miR-125b调控动物肌肉生长发育的研究进展_徐永杰.pdf

：文章编号：（）调控动物肌肉生长发育的研究进展徐永杰，陈诺，陈佳佳，于树龙，程晓芳（信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳 ）摘要：属于 家族，是一种小的、高度保守的 ，在多种生物学功能中发挥关键作用。对动物肌肉组织（包括骨骼肌、心肌和平滑肌）发育的调控受到广泛关注。对 的生物起源和生物学功能以及在动物肌肉组织发育的调控进行了总结，并着重关注其对动物骨骼肌、心肌、平滑肌细胞发育过程及疾病的分子机制研究，为 在肌肉疾病的治疗和畜禽产肉性能的分子改良提供新的参考依据。关键词：；肌肉；生长发育；疾病中图分类号：；文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：o o o o o o ，o，o ，o （，）：，（，），o ：；引言肌肉组织在动物体内非常重要，其正常发育对于维持人体运动、保护人体组织和联络骨关节等至关重要。肌肉组织包括骨骼肌、心肌和平滑肌等类型，其中骨骼肌约占动物全身总量的 。肌肉发育大致分为个阶段：第一阶段是由中胚层的间充质干细胞终末分化形成单核成肌细胞；第二阶段是由单核成肌细胞融合形成多核肌管；第三阶段则是多核肌管进一步分化形成肌纤维。动物出生后肌纤维数量基本保持不变，其发育依赖于肌细胞肥大，同时伴随肌卫星细胞发挥功能，维持正常肌纤维数量和形态。动物肌肉发育是个复杂的生物学过程，受精细的基因调控网络和环境条件等多种因素相互作用的影响。目前已经鉴定出多种肌肉特异性转录因子，如需要依次激活 家族的生肌调节因子 （）和肌细胞增强因子家族 （）的转录活性。和 这两组转录因子在肌细胞的形成、分化和肌肉组织形态的构建过程中起着精细的调节作用。家族的 包收稿日期：；修订日期：；通信联系人，：；基金项目：国家自然科学基金项目（）；河南省科技计划项目（，）；信阳师范学院研究生科研创新基金项目（）作者简介：徐永杰（），男，河南商城人，教授，博士，主要从事动物分子遗传学研究；程晓芳（），女，河南濮阳人，讲师，博士，主要从事动物遗传学研究。信阳师范学院学报（自然科学版）第 卷第期 年月 括 、和。早期的 决定了 成 肌 细 胞 的 分 化，而 中 晚 期 的 和 则对这些成肌细胞的终末分化进行调节。家 族由 个独立 的 基 因（包 括、和）编码，参与多种收缩蛋白的转录激活过程，与 家族因子共同作用参与活化多种肌肉特异性结构基因的表达。此外，除了编码基因外，近些年新发现的 、等在骨骼肌的生长发育过程中也起着非常重要的作用。是一类 进 化 上 保 守 长 度 约 的 非 编 码，主 要 在 转 录 后 水 平 上 通 过 与 靶 基 因 的 的 结合降解或者抑制 表达。通常情况下，与互补靶 特异性结合的主要是由 端 的“种子序列”配对决定，然而，这个区域之外的核苷酸也影响其对靶 的抑制。通过多种分子机制参与到肌肉发育调控中，包括成肌细胞增殖、肌细胞分化、肌细胞肥大和肌肉损伤修复等过程。这些 中 少 数 是 肌 肉 特 异 性 表 达 的（），如 、和 等，而大多数是组织广泛表达的，如 、和 等。在肌肉再生和重塑的营养不良纤维的研究中，的上调直接抑制了高迁移率组蛋白（）的表达，从而增强肌肉损伤后单根肌纤维的再生；和 在骨骼肌卫星 细 胞分 化过 程 中急 剧上 调 表 达，通 过 下调 抑制卫星细胞增殖促进分化 。除此之外，家族与成肌细胞增殖和分化所必需的 信号通路相关。可以负调控体外成肌细胞分化，影响体内肌肉再生。这些研究表明，在成肌细胞增殖、肌细胞分化和肌肉再生中均发挥重要作用，是肌肉发育的重要调控因子。本文对 的生物起源和生物学功能及其在动物肌肉生长发育的调控进行总结，并着重关注其在动物肌肉组织发育过程及疾病的分子机制研究，以期为 在肌肉疾病的治疗和畜禽产肉性能的分子改良研究提供新的参考依据。的生物发生自从在秀丽线虫中首先发现了 （和 ），人 类 基 因 组 中 大 约 有 个 已经被发现。在人类基因中，属于高度保守的 家族，该家族由个同系物 组 成，分 别 是 、和 。的个前体具有相同成熟 序列，只是在成熟序列的两侧序列不同。是秀丽线虫 的同源基因，来源于 ，位 于 号 染 色 体 的 外 显 子 中，与 和 在 同 一 基 因 簇；来源于 簇，位于 号染色体的内含子中，与人类 号染色体上的 和 在同一基因簇。在脊椎动物和线虫中高度保守。家族的每个成员都有个不同的成熟 （和），分别来自 的或 端，在这些 变体中，往往 比 表达丰度 高。的成熟遵循 生物发生的常规模型（图），首先，由核 转录产生初级 （），和 酶结合形成复合体识别并结合到 ，将 切割成茎环结构的小的前体 （）。然后，被 转运蛋白从核孔输送到细胞质中，在细胞质中双链被 酶和 蛋白相互作用识 别 分 子，使得一 条 导 链 被 合 并 到 诱导沉默复合体（），定位到靶基因 使得一个或多个基因失活。失活的方式有两种：通过部分 配对，抑制靶 翻译，影响蛋白水平表达，但不影响靶 稳定性；配对更完整时，复合物会阻止核糖体亚基结合，靶 将被切断并降解，。的生物学功能近几年随着 功能研究的不断深入，越来越多调控生物体生长发育的 被发现，涉及细胞分化、细胞凋亡、信号转导和免疫应答等几乎所有重要生命活动的调控。而且，许多疾病的产生也与 有密切联系。等 首次发现 通过调节细胞增殖在成骨细胞分化中发挥重要作用。正常情况下，存在于小动脉 中以促进平滑肌表型，存在于 细胞中以确保其收缩功能的 维 持。进 一 步 研 究 发 现，在 生 理 应 激 下 和 协同作用，可以暂时恢复第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月胚胎肾素表型，并确保 细胞永久的双收缩内分泌特性。随后研究发现 能够调控造血干细胞的增殖，并在淋巴细胞发育过程中控制细胞命运，促进神经元分化。还有报 道称 通过靶向 结合蛋白 参与小鼠 细胞的神经元分化，并通过抑制多个靶基因 促 进 人 类 细 胞 的 神 经 元 分 化。此 外，还可靶向胰岛素样生长因子（），从 而 负 调 控 体 外 成 肌 细 胞 分 化 和 体 内 肌 肉 再生。在羊的肌肉中特异性表达的 ，通过吸附 促进 蛋白表达，进而调控羊骨骼肌生长发育，并且在 转基因羊中表现出明显的肌肉肥大和体重的增加。然而，对 骨 骼 肌 萎 缩 的 调 控 研 究 发 现，可能通过靶向 在体外和体内缓解骨骼肌萎缩。注：一些基因和蛋白（包括 、和 等）已被确定为 的上游。转录物由 和 蛋白切割，产生一个 的茎环前体 （）；通过 从细胞核输出，并被 切割，产生 的 双链。与 双链结合，形成 复合体的核心，产生单链 分子。发夹的双臂分别被标记为 、和 ，可以产生具有生物活性的成熟 。图 生物发生的示意图 o o 通常情况下，的异常表达可导致疾病的发生。因此，表达水平的检测可被用作诊断或预后的工具。在癌症发生的信号通路中，通过发挥其致癌基因或肿瘤抑制因子的功能，调控一系列与该通路相关的靶点。这些靶点 参 与信 号级 联，如典 型 的 、和 等 信 号 通路。例如，在 癌 症 发 生 中，可 通 过 下 调 负 责 降解的靶点来上调 活性，使得 下 游 靶 点 如 原 癌 基 因 的 表 达 量 增加 。可损害 细胞的发育，抑制效应 细胞的发育，但可驱动巨噬细胞的活化，。据报道，在缺血性脑卒研究过程中，可以 作 为 内 源 性 海 绵，抑 制 的活性，进而导致 表达增加，改善神经元损伤。对动物肌肉生长发育的调控 调控动物成肌细胞的增殖和分化 在动物骨骼肌生长发育调控中起着关键作用，主要涉及成肌细胞增殖与分化、骨骼肌发育和骨骼肌疾病等。其中 是当前研究较多的 （表），在成肌细胞增殖和分化调控方面，主要通过直接靶向 ，从而负向调节体外成肌细胞分化和体内肌肉再生。此外，可以作为 的分子海绵，与下徐永杰，陈诺，陈佳佳，等 调控动物肌肉生长发育的研究进展游基因竞争性的结合 ，可以解除 对其靶基因的抑制作用，这类 的作用模式通常被称为 机制。例如：可作为 吸 附 促 进 靶 基 因 的表达，从而促进山羊骨骼肌卫星细胞的分化；作 为 分 子 海 绵 通 过 拮 抗 在山羊成肌细胞中调节 蛋白的丰度，进而影响肌肉分化过程；通过作为分子海绵吸附 ，调控 和 的表达，进 而 调 节 成 肌 细 胞 的 生 长、分 化 和 再生；在小鼠骨骼肌特异性富集的 也可发挥 的 功 能，通 过 吸 附 来 调 节 的 蛋 白 水 平 表 达，进 而 影 响 肌 生 成 。等 也报道了类似的机制，他们发现牛肌肉组织特异性表达的 可作为分子海绵吸附 ，导致 表达增强，促进肌肉分化。在肌肉发育和疾病调控方面，在皮肤缺损小鼠模型中，脐带来源的骨髓间充质干细胞（）减少了瘢痕形成和肌成纤维细胞的积累，这些功能主要依赖于 来源的外泌体（），并发现 富 含 的 可 以 抑 制 通路，在抑制肌成纤维细胞形成中发挥关键作用。在禁食或去神经支配的胫骨前肌（）中下调，并且在这两种模型中过表达 ，其可通过靶向 保护 骨 骼 肌 免 于 萎 缩。肿 瘤 外 泌 体 富 集 的 可能通过靶向 介导的凋亡诱导肌肉萎缩。在成肌细胞增殖、肌细胞分化、肌肉发育和肌肉疾病过程中具有重要调节作用，但其分子机制和调控通路还有待进一步揭示。表 在动物成肌分化中的功能机制 o o o o 靶向关系验证模型验证方式功能文献来源 禁食 诱 导 萎 缩 小 鼠 和 成肌细胞 、抑制肌肉萎缩 通路皮肤 缺 损 小 鼠 和 骨 髓间充质干细胞、荧光原位杂交抑制成纤维形成 山 羊、小 鼠、牛、成肌细胞 、促进成肌细胞增殖，抑制分化，小鼠成肌细胞 、促进成肌细胞增殖，抑制成 肌 细 胞 分 化 和 骨骼肌再生 注：双荧光素酶报告基因检测；实时荧光定量聚合酶链式反应；免疫荧光染色；蛋白质免疫印迹；免疫共沉淀；下同。对动物心肌细胞的调控及机制心脏是动物机体最重要的器官，主要由心肌细胞构成，心肌与骨骼肌的结构基本相似，都有横纹结构。成年动物每年只有的心肌细胞进行细胞分裂，故心肌细胞增殖率极低，从而导致心力衰竭，引发死亡。近年来，心脏干细胞修复心肌缺损的治疗方法引起了广泛的关注。在一些动物模型中，心肌祖细胞移植可通过在梗死心肌区形成新的功能性心脏组织来改善心脏功能 。在心肌缺血、再灌注损伤和心肌梗死等多 种 心 肌 疾 病 中 具 有 重 要 作 用 。其 中：可作为一种心脏保护 （表），在缺血预处理中表达增加，提高存活率；在成纤维细胞中表达量升高，可促进心肌成纤维细胞增殖，参与心肌纤维化进程；过表达 导致 心房肌细胞中 选择性上调，细 胞 中 下 调。机 制 研 究 发 现 在急性心肌梗死（）患者和心肌成纤维细胞（）中下调，并能直接与 结合，从而 促 进 下 游 靶 基 因 分 泌 卷 曲 相 关 蛋 白（）的表达，最终抑制心肌成纤维细胞的激活、增殖、促进细胞凋亡 。此外，还可通过阻止 介导的凋亡信号和 介导的 信号通路的激活来保护心肌缺血和再灌注损伤。在缺氧条件下 敲低失去了抑制心肌细胞中促凋亡基因 和 表达的能力，即 通过改善心肌细胞凋亡促进缺血心脏修复。在缺血预处理对高胆固醇血症的心脏保护作用减弱的机制研究中，发现高胆固醇血症可减弱缺血预处理对 的上调，其可能与心脏保护功能的丧失有关。在糖尿病人心脏功能研究表明 在糖尿病人心脏中下调，机制研究发现关键的糖代谢酶己糖激酶（）和乳酸脱氢酶（）分别是 第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月的直 接 靶 点，结 合 在 心 肌 细 胞 的 区域，过表达 可预防高血糖诱导的心肌细胞凋亡 。还可以通过调控 基因实现芦丁（）对吡柔比星（）处理的小鼠永生化心肌细胞损伤的保护作用。另外，可通过吸附 上调 ，促进缺氧条件下心肌祖细胞（）的增殖和迁移能力，是缺氧条件下 增殖和迁移的一种新机制，为心肌梗死诱发的心衰后的心脏组织修复提供新的治疗方法。以上研究表明 在心肌疾病和心脏功能改善中都起着重要调控作用，有望为治疗心脏疾病提供新的靶点。表 在心肌细胞中的功能机制 o o o o 靶向关系验证模型验证方式功能文献来源 心 肌 细 胞 和