楊博華，湯嘉玉，張心怡，汪志聰，宋貴兵，昝林森,2，王洪寶,2*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西楊凌 712100；2 國家肉牛改良中心，陜西楊凌 712100）

肌球蛋白由2 個肌球蛋白重鏈（Myosin Heavy Chain）和4 個肌球蛋白輕鏈（Myosin Light Chain）組成，可以通過水解ATP 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，與肌動蛋白等協(xié)作完成肌肉的收縮過程[1]，是肌肉組織的重要組成部分。肌球蛋白重鏈由MYH基因家族進行調(diào)控，其與肌肉收縮速度有關(guān)[2]。哺乳動物至少有10 種肌球蛋白重鏈亞型[3]，不同亞型的肌球蛋白重鏈會對肌肉剪切力、肌內(nèi)脂肪含量造成不同的影響[4]。

20 世紀80 年代，科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)一種肌球蛋白重鏈基因主要在胚胎期肌肉發(fā)育過程中表達，并將其命名為胚胎期肌球蛋白重鏈基因[5-6]，即肌球蛋白重鏈3（Myosin Heavy Chain 3，MYH3）。隨后的研究均顯示MYH3對肌肉的分化和再生有不可忽視的作用，其在骨骼、脂肪發(fā)育中同樣發(fā)揮調(diào)控作用[7-10]。本文綜述了MYH3的發(fā)現(xiàn)過程、基因信息及其在模式動物和主要畜禽中的研究進展，旨在為相關(guān)研究工作提供思路。

1 MYH3 基因的基本信息

1985 年，Strehler 等[5]從大鼠的DNA 文庫中克隆出一些含有肌球蛋白重鏈序列的基因組片段，提取出一段長度約為4 kb 的DNA，并將其稱為胚胎期肌球蛋白重鏈基因。隨后Karsch 等[6]在1989 年對胚胎期肌球蛋白重鏈基因進行了更深入的研究，通過構(gòu)建不同發(fā)育階段的人肌細胞的cDNA 文庫，使用DNA 探針進行分子雜交，結(jié)果顯示這種肌球蛋白重鏈基因主要在胚胎時期表達，在妊娠后期逐漸減少，出生后胚胎期肌球蛋白重鏈基因的表達標志著肌肉的發(fā)育和再生。這些研究中所提及的胚胎期肌球蛋白重鏈基因即為MYH3。

MYH3基因是MYH基因家族的一員，以人為例，MYH3基因位于人的第17 號染色體上，mRNA 長度為6 032 bp，CDS序列位于89～5 911 bp，共翻譯1 941個氨基酸。不同物種中，MYH3基因的位置及mRNA長度均存在差異（表1）。

表1 不同物種MYH3 基因的信息

使用NCBI 的Blast 功能將人、小鼠、大鼠、牛、豬、狗、雙峰駝的MYH3的CDS 序列及其編碼的氨基酸序列以兩兩對比的方式進行同源性分析發(fā)現(xiàn)，在CDS 序列上，大鼠和小鼠的同源性最高（95%），小鼠和狗的同源性最低（89%）。在蛋白質(zhì)水平上，各物種間的同源性都較高，均達到97%以上（圖1）?？梢姡琈YH3基因在不同物種間的氨基酸同源性較CDS 同源性的分散度較小，各物種間的同源性高且集中。這可能是由于密碼子的兼并性導(dǎo)致CDS 序列雖有一定差異，但表達的蛋白序列差異不大。正是由于各物種間MYH3基因的高度同源性，可以推測其在動物生長發(fā)育過程中起到不可或缺的作用。

圖1 各物種間MYH3 基因在CDS 序列及氨基酸序列的同源性比較

2 MYH3 基因在模式動物上的研究

MYH3現(xiàn)已被用作檢測肌肉發(fā)育和肌細胞分化的重要標志基因[7]，針對MYH3的研究也多集中于肌肉分化和再生的過程，當MYH3表達量下調(diào)時，肌細胞內(nèi)肌管數(shù)量下降，肌管功能受到影響；當肌肉分化再生時，MYH3表達量顯著上升[8-9]。也有研究證實MYH3參與骨骼發(fā)育，尤其在軟骨的成骨過程中發(fā)揮作用[10]。

2.1MYH3基因在斑馬魚上的研究MYH3在斑馬魚上的研究較少。Whittle 等[11]以斑馬魚為模型研究遠端關(guān)節(jié)畸變的過程，發(fā)現(xiàn)攜帶MYH3錯義突變的斑馬魚樣本肌細胞分化進程減緩，成年后肌肉纖維顯著縮短，并且使肌肉長期機械性收縮，表現(xiàn)出脊柱側(cè)彎和椎骨融合。

2.2MYH3基因在小鼠上的研究MYH3在小鼠上的研究較為全面，MYH3可以影響小鼠肌肉的分化和再生過程。Sala 等[8]在研究Stat3-Fam3a 軸影響線粒體呼吸作用進而促進肌肉分化的實驗中，使用CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)敲除了實驗組小鼠的Fam3a基因，結(jié)果顯示與對照組相比，實驗組小鼠的MYH3基因表達量降低，肌肉分化進程變緩，后肢肌肉明顯減少。

Mari 等[7]在研究GGA1（Golgi Associated,Gamma Adaptin Ear Containing，ARF Binding Protein 1，γ-銜接蛋白相關(guān)蛋白1）對小鼠成肌細胞影響的實驗中，發(fā)現(xiàn)GGA1干擾組的MYH3表達量顯著下調(diào)，大型肌管數(shù)量減少，肌管生成數(shù)量減少。Li 等[9]對正常小鼠、mdx 小鼠以及使用心臟毒素（Cardiotoxin，CTX）處理的小鼠進行研究，檢測mdx 小鼠和注射CTX 后3、7、10 d 相關(guān)基因的表達量，發(fā)現(xiàn)MYH3基因在mdx 小鼠和CTX 處理組小鼠的肌肉再生過程中表達量上調(diào)。

2.3MYH3在人上的研究MYH3在人方面的研究更加全面，MYH3不僅可以影響肌細胞增殖與分化，還可以改變肌肉組織功能進而產(chǎn)生相關(guān)疾病，并且可以影響成骨過程。

MYH3基因表達的肌球蛋白是一種高度保守的蛋白質(zhì)。作為動物體內(nèi)主要起收縮作用的蛋白，肌球蛋白可引起骨骼肌收縮[1]，并可與肌動蛋白結(jié)合蛋白等維持細胞骨架的穩(wěn)定性[12]。肌球蛋白還能夠在胞質(zhì)流動、物質(zhì)運輸、肌肉收縮等多種生理活動中發(fā)揮重要作用[13]。MYH3基因發(fā)生突變后，在大分子層面，可能影響MYH3基因表達出的蛋白結(jié)合水解ATP 的能力，進而影響肌球蛋白向細胞骨架上施壓以及維持細胞骨架形態(tài)穩(wěn)定的能力；在小分子層面，將引起MYH3 蛋白在細胞內(nèi)的分布情況以及改變與胞內(nèi)其他蛋白的互作，并可能影響細胞的極性形成[10]。

MYH3基因突變會使肌肉的功能發(fā)生改變，進而導(dǎo)致多種疾病產(chǎn)生[1]。Hundley 等[2]研究發(fā)現(xiàn)，MYH3表達量下降導(dǎo)致肌肉功能改變，進而引發(fā)女性盆腔臟器脫落癥。Toydemir 等[1]在對兒童的Freeman-Sheldon綜合征和Sheldon-Hall 綜合征的研究發(fā)現(xiàn)，MYH3突變會導(dǎo)致蛋白錯誤折疊，進而影響肌球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能；此外，MYH3表達量在出生后期會迅速下降，并逐漸被其他MYH 家族基因代替。

MYH3對骨骼的發(fā)育也具有一定作用。邵為[10]通過體外培養(yǎng)人臍帶間充質(zhì)干細胞，誘導(dǎo)成骨/成軟骨分化，觀察MYH3基因在干細胞成骨/成軟骨分化過程的表達情況與規(guī)律，結(jié)果表明MYH3基因參與骨的生成，尤其是軟骨的成骨過程，推測其可能參與成骨相關(guān)基因的表達調(diào)控，進而影響骨的生成。

3 MYH3 基因在主要畜禽中的研究

對于MYH3的研究主要集中在豬和牛上[14-16]，在羊、家禽等其他農(nóng)業(yè)動物上的研究較少。現(xiàn)有研究表明MYH3參與牛和豬細胞內(nèi)肌管及肌內(nèi)脂肪形成，且多個MYH3的多態(tài)位點可顯著影響牛和豬的生長性狀和肉品質(zhì)性狀[15-17]。因此，MYH3基因可被視為改善農(nóng)業(yè)動物肉品質(zhì)性狀的重要候選基因。

3.1MYH3基因在豬上的研究 秦一禾[16]進行肌內(nèi)脂肪含量性狀相關(guān)的全基因組關(guān)聯(lián)分析，在篩選出的6 833 個與肌內(nèi)脂肪含量相關(guān)的SNP 位點中，一些位于豬12 號染色體的MYH3內(nèi)的SNP 位點與豬肉脂肪含量存在一定關(guān)聯(lián)，并在保證肌細胞正常工作中發(fā)揮重要作用。Xiong 等[17]對中國萊蕪豬進行與肉品質(zhì)相關(guān)的全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)MYH1、MYH2、MYH3、MYH13等多個連鎖的MYH基因家族與肌肉發(fā)育和豬肉品質(zhì)有關(guān)。Cho 等[18]檢測發(fā)現(xiàn)，在最長肌和股四頭肌區(qū)域，韓國本土黑豬和長白豬之間的MYH3轉(zhuǎn)錄水平存在顯著差異，而這兩個區(qū)域的其他基因在轉(zhuǎn)錄水平上并不存在任何顯著差異。Luo 等[19]對與豬肉質(zhì)相關(guān)的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，位于12 號染色體上的MYH3基因內(nèi)的一些SNP 位點與豬肉肉質(zhì)顯著相關(guān)，因此MYH3是可作為改善豬肉肉質(zhì)的重要候選基因。

最新研究表明，MYH3在肌內(nèi)脂肪形成的過程中也發(fā)揮著重要作用[18,20]。Cho 等[18]對韓國本土黑豬和長白豬的雜交后代進行QTL 分析發(fā)現(xiàn)，MYH3存在于豬的12 號染色體上一段488.1 kb 與肌內(nèi)脂肪和肉色相關(guān)的區(qū)域內(nèi)。Cho 等[18]對韓國本土黑豬和長白豬MYH3基因的5'側(cè)翼序列進行Sanger 測序，發(fā)現(xiàn)韓國本土黑豬MYH3的側(cè)翼序列與長白豬相比存在6 bp 的缺失；通過共轉(zhuǎn)染實驗發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域可以與4 種成肌調(diào)節(jié)因子（MYOD、MYOG、MYF5 和MRF4）結(jié)合進而抑制MYH3表達，這6 bp 的缺失會影響4 種成肌調(diào)節(jié)因子的結(jié)合效率，進而促進MYH3的表達，分析發(fā)現(xiàn)存在6 bp 缺失的MYH3變異體可被視為影響豬肉肌內(nèi)脂肪含量和肉品質(zhì)的多效變異體。同時MYH3在股四頭肌骨骼肌中過表達，肌細胞內(nèi)三酰甘油（TAG）和游離脂肪酸（FFAs）的含量隨之增加，這可能是因為更多慢速肌纖維的形成導(dǎo)致肌內(nèi)脂肪含量增加[18]。Cho 等[18]的研究證實MYH3是影響豬肌纖維類型及IMF 生成的關(guān)鍵基因。

3.2MYH3基因在牛上的研究 Wang 等[15]采用PCRRFLP 技術(shù)對MYH3基因上檢測到的8 個SNPs 位點進行分型統(tǒng)計，然后與表型性狀關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)這些位點能夠顯著影響中國秦川牛的生長和屠宰性狀，其中T2010C 位點的基因型對體高和胴體重量有顯著影響，C7315T 位點的基因型對屠宰體重有顯著影響。Zhang 等[21]研究表明，去勢與不去勢秦川牛 2 組樣本MYH3基因表達量存在差異，可能是造成去勢牛和正常牛之間肌纖維特性差異的主要基因之一。覃海等[22]利用熒光定量PCR 對關(guān)嶺牛不同發(fā)育階段的部分組織的MYH3的表達規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)MYH3表達量隨著胎兒出生的時間表現(xiàn)出上升趨勢，推測其與肌肉的生長發(fā)育存在一定關(guān)系。Zhao 等[23]研究發(fā)現(xiàn)MYH3基因與牛肉嫩度呈正相關(guān)，MYH3基因在肌肉重塑的過程中表達，從而推測肌球蛋白重鏈在死后仍有水解活性，可將肌肉重塑，進而改變肌肉的嫩度。

MYH3在羊方面的研究很少，在家禽方面的研究也十分欠缺，目前只有一些MYH基因家族在羊和家禽方面的初步研究。MYH基因家族與幼齡山羊的肌肉組成、抗氧化、抗寒能力及肌纖維的發(fā)育性變化規(guī)律相關(guān)，可以影響骨骼肌的彈性和力量，進而對外界環(huán)境的改變進行適應(yīng)[24]。MYH家族在不同羊品種之間存在表達差異，有望成為影響肉品質(zhì)的重要分子標記[25-26]。MYH基因在家禽的胚胎期15～19 d 持續(xù)表達，且隨著肌肉的生長發(fā)育，表達的蛋白亞型有所不同[27-28]。MYH家族對家禽肌肉發(fā)育具有重要的調(diào)控作用，其表達的肌球蛋白重鏈與胸肌的生長速度顯著相關(guān)[29]，有望成為改良家禽肉品質(zhì)的重要基因之一。

4 總結(jié)與展望

綜上，MYH3基因主要控制肌肉的分化過程，并在肌細胞的發(fā)育與再生過程中起重要作用。除此之外，對MYH3基因在肌內(nèi)脂肪形成、骨骼發(fā)育、疾病產(chǎn)生過程中所起作用的研究也在逐步開展。但對MYH3的研究不夠深入，對其調(diào)控通路、作用途徑等方面的研究明顯不足，仍需進一步全面探索。

隨著生活水平的逐年提高，人們對農(nóng)業(yè)動物產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。肉質(zhì)性狀受遺傳調(diào)控的影響較大，若能通過遺傳育種手段，加快動物的肌肉生長速度，提高脂肪沉積效率對于生產(chǎn)有很大的意義。MYH3已被證實對嫩度和肌內(nèi)脂肪含量等肉質(zhì)性狀有調(diào)控作用，因此MYH3基因可作為研究加快動物生長速度和改善動物肉質(zhì)品質(zhì)的一個重要候選基因。