日粮中添加亚精胺对断奶仔猪肌肉生长抑素表达的影响及其表遗传调控机制

Abstract：China is one of the biggest pig product country, also is the largest pork consumption country, however, the efficiency of pork production is very poor. Myostatin (MSTN) belongs to a negative regulator of muscle growth, while spermidine is a growth factor. It was found that spermidine concentration in the body is negatively correlated with muscular MSTN expression through muscle growth. It is unknown whether spermidine supplemental in weaned piglet’s diet can regulate the transcription of MSTN gene to increase protein synthesis and muscle growth. In this project, the weaned piglets (Duroc × Landrace × Yorkshire ), who feed the diet supplement with 0.18% spermidine (w/w) for one month, are used as a research model to investigate the effect on the MSTN gene expression and protein synthesis in the muscle of weaned piglets through dietary spermidine supplementation. Several technologies, including metabolomics, morphology, histone acetylation, ribosome profiling and RNA interference, will be applied to clarify the mechanism of MSTN transcriptional regulation by dietary spermidine supplementation in vivo and in vitro. The project will reveal the mechanism of protein deposition in the muscle of weaned piglets, provide a theoretical basis for improving pork production and guarantee the sustainable development of the pig industry.

摘要：我国是养猪大国，也是猪肉消费大国，然而猪肉生产效率较低，因此通过增加肌肉蛋白沉积来提高猪肉产量是稳定养猪经济，保障国民生计的关键科学问题。肌肉生长抑制素（Myostatin，MSTN）是肌肉生长负调控因子，亚精胺则属于促生长因子，其含量与肌肉MSTN表达的发育性变化呈负相关，是否可以通过断奶仔猪日粮中添加亚精胺来调控MSTN的转录，促进蛋白的合成和肌肉的生长目前尚未有人报道。本项目拟采用杜×大×长断奶仔猪为研究对象，饲喂添加0.18%亚精胺(w/w)的日粮，为期1个月，研究其对断奶仔猪肌肉MSTN表达的影响及其对蛋白合成的作用。从体内外不同层面，运用代谢组学、形态学、组蛋白乙酰化修饰、核糖体分析和siRNA干扰等技术，阐明断奶仔猪日粮中添加亚精胺对MSTN表达调控的作用机理，揭示亚精胺调控断奶仔猪肌肉蛋白沉积的机制，为提高猪肉产量提供理论依据，并对养猪业的可持续发展做出贡献。

我国是养猪大国，也是猪肉消费大国，每年仍有数十万吨猪肉的缺口依赖进口。因而，促进猪肌肉生长，提高猪肉生产效率对发展健康、高效的养猪业有着重要的意义。亚精胺，作为组蛋白乙酰转移酶抑制剂和自噬激动剂，是一种天然存在的多胺化合物，具有促生长的作用，对于衰老性肌萎缩和遗传性肌肉疾病具有潜在的疗效。然而，亚精胺对健康骨骼肌生长发育的影响尚不清楚。本研究以成年健康C57/BL小鼠为模型，将12只小鼠随机分为对照组（生理盐水）和亚精胺组（隔天腹腔注射100 mg/kg亚精胺），4周后采集血浆和腓肠肌。研究表明，亚精胺显著降低小鼠体重（p < 0.05）和肌纤维横截面积（p < 0.05）。电镜观察到亚精胺可以增加肌肉I带和H带的长度，但减少A带长度。亚精胺显著降低肌肉MyHC-I和II蛋白含量（p < 0.05），但显著增加E3泛素连接酶Atrogin-1、MuRF-1、ATG5、ATG7、LC3B的mRNA和蛋白表达（p < 0.05）。MuRF-1和LC3B/Pax7 /MyOD免疫荧光定位显示，蛋白降解主要发生于肌纤维，自噬主要发生于卫星细胞。肌肉生长与发育的基因表达结果显示，亚精胺显著降低MSTN下游信号分子ACVRIIB（p < 0.05）的mRNA和蛋白的含量，显著下调p-Smad2、p-Smad3的蛋白表达（p < 0.05）。免疫荧光结果显示，ACVRIIB蛋白尽存在于单根肌纤维的卫星细胞上。此外，亚精胺显著升高卫星细胞特异性成肌因子Pax7、Myf5、MyOD、MyOG的mRNA和蛋白表达（p < 0.05）。亚精胺是组蛋白乙酰转移酶抑制剂，亚精胺注射显著增加其在血浆的含量（p < 0.05），显著抑制了肌肉EP300的蛋白表达（p < 0.05）。ChIP结果显示，亚精胺显著降低了H3K56ac在ACVRIIB启动子区域的富集量（p < 0.05），显著降低了Smad3在在Myf5和MyOD启动子区域的富集量（p < 0.01）。我们的研究结果表明，亚精胺能激活静息的卫星细胞，同时也导致成年动物肌肉蛋白的降解。我们的结果提示：骨骼肌在非损伤的情况下，卫星细胞可以被诱导活化，增加成年动物肌肉核的增生提供了新的思路。