賀 喜 宋澤和 常 凌

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

肌肉是動(dòng)物軀體的重要組成部分，僅骨骼肌就占到全身體重的40%左右[1]。骨骼肌在動(dòng)物新陳代謝調(diào)控、運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)、能量儲(chǔ)存等方面至關(guān)重要。禽類的肌肉肌纖維發(fā)育特點(diǎn)與脊椎動(dòng)物類似，由成肌細(xì)胞經(jīng)過增殖、遷移、黏附、融合并最終形成肌纖維，肌纖維數(shù)量在胚胎期基本被確定了[2-3]，而出生后肌纖維主要發(fā)生肌纖維的肥大和類型轉(zhuǎn)化。胚胎期成肌細(xì)胞的增殖分化決定家禽出生后肌肉的生長潛力，而肌纖維密度和直徑影響著禽肉產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，肉雞肌纖維特性形成機(jī)制及調(diào)控研究可為肉雞產(chǎn)肉性能和肉品質(zhì)調(diào)控提供理論支撐。

1 肉雞肌纖維特性及其與產(chǎn)肉性能的關(guān)系

1.1 肌纖維的結(jié)構(gòu)

骨骼肌由大量的肌纖維組成，肌細(xì)胞呈長柱狀，末端呈圓錐形，其長短和粗細(xì)隨肌肉的種類和生理狀況而異，一般長1～4 mm，直徑10～100 μm。肌細(xì)胞之間由肌內(nèi)膜隔開，20～300條肌纖維聚集形成肌束，其外部被肌束膜所包裹，1層較厚的肌外膜將數(shù)條肌束集合在一起，形成肌肉。

肌纖維主要包括肌纖維膜、細(xì)胞核、肌原纖維和肌漿。肌纖維膜又稱肌膜，是肌纖維表面1層不明顯的肌膜。肌纖維屬于多核細(xì)胞，每條肌纖維含有多個(gè)細(xì)胞核，最多可達(dá)幾百個(gè)。細(xì)胞核一般為橢圓形，位于肌纖維的邊緣，染色質(zhì)呈小塊狀，核仁明顯，有1～2個(gè)。肌漿內(nèi)含有豐富的肌原纖維，大量線粒體、脂滴和糖原等。肌原纖維很細(xì)，每條肌原纖維上有明暗相間的橫紋，分別稱為明帶(Ⅰ帶)和暗帶(A帶)。Ⅰ帶中央有1條暗線，稱為Z線，相鄰2個(gè)Z線間的肌原纖維，被稱為肌節(jié)。肌節(jié)是肌原纖維結(jié)構(gòu)和功能的基本單元，主要由粗肌絲、細(xì)肌絲和肌聯(lián)蛋白構(gòu)成，如圖1所示。

1.2 肌纖維的類型

肌纖維依據(jù)其功能和組成可以分為多種類型。根據(jù)肌纖維所含酶的種類和活性特點(diǎn)可分為氧化型纖維(紅肌纖維)、酵解型纖維(白肌纖維)以及中間型纖維。氧化型肌纖維含有更多的線粒體和細(xì)胞色素，漿膜中紅色的肌球蛋白含量高；酵解型肌纖維細(xì)胞色素或肌球蛋白含量較少。紅肌纖維通常含有較多的脂肪，有氧代謝酶如細(xì)胞色素氧化酶、琥珀酸脫氫酶活性很高，而糖原降解所必需的ATP酶和磷酸化酶活性很低。白肌纖維則含有較高的糖原，ATP酶和磷酸化酶活性很高，有氧代謝酶的活性很低。有些肌纖維同時(shí)具有有氧代謝和厭氧酵解代謝的能力，稱為中間型肌纖維。近年來，基于肌球蛋白重鏈(MyHC)種類，將骨骼肌肌纖維分為慢速氧化型(Ⅰ型)、快速氧化型(Ⅱa型)、快速酵解型(Ⅱb型)與中間型(Ⅱx型)4種[4]。

圖1 骨骼肌結(jié)構(gòu)Fig.1 Skeletal muscle structure

1.3 肉雞肌肉肌纖維特性與產(chǎn)肉性能的關(guān)系

肌纖維結(jié)構(gòu)和組成是決定肌肉品質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。肌纖維數(shù)量在胚胎期已經(jīng)確定，出生后肌肉生長主要由于肌纖維肥大和肌纖維類型轉(zhuǎn)化。肌纖維直徑、密度和橫截面積是描述肌肉特征的重要參數(shù)。研究表明，肌纖維的直徑與肌肉嫩度呈正相關(guān)，Ⅰ型纖維與Ⅱb型纖維相比，直徑較細(xì)，剪切力更低，表現(xiàn)出更好的嫩度特性。Ⅰ型纖維與肌內(nèi)脂肪含量呈正相關(guān)，相較于Ⅱ型纖維具有更高的脂質(zhì)與磷脂含量，肉質(zhì)風(fēng)味更佳[5]。陳寬維等[6]研究發(fā)現(xiàn)，白肌纖維直徑大于紅肌纖維和中間型肌纖維直徑。固始雞腿肌中的紅肌纖維和中間型肌纖維的橫截面積隨周齡增加而增大，白肌纖維的含量逐漸增加，且公雞比母雞增加得快且明顯[7]。Huo等[8]比較了雪山雞和羅斯308雞胸肌肌纖維特性，發(fā)現(xiàn)雪山雞胸肌具有更高的肌纖維密度和更低的糖酵解潛力。肌纖維類型轉(zhuǎn)化過程中，肌肉品質(zhì)發(fā)生較大變化，紅肌纖維比例高則肌紅蛋白含量高，肉色鮮紅，白肌纖維比例高時(shí)，肌肉系水力相對(duì)較低，肌肉中ATP酶活性與糖原含量高，屠宰后肌肉pH下降快[9]。

2 肉雞肌纖維形成規(guī)律

2.1 胚胎期肌纖維的發(fā)育規(guī)律及分子機(jī)制

胚胎期肌纖維的發(fā)育分為4個(gè)階段：體節(jié)分化成生皮肌節(jié)，肌源性祖細(xì)胞(MPC)增殖、分化成成肌細(xì)胞，成肌細(xì)胞增殖、分化成肌管，肌管成熟為肌纖維。MPC來源于中胚層，由中胚層形成體節(jié)，體節(jié)分化為生骨節(jié)和生皮肌節(jié)[10-11]，生皮肌節(jié)進(jìn)一步分化為生皮節(jié)和生肌節(jié)，生肌節(jié)逐漸形成MPC。MPC在胚胎早期大量增殖后向軀體和四肢遷移，分化為單核成肌細(xì)胞。成肌細(xì)胞大量增殖、分化形成肌細(xì)胞，肌細(xì)胞經(jīng)過遷移、相互黏附及融合形成多核的初級(jí)肌管，進(jìn)一步融合為次級(jí)肌管，大量的肌管分化、融合為初級(jí)肌纖維，再融合形成次級(jí)肌纖維。未融合成肌纖維且位于肌纖維的肌膜和基底膜之間的細(xì)胞稱為衛(wèi)星細(xì)胞，在機(jī)體受到損傷時(shí)，衛(wèi)星細(xì)胞由靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)，參與骨骼肌的再生[12-13]。

胚胎期肌纖維的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜且精密的過程，MPC分化過程中各基因的時(shí)序表達(dá)是控制分化成為成肌細(xì)胞的關(guān)鍵[14]。Pax3是初期成肌過程的關(guān)鍵基因，生肌節(jié)軸下部位周圍的旁泌因子激活Pax3基因的轉(zhuǎn)錄，表達(dá)Pax3的MPC維持增殖狀態(tài)而不進(jìn)入肌原性分化程序，直到到達(dá)靶位點(diǎn)后才激活肌肉特異性的轉(zhuǎn)錄因子生肌決定因子5(Myf5)和成肌分化蛋白(MyoD)啟動(dòng)生肌過程，這一過程主要通過Shh和Wnts信號(hào)傳導(dǎo)通路激活[15-17]。Pax7在衛(wèi)星細(xì)胞的激活、增殖和分化過程中扮演著至關(guān)重要的角色[18]。Pax7聯(lián)合組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物刺激靶基因Myf5的轉(zhuǎn)錄活性，調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞定向成肌分化[19]。miR-206和miR-486可以通過抑制Pax7的表達(dá)，使肌細(xì)胞退出增殖期，加速到達(dá)分化階段[20]。Myf5和MyoD基因表達(dá)是MPC向成肌細(xì)胞分化的標(biāo)志，而肌細(xì)胞生成素(Myogenin)和生肌決定因子6(Myf6)基因則在成肌細(xì)胞的融合和分化中起作用。成肌細(xì)胞分化程序的激活主要依賴于MyoD和其他肌肉分化因子如生肌調(diào)節(jié)因子4(MRF4)、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2(MEF2)等基因的表達(dá)及Notch信號(hào)通路[21]。研究表明，miR-148a-3p通過靶向動(dòng)力蛋白輕鏈2(DYNLL2)促進(jìn)肌凝蛋白重鏈(MYHC)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)成肌細(xì)胞的分化[22]。miR-16-5p靶向抑制SESN1基因，調(diào)控p53信號(hào)通路，從而調(diào)控雞成肌細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[23]。

2.2 出生后肌纖維的發(fā)育規(guī)律及分子機(jī)制

出生后肌纖維的發(fā)育主要體現(xiàn)在肌纖維肥大及肌纖維類型的轉(zhuǎn)化，目前關(guān)于肌纖維肥大分子機(jī)制的系統(tǒng)性研究相對(duì)較少。Li等[24]鑒定到半胱氨酸和甘氨酸富含蛋白3(CSRP3)、平滑肌蛋白2(LMOD2)、MUSTN1和慢型肌球蛋白結(jié)合蛋白C1(MYBPC1)對(duì)肌纖維組裝和肥大有重要的正調(diào)控作用[25]，而肌球蛋白輕鏈1(MYL1)和肌球蛋白輕鏈4(MYL4)通過抑制成肌細(xì)胞增殖對(duì)肌生成有負(fù)調(diào)控作用[26-27]。Zhang等[28]發(fā)現(xiàn)SMARCD3-OT1可以增強(qiáng)SMARCD3X4的表達(dá)，從而誘導(dǎo)肌肉肥大，同時(shí)SMARCD3-OT1可以促進(jìn)慢收縮纖維轉(zhuǎn)化為快收縮纖維。錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域蛋白2(ANKRD2)不僅參與肌發(fā)生、肌源性分化，且在雞骨骼肌慢肌纖維和快肌纖維中選擇性表達(dá)[29]。肌纖維發(fā)育涉及多條信號(hào)通路，主要包括Ca2+通路、絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路、叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FoxO)信號(hào)通路和胰島素樣生長因子1-磷脂酰肌醇-3-羥激酶-蛋白激酶(IGF1-PI3K/AKT)通路等。其中Ca2+信號(hào)通路中，活化的鈣神經(jīng)素會(huì)導(dǎo)致活化T細(xì)胞核因子(NFAT)去磷酸化，從而入核并協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2(MEF2)結(jié)合至特定位點(diǎn)，啟動(dòng)慢肌基因的表達(dá)，促進(jìn)慢肌表型的出現(xiàn)[30]。MAPK信號(hào)通路主要在肌肉受損傷時(shí)發(fā)揮作用，誘導(dǎo)衛(wèi)星細(xì)胞由靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)[31]。FoxO信號(hào)通路在出生后肌肉發(fā)育過程中調(diào)控相關(guān)遺傳因子的表達(dá)[32]。最新研究發(fā)現(xiàn)，LncIRS1可以作為miR-15a、miR-15b-5p和miR-15c-5p的ceRNA來調(diào)控胰島素受體底物1(IRS1)的表達(dá)，通過促進(jìn)AKT的磷酸化調(diào)控肌細(xì)胞增殖和分化，影響肌肉質(zhì)量[33]。

3 肉雞肌纖維性狀形成的調(diào)控方式

3.1 母體營養(yǎng)

胚胎期是肌纖維發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，胚胎期MPC的增殖和分化影響著肌纖維的數(shù)量，從而影響動(dòng)物肌肉生長潛力。研究表明，母體營養(yǎng)可能作為改善子代生長和生產(chǎn)的一種方式[34-36]。Moraes等[37]研究了羅斯708肉種雞產(chǎn)蛋期不同能量和蛋白質(zhì)水平對(duì)子代體重的影響，結(jié)果表明母體飼糧營養(yǎng)對(duì)其子代體重的影響有性別依賴。Lesuisse等[38]研究表明，A系種雞產(chǎn)蛋期間減少25%飼糧蛋白質(zhì)水平能夠提高子代生長速度并且改善飼料轉(zhuǎn)化率，提高子代肉雞的生產(chǎn)性能。Li等[39]在愛拔益加(AA)種雞25周齡時(shí)對(duì)其進(jìn)行能量限飼(11.70、9.36、8.19和5.85 MJ/kg DM)，結(jié)果表明適量降低母體飼糧能量水平能夠提高后代肌肉的抗氧化能力，但如果能量過低會(huì)降低子代胸肌和腿肌的總超氧化物歧化酶(T-SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性。此外，Wu等[40]通過對(duì)產(chǎn)蛋期AA種雞限飼(100%、80%、70%和50%飼喂水平)發(fā)現(xiàn)，隨限飼程度提升胚蛋重量隨之降低，子代胸肌纖維的直徑和密度逐漸減小，肌肉生長抑制素(MSTN)基因表達(dá)顯著降低。以上結(jié)果表明，母體飼糧營養(yǎng)水平的差異影響到母體對(duì)胚蛋的營養(yǎng)沉積，從而導(dǎo)致了子代肌纖維發(fā)育差異。

在雞胚的發(fā)育過程當(dāng)中，蛋內(nèi)營養(yǎng)是供子代胚胎生長發(fā)育唯一的營養(yǎng)來源，種蛋種類與后代雛雞出生重呈線性相關(guān)[41]。許多研究表明，在雞胚內(nèi)注射生長因子、氨基酸或其他營養(yǎng)素能夠改善肌肉和腸道的發(fā)育。Gonzalez等[42]發(fā)現(xiàn)，在給發(fā)育中的雞胚卵黃囊中注射250 mM的煙酰胺核苷，能夠增加雞胚孵化時(shí)的胸大肌重量和肌纖維密度。Xu等[43]試驗(yàn)結(jié)果表明，胚蛋注射1 mol/L煙酰胺核苷的雛雞肌纖維密度高于注射250和500 mM處理組。而Ma等[44]在雞胚孵化第7天于氣室注射β-羥基-β-甲基丁酸(HMB)和孵化第18天羊膜注射HMB，結(jié)果表明孵化第7天氣室注射HMB提高了4.34%孵化率，顯著提高了雛雞血漿生長激素、胰島素和胰島素樣生長因子-1的水平，而HMB羊膜注射顯著上調(diào)了MyoD和肌原蛋白的mRNA表達(dá)來激活衛(wèi)星細(xì)胞，從而促進(jìn)雞胚肌肉的生長發(fā)育。

3.2 飼糧營養(yǎng)水平

飼糧營養(yǎng)水平能夠影響肉雞的糖、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)代謝等生理過程，因此很可能影響到肉雞的肌肉肌纖維的生長[45]。而骨骼肌的生長很大程度上依賴于衛(wèi)星細(xì)胞的肌肉特異性干細(xì)胞的增殖和分化。研究表明，在飼糧中添加維生素D3代謝物25-羥基膽鈣化醇，可以促進(jìn)孵化后肉雞的骨骼肌生長[46]。Lackner等[47]研究飼糧不同水平的組氨酸和賴氨酸比例(0.44、0.54、0.64)和β-丙氨酸水平(0、0.5%)對(duì)肉品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)高組氨酸和賴氨酸比例能夠增加肉雞血漿和骨骼肌中的肌肽濃度，而β-丙氨酸僅在35 d時(shí)增加血漿中的肌肽含量，組氨酸補(bǔ)充劑能夠提高胸肌中的肌肽含量，但是對(duì)肉品質(zhì)影響較小。Watanabe等[48]通過對(duì)羅斯308肉雞進(jìn)行賴氨酸限飼(90%和100%)，結(jié)果表明，相較于100%賴氨酸組，90%賴氨酸組胸肌中游離谷氨酸含量高了51.8%，游離的谷氨酰胺、甘氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、絡(luò)氨酸、苯丙氨酸、組氨酸和3-甲基組氨酸含量均顯著提高，表明短期飼喂低賴氨酸飼糧可以增加雞肌肉中游離谷氨酸和其他游離氨基酸的含量，一定程度改善肉質(zhì)。De Carvalho等[49]研究表明，與飼喂無機(jī)猛相比，有機(jī)錳有效提升了肉雞平均日增重和胸肌抗氧化能力。Ahsan等[50]通過間歇性降低飼糧中可消化賴氨酸含量或代謝能水平發(fā)現(xiàn)，飼喂85%可消化賴氨酸飼糧肉雞肌變性和壞死程度、炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)沉積、CD3+和巨噬細(xì)胞浸潤以及熱休克蛋白70的表達(dá)均顯著降低，有效降低了肉雞木質(zhì)化雞胸肉發(fā)生率。

3.3 植物源功能成分

近年來有研究發(fā)現(xiàn)，多種植物功能成分對(duì)肉雞肌肉品質(zhì)具有很好的調(diào)控作用[51]。研究發(fā)現(xiàn)，大豆異黃酮中的活性成分大豆苷元可增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體4(GLUT4)的表達(dá)和葡萄糖攝取來提高骨骼肌中胰島素的敏感性[52]。大豆異黃酮在結(jié)構(gòu)和功能上皆類似于動(dòng)物雌激素，能夠協(xié)同生長激素、胰島素等參與調(diào)控動(dòng)物體肌肉蛋白質(zhì)的合成[53]。Ogawa等[54]發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加大豆苷元可以通過雌激素受體β(ERβ)來降低泛素特異性蛋白酶19(USP19)的表達(dá)和蛋白質(zhì)的降解，從而抑制骨骼肌的萎縮。Yoshino等[55]的研究表明，大豆苷元可以通過沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(SIRT1)相關(guān)途徑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞中的線粒體生物發(fā)生。非黃酮類多酚化合物白藜蘆醇也被報(bào)道具有誘導(dǎo)酵解型肌纖維向氧化型肌纖維轉(zhuǎn)化，從而改善肌肉品質(zhì)的作用，其調(diào)控作用可能是通過抑制FoxO1的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的[56]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加白藜蘆醇延緩了肉雞胸肌pH的下降，降低了滴水損失以及肌肉中的乳酸含量，改善了肌肉顏色[57]。Wang等[45]于母雞飼糧中添加5%的植物甾醇酯可提高子代肌纖維密度和肌細(xì)胞生成素表達(dá)，在雌性子代中還可激活膽汁酸受體促進(jìn)MyoD的表達(dá)。

3.4 腸道微生物

近年來研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物對(duì)于肌肉生長發(fā)育和肌纖維類型轉(zhuǎn)化具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠骨骼肌重量和肌肉力量均顯著低于野生型小鼠，而無菌小鼠移植野生型小鼠的腸道微生物后肌肉重量和力量均明顯改善[58]。腸道微生物對(duì)肌纖維性狀的影響可能主要與其代謝物有關(guān)[59]。腸道中微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的短鏈脂肪酸已被廣泛證實(shí)可以調(diào)控肌肉的代謝和功能[60]。丁酸可以有效抑制肌萎縮相關(guān)基因如肌肉特異性指環(huán)蛋白1(MuRF1)和肌萎縮蛋白Fbox-1(Atrogin-1)的表達(dá)[61-62]，而丙酸可以作為糖異生的底物激活糖異生反應(yīng)，通過影響糖代謝參與機(jī)體的能量代謝，從而影響肌肉的生長發(fā)育[63]。Chang等[64]發(fā)現(xiàn)飼糧中添加丁酸鈉后上調(diào)了腓腸肌中MyHC Ⅰ、MyHC Ⅱa、肌紅蛋白和肌鈣蛋白等氧化型肌纖維相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)骨骼肌中氧化型肌纖維的形成。Song等[65]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雞胚處于腸道微生物群失調(diào)并暴露于脂多糖(LPS)中時(shí)肌肉纖維的直徑、肢體的發(fā)育和體細(xì)胞的生長均受到抑制，LPS通過誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧促成了視黃酸信號(hào)擾動(dòng)，從而影響體節(jié)形成和分化。Lei等[66]發(fā)現(xiàn)，肉雞腸道微生物群能夠影響肌肉持水能力，通過糞菌移植改變?nèi)怆u的腸道菌群后，肌肉的持水能力也相應(yīng)改變，并且經(jīng)16S rDNA測(cè)序篩選到了與肌肉滴水損失、肌纖維直徑相關(guān)的細(xì)菌屬Lachnoclostridiumspp.。Bai等[67]的研究表明，在肉雞飼糧中添加枯草芽孢桿菌可以有效改善肉雞肉質(zhì)，包括增加胸肌pH、改善肉色、降低蒸煮損失及滴水損失。

4 小 結(jié)

肌纖維的組織學(xué)特性是決定肉品質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，眾多研究發(fā)現(xiàn)胚胎期成肌細(xì)胞的分化增殖和出生后肌纖維類型的轉(zhuǎn)化受Ca2+信號(hào)通路、Pax3/7和MoyD轉(zhuǎn)錄因子等多重調(diào)控，而母體效應(yīng)、飼糧營養(yǎng)水平、植物活性成分和腸道微生物等均可調(diào)控肉雞肌纖維特性，從而影響雞肉品質(zhì)。但是關(guān)于肌纖維發(fā)育過程中的具體分子機(jī)制和調(diào)控通路仍有待進(jìn)一步挖掘，而關(guān)于營養(yǎng)和環(huán)境等因素影響肌纖維特性和肉品質(zhì)的具體靶點(diǎn)和途徑同樣需要進(jìn)一步探索，來推動(dòng)肉雞肉品質(zhì)調(diào)控方案的完善。