家禽肌内脂肪沉积分子机制及与肉质关系最新研究进展

葛 凯，余道伦，左瑞华，佘德勇，黄仁术

(皖西学院 生物与制药工程学院，安徽 六安 237012)

随着现代家禽育种科学发展，人们追求肉用家禽生长速度和饲料转化率的同时，造成了脂肪沉积加大，使得家禽肉质口感受到一定影响，对人们饮食健康造成了很大困扰。肌内脂肪(intramuscular fat，IMF)含量与肉质风味和营养密切相关，是肉质性状的一个重要特征，因为它与适口性有关，而适口性是消费者接受与否的主要决定因素。有研究表明，肌内脂肪含量对不同品种肉类的风味、多汁性、嫩度和整体可接受度均有正相关的影响[1]。由于常规育种方法对肌内脂肪育种进展较慢，故利用分子遗传标记进行辅助选择是提高选择效率和加快遗传进展的有效手段。对猪肉质和鸡肉质的研究发现，IMF的遗传力为0.36～0.81[2]，而且IMF的遗传力可以通过定向选育得到提高[3]。Zhao等在2007年研究发现肉鸡肌内脂肪含量没有性别趋向，为低等遗传力，其遗传参数估计为0.10，与体重呈正遗传相关。肌内脂肪含量与家禽肉品质的关系，以及家禽肌内脂肪含量调控分子机制如何？本文就此进行综述，为家禽脂肪代谢及IMF沉积的分子标记研究和遗传育种提供重要的参考。

1 肌内脂肪的形成

动物的脂肪组织主要有4种存在形式，主要是皮下、内脏、肌间和肌内脂肪。而其中，肌内脂肪(IMF)是指分布于肌肉组织中肌纤维间的脂肪，在肉品质形成可见的大理石花纹。动物种类的不同，其脂肪的合成场所也不同。猪的脂肪合成主要场所是脂肪组织[4]，而Leclercq在1984年研究表明，家禽和鸟类如鸡、鸽子，脂肪酸合成的主要场所是肝脏，且绝大部分胴体脂肪也在此处合成，肝脏合成的脂肪被转运到其他组织利用或到脂肪组织中储存。

脂肪细胞的分化过程可以分为四个部分：1)多能干细胞定向分化成脂肪细胞，从而形成未出现脂滴的前体细胞；2)前体细胞经过一系列的增殖，形成开始出现脂滴的前脂肪细胞；3)前脂肪细胞经过一些时间生长，形成内含大量小脂滴的多室脂肪细胞；4)随着脂肪的沉积，小脂滴汇集成大脂滴，从而形成成熟的脂肪细胞。通常脂肪细胞的分化增殖是指前脂肪细胞分化为多室脂肪细胞的过程。北京鸭前体脂肪细胞体外培养8天后经PPARγ(peroxisomeproliferators-activatedreceptor-γ)，CEBP/α(CCAAT/EnhancerBindingProtein-α)及FABP4(Fattyacid-bindingprotein4)的诱导分化为成熟脂肪细胞[5]。

此外，动物脂肪组织的生长发育与肌肉组织相似，也同样经历2个阶段：细胞数量增多的增生期与细胞体积增大的后期肥大期。动物在不同时期，IMF的变化可以对脂肪的沉积能力及肉的品质产生决定性的作用。Chartrin在2006年对不同日龄的麻鸭的肌纤维和IMF发育进行研究后，发现1日龄时，麻鸭的胸肌IMF含量高，且肌肉内脂肪细胞所占比例最高，这一研究结果表明脂类的早期沉积对肌纤维的快速生长具有十分重要的意义。在北京鸭孵化后前4周龄，脂肪组织发育在于脂肪细胞增生和肥大共同作用的结果，4周龄后，脂肪的膨胀只通过脂肪细胞的肥大来完成[6]。

2 肌内脂肪与家禽肉品质的关系

2.1 肌内脂肪对家禽肉质性状的影响

一般来说，IMF含量对肌肉品质有着非常重要的影响，已经成为肉质性状指标中最关键的参数。肌内脂肪的含量与剪切力、风味、多汁性和嫩度等肉质性状有很强的相关性[7]。

风味是评定肌肉品质的一项重要指标，其中从肉质挥发物中分离出来的风味物质大概有600多种，包括肌内脂肪酸，其中肉食香味的重要前体物质是多不饱和脂肪酸。因此研究家禽肌内脂肪酸的组成，对改善肉食香味，提高肌肉的食用价值以及生产有利于人体健康的肉产品具有重要意义。有研究认为风味的差异与肉中脂肪和脂溶性物质有一定的关系，肌内脂肪是物种专一的风味前体，是挥发性化合物的主要来源[8-9]。家禽的肌内脂肪与皮下、内脏、肌间的脂肪进行比较后，发现磷脂类物质含量较为丰富[10]。其中肌内脂肪中脂肪酸组成及比例对风味物质影响很大，氧化产物的不同是导致不同肉品风味差异的主要原因。有研究表明，肌内脂肪和多不饱和脂肪酸都参与了鸭肉质浓郁香气和风味的产生过程[11]。还有研究显示，IMF含量大小不仅对肉质风味有影响，更重要的是，参与肉质营养成分的形成[12]。

肌内脂肪沉积被证明与肌肉的嫩度有直接的关系[9]。IMF一般存在于肌肉纤维的肌外膜、肌束膜以及肌内膜上，所以肌纤维的密度越大，IMF的沉积也会越多；IMF沉积可以改善肌肉嫩度，促进肌肉纤维束的分离[13-14]。Okeudo在2005年研究表明，IMF与肌肉剪切力、烹饪损失呈负相关，而与肌肉的pH呈正相关，并认为30%的肌肉剪切力变异与IMF有关，而烹饪损失变异的17.6% 与IMF有关。研究表明IMF与系水力呈负相关，IMF可以提高肌肉的系水力，从而降低肉的滴水损失和烹饪损失，改善肉质[15]。因此，IMF改善肉的嫩度的方式来自于两个方面：一是在氧化时溶解了肌纤维束，从而提高肌肉嫩度和多汁性，二是IMF一般沉积于结缔组织，其含量的增加，相应降低了结缔组织的含量，从而有利于肉质嫩度的提高。

2.2 肌内脂肪与肉质性状指标的遗传相关性

近年来，通过营养和遗传等手段降低了家禽的腹脂率，但随着其降低，肌肉中的IMF也逐渐降低，影响了肉的品质。Hovenier在1993年研究显示，哺乳动物的IMF具有很高的遗传性 (遗传力为0.5)。然而，家禽的IMF性状为低等遗传力(遗传力为0.1)，可以通过全同胞测定对IMF性状进行选择。目前对北京油鸡使用基因组选择方法，可以有效提高IMF遗传选择，从基因上改善肉质性状[16]。

Zerehdaran在2004年对肉鸡脂肪研究表明，腹腔脂肪百分比、皮下脂肪百分比和肌内脂肪百分比的遗传力估计值分别为0.71、0.24和0.08。通过研究高IMF品系与低IMF品系的雌性北京油鸡，两个品系的生长发育、屠体性状和肉质性状方面，均表现出显著差异，IMF含量与pH值和滴水损失呈显著负相关，而与肉色L*值、b*值、a*值呈正相关[17]。对北京鸭胸肌研究发现，肉质的亮度、黄度、蒸煮损失、嫩度和风味均随IMF水平的增加而增强[18]。还有研究表明，巢湖麻鸭公鸭的IMF含量与剪切力值显著负相关，并且巢湖鸭胸肌IMF含量大小变化在84日龄时具有正态分布规律，鸭胸肌的IMF含量与肉质肉色参数呈正相关，与肉质剪切力呈显著负相关[19]。

3 与家禽肌内脂肪沉积有关基因和通路研究

3.1 与家禽肌内脂肪沉积有关通路研究

近年来，通过对前脂肪细胞进行体外培养研究其信号途径，发现了5条常见的通路，包括IGF/IGF-1信号通路，MAPK信号途径，TGF-β/BMPs信号途径，Wnt/β-catenin信号途径和 SHH 信号途径。其中，IGF/IGF-1信号通路对促进脂肪前体细胞增值、分化起到重要作用[20]。MAPK信号途径是控制脂肪细胞分化的另一个生长信号通路[21]。而TGF-β/BMPs信号途径可以促使PPARγ的表达，从而促进脂肪细胞分化[22]。Wnt/β-catenin信号途径可以产生β-catenin，从而抑制C/EBPα和PPARγ[23-24]，进而抑制脂肪细胞分化。SHH信号途径能够调节脂肪生成[25]，从而抑制转录因子的表达，进而抑制脂肪的生成。

崔焕先等[26]利用芯片技术，研究了北京油鸡和肉鸡的不同发育阶段IMF沉积的基因表达差异，筛选出调控两品种IMF沉积的信号通路，包括PPAR和MAPK等与脂类代谢相关的信号通路和与细胞连接相关的途径。在北京鸭出壳后发育研究中发现，在胸肌的肌内脂肪和皮下脂肪沉积和代谢相关的调控过程中显著富集到一些通路，如MAPK信号通路，PPAR信号通路，钙离子信号通路，脂肪的消化和吸收通路，TGF-β信号通路等[27]。目前有研究发现，不饱和脂肪酸的代谢参与调节肌内脂肪沉积过程，如α-亚麻酸代谢，亚油酸代谢通路[28]，这些通路可能对脂肪沉积起到了重要的调控作用。

3.2 肌内脂肪沉积有关基因研究

3.2.1 肌内脂肪沉积相关酶的调控

肌内脂肪的含量不仅取决于前体脂肪转化为IMF细胞的数量，还取决于IMF内的脂滴的沉积。脂肪合成代谢超过其分解代谢就会产生脂肪沉积，而IMF沉积受脂肪酸的转运、脂肪合成代谢和分解代谢3 个方面的调控，其参与调控的物质如表1。其中，6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphatedehydrogenase，G6PDH)较高的活性已经在鹅、鸭等水禽肝脏中被检测出来。Wang等在2010年以鸡作为研究对象时，发现其主要是通过苹果酸脱氢酶(malicdehydrogenase，ME)来提供大量的NADPH，然后合成脂肪，推测鸡肝脏生脂能力的指标是ME。但是，对超饲鹅进行研究后，发现ME活性可能是肝脏脂肪合成的一个限制性因素，除了ME外，其他酶的活性包括ACC等却没有明显的差异[29]，而Herault等在2010年研究表明鸭肝脏中ME，G6PDH，FAS的活性在不同品系上没有规律性，且与鹅的研究结果不一致。另外，Huang等[30]研究表明，基因LPLmRNA表达水平与中国广西三黄鸡和AA肉鸡的胸肌IMF均呈显著的正相关性。比较鸡、鸭的脂肪沉积和FAS的差异，可以发现鸭的沉积高于鸡，且FAS的活性随着脂肪沉积的增加而增强，说明体脂沉积与FAS活性存在一定的联系[31]。体脂沉积能力强的家禽肝脏中具有更高的FAS活性，但是在不同基因型和日龄的家禽中，FAS的mRNA表达水平上是不一样的[32]，这些差异还需要实验进一步研究证明。研究巢湖鸭的脂肪代谢发现，基因PLA2G4F(phospholipaseA2groupIVF，PLA2G4F)通过参与α-亚麻酸和亚油酸代谢通路，间接参与PPAR调控通路调节脂肪代谢；HAAO(3-hydroxyanthranilate3,4-dioxygenase，HAAO)和PDE4D(phosphodiesterase4D，PDE4D)通过多不饱和脂肪酸调控，激活AMPK信号通路，调节IMF的生成过程[28]。

表1 调节肌内脂肪沉积的主要酶类

3.2.2 肌内脂肪沉积相关转录因子的调控

肌内脂肪性状作为数量性状，一般受到多种基因的调控。IMF的合成和分解代谢过程，调控因子主要有过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisomeproliferators-activatedreceptors，PPARs)，及其上下游基因ApoVLDL-II(apolipoproteinvery-low-densitylipoproteinⅡ，ApoVLDL-Ⅱ)，FABP，CYP7A1(Cholesterol7hydroxylase1)等对脂肪代谢起到关键调控作用[33]。激素在动物体脂代谢中的调节不仅反映在脂肪的合成和分解中，也反映在脂肪细胞的细胞增殖、分化和肥大中。体外的实验研究表明，激素对脂肪细胞增殖的调节与cAMP浓度有关[34]。对藏鸡公鸡的研究发现，基因ADIPOR1、ADIPOR2 mRNA表达水平与大腿肌肉IMF呈显著正相关[35]。

PPARs是一种属于核内类固醇激素受体超家族的物质，PPAR信号通路参与脂质代谢和贮藏，在畜禽肉类品质中起重要作用，同时也参与炎症反应和免疫应答过程中[36-37]。根据结构和功能的不同，PPARs分为三种亚型，即PPAR-α,β,γ。其中，PPARγ是脂肪组织发育、脂肪酸合成和主要葡萄糖利用组织的胰岛素敏感性的重要调节剂，也是脂肪细胞分化所必需的[38]。PPARα是过氧化物酶体和线粒体β-氧化脂肪酸，酮体合成和全身脂质代谢的关键调节剂，与PPARγ相似，有大量数据表明PPARα不仅仅是代谢调节因子，而且还具备有效的抗炎活性[39]。PPARβ是许多组织中脂肪酸氧化的一般调节剂，研究发现不饱和脂肪酸亚油酸可以由类固醇核受体超家族成员(SREBPs)介导，调控PPAR基因表达[40]。PPAR-γ基因在脂肪生成中起到核心调控作用，诱导激活多个基因表达参与脂肪形成[41]。Chen等[42]研究发现五华肉鸡母鸡在150日龄时，基因PPAR-γ表达量出现最高水平，并且与胸肌IMF呈现显著正相关。另外，研究表明基因LPL，FABP4，FABP3的表达水平在胸肌中显著下调，这提示PPAR-γ及其下游基因的表达对胸肌IMF的沉积起到了必要的调节功能[43]。

ApoVLDL-Ⅱ是一种小分子结合蛋白，是血清中极低密度脂蛋白(VLDL)的主要成分，具有转录翻译的结合位点，可以在肝脏中特异性表达，对禽类的脂代谢和繁殖等方面发挥重要的作用。此外，有研究显示，雌激素可以刺激ApoVLDLⅡ mRNA的表达，而且主要通过鸡的肝脏中雌激素受体-α发挥作用[44]。研究表明母鸡的ApoVLDLⅡ 表达水平高于公鸡，低脂个体的表达水平低于高脂个体，说明了ApoVLDLⅡ 的表达受到雌激素的调控作用[45]。

脂肪酸结合蛋白(FABP)，普遍存在于动物的心、脑、骨骼肌、脂肪等多种细胞中，分子量14-16kD，主要在巨噬细胞和脂肪组织中表达，其中调节脂肪酸合成酶(FAS)的储存和脂肪分解，并且是炎症的重要介质。其中，FABP4可以调节脂肪酸的代谢和细胞的生长、分化[46]。此外，FABP4也能影响细胞内信号的转导和基因的转录过程、增加脂肪酸在细胞膜间的运输速度、调节细胞内相关代谢酶的活性等[47]。有研究表明，朗德鹅A-FABP在肝脏和脂肪组织中的表达量最高[48]。He等研究鸭L-FABP基因在心脏、肺、肾、肌肉、卵巢、脑、肠、胃、脂肪细胞等组织中均有表达，在肝脏中有较高的表达[49]。鸡H-FABP和A-FABP的表达对胸肌IMF沉积有显著正相关影响，相关研究发现部分IMF沉积显著关联的SNP位点[50]。研究发现，中国拜城油鸡的A-FABP基因表达与胸肌和腿肌的IMF含量均呈现显著正相关[51]。

胰岛素(Insulin)是一种有效的合成代谢激素，对许多类型的细胞发挥各种作用。胰岛素的一些主要代谢作用是刺激骨骼肌和脂肪细胞的葡萄糖摄取，促进骨骼肌中的糖原合成，抑制肝脏葡萄糖生成，抑制脂肪细胞中的脂肪分解。通过胰岛素受体底物酪氨酸残基的磷酸化，胰岛素受体触发下游信号级联产生磷酸化，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，磷酸肌醇依赖性激酶-1，蛋白激酶C和蛋白mTOR以及核糖体蛋白S6激酶β1(S6K1)，从而导致葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)向膜的转运增加，从而促进葡萄糖摄取[52]。不同物种的胰岛素功能基本相同，只是发挥作用过程稍有差异，有研究表明胰岛素可能是最重要的调控生脂能力的激素因子[53]。同时，有研究表明胰岛素可能通过固醇调节元件结合蛋白(SREBP-1)，对生脂基因的表达进行调控[54]。

瘦素(Leptin)是一种167个氨基酸的肽，主要在白色脂肪组织中表达，但也存在于各种组织中，包括胎盘，乳腺，卵巢，骨骼肌，胃，垂体和淋巴组织。循环瘦素水平与体脂量成正比，从而反映了长期能量储存的状态，是一种调控体脂代谢的重要激素。目前大多数研究是关于瘦素可以降脂的功能作用，并且可能通过某些代谢通路发挥其降脂的作用。有研究发现，瘦素可能会刺激脂肪细胞释放甘油，降低对葡萄糖的摄取，刺激脂肪酸氧化分解，降低脂肪细胞的生脂能力[55]。瘦素还可能作为一种调节因子，增强营养素从脂肪组织流向肌肉组织。研究表明，瘦素促进了蛋鸡在孵化后下丘脑中生长激素的表达和早期生长[56]。鸡的瘦素受体(leptinreceptor，LEPR)基因的敲除影响其下游基因的mRNA表达，在鸡前脂肪细胞调控网络中起着一定的调节作用[57]。

4 展望

随着家禽产业转型升级和消费者对环保健康家禽产品的要求，更加深入地了解IMF生物合成的分子机制是家禽遗传育种研究热点。借助于现代家禽遗传育种手段，改良或培育出一批肉质优良、绿色健康的家禽品种(配套系)，有必要深入挖掘影响IMF沉积的重要候选基因及潜在遗传标记。然而，家禽的肌内脂肪的形成主要依靠肝脏脂肪合成和转运，肝脏合成和转运脂肪的过程、肌内脂肪代谢与肉质性状和血液生化指标的内在联系规律等还不明确，但随着基因芯片和基因组测序技术的快速发展，为深入探究家禽脂肪代谢与肌内脂肪形成的分子调控网络提供了有力的工具。此外，通过分子和细胞水平深入探究IMF沉积的潜在机制和转录调控因子将是未来家禽肉品质研究的重要方向。