吲哚-3-丙酸通过PI3K-mTOR通路与肠道菌群调控色氨酸代谢促进仔猪糖酵解肌纤维形成

为解决仔猪肌肉发育中糖酵解肌纤维形成不足的问题，研究人员通过补充吲哚-3-丙酸（IPA），系统研究了其对PI3K-Akt-mTOR信号通路的激活作用及肠道菌群-色氨酸代谢轴的调控机制。结果表明，IPA显著提升仔猪肌肉中MYH4表达和丙酮酸激酶（PK）活性，同时降低犬尿氨酸（KYN）水平，为改善畜禽肌肉品质和人类肌肉疾病治疗提供了新思路。

　　

在畜禽养殖和人类健康领域，骨骼肌的发育与代谢调控一直是研究热点。仔猪作为重要的经济动物和生物医学模型，其肌肉生长效率直接影响肉类品质和生产效益。然而，早期肌肉发育中糖酵解肌纤维比例不足、能量代谢失衡等问题长期存在。更值得注意的是，肠道菌群通过"肠-肌肉轴"调控宿主代谢的新机制逐渐被揭示，但具体分子通路仍不明确。在这一背景下，重庆市畜牧科学院的研究团队在《Animal Nutrition》发表了一项创新性研究，揭示了微生物代谢产物吲哚-3-丙酸（IPA）通过双重机制——激活PI3K-mTOR信号通路和重塑色氨酸代谢——促进仔猪糖酵解肌纤维形成的分子机制。

研究采用12头30日龄健康仔猪随机分为对照组和0.1% IPA补充组进行50天喂养实验，结合C2C12细胞模型，通过组织形态学分析、酶活性检测、Western blot、16S rRNA测序等技术系统评估了IPA对肌肉发育的影响。关键技术包括：肌肉纤维类型免疫荧光染色（MYH4/MYH7）、线粒体DNA拷贝数qPCR检测、PI3K-Akt-mTOR通路蛋白磷酸化分析，以及肠道菌群与色氨酸代谢产物的关联分析。

【3.1 生长性能】

研究发现，虽然IPA未显著改变仔猪体重增长（P>0.05），但使肌纤维直径和横截面积分别增加23.5%和51.8%（P<0.01）。值得注意的是，肌源性调控因子MYF5和MYOG的mRNA水平显著上调，提示IPA可能通过促进肌原细胞分化驱动肌肉肥大。

【3.2 骨骼肌能量代谢】

IPA组糖酵解纤维标志物MYH4表达量达对照组的1.5倍（P<0.001），而氧化型纤维标志物MYH7/MYH2显著降低。代谢酶检测显示丙酮酸激酶（PK）活性提升27.2%（P=0.025），ATP含量增加37.5%（P=0.004），但线粒体呼吸链复合物I-V的基因表达普遍下调（P<0.01），证实IPA促使肌肉代谢向糖酵解方向转化。

【3.3 PI3K-mTOR信号通路】

Western blot揭示IPA显著增强PI3K p85（Tyr458）、Akt（Ser473）和mTOR（Ser2448）的磷酸化水平（P<0.01）。这与血浆胰岛素（INS）水平下降32.1%（P=0.008）相呼应，表明IPA通过提高胰岛素敏感性激活合成代谢通路。

【3.4 C2C12细胞分化】

体外实验显示0.1 mmol/L IPA使肌管融合指数提升2.1倍（P<0.01），MYOG蛋白表达量增加45.6%（P<0.05），证实IPA直接促进成肌细胞分化。

【3.5 肠道菌群与色氨酸代谢】

16S rRNA测序发现IPA提高厚壁菌门/拟杆菌门比值至3.04，Collinsella等菌属显著富集（LDA>3.5）。代谢检测显示肌肉IPA浓度升高6.5%（P=0.019），而犬尿氨酸（KYN）在肌肉和血浆中分别降低22.2%（P=0.003）和17.8%（P=0.028），提示IPA可能竞争性抑制色氨酸向KYN转化。

这项研究创新性地阐明了微生物代谢物IPA通过"PI3K-mTOR通路激活"和"菌群-色氨酸代谢重塑"双重机制促进仔猪肌肉发育。特别是在农业生产方面，0.1% IPA的饲料添加剂方案为改善畜禽肌肉品质提供了可转化的解决方案；在医学领域，该发现为代谢性疾病相关的肌萎缩治疗提供了新靶点。研究还提出了"肠道菌群-色氨酸代谢-肌肉能量稳态"的调控轴，为后续研究开辟了新方向。值得注意的是，IPA对KYN代谢的抑制作用可能成为延缓年龄相关性肌少症（sarcopenia）的潜在策略，这为营养干预拓展了新的应用场景。