次的统一饲料。这些牛在一家商业肉类加工厂（甘肃Yimulan食品有限公司）被人道屠宰。

铁死亡对牛肉质量的影响

肉的颜色参数和肌红蛋白的氧化还原稳定性表现出显著的组间和时间交互作用（L*：P < 0.01；a*：P < 0.001；C*：P < 0.001；H*：P < 0.001；OxyMb：P < 0.001；MetMb：P < 0.001；表1）。Fer-1在168小时时保持了较高的a*和C*值，与72小时时的erastin和168小时时的对照组有显著差异。Fer-1在168小时时表现出更好的OxyMb保存效果。erastin在168小时时表现出最大的MetMb积累，与其他时间点的Fer-1不同。Fer-1在整个过程中保持了较低的H*值。

铁死亡作为死后变色的关键驱动因素

我们的数据表明，通过erastin诱导铁死亡会加速高铁血红蛋白的形成（168小时时MetMb含量增加57.9%，表1），这与脂质过氧化与血红素铁氧化相关的报告一致（Yang, Lu, & Tian, 2024）。重要的是，Fer-1对OxyMb%的保存效果（54% > 对照组）表明，铁死亡抑制不仅通过减少ROS（β ROS→OxyMb = -0.58，P<0.001，表2）来稳定肌红蛋白的氧化还原状态，还通过FPN1介导的铁输出来实现。

结论

本研究表明，药理学抑制铁死亡是提高线粒体功能和颜色稳定性的有效策略，并且与死后牛肉的嫩度调节有关。我们的结果显示，Ferrostatin-1（Fer-1）处理显著提高了颜色稳定性，表现为在整个168小时的衰老过程中亮度（L*）、红色度（a*）和氧合肌红蛋白百分比（OxyMb%）的持续升高。这是通过有效的

作者贡献声明

曲雅宁：监督、数据管理。张玉斌：写作——审稿与编辑、方法学、研究、资金获取。卢芳芳：验证、方法学、正式分析。朱丽华：软件、方法学、数据管理。李彩云：写作——审稿与编辑、初稿撰写、监督、软件、资源管理、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化

未引用的参考文献

Chen et al., 2020; Liu et al., 2023; Liu et al., 2023; Meng et al., 2025; Yang et al., 2024; Zhang et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号32360610）的财政支持。作者感谢甘肃现代寒旱特色农业羊产业技术体系（04125230）以及所有参与审稿的专家。