基于花生酸诱导肌生成与银耳多糖支架的新型细胞基“Meat-Tremella”杂合食品的构建

《Food Chemistry: X》：Engineering a novel cell-based “Meat-Tremella” via arachidic acid-induced myogenesis on a Tremella polysaccharide scaffold

　　

细胞基食品（cell-based food）为传统动物源性食品提供了可持续替代方案，然而，由于肌生成分化效率有限以及缺乏合适的可食用支架，生产富含肌肉蛋白的产品仍面临挑战。本研究通过将促肌生成脂肪酸与功能性银耳多糖（Tremella polysaccharide，TP）支架协同结合，开发了一种新型杂合细胞基产品——Meat-Tremella。研究人员首先比较了17种脂肪酸对猪肌卫星细胞（porcine muscle satellite cells，pMuSCs）肌生成分化的影响，发现花生酸（arachidic acid，AA）显著增强了肌管形成与融合。机制上，AA抑制Hippo通路中MST1与LATS1两个核心激酶的磷酸化，从而降低TAZ磷酸化水平，提升TAZ蛋白丰度并促进其核转位，进而激活肌生成相关基因表达。此外，研究人员将TP掺入海藻酸钠（sodium alginate，SA）中制备了新型可食用支架，该支架展现出良好的孔隙率、溶胀能力与生物相容性。值得注意的是，AA与SA-TP支架的联合使用可协同增强pMuSCs的肌生成分化，最终获得氨基酸谱优于天然银耳的Meat-Tremella产品。上述发现表明，将食品级生物活性分子与功能性食品基质整合，为开发定制化、营养强化型细胞基食品提供了可行策略。

一、研究背景与问题

传统畜牧业在资源消耗、环境污染与动物福利方面面临日益严峻的挑战，细胞培养肉作为一种可持续的替代方案受到广泛关注。肌肉纤维作为肉类的重要组成，不仅提供动物源蛋白，还赋予食品柔嫩度与保水性。因此，在体外高效生产结构完整、功能良好的肌纤维是细胞基食品研发的核心目标。肌肉干细胞（muscle satellite cells，MuSCs）因其易获取性与固有的肌生成分化潜能而被视为最理想的种子细胞，然而，随着体外培养时间的延长，MuSCs的肌生成潜能显著下降，导致肌纤维数量与质量均大幅降低。因此，亟需开发优化的培养体系以支持MuSCs尤其是晚期传代细胞的高效肌生成。

二、研究内容与意义

针对上述瓶颈，本研究系统评估了脂肪酸对猪肌卫星细胞（pMuSCs）肌生成分化的调控作用，并探索了脂肪酸与银耳多糖-海藻酸钠（SA-TP）复合支架联合构建可食用细胞培养肉的可行性。研究发现花生酸（AA）能够显著促进pMuSCs的肌管形成与融合，并揭示了其通过抑制Hippo通路核心激酶MST1与LATS1磷酸化、稳定TAZ蛋白并促进其核转位进而激活肌生成基因表达的分子机制。同时，研究制备了兼具良好孔隙率、溶胀性能与生物相容性的SA-TP复合支架，该支架既作为三维培养基质又作为最终产品的可食用组分。AA与SA-TP支架的协同作用显著增强了pMuSCs的肌生成分化，最终获得了氨基酸谱优于天然银耳的Meat-Tremella杂合食品。该研究展示了将食品级生物活性分子与功能性食品基质相结合的策略，为开发定制化、营养强化型细胞基食品提供了新思路，也拓展了细胞基食品超越传统食品形态、质构与营养特性的可能性。

三、主要技术方法

本研究采用的技术方法主要包括：pMuSCs的分离培养与肌生成分化诱导（细胞来源于猪骨骼肌，使用P5-P8代次细胞）；In-Cell Western与免疫荧光染色（immunofluorescence staining）检测肌球蛋白重链（myosin heavy chain，MyHC）表达及肌管形成；CCK-8与EdU实验评估细胞活力与增殖；RT-qPCR与Western blot分析肌生成相关基因与蛋白表达；RNA测序（RNA sequencing）筛选差异表达基因；SA-TP复合支架的制备与表征（包括溶胀率、孔隙率、降解率测定及扫描电子显微镜观察）；支架浸提液细胞毒性评估与细胞黏附率测定。

四、研究结果

1. 1.
   花生酸促进pMuSCs肌生成分化：研究人员通过In-Cell Western筛选了17种脂肪酸对pMuSCs肌生成分化的影响，发现花生酸（AA）处理显著提高MyHC表达。免疫荧光染色进一步证实AA促进肌管形成，提高肌生成分化率与融合指数。CCK-8与EdU实验表明AA在10 nM至10 μM浓度范围内不影响细胞活力与增殖。
2. 2.
   AA通过Hippo通路调控肌生成：Western blot分析显示，AA处理抑制MST1与LATS1磷酸化，降低TAZ磷酸化水平，增加TAZ总蛋白丰度并促进其核转位。RT-qPCR与RNA测序结果证实AA上调肌生成相关基因（如MyoG、MyHC等）的表达，表明AA通过Hippo-TAZ信号轴激活肌生成基因程序。
3. 3.
   SA-TP支架的制备与表征：研究人员将银耳多糖（TP）掺入海藻酸钠（SA）制备复合支架，通过扫描电子显微镜观察发现支架具有多孔结构。溶胀率与孔隙率测定显示SA-TP支架具有良好吸水能力与孔隙率。降解实验表明支架在生长培养基中可逐步降解。CCK-8细胞毒性实验与细胞黏附实验证实支架具有良好的生物相容性与细胞黏附支持能力。
4. 4.
   AA与SA-TP支架协同促进肌生成并构建Meat-Tremella：将pMuSCs接种于SA-TP支架并在含AA的分化培养基中培养，免疫荧光染色显示细胞在支架内形成大量肌管，肌生成分化率与融合指数显著高于单独处理组。氨基酸分析显示Meat-Tremella的氨基酸谱优于天然银耳，表明该杂合产品具有营养增强特性。

五、讨论与结论

讨论部分指出，本研究首次系统评估了多种脂肪酸对pMuSCs肌生成分化的影响，并鉴定出花生酸（AA）作为有效的促肌生成因子。机制研究表明AA通过抑制Hippo通路核心激酶MST1与LATS1的磷酸化，减少TAZ的磷酸化降解，从而提升TAZ蛋白丰度并促进其核转位以激活肌生成基因表达，这为理解脂肪酸调控肌生成的分子机制提供了新见解。此外，银耳多糖（TP）与海藻酸钠（SA）复合支架兼具三维培养基质与可食用食品组分的双重功能，解决了细胞培养肉领域缺乏合适可食用支架的瓶颈。AA与SA-TP支架的协同作用显著增强了pMuSCs的肌生成分化，最终获得的Meat-Tremella产品在氨基酸组成上优于天然银耳，展示了定制化营养增强型细胞基食品的开发潜力。研究结论表明，将食品级生物活性分子与功能性食品基质相结合，为开发具有定制形态、质构与营养特性的细胞基食品提供了可行且有效的策略。