肉鸡生长过程中卫星细胞动态肌肉生成进展及骨形态发生蛋白6的调控作用

《International Journal of Biological Macromolecules》：Dynamic myogenic progression of broiler satellite cells during growth and the regulatory role of bone morphogenetic protein 6

　　

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  体内和snRNA-seq分析揭示了肉鸡肌肉生长过程中的卫星细胞动态变化。
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  卫星细胞的分化能力随年龄增长而下降，同时静息状态增多。
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  BMP6被确定为卫星细胞静息状态的潜在调控因子。
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  BMP6过表达和基因沉默实验证实了其抑制肌源性激活的作用。

引言

鸡肉是人类重要的蛋白质来源，以其成本效益高、蛋白质密度大和营养全面而备受青睐。鸡肉生产效能从根本上取决于骨骼肌的生长发育[1]。雏鸡孵化后的肌肉生长主要由卫星细胞（SCs，也称为肌肉干细胞/MuSCs）的活性驱动，这些细胞位于肌纤维的基底膜与肌膜之间[2]。在生长信号的刺激下，卫星细胞从静息状态被激活，经历增殖和分化，最终与现有肌纤维融合[3]。这种融合所贡献的新核具有强大的蛋白质合成能力，促进肌纤维内的蛋白质沉积，从而实现肌肉生长和肥大[4]。因此，阐明调控这一关键肌源性过程的分子机制对于开发提高家禽肉产量和效率的新策略至关重要。

卫星细胞依次经历静息、激活、增殖和分化状态的过程必须受到精确调控，以确保肌源性过程的高效进行。这一过程主要由经典的肌源性调控因子（MRFs）的适时表达所主导，MRFs是一类转录因子家族，包括成对盒蛋白7（PAX7）、肌源性因子5（MYF5）、肌母细胞决定蛋白1（MYOD1）、肌球蛋白（MYOG）和肌源性调控因子4（MRF4）[5][6]。PAX7作为卫星细胞的特异性标志物，对卫星细胞的维持和静息状态至关重要。卫星细胞的激活和肌源性决定由PAX7表达下降伴随MYF5上升所启动。MYF5协调卫星细胞的不对称分裂，分裂细胞产生一个MYF5⁺子细胞（已承诺分化）和一个MYF5^?子细胞（用于自我更新）[7]。随后，MYOD1的表达标志着卫星细胞向肌母细胞阶段的决定，而MYOG和MRF4的上调则最终驱动终末分化和融合为成熟肌管。这些MRFs的肌源性调控功能通过与肌细胞增强子因子2（MEF2）家族成员相互作用而得到增强[8]。虽然MEF2转录因子本身不具备固有的肌源性活性，但MRFs和MEF2家族成员能相互激活对方的表达。例如，肌细胞增强子因子2C（MEF2C）是MYOD1和MYOG的直接转录靶点，而MEF2C对MYOG表达的上调作用比对MYOD1更为高效[9]。研究还表明，MEF2C对卫星细胞的肌源性分化是不可或缺的[10]。

卫星细胞中MRFs和MEF2的表达受到涉及激素、生长因子以及骨骼肌微环境中自分泌/旁分泌信号的复杂信号网络的调控[11]。此外，人类和家畜中卫星细胞的肌源性活性还受到包括年龄、营养状态和环境刺激等内外因素的关键影响[12]。在人类研究中，发现衰老会对卫星细胞产生不利影响，包括减少其数量、降低再生潜力、改变其异质性以及破坏其与环境间的相互作用[13]。在家畜研究中，来自年轻牛或猪肌肉的卫星细胞表现出比成年肌肉更强的肌源性能力[11]。据报道，具有更强肌肉肥大能力的肉鸡拥有更少的卫星细胞以及减弱的肌源性分化和再生能力[14]。此外，在患有胸肌病的肉鸡中也发现了卫星细胞失调现象，包括白纹病和木质胸[15]。利用体外细胞培养模型，发现胸肌病诱导的低氧环境增强了卫星细胞的增殖但抑制了其分化[16]。

因此，深入了解肉鸡骨骼肌发育过程中卫星细胞的细胞状态转换和肌源性能力变化，对于制定促进生长和预防肌病的策略至关重要。鉴于骨骼肌的细胞异质性，以往采用组织整体分析来研究卫星细胞的方法缺乏足够的分辨率来阐明其精确的调控机制。单核RNA测序（snRNA-seq）为解决这些细胞和分子动态提供了前所未有的高分辨率机会[17]。

在本研究中，我们结合snRNA-seq与体内和体外方法，全面描绘了罗斯308肉鸡从第1天（D1）到第42天（D42）卫星细胞的细胞和分子动态。此外，snRNA-seq进一步揭示BMP6主要来源于静息状态的卫星细胞，而非其他细胞状态的卫星细胞或肌肉中的其他细胞类型，这表明BMP6通过自分泌机制维持卫星细胞处于静息状态。BMP6是转化生长因子-β（TGF-β）超家族的成员，参与调控细胞增殖和分化[18]。然而，BMP6在调控肉鸡出生后骨骼肌发育过程中卫星细胞肌源性能力方面的具体作用仍不清楚。因此，我们采用BMP6基因沉默和过表达方法研究其对卫星细胞肌源性能力的调控作用。本研究的结果将增进我们对肉鸡卫星细胞肌源性能力随年龄下降的理解，并为促进生长和预防肌病策略提供有益参考。

章节摘要

伦理声明

所有动物实验和操作均经南京农业大学机构动物护理和使用委员会批准（批准号：NJAU.No20230516074），并严格按照该机构的实验动物指南执行。

实验设计与样本采集

罗斯308肉鸡饲养于笼养层架中，饲喂商业饲料。肉鸡自由采食和饮水。所有饲养方案均严格按照罗斯的标准管理指南执行。

罗斯308肉鸡的生长性能及胸肌的组织学特征

从D1到D42，罗斯308肉鸡的体重持续增加（图1A）。相对胸肌重量也每两周显著增加，从D1的1.54%急剧上升至D14的14.30%，之后增速放缓（图1B）。与此一致，胸肌切片的组织学检查显示肌纤维随时间发生了明显变化（图1C）。随年龄增长，肌纤维密度出现显著下降（图1D），同时平均

讨论

鸡肉被认为是优质蛋白质来源，具有价格实惠、脂肪含量低以及必需氨基酸高生物利用率等特点，导致全球对鸡胸肉的需求日益增加[23]。肉鸡生产的生长性能和经济效益在很大程度上取决于骨骼肌的发育，骨骼肌在胴体产量中占主导地位。孵化后的骨骼肌生长主要依赖于肌原纤维的增殖和分化。

缩略语

BMP6
骨形态发生蛋白6
DEGs
差异表达基因
SCs
卫星细胞
GO
基因本体
GSEA
基因集富集分析
scRNA-seq
单细胞RNA测序
snRNA-seq
单核RNA测序

CRediT作者贡献声明

刘强：撰写——初稿、方法论、形式化分析、数据整理、概念构思。刘盈：数据整理。孙璇：数据整理。张修泽：方法论、形式化分析、数据整理。邢通：监督指导、资源支持。张林：监督指导、资源支持。高丰：监督指导、资源支持。赵亮：撰写——审阅与编辑、监督指导、资源支持、资金获取。

伦理批准

所有动物实验和操作均经南京农业大学机构动物护理和使用委员会批准（批准号：NJAU.No20230516074），并严格按照该机构的实验动物指南执行。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（32573161）、中央高校基本科研业务费专项资金（QTPY2026006）和江苏省农业科技创新基金（CX(23)1016）的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

刘强|刘盈|孙璇|张修泽|邢通|张林|高丰|赵亮