肉用家畜骨骼肌肌纤维类型转化的研究进展

姬正伟,路宏朝,马海东,程 佳

(陕西理工大学 生物科学与工程学院,陕西 汉中 723001)

骨骼肌是动物机体的重要组成部分并占到肉用动物机体重量的40%左右,是家畜肉产品的主要来源,在支撑动物躯体、调控机体代谢、血糖平衡与体温维持等方面发挥重要作用[1-3]。在高度特化的骨骼肌组织中,肌纤维作为构成骨骼肌的基本结构单位,形成于胚胎发育期并具有一定的兴奋性以及收缩性,是由成肌细胞融合而成的多核条带状细胞并由肌膜所包裹,直径10～100 μm,约占肌肉体积的75%～90%[4]。肌纤维具有不同种类型,并负责选择性表达各自特定的基因,不同的肌纤维类型对应不同的生物学功能且其组成在不同动物品种以及不同动物个体部位之间存在着较大的差异,而差异的结果将会直接影响到家畜肌肉代谢以及宰后的鲜肉品质,其中包括外观品质性状以及食用肉品质性状[5-6]。

一般情况下,在肌肉组织中能够观察到所有的肌纤维类型,即慢速氧化型肌纤维(Ⅰ型)、快速氧化-酵解型肌纤维 (Ⅱa型) 和快速酵解型肌纤维(Ⅱb型),其中Ⅰ型与Ⅱa型肌纤维在肌肉中的含量与肌肉品质呈正相关,Ⅱb型肌纤维则相反,不同肌纤维类型的肌肉占比促使氧化型肌纤维的外观品质诸如肉色、pH以及系水力等都要优于酵解型肌纤维[7-8]。这表明肌纤维类型是调控家畜肌肉品质特性的关键所在,特别是Ⅰ型肌纤维能够促使肌肉呈现出优良的表型特征[9],并能够调控与改善肉质。因此,通过深入探索肌纤维的组成与特性,以及影响肌纤维类型转化的因素与机理,最终改善家畜的肌肉品质一直以来都是国内外学者的研究热点[10-11]。

1 骨骼肌肌纤维类型及其特征

1.1 骨骼肌肌纤维的分类

骨骼肌为异质性组织并由多种功能的肌纤维组成,不同类型的肌纤维在形态、代谢、生理、生化特性方面均不一致且肌纤维的分类方式与命名也不同。①依据代谢特征将肌纤维分为氧化型与酵解型,前者主要通过有氧代谢获取能量,肉色呈红色;而后者几乎全部通过厌氧代谢获取能量,肉色较浅。②依据收缩特性将肌纤维分为慢收缩Ⅰ型与快收缩Ⅱ型肌纤维,其中,Ⅰ型肌纤维多为红肌纤维,Ⅱ型肌纤维为白肌纤维。③依据酶组织化学法进行区分,最早三磷酸腺苷酶 (adenosine triphosphatase,ATPase) 染色法将肌纤维分为Ⅰ型和Ⅱ型。之后,依据ATPase对pH预孵化的敏感程度不同将肌纤维分为Ⅰ、Ⅱa和Ⅱb型。用琥珀酸脱氢酶 (succinate dehydrogenase,SDH) 染色法可将肌纤维分为红白肌纤维,用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸四唑还原酶 (nicotinamide adenine dinucleotide terazolium reductase,NADH-TR) 染色法可将肌纤维分为慢收缩氧化酵解型(SO)、快收缩氧化型(FO)、快收缩氧化酵解型(FOG)、快收缩酵解型(FG)[12]。④依据肌球蛋白重链 (myosin heavy chain,MyHC)亚型分类,可将肌纤维分为MyHCⅠ(慢速氧化型)、MyHCⅡa(快速氧化型)、MyHCⅡx(中间型)和MyHCⅡb(快速酵解型)[13]四种类型。

以上四种肌纤维类型鉴别方法中,前两种正逐渐被后两种所取代。但许多肌纤维除了表达单一MyHC亚型外还共表达多种MyHC亚型或肌原纤维蛋白[14],这在一定程度上增加了肌纤维类型鉴别的难度。相信随着分子生物学的发展,将会陆续出现更为细致的肌纤维分类依据和分类方法,能够更加有助于今后对肌纤维的研究。

1.2 骨骼肌纤维类型的特点

不同类型肌纤维在收缩、代谢、生理、化学和形态特性等方面均不同。Ⅰ型(有氧代谢型)肌纤维位于骨骼肌深部且其毛细血管丰富,含有更多的线粒体,细胞色素与脂肪,浆膜中肌球蛋白含量高,外观呈红色,收缩缓慢且持久。Ⅱa型(快速氧化型)肌纤维位于骨骼肌中部且糖原含量较高,含有一定量的肌红蛋白,颜色较红,可通过有氧氧化与糖酵解进行供能。Ⅱb型(酵解代谢型)肌纤维位于骨骼肌表层,细胞色素与肌红蛋白含量较少,外观呈白色,收缩快但持续时间短。Ⅱx(中间型)肌纤维位于肌肉的表层,收缩特性与代谢特性均介于Ⅱa与Ⅱb之间,外观呈粉红色,兼具有氧代谢和酵解代谢且所含酶系活性也居于红、白肌纤维之间[14]。总的来说,Ⅰ型和Ⅱa型属于偏氧化型肌纤维,而Ⅱx和Ⅱb型属于偏酵解型肌纤维。

2 骨骼肌肌纤维类型转化的影响因素

2.1 运动对肌纤维类型转化的影响

不同类型、强度以及不同持续时间的运动均可刺激骨骼肌发生适应性改变。一项Meta分析表明,中等强度持续的有氧运动(moderate continuous aerobic training,MCAT)可以促进骨骼肌线粒体生物合成、提高机体有氧代谢的能力、增加毛细血管密度、延缓肌肉萎缩、上调Ⅰ型肌纤维比例[19]。Deshmukh等[20]的研究同样发现运动可以导致线粒体功能增强,肌肉抗氧化能力与新陈代谢水平得到有效改善并促使线粒体功能发生重塑。大鼠8周低负荷耐力训练促使肌纤维向氧化型肌纤维转化,而间歇速度训练则促使肌纤维向酵解型肌纤维转化,并在肌纤维类型转化过程中伴随着CaMKⅡ/MEF2传导途径中CaN、CaMKⅡ、MEF2基因的高表达[21]。潘同斌等[22]采用大鼠力竭离心运动模型发现力竭运动组Ⅰ型肌纤维百分比明显降低,而Ⅱ型肌纤维百分比明显增加。可见,线粒体作为细胞能量的加工场所,运动对加速线粒体的生物合成发挥着重要作用,并可促使骨骼肌纤维MyHC亚型之间发生相互转化。

2.2 环境应激对肌纤维类型转化的影响

低氧环境应激是影响肌纤维类型转化的重要因素之一。研究显示,在急性低氧环境下SD大鼠腓肠肌Ⅰ型肌纤维比例极显著减小,Ⅱa型肌纤维比例极显著增大,Ⅱb型肌纤维比例显著减小[29]。而低氧环境下大通牦牛骨骼肌纤维平均直径相较于平原黄牛的肌纤维更细,表明持续的低氧环境促使大通牦牛骨骼肌中Ⅰ型肌纤维的比例增加,同时引起骨骼肌的表面积密度无论是平均值还是不同部位肌纤维的密度相较于平原黄牛的更大[23]。

温度对肌纤维转化具有调节作用。Yamaguchi等[24]在体外研究中发现,小鼠成肌细胞在培养温度升高时MyHCⅠ蛋白与mRNA表达量均上调,而MyHCⅡx的mRNA表达量降低,这可能与激活过氧化物酶体增殖物激活受体辅助活化因子(peroxisome proliferator activated receptor-γ coactivator 1α,PGC-1α)通道有关[25]。而育肥猪在持续高温的环境下背最长肌红肌纤维相对含量减少[26]。说明高温在体内以及体外影响肌纤维类型转化的结果存在着一定差异。低温同样对肌纤维类型转化起影响作用,张冬杰等[27]研究发现,民猪与大白猪在低温环境下背最长肌,股四头肌内线粒体的数量变化趋势一致,但背最长肌内线粒体数量的变化最为显著,分别达到了1.6和1.7倍,表明低温可促使背最长肌中线粒体的生物合成,从而增强肌肉的氧化代谢水平。李忠秋等[28]研究发现,民猪在寒冷环境36 h后MyHCⅠ和MyHCⅡa mRNA表达量均显著高于常温组,而MyHCⅡb mRNA表达量显著低于常温组 ,表明寒冷应激能使得民猪肌肉中酵解型肌纤维向氧化型肌纤维进行转化,进而增强肌肉的氧化代谢能力。

2.3 营养因素对肌纤维类型转化的影响

母体营养与出生后营养的供给水平是动物骨骼肌生长发育的物质基础并直接影响动物出生前后肌纤维的生长发育与类型的组成。当提高杜长猪日粮的能量水平后发现高能量饲料水平组中MyHCⅡa与MyHCⅡx型肌纤维比例均显著高于低能量水平组,而MyHCⅡb的表达量极显著低于低能量水平组[29]。在对母猪妊娠期与哺乳期进行营养限饲后发现,后代育肥猪背最长肌中Ⅰ型肌纤维比例显著降低,但在日粮中添加1%精氨酸后断奶仔猪背最长肌Ⅰ型肌纤维的比例显著升高,与慢肌纤维相关基因的mRNA和蛋白表达量均显著上调[30],同时,禁食可诱导小鼠比目鱼肌与腓肠肌中氧化型肌纤维比例上升,并促使C2C12细胞由酵解型向氧化型转化[31]。Fahey等[32]研究发现,母羊禁食后比目鱼肌和腓肠肌中MyHCⅠ mRNA表达水平显著上调,表明禁食后两种类型肌肉中氧化型肌纤维的比例均发生显著性上升,但对趾伸长肌纤维类型并无明显的影响。此外,营养不良可显著提高3～7周龄猪菱形肌Ⅰ型肌纤维的比例,但对猪背最长肌纤维类型的组成却无明显影响[33]。

有越来越多的研究表明,许多植物自然来源的小分子可以参与调节肌纤维的形成,进而影响骨骼肌的功能。如Wen等[34]首次发现番茄红素(lycopene,LYC)可增强线粒体呼吸能力并通过AMPK信号通路增加慢肌纤维比例,从而提高骨骼肌的抗疲劳能力。接着研究了日粮中添加LYC对育肥猪肉质、抗氧化能力和肌纤维类型转化的影响,结果表明,日粮中添加200 mg/kg LYC改善了育肥猪宰后猪肉的颜色与营养价值,以及显著提高了育肥猪的抗氧化能力与MyHCⅠ/Ⅱa蛋白表达水平及慢肌纤维百分比,并显著降低了MyHCⅡb/Ⅱx表达水平和快肌纤维百分比[35],表明LYC对肌纤维转化具有潜在的有益作用。此外,日粮中添加0.25%亮氨酸(Leucine,Leu)显著增加断奶仔猪背最长肌中MyHCⅠ、MyHCⅡa、Tnni1(Troponin I1, Slow Skeletal Type)、肌红蛋白(Myoglobin,Mb)的表达,同时降低了MyHCⅡb的表达水平。并显著增加了SDH的活性与血清脂联素(adiponectin,AdipoQ)浓度,脂联素受体1(Adiponectin receptor-1,AdipoR1)、磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(p-AMPK)和 PGC-1α的蛋白表达水平以及AdipoQ、AdipoR1和AMPKα2的mRNA表达水平。总之,Leu可促使猪骨骼肌纤维类型由快肌向慢肌转化,该作用可能是由AdipoQ-AMPK-PGC-1α信号通路介导的[36-37]。此外,胍基乙酸(Guanidinoacetic Acid)可作为日粮补充剂通过增强育肥猪基于PGC-1α的线粒体功能和激活CaN/NFAT通路,上调肌肉中MyHCⅠ mRNA的表达且与对照组相比具有更低的肌纤维横截面积与直径,促使骨骼肌纤维从快肌向慢肌的转化[38-39]。Zhang等[40]研究发现,通过在育肥猪饲料中添加0.3%丁酸盐(Butyrate)可显著提高肌肉组织特异性microRNAs和PGC-1α的表达水平,促进育肥猪线粒体生物合成和氧化型肌纤维的形成,最终改善肉质。另外,Chang等[41]研究结果表明,Butyrate还可能通过失活FoxO1与上调MEF2C (myocyte enhancer factor 2,MEF2) 促进小鼠氧化型肌纤维的形成。

当下,基于生态环境保护国家颁布实施了禁牧、限牧的政策,通过对草食性动物进行大规模的人工运动而改善肌纤维类型的畜产品生产方式逐渐不可取。在该种背景下,动物虽然可以接受日照与各种气候环境的锻炼,但同时也增加了动物暴露于环境污染物与病理环境(寄生虫、病毒、细菌)的风险[42-43],因此,采用营养因素调控肉品质是目前家畜养殖生产中比较可行的。因此,通过寻找天然安全的营养物质来调控肌肉代谢以及改变肌纤维类型对家畜肉品质的改善具有重要的意义与价值[44-45]。

3 骨骼肌肌纤维类型转化的机理研究

3.1 PGC-1α参与调控骨骼肌纤维类型

越来越多的研究认为,骨骼不仅作为动力器官,还具有内分泌功能。其分泌释放的细胞因子或者多肽被称为肌肉因子 (myokine) 。这些myokine可通过自分泌,旁分泌或内分泌进行调节骨骼肌内的信号转导和代谢水平,也为骨骼肌和其他组织器官之间提供了分子联系,并在协调肌肉再生和介导肌肉的可塑性中发挥着重要的功能[46-47]。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α (peroxisome proliferator activated receptor-γ coactivator 1α,PGC-1α) 是转录共调节因子超家族中的成员之一。该蛋白在机体能量代谢中发挥关键调控作用并处于细胞内信号转导途径的交叉点。由于在调节线粒体生物合成及脂肪组织发育中功能的挖掘具有广阔的应用前景,PGC-1α作为潜在靶点的小分子化合物已然成为当下研究的热点。PGC-1α最早是由Spiegelman实验室在小鼠体内发现的一种核转录辅激活因子,能够应答各类环境刺激和营养信号的改变,且参与机体白色脂肪组织 (white adipose tissue,WAT) 的褐变,从而调节机体产热。还可以选择性结合多种转录因子并激活下游基因的表达,包括肌细胞增强因子2 (myocyte enhancer factor 2,MEF2)、雌激素受体相关受体α (estrogen-related receptor α,ERRα)、甲状腺受体 (thyroid receptor) 以及核呼吸因子 (nuclear respiratory factor,NRF) ,进而协同调控动物机体的多项生理进程。PGC-1α在骨骼肌中也具有协调与肌肉收缩和代谢适应性相关的核编码基因与线粒体编码基因的功能,并作为调节因子在骨骼肌中线粒体的生成和氧化代谢调控方面发挥特异性调节的作用[48-52]。

PGC-1α可由肌肉组织中的热量限制以及活化后的磷酸腺苷活化蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase,AMPK) 诱导[53-54],从而促进线粒体氧化酶基因以及肌酸激酶特异性表达,增强线粒体呼吸以及脂肪酸的氧化作用。同时,PGC-1α可通过共激活钙调神经磷酸酶 (calcineurin,CaN) 上调MEF2蛋白,并协同激活慢肌纤维相关基因的转录,导致小鼠骨骼肌Ⅱ型肌纤维呈现出Ⅰ型肌纤维的特征,促使肌红蛋白表达水平上升[55-57]。

此外,运动亦可增加氧化型肌纤维比例,而过表达PGC-1α仍作为主导变量影响着近2/3的运动调节转录[58]。PGC-1α还可以在sirtuin1 (SIRT1) 的参与下,与ERRα结合形成复合物调控HIF2α (hypoxia inducible factor-2α) 促使快肌纤维向慢肌纤维转化[59]。目前已有研究表明,在对小鼠骨骼肌PGC-1a特异性敲除后发现小鼠肌纤维由Ⅰ型和Ⅱa型向Ⅱb与Ⅱx型肌纤维进行转变,并导致小鼠耐力下降,肌纤维损伤,以及跑步后炎症标志物的升高[60]。总而言之,PGC-1α可通过多条信号途径影响肌纤维类型转化且转化具有导向性。

3.2 FGF21参与调控骨骼肌纤维类型

成纤维细胞生长因子21 (fibroblast growth factor 21,FGF21) 属于FGFs亚家族-FGF19亚家族成员,是一种新型的参与代谢调控的关键因子,通过自分泌或循环代谢等多种途径参与调节生物体发育、新陈代谢,以及维持组织间的相互联系和肌肉骨骼稳态,可被视为治疗肥胖和2型糖尿病的药物靶点。FGF21主要在代谢活跃的器官中表达,最早由Nishimura等[61]从小鼠胚胎组织中分离出来,其相对分子质量约为20 kDa,由30个氨基酸的疏水性氨基末端和一个分泌型蛋白质的典型信号肽序列构成,而成熟的FGF21蛋白质含有181个氨基酸残基。直到2005年,FGF21作为一个新的代谢调节因子被发现具有生物学活性[62]。跟踪近些年来与FGF21相关的研究报道后发现,FGF21蛋白能够增强机体在新陈代谢中对脂肪组织中糖类的摄取,调节能量损耗以及肥胖症患者的葡萄糖和磷脂水平,以及促进脂肪酸氧化的作用[63-64]。另外,FGF21也可介导肌纤维类型转化,但FGF21通常不在骨骼肌中表达,但可以被某些应激状态所诱导[65]。AMPK-SIRT1-PGC-1α是一条已知的调控肌纤维类型转化的信号通路,在对小鼠腹腔注射FGF21后以内分泌的方式作用于骨骼肌,进而与KLB、FGFR相结合形成三元复合体从而发挥作用,并通过AMPK-SIRT1-PGC1α通路增强线粒体功能,可促进比目鱼肌肌纤维类型由快速酵解型向慢速氧化型转化。此外,FGF21还通过CaN-NFATc3与Ca2+/CaMK通路促使慢肌中肌纤维类型由酵解型向氧化型转化,而在特异性敲除FGF21后这种调控作用与相关的通路均被阻断[66]。

3.3 FHL3参与调控骨骼肌纤维类型

LIM (Lin-Isl-Mce) 蛋白是一类富含半胱氨酸并具有锌指结构的蛋白质超家族,该家族的蛋白质分子都包含有高度保守的氨基酸序列 (CX2CX17-19HX2CH2CX16-20C/H/D) ,即由两个串联且富含半胱氨酸和组氨酸的锌指结构组成并形成了具有Zn2+结合口袋的稳定三级结构 (LIM结构域) ,可分为以下四种类型:①LIM-同形域蛋白 (LIM-homeodomain,LIM-HD) ; ② LIM激酶 (LIM-kinase,LIM-K) ; ③LIM-only (LIM only protein,LIMO) ; ④ 其他LIM蛋白[67-68]。研究表明,FHL (four and a half LIM domain) 属于LIM-only蛋白家族,包含有FHL1-4和ACT五个成员。其中,FHL3在骨骼肌中表达水平较高,尽管不能直接与DNA相结合,但可作为转录共激活子或共抑制子通过四个半LIM结构域调节转录因子的转录活性,可分别与肌分化因子MyoD、肌动蛋白、转录因子MZF-1等蛋白质相互作用,进而对成肌细胞分化、细胞骨架结构、骨骼肌形成起重要的调控作用[69]。

徐在言等[70]在小鼠成肌细胞C2C12中干扰FHL3后MyHCⅠ和MyHCⅡa的表达分别发生不同程度的降低,而MyHCⅡb和MyHCⅡx表达量有所上调,表明FHL3与MyHC各亚型基因间存在一定关联。随后有研究发现,FHL3在细胞水平上能够抑制MyHCⅠ/slow基因表达而促进MyHCⅡa、MyHCⅡb基因表达,但对MyHCⅡx表达无显著影响。同时验证了FHL3可通过与pCREB(反应元件结合蛋白)和p300蛋白互作上调MyHCⅡa基因表达,并通过抑制MyoD转录活性下调MyHCⅠ/slow基因表达[68]。在使用RNA-Seq技术筛选寒泊羊肌肉生长发育相关基因的研究中,筛选得到了TMOD4、FHL3和MYBPC1,表明FHL3可能参与寒泊羊肌肉发育的生物学过程,也可通过结合Sox15 (SYR-Box Transcription Factor 15) 共激活Foxk1 (Forkhead Box K1) 调控肌源性祖细胞数量和骨骼肌再生,并参与肌纤维类型转化。通过在活体水平上验证FHL3对不同肌纤维类型的影响后发现,FHL3转基因小鼠MyHCⅠ表达量显著下调而MyHCⅡa、MyHCⅡb表达量显著上调,对2月龄小鼠比目鱼肌和股四头肌ATPase染色和SDH染色均显示,转基因小鼠较野生型小鼠Ⅰ型肌纤维显著降低,Ⅱ型肌纤维显著增多[71-72]。

3.4 MYH3参与调控骨骼肌纤维类型

肌球蛋白重链3 (myosin heavy chain 3,MYH3) 基因编码胚胎型肌球蛋白重链蛋白,控制肌肉的牵引滑动。另外,MYH3表达量与骨骼肌纤维维度呈正相关,可导致肌纤维特性差异。因此,MYH3与家畜的经济性状具有较大关联[73-75],MYH3的研究先后集中在对猪与牛生长性状的影响方面,在其他农业动物上的研究较少。近年来的研究表明,家畜基因组拷贝数变异 (Copy numbervariations,CNVs) 已成为单核苷酸多态性SNP (Single nucleotide polymorphism) 的重要遗传变异性补充。CNVs是个体遗传变异的重要来源,可通过对功能基因拷贝数产生调控作用,进而影响到家畜产肉经济性状[76]。Xu等[77]首次尝试建立了候选基因CNVs与生长性状之间的相关性,结果表明MYH3基因的CNVs可以作为中国牛经济性状的潜在标志物而应用于选育计划。

Cho等[78]探究了影响肌纤维类型的遗传因素,确定了猪12号染色体上一个488.1kb的区域 (编码MYH3) 影响着骨骼肌肉色与肌内脂肪 (Instramuscualr Fat, IMF) 。在对韩国本土黑猪 (Korean native pigs,KNPs) 与长白猪 (Landrace pig) 进行肌肉形态学观察后发现,KNPs的肉色相较于长白猪更红,并具有清晰的大理石花纹,肌肉中含有大量的慢/Ⅰ型/氧化型骨骼肌纤维,且MYH3表达量高。随后在MYH3转基因小鼠上证明了该基因在KNPs的骨骼肌中控制着肌纤维类型,并首次在猪MYH3基因的2-kb启动子/调控区发现了一个结构变异 (6bp缺失) ,其中Q等位基因携带者显示出比q等位基因携带者肉色红度及IMF更高的特性,同时发现MYH3的5'侧翼区的结构变异消除了肌源性调节因子 (MYF5, MYOD, MYOG和MRF4) 的结合。Huang等[79]重新评估了该突变与潜在的商业应用价值之间的因果关系,结果发现在6bp缺失位点或附近鉴定出了几个新的变异 (包括一个4 bp的缺失) ,这些多倍体在多个品种中形成了四个单倍型。但MYH3的Q等位基因及其包含的单倍型对三个规模不同猪群的IMF、大理石花纹和肉色评分并没有显著的影响 (异质性F6和F7猪的商业杂交杜洛克×(长白×约克夏猪)) ,且肌肉中MYH3蛋白表达水平在单倍型组间并无显著差异,表明MYH3基因的功能有待进一步验证。

3.5 LncRNA参与调控骨骼肌纤维类型

长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA) 在骨骼肌发育及代谢中的作用已成为新的研究热点之一,其可通过结合转录因子、吸附miRNA、作为核糖核蛋白的支架等多种方式发挥其功能,并可引发肌肉RNA转录谱在快肌与慢肌之间产生显著性差异。近年来,高通量测序鉴定了大量参与骨骼肌生成相关的lncRNA,其可通过靶向关键因子参与肌纤维类型的转化,然而LncRNA在动物肌纤维类型转化中的作用尚不明确[80-81]。Dou等[82]在猪MyHCⅡA和MyHCⅡX基因区间内检测到一条全长约5 kb的lncRNA,并将其命名为MyHCⅡA/X-AS,主要在骨骼肌中表达并分布在细胞质内。在敲低MyHCⅡA/X-AS后,快肌纤维的分子标记MyHCⅡB和MyHCⅡX表达量显著降低,而慢肌标志基因MyHCⅠ和MyHCⅡA表达显著升高 。同时,过表达miR-130b与敲低MyHCⅡA/X-AS表型一致,表明MyHCⅡA/X-AS能够作为分子海绵吸附miR-130b,解除miR-130b对MyHCⅡX的抑制作用,进而维持猪快肌纤维的表型。由于lncRNA具有高级结构且在各家畜品种间的保守性较低,其研究存在挑战。但随着RNA测序技术与生物信息学技术的快速发展,参与调节产肉性状的主效lncRNA将会被陆续鉴定,可为进一步揭示其分子作用机制与调控肌纤维类型转化提供新视野,这对家畜肉产品品质的改良尤为重要。

3.6 其他肌纤维类型调控因子

SOX6是SOX基因家族D亚家族的成员之一,在骨骼肌中大量表达并参与早期胚胎发育及器官的形成过程,是软骨、肌肉、中枢神经系统发育过程中的重要调控因子,对肌纤维类型具有明显的调控作用。研究表明,SOX6因子失活可导致小鼠与斑马鱼多种慢肌纤维基因表达上调,而过表达SOX6可引起慢肌纤维基因表达下调。SOX6基因缺失能导致胎鼠骨骼肌中MyHC-β(对应慢肌) 表达量显著提高 ,慢肌纤维含量增加;同时快肌与慢肌中Myh7 (慢肌基因) 表达量均显著提高,MyHCⅡb向MyHCⅡa与MyHCⅡx转化,并伴随慢肌特异性肌钙蛋白Tnni1、肌红蛋白表达量以及线粒体活性的显著提高 ,表明Sox6作为慢肌纤维基因的转录抑制因子并在快肌纤维中大量表达[83-85]。Akirin1 (Mighy) 是肌肉生长抑制素下游靶基因并在不同物种间广泛表达且高度保守,是天然免疫反应信号通路所必须的核内因子,具有核定位信号以及与蛋白质相互作用特性。据此Akirin1被推测作为辅因子而调节靶基因转录,并可能作为肌肉再生早期信号传感器,参与myostain蛋白 (MSTN) 调控肌肉再生的关键步骤。有研究表明,敲除Akirin1后,肌肉的氧化程度降低,导致Ⅱa型肌纤维增加而Ⅰ型肌纤维减少[86-87]。FLCN (Folliculin) 是一个在进化上保守的基因,并在多个物种里发现FLCN的同源基因,其可作为肿瘤抑制剂在多种生命活动中发挥调节作用。FLCN的羧基末端可通过与其伴侣分子FLCN相互作用蛋白FNIP1 (folliculin interacting protein 1) 相结合形成FLCN-FNIP1复合体,从而作为负调节因子降低AMPK活性;敲除FLCN或FNIP1均可显著增加骨骼肌中AMPK活性和PGC-1α表达水平,并明显增加慢肌纤维比例,而在敲除PGC-1α基因后慢肌纤维比例呈现显著性下降,表明FLCN/FNIP1通过抑制AMPK-PGC-1α信号通路调控肌纤维表型发生转化,从而降低骨骼肌中慢肌纤维比例[54,88-89]。

4 展 望

骨骼肌纤维存在多种分类方法,分类方法不同,则肌纤维的类型不同。不同类型的肌纤维及其构成在肌肉收缩、代谢、生理与形态特性等方面均存在显著性差异。影响家畜肌纤维类型转化的因素也存在多种。就不同因素对肌纤维转化的机制探究,各种因素对家畜肌肉性状的差异分析,各类肌纤维转化因子的发现,以及与MyHC各个亚型基因之间关系的研究均有利于下一步的动物肉品质的改善,进而提高动物育种的效果。