鸡源肌肉与脂肪细胞培养体系的建立及其在人造肉生产中的应用研究

本综述系统阐述了利用鸡胚胎干细胞（ESCs）、间充质干细胞（MSCs）及肌肉卫星细胞建立肌肉和脂肪细胞培养体系的关键技术。研究通过单层及三维微载体培养，优化了细胞分化条件（如使用食品级卵磷脂诱导脂肪生成），并深入分析了多能性标志物（cOCT4、cNANOG）和成肌标志物（cPAX7、cMYOD、cMYH1E）的动态表达。结果表明，转谷氨酰胺酶交联可形成具有结构完整性的组织样生物质，为规模化生产培养肉提供了新策略。

　　

引言

随着消费者对肉类替代品需求的转变，细胞农业作为一种可持续的蛋白质生产方式受到广泛关注。培养肉旨在通过细胞培养技术复制传统肉类的感官和营养特性，其核心挑战在于获得能够高效增殖并分化为肌肉和脂肪组织的细胞系。本研究聚焦于鸡胚胎来源的间充质干细胞（MSCs）和肌肉卫星细胞，通过优化培养条件，构建适用于培养肉生产的肌肉和脂肪组织模型。

材料与方法

研究使用特定病原体（SPF）鸡胚胎的胸部和后肢肌肉分离MSCs和卫星细胞。细胞培养采用单层和三维微载体系统，以维持细胞外基质（ECM）的完整性。通过荧光显微镜、RT-qPCR和免疫染色技术，评估多能性基因（如cOCT4、cSOX3、cNANOG）和成肌基因（如cPAX7、cMYOD、cMYH1E）在分化过程中的表达。脂肪分化通过添加食品级卵磷脂（L-α-磷脂酰胆碱）诱导，并检测脂质积累及相关基因（PPARγ、C/EBPα、FABP4）的表达。

结果

鸡间充质干细胞和胚胎干细胞的增殖

胚胎干细胞（ESCs）在无饲养层培养条件下表现出18-24小时的倍增时间，而MSCs的倍增时间约为26-28小时。基因表达分析显示，ESCs高表达多能性基因，MSCs表达水平中等，反映其多能性受限。

肌肉卫星细胞向肌管的成肌分化

鸡成肌细胞在分化培养基中形成线性多核肌管。基因表达分析表明，cPAX7和cMYOD在成肌细胞中高表达，但在肌管中显著下降（cPAX7降低35%）；而cMYMK和cMYH1E表达上升（cMYMK增加67%），证实了肌生成进程。免疫荧光染色显示肌管高表达肌球蛋白重链（MYHC）和结蛋白（DES），表明细胞成功分化。

鸡间充质干细胞向脂肪细胞的分化

添加卵磷脂诱导4天后，MSCs呈现脂肪细胞典型的圆形形态。第14天，脂质染色（HCS LipidTOX Red和Nile Red）显示脂滴积累。RT-qPCR检测到cPPARG显著上调，cFABP4、cADIPOQ和cPCK1表达升高，证实脂肪生成成功。

鸡肌肉和脂肪生物质的构建

通过转谷氨酰胺酶交联，肌肉生物质（0.3 g）和脂肪生物质（0.5 g）形成具有结构完整性的宏观构建体。三维球体与微载体共培养显示94.05%的细胞存活率，且球体来源的细胞在微载体上扩展更快。

营养分析

成肌细胞的蛋白质含量为10.63%±0.29（干重基础）。

鸡成肌细胞在微载体上的粘附

原代鸡成肌细胞在微载体上高效粘附，96小时后细胞密度显著增加，表明其适用于大规模培养。

讨论

研究强调了在培养肉生产中模拟肌肉组织复杂结构的重要性，包括肌纤维、脂肪细胞和ECM的协同作用。使用鸡胚胎来源的MSCs和卫星细胞避免了异种饲养层，减少了监管障碍。成肌和脂肪分化过程中关键基因的动态表达为优化培养协议提供了分子依据。微载体和转谷氨酰胺酶的应用展示了规模化生产潜力，但血管网络的缺失仍是复制厚组织功能的限制因素。未来研究需关注动态培养条件下的细胞行为及营养组成的定制化优化。