《Food Science & Nutrition》：Lycopene Increases Skeletal Muscle Mass by Promoting Myoblast Differentiation
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肌肉分化是骨骼肌生长、发育和再生的必要过程。番茄红素已被广泛证明在促进骨骼肌线粒体生物发生和能量代谢中发挥关键作用。然而，番茄红素作为一种营养活性化合物在肌肉分化过程中的作用尚未被报道。因此，本研究旨在评估补充番茄红素对体内和体外骨骼肌分化的影响，并探讨其潜在
肌肉分化是骨骼肌生长、发育和再生的必要过程。番茄红素已被广泛证明在促进骨骼肌线粒体生物发生和能量代谢中发挥关键作用。然而，番茄红素作为一种营养活性化合物在肌肉分化过程中的作用尚未被报道。因此，本研究旨在评估补充番茄红素对体内和体外骨骼肌分化的影响，并探讨其潜在机制。结果表明，饲喂番茄红素的小鼠腓肠肌（GAS）质量和肌纤维尺寸显著增加。番茄红素促进肌肉蛋白质合成，并上调小鼠和C2C12细胞中生肌调节因子如MyoD（生肌决定因子）和MyoG（肌细胞生成素）的表达水平，同时伴随细胞分化过程中肌管形成的促进。转录组测序分析揭示，番茄红素诱导的肌肉分化促进与雌激素信号通路活性增强相关，这在小鼠和成肌细胞中均表现为ERα表达水平上调。此外，研究人员使用药理学抑制或ERα特异性敲低来分析其在肌肉分化中的功能。结果发现，ERα抑制有效阻碍了肌管的形成，并消除了番茄红素的促分化效应。综上所述，这些发现表明番茄红素对成肌细胞分化表现出有益作用，有助于增加肌肉质量。
**论文解读：番茄红素通过激活ERα信号促进成肌细胞分化增加骨骼肌质量**
**研究背景与问题**
骨骼肌约占人体体重的40%–50%，对机体的生理活动和代谢调节至关重要。骨骼肌的维持依赖于成肌细胞的增殖、分化与融合过程，其中成肌细胞分化是肌生成的关键步骤，受生肌调节因子家族（包括MyoD、Myf5、MyoG和MRF4）的精细调控。然而，随着年龄增长或疾病发生，肌肉萎缩和代谢紊乱日益常见，营养干预成为维持肌肉健康的重要手段。番茄红素是自然界中最强的抗氧化剂之一，广泛存在于番茄、西瓜等食物中，已证实具有促进骨骼肌线粒体生物发生和能量代谢的作用。但番茄红素作为营养活性化合物是否直接调控骨骼肌分化过程，其潜在分子机制尚不清楚。雌激素受体α（ERα）是骨骼肌中表达最丰富的雌激素受体亚型，参与肌肉健康维持，并能被多种营养素调控。因此，研究人员提出假设：番茄红素可能通过激活ERα信号促进成肌细胞分化，从而增加肌肉质量。
**研究内容与结论**
本研究以雄性BALB/c小鼠和C2C12成肌细胞为模型，系统评估了番茄红素补充对骨骼肌分化的影响及其分子机制。体内实验发现，饲喂含番茄红素（300 mg/kg）饲料6周的小鼠，其腓肠肌（GAS）质量、肌纤维横截面积以及运动耐力（跑步时间和距离）均显著增加。体外实验表明，番茄红素处理（2.5 μM）可促进C2C12成肌细胞中MyoD和MyoG的表达，提高肌酸激酶活性，增加肌球蛋白重链（MHC）阳性细胞数量及融合指数，表明其促进肌管形成。转录组测序分析提示，番茄红素的作用与雌激素信号通路富集相关，进一步验证发现番茄红素上调了小鼠和C2C12细胞中ERα的蛋白水平及下游靶基因Esrrα的表达。通过使用ERα抑制剂ICI 182780或特异性siRNA敲低ERα，研究人员证实抑制ERα会显著削弱番茄红素促进成肌细胞分化和肌管形成的能力，同时消除其对MyoD和MyoG的上调作用。综上，该研究首次揭示了番茄红素通过激活ERα/ERRα信号轴促进成肌细胞分化和肌肉蛋白质合成，进而增加骨骼肌质量的机制，为番茄红素作为营养补充剂防治肌肉萎缩和肌少症提供了理论依据。论文发表在《Food Science》。
**主要技术方法**
本研究采用的主要关键技术方法包括：1）动物实验：雄性BALB/c小鼠（购自GemPharmatech Co. Ltd.）随机分为对照组和番茄红素组（n=18/组），饲喂6周，进行耐力评估（电动跑步机测试）；2）细胞实验：C2C12成肌细胞（ATCC来源）分化培养，使用CCK-8检测细胞活力，免疫荧光（IF）染色检测MHC阳性细胞和融合指数；3）转录组测序（RNA-Seq）及生物信息学分析：对小鼠GAS组织进行差异表达基因（DEGs）鉴定、GO功能注释和KEGG通路富集分析；4）药理学抑制与基因敲低：使用ERα抑制剂ICI 182780（fulvestrant）和siRNA转染（si-Esr1）探究ERα功能；5）分子检测：ELISA测定p-AKT和p-mTOR浓度，RT-qPCR和Western blot检测基因和蛋白表达。
**研究结果**
**3.1 番茄红素对小鼠骨骼肌质量、肌纤维尺寸和肌肉功能的影响**
通过HE染色和耐力评估发现，番茄红素补充显著增加了小鼠GAS质量及其占体重比例，提高了肌纤维横截面积（CSA），延长了总跑步时间和距离，表明番茄红素能增加肌肉质量并增强肌肉功能。
**3.2 番茄红素对小鼠肌肉蛋白质合成相关因子和生肌调节因子表达的影响**
ELISA检测显示，番茄红素组小鼠GAS中p-AKT和p-mTOR浓度显著升高；RT-qPCR结果显示MyoG、MyoD、Myf5 mRNA表达上调，而MSTN、Atrogin-1、MuRF-1表达下调，说明番茄红素促进肌肉蛋白质合成和分化，抑制蛋白降解。
**3.3 RNA-Seq数据质量评估与差异表达基因（DEGs）分析**
转录组测序数据质量良好（Q30>95%），共鉴定出100个DEGs（57个上调，43个下调），PCA分析显示两组样本显著分离。
**3.4 GO富集和KEGG通路分析**
GO分析显示DEGs富集于DNA结合转录因子活性等分子功能；KEGG分析最显著富集通路为雌激素信号通路。RT-qPCR和Western blot验证显示番茄红素上调了小鼠GAS中Esr1、Esrrα mRNA和ERα蛋白水平，提示激活ERα/ERRα轴。
**3.5 番茄红素对C2C12成肌细胞分化的影响**
CCK-8表明0–5 μM番茄红素无细胞毒性；2.5 μM处理后MyoD和MyoG mRNA显著升高，CK活性增强，MHC免疫荧光染色显示阳性细胞数和融合指数增加，证实番茄红素促进成肌细胞分化。
**3.6 番茄红素对C2C12成肌细胞中蛋白质合成相关因子水平的影响**
2.5 μM和5 μM番茄红素处理上调p-AKT和p-mTOR浓度，下调MSTN、Atrogin-1、MuRF-1 mRNA，进一步支持其促进蛋白质合成。
**3.7 ERα激活促进成肌细胞分化和肌管形成**
番茄红素上调C2C12细胞中ERα蛋白水平；ERα抑制剂ICI 182780降低ERα表达并抑制分化，但番茄红素可部分逆转该抑制。siRNA敲低ERα后，番茄红素对MyoD、MyoG和Esrrα的上调作用被显著削弱，免疫荧光显示肌管形成减少，表明番茄红素通过激活ERα信号促进成肌细胞分化。
**讨论与结论**
**讨论部分** 总结了以下关键点：1）番茄红素在体内实验中选择性增加GAS质量（主要由慢肌纤维组成）而非胫骨前肌（TA），与提升运动耐力一致，且不增加小鼠总体重，提示肌肉质量增加是特异性效应。2）番茄红素通过上调生肌调节因子（MyoD、MyoG、Myf5）和促进MHC阳性肌管形成来促进肌生成，并激活AKT/mTOR通路增强蛋白质合成，同时下调MSTN、Atrogin-1、MuRF-1抑制蛋白质降解，协同促进肌肉生长。3）转录组测序和功能实验证实ERα是关键介质，番茄红素激活ERα后上调下游靶基因Esrrα，进而促进MyoD表达和肌管形成。药理学抑制和基因敲低均证明ERα是番茄红素促分化效应的必需因子。4）研究局限性：仅选用雄性小鼠，未探讨雌激素与番茄红素的相互作用；ERα并非唯一参与的信号通路。
**研究结论** 翻译如下：来自小鼠模型和C2C12成肌细胞实验的结果首次证明，补充番茄红素可促进肌生成分化和肌肉蛋白质合成，从而有助于增加肌肉质量（图8）。这一发现丰富了番茄红素作为营养活性化合物调控骨骼肌发育和肌生成的理论基础，并为未来针对人类肌少症或肌肉相关疾病的研究提供了潜在应用价值。
