MYH3 基因在主要模式动物和畜禽中的研究进展

杨博华，汤嘉玉，张心怡，汪志聪，宋贵兵，昝林森,2，王洪宝,2*

（1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100；2 国家肉牛改良中心，陕西杨凌 712100）

肌球蛋白由2 个肌球蛋白重链（Myosin Heavy Chain）和4 个肌球蛋白轻链（Myosin Light Chain）组成，可以通过水解ATP 将化学能转化为机械能，与肌动蛋白等协作完成肌肉的收缩过程[1]，是肌肉组织的重要组成部分。肌球蛋白重链由MYH基因家族进行调控，其与肌肉收缩速度有关[2]。哺乳动物至少有10 种肌球蛋白重链亚型[3]，不同亚型的肌球蛋白重链会对肌肉剪切力、肌内脂肪含量造成不同的影响[4]。

20 世纪80 年代，科学家在研究中发现一种肌球蛋白重链基因主要在胚胎期肌肉发育过程中表达，并将其命名为胚胎期肌球蛋白重链基因[5-6]，即肌球蛋白重链3（Myosin Heavy Chain 3，MYH3）。随后的研究均显示MYH3对肌肉的分化和再生有不可忽视的作用，其在骨骼、脂肪发育中同样发挥调控作用[7-10]。本文综述了MYH3的发现过程、基因信息及其在模式动物和主要畜禽中的研究进展，旨在为相关研究工作提供思路。

1 MYH3 基因的基本信息

1985 年，Strehler 等[5]从大鼠的DNA 文库中克隆出一些含有肌球蛋白重链序列的基因组片段，提取出一段长度约为4 kb 的DNA，并将其称为胚胎期肌球蛋白重链基因。随后Karsch 等[6]在1989 年对胚胎期肌球蛋白重链基因进行了更深入的研究，通过构建不同发育阶段的人肌细胞的cDNA 文库，使用DNA 探针进行分子杂交，结果显示这种肌球蛋白重链基因主要在胚胎时期表达，在妊娠后期逐渐减少，出生后胚胎期肌球蛋白重链基因的表达标志着肌肉的发育和再生。这些研究中所提及的胚胎期肌球蛋白重链基因即为MYH3。

MYH3基因是MYH基因家族的一员，以人为例，MYH3基因位于人的第17 号染色体上，mRNA 长度为6 032 bp，CDS序列位于89～5 911 bp，共翻译1 941个氨基酸。不同物种中，MYH3基因的位置及mRNA长度均存在差异（表1）。

表1 不同物种MYH3 基因的信息

使用NCBI 的Blast 功能将人、小鼠、大鼠、牛、猪、狗、双峰驼的MYH3的CDS 序列及其编码的氨基酸序列以两两对比的方式进行同源性分析发现，在CDS 序列上，大鼠和小鼠的同源性最高（95%），小鼠和狗的同源性最低（89%）。在蛋白质水平上，各物种间的同源性都较高，均达到97%以上（图1）。可见，MYH3基因在不同物种间的氨基酸同源性较CDS 同源性的分散度较小，各物种间的同源性高且集中。这可能是由于密码子的兼并性导致CDS 序列虽有一定差异，但表达的蛋白序列差异不大。正是由于各物种间MYH3基因的高度同源性，可以推测其在动物生长发育过程中起到不可或缺的作用。

图1 各物种间MYH3 基因在CDS 序列及氨基酸序列的同源性比较

2 MYH3 基因在模式动物上的研究

MYH3现已被用作检测肌肉发育和肌细胞分化的重要标志基因[7]，针对MYH3的研究也多集中于肌肉分化和再生的过程，当MYH3表达量下调时，肌细胞内肌管数量下降，肌管功能受到影响；当肌肉分化再生时，MYH3表达量显著上升[8-9]。也有研究证实MYH3参与骨骼发育，尤其在软骨的成骨过程中发挥作用[10]。

2.1MYH3基因在斑马鱼上的研究MYH3在斑马鱼上的研究较少。Whittle 等[11]以斑马鱼为模型研究远端关节畸变的过程，发现携带MYH3错义突变的斑马鱼样本肌细胞分化进程减缓，成年后肌肉纤维显著缩短，并且使肌肉长期机械性收缩，表现出脊柱侧弯和椎骨融合。

2.2MYH3基因在小鼠上的研究MYH3在小鼠上的研究较为全面，MYH3可以影响小鼠肌肉的分化和再生过程。Sala 等[8]在研究Stat3-Fam3a 轴影响线粒体呼吸作用进而促进肌肉分化的实验中，使用CRISPR/Cas9 基因编辑技术敲除了实验组小鼠的Fam3a基因，结果显示与对照组相比，实验组小鼠的MYH3基因表达量降低，肌肉分化进程变缓，后肢肌肉明显减少。

Mari 等[7]在研究GGA1（Golgi Associated,Gamma Adaptin Ear Containing，ARF Binding Protein 1，γ-衔接蛋白相关蛋白1）对小鼠成肌细胞影响的实验中，发现GGA1干扰组的MYH3表达量显著下调，大型肌管数量减少，肌管生成数量减少。Li 等[9]对正常小鼠、mdx 小鼠以及使用心脏毒素（Cardiotoxin，CTX）处理的小鼠进行研究，检测mdx 小鼠和注射CTX 后3、7、10 d 相关基因的表达量，发现MYH3基因在mdx 小鼠和CTX 处理组小鼠的肌肉再生过程中表达量上调。

2.3MYH3在人上的研究MYH3在人方面的研究更加全面，MYH3不仅可以影响肌细胞增殖与分化，还可以改变肌肉组织功能进而产生相关疾病，并且可以影响成骨过程。

MYH3基因表达的肌球蛋白是一种高度保守的蛋白质。作为动物体内主要起收缩作用的蛋白，肌球蛋白可引起骨骼肌收缩[1]，并可与肌动蛋白结合蛋白等维持细胞骨架的稳定性[12]。肌球蛋白还能够在胞质流动、物质运输、肌肉收缩等多种生理活动中发挥重要作用[13]。MYH3基因发生突变后，在大分子层面，可能影响MYH3基因表达出的蛋白结合水解ATP 的能力，进而影响肌球蛋白向细胞骨架上施压以及维持细胞骨架形态稳定的能力；在小分子层面，将引起MYH3 蛋白在细胞内的分布情况以及改变与胞内其他蛋白的互作，并可能影响细胞的极性形成[10]。

MYH3基因突变会使肌肉的功能发生改变，进而导致多种疾病产生[1]。Hundley 等[2]研究发现，MYH3表达量下降导致肌肉功能改变，进而引发女性盆腔脏器脱落症。Toydemir 等[1]在对儿童的Freeman-Sheldon综合征和Sheldon-Hall 综合征的研究发现，MYH3突变会导致蛋白错误折叠，进而影响肌球蛋白的结构和功能；此外，MYH3表达量在出生后期会迅速下降，并逐渐被其他MYH 家族基因代替。

MYH3对骨骼的发育也具有一定作用。邵为[10]通过体外培养人脐带间充质干细胞，诱导成骨/成软骨分化，观察MYH3基因在干细胞成骨/成软骨分化过程的表达情况与规律，结果表明MYH3基因参与骨的生成，尤其是软骨的成骨过程，推测其可能参与成骨相关基因的表达调控，进而影响骨的生成。

3 MYH3 基因在主要畜禽中的研究

对于MYH3的研究主要集中在猪和牛上[14-16]，在羊、家禽等其他农业动物上的研究较少。现有研究表明MYH3参与牛和猪细胞内肌管及肌内脂肪形成，且多个MYH3的多态位点可显著影响牛和猪的生长性状和肉品质性状[15-17]。因此，MYH3基因可被视为改善农业动物肉品质性状的重要候选基因。

3.1MYH3基因在猪上的研究 秦一禾[16]进行肌内脂肪含量性状相关的全基因组关联分析，在筛选出的6 833 个与肌内脂肪含量相关的SNP 位点中，一些位于猪12 号染色体的MYH3内的SNP 位点与猪肉脂肪含量存在一定关联，并在保证肌细胞正常工作中发挥重要作用。Xiong 等[17]对中国莱芜猪进行与肉品质相关的全基因组关联分析，发现MYH1、MYH2、MYH3、MYH13等多个连锁的MYH基因家族与肌肉发育和猪肉品质有关。Cho 等[18]检测发现，在最长肌和股四头肌区域，韩国本土黑猪和长白猪之间的MYH3转录水平存在显著差异，而这两个区域的其他基因在转录水平上并不存在任何显著差异。Luo 等[19]对与猪肉质相关的关联分析发现，位于12 号染色体上的MYH3基因内的一些SNP 位点与猪肉肉质显著相关，因此MYH3是可作为改善猪肉肉质的重要候选基因。

最新研究表明，MYH3在肌内脂肪形成的过程中也发挥着重要作用[18,20]。Cho 等[18]对韩国本土黑猪和长白猪的杂交后代进行QTL 分析发现，MYH3存在于猪的12 号染色体上一段488.1 kb 与肌内脂肪和肉色相关的区域内。Cho 等[18]对韩国本土黑猪和长白猪MYH3基因的5'侧翼序列进行Sanger 测序，发现韩国本土黑猪MYH3的侧翼序列与长白猪相比存在6 bp 的缺失；通过共转染实验发现这一区域可以与4 种成肌调节因子（MYOD、MYOG、MYF5 和MRF4）结合进而抑制MYH3表达，这6 bp 的缺失会影响4 种成肌调节因子的结合效率，进而促进MYH3的表达，分析发现存在6 bp 缺失的MYH3变异体可被视为影响猪肉肌内脂肪含量和肉品质的多效变异体。同时MYH3在股四头肌骨骼肌中过表达，肌细胞内三酰甘油（TAG）和游离脂肪酸（FFAs）的含量随之增加，这可能是因为更多慢速肌纤维的形成导致肌内脂肪含量增加[18]。Cho 等[18]的研究证实MYH3是影响猪肌纤维类型及IMF 生成的关键基因。

3.2MYH3基因在牛上的研究 Wang 等[15]采用PCRRFLP 技术对MYH3基因上检测到的8 个SNPs 位点进行分型统计，然后与表型性状关联分析，发现这些位点能够显著影响中国秦川牛的生长和屠宰性状，其中T2010C 位点的基因型对体高和胴体重量有显著影响，C7315T 位点的基因型对屠宰体重有显著影响。Zhang 等[21]研究表明，去势与不去势秦川牛 2 组样本MYH3基因表达量存在差异，可能是造成去势牛和正常牛之间肌纤维特性差异的主要基因之一。覃海等[22]利用荧光定量PCR 对关岭牛不同发育阶段的部分组织的MYH3的表达规律进行研究，发现MYH3表达量随着胎儿出生的时间表现出上升趋势，推测其与肌肉的生长发育存在一定关系。Zhao 等[23]研究发现MYH3基因与牛肉嫩度呈正相关，MYH3基因在肌肉重塑的过程中表达，从而推测肌球蛋白重链在死后仍有水解活性，可将肌肉重塑，进而改变肌肉的嫩度。

MYH3在羊方面的研究很少，在家禽方面的研究也十分欠缺，目前只有一些MYH基因家族在羊和家禽方面的初步研究。MYH基因家族与幼龄山羊的肌肉组成、抗氧化、抗寒能力及肌纤维的发育性变化规律相关，可以影响骨骼肌的弹性和力量，进而对外界环境的改变进行适应[24]。MYH家族在不同羊品种之间存在表达差异，有望成为影响肉品质的重要分子标记[25-26]。MYH基因在家禽的胚胎期15～19 d 持续表达，且随着肌肉的生长发育，表达的蛋白亚型有所不同[27-28]。MYH家族对家禽肌肉发育具有重要的调控作用，其表达的肌球蛋白重链与胸肌的生长速度显著相关[29]，有望成为改良家禽肉品质的重要基因之一。

4 总结与展望

综上，MYH3基因主要控制肌肉的分化过程，并在肌细胞的发育与再生过程中起重要作用。除此之外，对MYH3基因在肌内脂肪形成、骨骼发育、疾病产生过程中所起作用的研究也在逐步开展。但对MYH3的研究不够深入，对其调控通路、作用途径等方面的研究明显不足，仍需进一步全面探索。

随着生活水平的逐年提高，人们对农业动物产品质量提出了更高的要求。肉质性状受遗传调控的影响较大，若能通过遗传育种手段，加快动物的肌肉生长速度，提高脂肪沉积效率对于生产有很大的意义。MYH3已被证实对嫩度和肌内脂肪含量等肉质性状有调控作用，因此MYH3基因可作为研究加快动物生长速度和改善动物肉质品质的一个重要候选基因。