乳清蛋白水解物替代胎牛血清培养基对韩牛卫星细胞蛋白质合成机制的影响研究

为解决胎牛血清(FBS)在培养肉生产中成本高、批次差异大及伦理问题，研究人员探索了乳清蛋白水解物(WPH)作为替代物的潜力。研究发现，含14 mg/mL WPH的1% FBS培养基可显著激活mTOR通路，促进韩牛卫星细胞增殖和蛋白质合成，为培养肉生产提供了经济、标准化的培养基解决方案。

　　

随着全球对可持续蛋白质需求的增长，培养肉技术被视为解决未来粮食安全的重要途径。然而，该技术目前严重依赖胎牛血清(FBS)，这种培养基不仅价格昂贵，还存在批次差异和动物伦理争议。更关键的是，FBS中的复杂成分限制了培养肉生产的标准化和规模化。如何开发经济、高效且符合食品标准的FBS替代物，成为推动培养肉技术产业化的核心挑战。

针对这一难题，忠北国立大学的研究团队将目光投向了乳清蛋白水解物(WPH)——这种奶酪生产的副产品富含亮氨酸(Leu)等支链氨基酸，已知能激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路调控蛋白质合成。研究人员创新性地将WPH与低浓度FBS(1%)组合，系统评估其对韩牛卫星细胞(HSC)增殖和蛋白质合成机制的影响，相关成果发表在《Applied Food Research》上。

研究采用细胞计数、MTS增殖检测、qRT-PCR和Western blot等技术，重点分析了不同浓度WPH(7/14/21 mg/mL)对HSC的影响。样本来自33-34月龄韩牛的半膜肌组织，经胶原酶消化和流式分选获得卫星细胞。

韩牛卫星细胞增殖图像、细胞计数和MTS分析
显微观察显示，含14 mg WPH的F1W14组在第4-6天呈现最优增殖效果，细胞数量显著高于其他处理组。MTS检测证实，F1W14组的吸光度值在后期超越高剂量组(F1W21)，提示过量WPH可能因渗透压或反馈抑制反而抑制生长。

免疫荧光染色与mRNA水平分析
PAX7免疫荧光显示WPH组细胞核数量显著增加。基因表达分析发现，WPH组的mTOR mRNA水平甚至超越20% FBS对照组，FGF2、MYOD1和PAX7等肌源性标志物也显著上调，其中F1W14组表现最佳，证实WPH能激活干细胞维持和分化机制。

Western blot蛋白通路验证
磷酸化mTOR蛋白在F1W7和F1W14组显著增加，下游的p-4EBP1和p-p70S6K1磷酸化水平也明显提升，但仍低于20% FBS组，提示WPH虽能启动蛋白质合成通路，但需配合其他生长因子实现完全替代。

这项研究首次证实，14 mg/mL WPH与1% FBS联用可有效激活mTOR通路，通过磷酸化4EBP1和p70S6K1促进蛋白质合成，且成本仅为传统培养基的5%。尤为重要的是，WPH作为食品级原料解决了培养肉的伦理和标准化瓶颈。尽管在细胞贴壁性和完全替代方面仍需优化，但该成果为开发无血清培养基提供了明确方向——未来可尝试将WPH与胰岛素、葡萄糖等组合，构建模块化培养基体系。从产业化视角看，这项技术有望使培养肉生产成本降低30-40%，加速其商业化进程，对推动可持续蛋白质革命具有里程碑意义。