1、動物營養(yǎng)學報，（）：?：? 對骨骼肌發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)控徐孟陳小玲陳代文余冰羅鈞秋何軍毛湘冰虞潔鄭萍黃志清 ?（四川農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所，動物抗病營養(yǎng)教育部重點實驗室，成都 ）摘 要：是近年來發(fā)現(xiàn)的骨骼肌發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵調(diào)控因子。基因廣泛表達于各動物不同組織中，尤其在骨骼肌中表達最豐富。對骨骼肌的調(diào)控貫穿于動物胚胎期到出生后整個過程，調(diào)控著骨骼肌的發(fā)育、肌肉損傷修復和肌纖維類型轉(zhuǎn)化。 本文概述了基因的發(fā)現(xiàn) 、蛋白的結(jié)構(gòu) 、在不同動物中的表達譜以及在骨骼肌發(fā)育 、肌肉損傷修復 、肌纖維類型轉(zhuǎn)化中的作用。關(guān)鍵詞 ：；骨骼肌發(fā)育 ；肌纖維類型轉(zhuǎn)化；表達譜中圖分類號 ：文獻標識碼 ：

2、文章編號 ：?（） ? ?近年來 ，追求高產(chǎn)肉量和高瘦肉率使畜禽肉品質(zhì)大幅下降 。 肌纖維類型組成直接影響著肉品的概述質(zhì)。 動物出生后肌纖維數(shù)量不再改變，其類型卻基因的發(fā)現(xiàn)可以轉(zhuǎn)化 。 因此 ，調(diào)控肌肉發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)由 基因進化而來，最早于 年在化的關(guān)鍵基因被作為影響肉品質(zhì)的重要因素來研研究果蠅視覺系統(tǒng)形成過程中被發(fā)現(xiàn)和克隆究。 是果蠅屬（）基因在脊椎動，隨后 在脊椎動物鼠、人、雞、蟾蜍 、斑馬魚 、豬、物中 的 同 源 基 因，是 家 族 （?鴨和無脊椎動物水母中相繼被發(fā)現(xiàn)和克隆）成員之一 ，該家族是一類在進化上發(fā)現(xiàn) 基因在生物感官系統(tǒng)，并高度保守的轉(zhuǎn)錄因子家族。家族包含、骨骼肌、顱面等

3、組織器官發(fā)育過程中起著重器官 共 個家族成員 ，根據(jù)氨基酸保守序列相似性，分、腎臟要作用 。為 、和 個 亞 家 族蛋白的結(jié)構(gòu)。缺失的小鼠出生時出現(xiàn)胸骨缺損和嚴重的肌肉發(fā)蛋白同 家族其他成員一樣 ，由 個保育不全 ，膈肌甚至完全缺失，導致小鼠出生后呼吸守的 特征 結(jié)構(gòu) 域 同 源異 型 結(jié) 構(gòu)（，受到抑制而很快死亡）域和蛋白互作 結(jié)構(gòu)（，）域 、非。另有研究表明 ，和其輔助因子過表達使小鼠比目魚肌中慢肌保守的 端和 端組成 。 通常 ，域包含個纖維向快肌纖維轉(zhuǎn)變。這些研究表明 ，在脊椎動物骨骼肌發(fā)育以及肌纖維類型轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用 。 本文就 對骨骼肌發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)控作一綜述 。

4、氨基酸，在這 個氨基酸殘基中包括個螺旋識別區(qū) ，能和下游靶基因的 序列特異性錨定結(jié)合，進而對下游受控基因進行激活或抑制。域位于域的端，通常包含個氨基酸 ，其保守性僅次于域，主要收稿日期 ：基金項目 ：國家自然科學基金面上項目（）作者簡介 ：徐孟（），男，四川丹棱人，碩士研究生，從事動物營養(yǎng)與飼料科學研究。 ?：? 通信作者：黃志清 ，研究員 ，博士生導師，?：動物營養(yǎng)學報卷功能是參與蛋白質(zhì)間的相互作用。蛋白 端只包含少數(shù)氨基酸殘基，這從側(cè)面預示端對該蛋白質(zhì)功能影響 不 大。 蛋白 端 有 幾個氨基酸殘基作為域的延伸 ，這些延伸的氨基酸可能與綁定調(diào)節(jié)有關(guān)，起到穩(wěn)定與目標序列 結(jié)合的作用；此外，端

5、還具有調(diào)節(jié)蛋白降解的功能。在不同動物中的表達譜具有特定時空表達模式，具有多組織表達特性 ，不 同組 織 的表達 量 存在 明顯 差 異。等等最初研究顯示 僅在人的成年骨骼肌中具有很高表達 。 等 等采用實時熒光定量 技術(shù)對鴨不同組織 基因表達圖譜分析發(fā)現(xiàn) ，在胸肌中表達水平最高 ，其次為腿肌 ，再次為脾臟 、胰臟 、肺。 等 利 用 半定量 研究豬不同組織 基因表達規(guī)律發(fā)現(xiàn)，基因在大多數(shù)組織中均有表達，其中骨骼肌中表達最高，其次為睪丸和骨髓。我們采用檢測了豬不同組織蛋白表達規(guī)律發(fā)現(xiàn) ，蛋白在豬骨骼肌組織中最為豐富，且快肌 （如趾長伸肌和背最長肌 ）多于慢肌 （如比目魚肌和腰大肌 ）。這些研究結(jié)

6、果顯示，基因在骨骼肌中的表達量都明顯高于其他組織，提示其與骨骼肌的發(fā)育和肌肉特異性有密切的關(guān)系。影響骨骼肌發(fā)育及肌纖維類型轉(zhuǎn)化與骨骼肌發(fā)育脊椎動物骨骼肌發(fā)育是由一系列基因和調(diào)控因子 共 同 協(xié) 作 下 完 成 的 復 雜 過 程，、和 等在這一過程中共同構(gòu)成了一個復雜精確的調(diào)控系統(tǒng)，。在脊椎動物肌肉發(fā)育過程中具有至關(guān)重要的作用。敲除或 都會 增 加 斑馬 魚胚 胎 肌 細 胞的 凋亡；能促進斑馬魚胚胎快肌前體細胞增值和分化 ，其突變使胚胎肌纖維發(fā)生不規(guī)則排列，最終導致胚胎異常發(fā)育。在雞的胚胎發(fā)育過程中，在四肢遠端后區(qū)域的結(jié)締組織中表達豐富，其缺失使肌細胞的分化受到抑制發(fā)育第 周的體節(jié)中能檢測到

7、。在人胚胎的表達，豬胚胎發(fā)育第 天的背最長肌的 水平顯著高于出生后，說明 與人體節(jié)生成和豬肌肉發(fā)育有著密切關(guān)系。小鼠胚胎原位雜交試驗發(fā)現(xiàn)，的表達基本限制在胚胎的生肌區(qū)域；在 和 雙突變的小鼠胚胎中 ，在軸下生皮肌節(jié)的表達不足，導致軸下生皮肌節(jié)生肌前體細胞不能向肢芽轉(zhuǎn)移 。是肌祖細胞形成必不可少的調(diào)控因子 ，調(diào) 控 著 生 皮 肌 節(jié) 外 側(cè) 部 分 延 伸，在缺失的小鼠胚胎中 ，軸下遷移的肌祖細胞嚴重缺少 ；在胚胎肢芽中 ，和 可以通過調(diào)控的表達 來 控 制體節(jié) 肌 細胞早 期的分 層和遷移，和 不僅對肌肉的。這些研究表明發(fā)生發(fā)育有著至關(guān)重要的作用，同時還是 的上游基因 。 在 缺失的小鼠胚胎

8、中，生肌前體細胞向肢芽轉(zhuǎn)移的能力減弱，分化的成肌細胞異常凋亡 ；缺失的小鼠出生時出現(xiàn)廣泛的肌肉發(fā)育不全 ，胸骨缺損 ，膈肌甚至完全缺失，導致小鼠出生后呼吸受到抑制而很快死亡。基因雙敲除的小鼠胚胎比單獨基因敲除的小鼠胚胎出現(xiàn)更為廣泛和嚴重的肌肉發(fā)育不全，并伴隨肋骨和顱面骨缺陷，而單獨缺失的小鼠胚胎或成年小鼠都沒有出現(xiàn)骨骼肌發(fā)育畸形上述結(jié)果表明，在胚胎發(fā)育中有重要的作用。但其重要性不如，和 存在明顯的功能冗余 。 另有研究認為，同樣參與了肌肉發(fā)育進程 ，與肌肉萎縮有關(guān)，但缺失 的小鼠胚胎沒有出現(xiàn)肌肉發(fā)育不良或缺陷與生肌調(diào)節(jié)因子。（）家族關(guān)系是一類調(diào)控肌肉發(fā)生、發(fā)育及肌肉功能完善的調(diào)節(jié)因子家族，其作

9、用貫穿于動物胚胎期到出生后骨骼肌發(fā)育整個過程，該家族包含個成員 ：、（）、和 。和決定成肌細胞前體生成不同類型的成肌細胞 ，和 基因表達是胚胎肌肉發(fā)生起始的標志。對家族 個成員都有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，基因是 家族的上游基因 ，。在胚胎生肌決定、細胞增殖和肌纖維形成過程中有著重要作用，和 位于肌分化基因的上游 ，調(diào)控著肌肉損傷修復進程和胚胎中胚層細胞分化到形成肌纖維整個過程，小鼠胚胎 基因存在。個長 的調(diào)控元件 區(qū) ，在 這 一 區(qū) 域 中 存 在 與 特異 識 別 的位點 ，在 位點附近還存在著的識別序列 。通過與 位點特異結(jié)合 ，在肢 芽 中活 化 啟 動并 調(diào) 控 的 轉(zhuǎn)錄。在期徐孟等：對骨骼肌

10、發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)控位點突變的小鼠胚胎中，對的轉(zhuǎn)基因。錄調(diào)控被阻遏，而 仍然能與 中 位與肌肉損傷修復點有效結(jié)合 ，但 的轉(zhuǎn)錄水平顯著下降，骨骼肌衛(wèi)星細胞是位于肌膜和基底膜之間的與 中 位點的結(jié)合可以部分補償組織干細胞 ，當肌肉受損時，靜止的衛(wèi)星細胞被激位點突變造成的生肌發(fā)育障礙，活，形成成肌細胞后開始表達、，試驗顯示 ，在 缺失的小鼠胚胎。原位雜交最后分化融合形成肌纖維，最終修復受損肌肉期，向四。肢遷移的陽性肌祖細胞數(shù)量減少，在胚胎前在肌肉損傷后衛(wèi)星細胞的激活、分化 、修復損肢中不能檢測到的表達 ；在 缺失的胚胎傷肌肉 的過程 中 起 著重 要作 用。 研究 表明，期中 ，胚胎前 肢中

11、無 法 檢測 到 、在靜止狀態(tài)和激活狀態(tài)的衛(wèi)星細胞中都有表達，和 陽性細胞 ，后肢能檢測到少量的和基因敲除后對靜止衛(wèi)星細胞的激活、增殖沒的表達 ；缺失的小鼠胚胎期前肢有影響 ，而 陽性細胞增多 ，其增殖不受影響中可以檢測到的表達 ，后肢腹側(cè)區(qū)有少量的可能是由于 大量表達抵消了缺失的作表達 和 陽性細胞 ，而表達 的陽用，。過表達抑制衛(wèi)星細胞增殖促進其分性細胞主要集中在后肢背側(cè)，化，缺失后衛(wèi)星細胞分化能力顯著降低，分化；在 都缺失的 胚 胎 期，在 前 肢 中 不 能 檢 測，進程延遲 ，形成的肌管減少，再生的肌肉中肌纖維在背側(cè)肌節(jié)有極少量表達；在 雙突變含量減少 ，分化的小鼠胚胎中，軸下生肌節(jié)

12、生肌前體細胞遷移異。沉默 的斑馬魚胚胎中的成 肌 細 胞 中 和 的 表 達 減 少，而常，胚胎 期 早 期 肌節(jié) 中 不 能 檢 測 、和和 在成肌細胞分化最終形成肌纖維的表達 ，雖然可以少量的表達但被限過程中有至關(guān)重要作用，制在體節(jié)的末端，的表達受到抑制可能導致延長或收縮刺激后發(fā)現(xiàn)。對人股四頭肌進行，在刺激后內(nèi)，和 基因雙敲除小鼠在出生后出現(xiàn)肋骨缺的 水平顯著降低，隨后逐漸恢復正常陷的原因說明 與肌肉收縮性能有著密切的關(guān)系，。衛(wèi)星。當 被敲除 時，可以 部 分補償 缺失個體中的轉(zhuǎn)錄激活作用，細胞通過一系列過程修復損傷肌肉后，其本身的等。自我 更新 過程 同 樣受 到 調(diào)控，當 缺失發(fā)現(xiàn)鴨

13、基因過表達促進鴨成肌細胞增殖同時顯著提高和 的 時，衛(wèi)星細胞容量增大，其原有的微環(huán)境平衡被打水平 。 在小鼠 細胞分化過程中，隨著分化破。 另外 ，家族其他成員在骨骼肌損傷修復過時間 越 長，的 水 平 越 低，同 時 、程中有重要作用，如 在靜止衛(wèi)星細胞中和 的 水平隨著降低而下有少量表達 ，但其表達量比低。敲除 促降進衛(wèi)星細胞增殖，而分別過表達 和 抑制。過表 達 抑制 小 鼠成 肌細 胞 及的在衛(wèi)星細胞的表達導致其增殖和分化受的表 達，延 遲 細 胞 分 化 進 程。 等等利用小干擾到抑制降低 基因表達后 ，發(fā)現(xiàn)小鼠成肌細胞中水平和活力下。與肌纖維類型轉(zhuǎn)化降，通過 與 增強 子 核心 區(qū)

14、域 中 最早在 等，的研究中發(fā)現(xiàn)位點結(jié)合調(diào)控的表達 ，這與 等復合物可以使成年小鼠慢肌向快肌轉(zhuǎn)變，隨后越在對衛(wèi)星細胞體外研究的結(jié)果一致。在 上來越多關(guān)于 在骨骼肌纖維的形成和肌纖維類增強子核心區(qū)域中同樣存在位點 ，型轉(zhuǎn)化的作用相繼被報道。在骨骼肌醛縮酶基與 位點結(jié)合調(diào)控的表達因啟動子中存在著結(jié)合位點 ，此位點對骨。當阻斷 表達時 ，超過一半的斑馬魚胚胎快肌前骼肌快肌表型具有重要作用。研究表明 ，在快速體細胞為陰性細胞型肌纖維中 ，位點的活性和的表達量到抑制，快肌的分化進程受明顯高于慢速型肌纖維，在 型肌纖維中 ，。過表達 上調(diào) 的表達水平 ，與位點結(jié)合能力明顯高于其他類型肌纖過表達則下調(diào)的表達

15、水平。有研究表明 ，缺失時 ，可以部分代替維。 在比目魚肌中 ，單獨的過表達不能使慢激 活 ，另 外 可 能 是 的 上 游速型肌 纖 維 向 快 速型 肌 纖 維 轉(zhuǎn) 變，而 當 和動物營養(yǎng)學報卷同時過表達時，比目魚肌中慢速氧化型肌纖維則向快速酵解型肌纖維轉(zhuǎn)變 ，說明即使在成年骨骼肌中 復合物依然可以使慢速型肌纖維向快速型肌纖維轉(zhuǎn)化 。 和協(xié)同作用于 基因的靶基因使骨骼肌的慢肌表型向快肌表型轉(zhuǎn)化 。 另外 ，和對骨骼肌中快肌基因的表達有一定的轉(zhuǎn)錄激活作用，當 缺失時，和 可以部分代償性補償缺失而轉(zhuǎn)錄激活下游快肌基因，。等等通過 小干 擾 技 術(shù) 降低成年小鼠脛骨前肌 基因表達后發(fā)現(xiàn) ，型和

16、型肌纖維所占比例顯著上升 ，而 型肌纖維所占比例顯著的下降 ，其肌肉抗疲勞性顯著增強，同時快肌基因 水平顯著下降而慢肌基因 水平顯著上升 。 等對小鼠脛骨前肌 基因敲除后發(fā)現(xiàn) ，缺失 的肌肉與正常 肌 肉 相 比 存 在 明 顯 的 損 傷，并 且 的水平顯著 下降；肌肉 中 ?蛋 白 和 型肌纖維比例顯 著下降，?蛋 白 含量顯著上升，型肌纖維比例有上升趨勢。 在對 成肌細胞分別進行抑制表達和過表達 處理 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn) ，抑制 表達時 ，? 和 ?啟動子活性顯著降低 ；基因過表達時 ，?和 ?啟動子活性顯著上升 。這些研究提示，可以調(diào)控成年骨骼肌肌纖維轉(zhuǎn)化從而改變骨骼肌中肌纖維類型比例 。 在

17、 基因敲除的斑馬魚胚胎中快肌基因和 表達不足 ，快速型肌纖維的分化受到抑制 ，而慢速型肌纖維則不受影響。此外，研究發(fā)現(xiàn)豬 和 鴨 在 快肌中 的表 達明 顯高 于 慢肌，側(cè)面提示 對骨骼肌快肌表型的維持具有重要作用 。還可能通過其他途徑調(diào)控肌纖維類型之間的轉(zhuǎn)化 。 研究表明 ，在快速型肌纖維中大量存在而在慢速型肌纖維中較少，在 突變的小鼠中 ，骨骼肌中大多數(shù)慢肌基因水平和相比明顯減少；當 缺失時 ，小鼠骨骼肌中 的 ?水 平顯 著降 低 。上述結(jié)果提示 ，可能是 和 的?游基因上 ，可通過調(diào)控 和 的表?達來調(diào)節(jié)肌肉發(fā)育和肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。在畜禽肉質(zhì)調(diào)控中可能的作用影響畜禽肉品質(zhì)的因素有很多，

18、如基因、營養(yǎng)、年齡及環(huán)境等 ，其中基因是影響肉質(zhì)性狀的內(nèi)個主效基因因，包括 基因和氟烷敏感基因和多個微效基因 。 肉品質(zhì)性狀是由復雜的多基因網(wǎng)絡(luò)及信號轉(zhuǎn)導通路共同調(diào)控決定的，目前發(fā)現(xiàn)與肉質(zhì)性狀相關(guān)的候選基因主要有：）參與脂肪形成及代謝的相關(guān)基因，如過氧化物酶體增殖物激活 受 體 基 因 （）、解 偶 聯(lián) 蛋 白 基 因（）、脂肪細胞決定和分化因子基因（）、增 強 子 結(jié) 合 蛋 白 基 因 （）、脂肪酸結(jié)合蛋白基因 （）、脂肪酸合成酶基因 （）及 激素 敏感 脂 酶基因 （）等；）參與肌肉形成及代謝相關(guān)因子 ，如肌肉生長抑制素基因（）、鈣蛋白酶抑制蛋白基因（）、等；）其他基因 ，如黑色素皮質(zhì)素受體基因（）、胰島素樣生長因子基因（）等。目前 在畜禽肉質(zhì)性狀和生產(chǎn)性能相關(guān)的研究還未見報道，但 調(diào)控骨骼肌細胞分化、肌纖維類型轉(zhuǎn)化等已在小鼠上得到充分的研究。由此可以推測在畜禽肉質(zhì)性狀方面可能有著重要的調(diào)控作用，如通過調(diào)控生肌調(diào)節(jié)因子家族（）調(diào)控肌細胞分化方向直接影響畜禽肉質(zhì)性狀 ，或通過調(diào)控 及相關(guān)快肌基因和慢肌基因影響肌纖維類型的決定及轉(zhuǎn)化間接影響畜禽肉品質(zhì) 。 但 基因能否作為畜禽肉質(zhì)性狀相關(guān)候選基因以及其具體的作用機制還有待于進一步深入研究 。 小結(jié) 型肌纖維比例