综述：改善体外肌肉分化以获得培养肉类类似肉质特性的策略

本综述系统阐述了如何通过模拟体内肌肉成熟过程提升培养肉品质。文章聚焦于肌管排列、肌节组织、细胞外基质（ECM）发育等结构成熟事件，以及代谢与生化转变对肉质（纹理、风味、色泽）的协同调控。重点探讨了生物仿生支架、机械/电刺激、时序优化培养基等整合策略，并介绍了转录组学、代谢组学等先进分析工具在实时评估成熟进程中的应用，为推进培养肉产业化提供了关键理论依据与技术路线。

　　

结构肌肉

脊椎动物的肌肉组织主要分为骨骼肌、心肌和平滑肌三种类型。其中，骨骼肌在屠宰后经历死后代谢变化转化为肉类。因此，培养肉的生产重点在于复制骨骼肌的结构和功能特征。

骨骼肌由多核的肌纤维构成，这些肌纤维是基本的细胞单元。肌纤维内含有肌原纤维，它们是肌肉收缩的基本单位。肌原纤维由重复的肌节构成，肌节的精确排列对于产生肌肉收缩力和肉质的纹理至关重要。细胞外基质为肌肉纤维提供结构支持，并影响肉的嫩度。

肌肉分化至成熟

肌肉分化是一个高度协调的生物学过程，肌源性前体细胞经历一系列变化形成功能性肌纤维。该过程涉及调控基因表达模式的复杂分子机制，导致细胞退出细胞周期并启动肌肉特异性蛋白质的合成。

成肌细胞融合是肌肉分化的一个关键里程碑，单个单核成肌细胞融合形成多核的肌管。这一过程由特定的细胞表面蛋白和信号通路精心调控。随后，肌管经历成熟过程，包括肌原纤维的组装和肌节的产生，这是收缩装置的功能单位。从分化到成熟的转变涉及代谢从糖酵解向氧化磷酸化的转变，以及特定肌纤维类型的指定，这些类型影响肉的色泽、质地和代谢特性。

肌肉成熟的分子和结构基础

肌肉成熟是指分化后的时期，在此期间肌管演变成完全排列、多核的纤维，具有功能性肌节、纤维类型特异性和代谢能力。从分化到成熟的转变在骨骼肌发育中代表了一个关键阶段，它不仅决定了肌肉功能，也决定了肉的最终品质特征。

这一成熟阶段的特点是结构和生化变化的融合。在结构上，肌节蛋白（如肌动蛋白和肌球蛋白）的合成增加，并组织成高度有序的肌节。细胞外基质的重塑加强了结构完整性。在生化上，代谢酶谱发生变化，线粒体生物发生增强，从而提高了氧化能力。这些变化共同影响了肉的持水性、嫩度和风味前体的形成。

生化方法

生长因子和激素通过相互关联的信号通路调控肌肉分化。各种生物活性分子影响培养肉系统中的肌肉发育和成熟。胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子和转化生长因子-β是三个对骨骼肌分化有显著影响的主要家族。除此之外，许多其他生长因子和激素也影响肌生成调控。

IGF系统，特别是IGF-1，通过PI3K/Akt/mTOR通路在促进成肌细胞增殖和分化中发挥核心作用。FGFs参与调节细胞增殖和迁移。TGF-β超家族成员，如肌肉生长抑制素，作为肌肉生长的负调控因子，其抑制可导致肌纤维肥大。激素如甲状腺激素和β-肾上腺素能激动剂也影响肌肉代谢和纤维类型转换。

物理和工程策略

除了生化线索，物理和工程方法在模拟体内环境促进肌肉成熟方面至关重要。生物仿生支架为细胞附着、排列和分化提供三维结构线索。支架的物理特性，如刚度、拓扑结构和孔隙率，可以显著影响细胞行为。

机械刺激，包括循环拉伸和压缩，模拟肌肉在体内的自然使用，促进肌原纤维的排列和成熟。电刺激可以诱导细胞膜去极化和钙离子内流，触发肌肉收缩和特定基因的表达。灌流生物反应器系统通过确保营养和氧气的有效输送以及废物的清除，促进大规模培养，从而支持更厚组织结构的存活和成熟。

先进的分析工具

为了精确监测和优化肌肉成熟过程，先进的分析工具至关重要。转录组学能够全面分析基因表达谱，揭示参与成熟的关键通路和调控因子。代谢组学提供了细胞代谢状态的快照，识别与肉质特征相关的代谢物。

结构成像技术，如共聚焦显微镜和电子显微镜，可以可视化肌管排列、肌节组织和细胞外基质发育的细节。这些工具允许对成熟协议进行实时评估和细化，从而实现数据驱动的过程改进。

结论和未来展望

本综述考察了当前在培养肉生产背景下对肌肉成熟过程的理解，强调了其在将基础肌源性转化为类肉特性方面的关键作用。肌肉成熟可能是培养肉品质的关键决定因素，通过结构优化和细胞生化转变直接影响质地、多汁性、色泽和风味。然而，在体外重建支持完全成熟所需的复杂体内环境仍然是一个重大挑战。

未来的研究应侧重于整合多学科方法，将肌肉生物学、材料科学和生物过程工程的见解结合起来。开发更复杂的生物仿生系统，能够提供时空控制的生化和物理线索，将至关重要。此外，将肌肉成熟与死后生化过程（如熟化）联系起来，可以进一步缩小培养肉与传统肉之间的品质差距。通过解决这些方面，培养肉生产可以朝着实现与常规肉类相媲美的感官和功能特性迈出重要一步。