mTOR在应激肉鸡骨骼肌蛋白质合成代谢调控中的作用

In stress challenged broilers, glucocorticoids (GCs) are released to evoke a series of physiological responses. GCs retard muscle development by suppressing protein synthesis and enhanceing protein hydrolysis. The mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway has been proved to be associated with the regulation of muscle protein metabolism. The present study is focusing on that if mTOR signaling pathway is involved in the regulation of GCs on muscle protein metabolism of broilers. In the present study, the role of mTOR signaling pathway in skeletal muscle protein metabolism will first be investigated via the activation or inhibition of mTOR pathway. Thereafter, the status of mTOR signaling pathway is investigated in GCs challenged broilers to evaluate the involvement of mTOR pathway in the suppressed protein retention by stress. The insulin/ERK1/2 MAPK signaling pathway, AMP kinase pathway and leucine pathway are investigated by in vitro study with cultured myoblasts to further determine the crosstalk pathway between GCs and mTOR. The GCs diffusion-controled animal model and in vitro myobalst culture system are employed in this study. The effect of GCs is investigated at the presence of GCs or GC receptor inhibitor (RU486). The functions of relevant signaling pathways are evaluated by the gene expression and protein phosphorylation of target signaling molecules at the activation or inhibition status, respectively. The relevant results will be helpful for the understanding of stress physiology and regulation of protein metabolism in skeletal muscle.

应激使糖皮质激素释放增加，导致骨骼肌蛋白质合成抑制、分解加强，骨骼肌发育受阻。雷帕霉素靶蛋白信号途径（mTOR）是调控骨骼肌蛋白质代谢的重要途径。本项目拟研究的科学问题是"mTOR信号途径是否参与了糖皮质激素对骨骼肌蛋白质合成代谢的调控"。 针对这一问题本项目拟开展以下两方面的研究：（1）研究mTOR信号途径是否参与了糖皮质激素对骨骼肌蛋白质合成代谢的调控；（2）研究糖皮质激素如何影响mTOR信号途径，确定糖皮质激素是否通过胰岛素、AMPK或亮氨酸信号途径参与了对mTOR通路的调控。在研究过程中利用动物试验和成肌细胞体外培养试验相结合，分别利用皮质酮或其受体阻断方法建立试验模型，利用激活剂或抑制剂分别激活或阻断相关信号途径，通过测定基因表达及蛋白磷酸化水平确定对信号通路功能的影响。该研究为深入了解应激反应机理、家禽骨骼肌蛋白质代谢调控的神经内分泌机制提供科学依据。

家禽生产中存在着各种应激源，应激现象普遍存在于养殖生产中。应激导致的糖皮质激素释放增加，导致骨骼肌蛋白质合成抑制、分解加强，骨骼肌发育受阻，而雷帕霉素靶蛋白信号途径（mTOR）是调控骨骼肌蛋白质代谢的重要途径。因此，本项目提出研究的科学问题是“mTOR信号途径是否参与了糖皮质激素对骨骼肌蛋白质合成代谢的调控”。本项目通过设计动物试验和建立细胞研究模型开展了研究，在细胞模型中分别在哺乳动物C2C12细胞系和肉鸡成肌细胞上开展了研究，重点开展以下两个方面的工作：（1）研究确定mTOR信号途径是否参与了糖皮质激素对骨骼肌蛋白质合成的调控；（2）研究确定糖皮质激素调控mTOR信号途径的位点。利用嘌呤霉素方法建立了骨骼肌蛋白合成率检测技术，围绕mTOR/p70S6K信号通路，通过激活和阻断的方法考察了糖皮质激素对该信号通路功能的影响。研究证实糖皮质激素通过mTOR/p70S6K信号通路调控了家禽骨骼肌的蛋白质合成，研究发现精氨酸和NO通过磷酸化mTOR的Thr2446位点而分别促进了C2C12的蛋白合成率；相反，精氨酸与NO抑制了家禽成肌细胞的蛋白质合成，并且NO的调控效应与mTOR/p70S6K无关。上述研究发现为家禽和哺乳动物骨骼肌发育的营养调控提供了潜在的靶点，为建立抗应激饲养技术提供了科学依据。。本项目全面完成了计划的研究内容，取得了预期的研究目标。共发表SCI收录论文7篇，培养博士研究生1人，硕士研究生6人。有关研究进展收到国内外同行的关注，课题主持人应邀在第11届世界畜产大会（WCAP，2013）作专题报告；在第25届世界家禽大会（WPC，2016）作专题报告。