补充lubabegron的育肥牛骨骼肌中的局部IGF-1和Akt/mTOR信号通路

《Journal of Animal Science》：Local IGF-1 and Akt/mTOR signaling in skeletal muscle of lubabegron-supplemented finishing steers

　　

摘要

Lubabegron（LUB）是一种β-肾上腺素能激动剂/拮抗剂，被批准用于减少饲养场牛的氨气排放；虽然其促进生长和增加胴体产量的作用机制尚未明确，但已有相关报道。32头受Angus品种影响的公牛（平均体重524 ± 5公斤）被随机分配到对照组（CON）或LUB处理组（每公斤干物质添加3.5毫克LUB，每天每头牛36毫克，持续63天）。所有公牛在试验开始前58天均接受了醋酸睾酮-雌二醇（TE-200）植入剂治疗，且所有组的治疗方式相同。研究人员测量了它们的生长性能、胴体特征、最长肌（longissimus muscle, LM）的成分、转录组、信号蛋白的含量以及胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的水平。与对照组相比，LUB组公牛的最终体重（637公斤对比612公斤）、日增重（ADG）、每日饲料摄入量（DMI）和饲料转化率均有所提高（P < 0.01）。LUB组公牛的胴体重量更高（高出18.5公斤，P < 0.01），但瘦肉率、肉眼可见的脂肪面积（ribeye area）、第12肋骨处的脂肪含量以及大理石纹评分没有显著差异（P ≥ 0.25）。LUB组公牛的最长肌粗蛋白含量更高（23.6%对比22.5%，P < 0.01），而粗脂肪含量则较低（5.0%对比6.4%，P = 0.051）。Warner-Bratzler剪切力在LUB组公牛死后2天（4.36公斤对比3.67公斤，P = 0.03）和14天（3.74公斤对比2.76公斤，P < 0.01）时也更高。LUB组公牛的血清肌酐、总蛋白、胆红素和胆固醇水平也有所升高（P ≤ 0.02）。第56天的转录组分析发现了643个差异表达基因，其中肌生成调节因子和糖酵解酶相关基因上调，而脂肪生成相关基因下调。LUB组中磷酸化mTOR（phospho-mTOR）的含量（P = 0.03）以及p-mTOR/mTOR比值（P = 0.05）也较高。尽管LUB是一种已知的β₃-肾上腺素能受体（β₃-AR）激动剂，但并未对其受体结合能力和蛋白质表达水平进行评估；在最长肌样本中，β₃-AR的转录本含量极少，有40.6%的样本中无法检测到其存在，且不同处理组之间的p-CREB及其比值也无显著差异（P ≥ 0.32），这表明p-CREB依赖的β₃-AR信号传导路径可能不是LUB作用的主要机制。第56天时，LUB组公牛最长肌中的IGF-1蛋白水平较高（P = 0.01），而循环中的IGF-1水平总体没有差异（P = 0.66），不过处理组与时间之间存在交互作用（P < 0.05）。局部肌肉中IGF-1水平的升高与全身持续升高的现象不存在，这支持了LUB通过自分泌和旁分泌方式发挥作用，并通过激活Akt/mTOR通路来驱动肌肉响应的机制。

通俗摘要

牛在育肥阶段的生长取决于营养物质在肌肉和脂肪之间的分配。Lubabegron（LUB）是一种在美国获得批准的饲料添加剂（FDA，2018年），用于减少集约化饲养的肉牛的氨气排放，同时它也会影响机体对营养物质的利用方式。该添加剂使营养物质更倾向于用于肌肉蛋白的合成，而非脂肪储存。与传统通过直接激活β₁/β₂-肾上腺素能受体起作用的β-肾上腺素能激动剂不同，LUB的 pharmacological profile（药理特性）有所不同，其在分子层面对骨骼肌的影响机制尚不清楚。在这项研究中，肉牛被分别喂食含LUB和不含LUB的饲料，持续63天。实验结果显示，LUB组公牛的体重增长更多，产出的胴体也更重。LUB组公牛的最长肌样本中，与肌肉生长和糖酵解能量代谢相关的基因和蛋白质活性增强，而与脂肪储存相关的基因活性则减弱。LUB组公牛的牛排中蛋白质含量更高，脂肪含量更低，且肉质更为紧实。预期LUB作用所依赖的受体在最长肌中的表达水平几乎无法检测到。与此同时，LUB能够提高肌肉内局部产生的生长因子胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的水平，但并未提升血液中的IGF-1水平。这种局部产生的IGF-1通过已知的肌肉生长途径发挥作用，从而解释了使用LUB后观察到的肌肉变化。