基于3D类器官模型的营养素调控绵羊肌内脂肪沉积机制研究：血管生成与脂肪生成的双重靶向

《Journal of Animal Science and Biotechnology》：In vitro screening of nutrients regulating sheep intramuscular angiogenesis, adipogenesis, and lipid deposition using an organoid model

本研究针对如何选择性提升畜禽肌内脂肪(IMF)沉积这一产业难题，利用绵羊肌肉来源基质血管组分(SVF)细胞构建3D类器官模型，系统筛选了20种膳食营养素对肌内血管生成、脂肪细胞分化和脂质积累的调控作用。研究发现维生素C(VC)、E(VE)、K1(VK1)、亮氨酸(Leu)、亚油酸(LA)等11种营养素可促进血管生成，而维生素D(VD)、K2(VK2)等5种物质则呈现抑制作用；同时鉴定出VC、VE、GAA等11种促脂肪细胞分化营养素，其中VE、VK1、Leu等6种物质还能显著增强脂质沉积。该研究为通过营养干预精准调控大理石纹肉生产提供了理论依据和技术路径。

　　

当我们品尝一块优质牛排时，肌内脂肪（Intramuscular Fat, IMF）形成的大理石纹路往往是决定风味和嫩度的关键。这种镶嵌在肌肉纤维间的脂肪组织，不仅赋予肉类多汁口感，更富含对人体有益的单不饱和与多不饱和脂肪酸。然而在畜牧业生产中，传统高能饲料喂养虽能提升IMF含量，却易导致皮下脂肪和内脏脂肪的过度堆积，反而降低屠宰率并影响肉质健康价值。

更核心的问题在于脂肪沉积的时空特异性——与出生前基本定型的皮下脂肪不同，肌内脂肪前体细胞在动物出生后才开始活跃分化，这为针对性干预提供了独特时间窗口。但现有研究多局限于二维细胞模型，难以模拟体内复杂的细胞互作环境。特别是血管生成作为脂肪组织发育的"限速步骤"，其与肌内脂肪沉积的动态关联机制尚不明确。

为破解这一难题，Li等研究人员在《Journal of Animal Science and Biotechnology》发表的最新研究中，创新性地利用绵羊肌肉基质血管分数（Stromal Vascular Fraction, SVF）细胞构建三维类器官模型，系统筛选了20种常见营养素对肌内脂肪沉积三大关键环节的调控作用。该模型通过模拟体内微环境，首次实现了对血管生成-脂肪生成耦合作用的动态观测。

研究团队主要采用三类关键技术：首先通过酶消化法从新生湖羊背最长肌分离SVF细胞，获得包含内皮细胞、周细胞等多细胞群体的研究样本；其次建立三维悬滴培养体系，使细胞自主聚集成球并植入Matrigel基质，模拟血管萌芽过程；最后通过分期添加诱导因子（0-6天添加IBMX/DEX/胰岛素/吲哚美辛诱导分化，6-18天用胰岛素维持脂质累积），实现血管生成（-9至0天）、脂肪细胞分化（0-6天）和脂质沉积（6-18天）三个阶段的独立干预与观测。评估指标涵盖血管芽长度测量、qRT-PCR检测基因表达以及油红O染色定量脂质含量。

不同营养素对绵羊肌肉SVF细胞血管生成的影响

在血管生成阶段添加营养素发现，VC、VE、VK1、GAA、Leu、Lys、Met、NCG、Trp、ALA、LA和c9,t11-CLA等12种物质能显著促进血管芽生长（P<0.05），而VD、VK2、Tau和NaBu则表现出抑制作用。进一步机制研究表明，VC、VE、Leu等营养素通过上调FGF2、VEGFA及其受体VEGFR2的表达促进血管生成，VD和NaBu则通过下调VEGFR2表达抑制该过程。特别值得注意的是，在血管生成期补充VE、Leu、NCG等6种营养素还能提升成熟脂肪细胞的脂质沉积量，提示早期血管发育对后续脂肪积累存在持续影响。

不同营养素对绵羊肌肉SVF细胞脂肪细胞分化的影响

在脂肪分化阶段，VC的添加使脂质沉积量显著增加（P<0.05）。基因表达分析显示，VC、VE、VK1、VK2、GAA、Leu、NCG、Trp、ALA、LA和HAc等11种物质可上调PPARγ、ZFP423、CEBPA/CEBPB等脂肪分化关键基因表达，而VB9、VD、Arg、Lys和NaBu则呈现抑制作用。其中VC表现出最强的促分化能力，其通过激活ZFP423-BMP信号通路促进前体细胞向脂肪细胞谱系定向分化。

不同营养素对绵羊肌肉SVF细胞脂质积累的影响

在脂质沉积阶段，VE、VK1、Leu和HAc能直接增加油红O染色强度（P<0.05），GAA和LA则通过上调PPARγ和FABP4基因表达促进脂肪酸转运与代谢。相反，VD持续表现出抑制作用，可能与其竞争性结合RXR受体、干扰PPARγ/RXR异源二聚体形成有关。综合分析显示，VE、VK1、GAA、Leu、LA和HAc是促进脂质累积的核心营养素群。

本研究通过三维类器官模型揭示了营养素调控IMF沉积的双路径机制：一是通过促进血管生成扩大前体细胞池（如VC、VE、Leu等），二是直接调控脂肪生成转录网络（如VC、GAA、HAc等）。特别发现VE、VK1、Leu等兼具双重促进作用，而VD则在全阶段呈现抑制效应。这些发现为制定阶段性营养策略提供了精准靶点——在动物新生儿期补充促血管生成营养素以增加肌内脂肪细胞数量，在育肥期强化促脂质累积营养素以扩大脂肪细胞体积。

该研究突破传统二维细胞模型局限，首次在模拟体内微环境中系统解析营养素的时空作用效应。尽管模型尚缺肌肉细胞互作环节，可能低估某些氨基酸的间接调控作用，但所构建的营养素作用图谱为实际生产提供了明确干预方向。后续研究可结合营养素包埋技术（如脂肪封装、聚合物涂层）解决反刍动物瘤胃降解问题，或通过早期代乳料补充、肌肉注射等途径实现精准干预。这项研究不仅为优质大理石纹肉的生产开辟了营养调控新路径，更为动物脂肪沉积的发育编程研究提供了创新平台。