肌纖維類型分類及轉(zhuǎn)化機(jī)理研究進(jìn)展

梁婷玉，吳建平,2,*，劉 婷，柏 妍，張 瑞

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

隨著生活水平的提高，人們對于食品的需求已從基本的量的需求上升到對于營養(yǎng)均衡和高品質(zhì)的要求，因此對肉類食品品質(zhì)的要求也在不斷提升。肉品質(zhì)主要由其本身的形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成決定，肌纖維作為組成肌肉的基本單位，其生長發(fā)育及類型組成是影響畜禽生長發(fā)育和肉品質(zhì)的重要因素之一[1]。根據(jù)肌纖維形態(tài)、代謝酶活性、收縮速率及肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain，MyHC）亞型等可對肌纖維類型進(jìn)行差異區(qū)分。隨著分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，骨骼肌肌纖維的分型方法也在不斷改進(jìn)和演變。從最初的基于形態(tài)機(jī)能的分類法逐漸發(fā)展到肌原纖維ATP酶染色法、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）法和免疫組化法等。恰當(dāng)?shù)募±w維分型方法對肌纖維特性及肉產(chǎn)品品質(zhì)研究至關(guān)重要，而不同的分類方法在不同條件下的應(yīng)用會存在一定的局限性，如實(shí)時熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）適用于對肌肉中4 種MyHC表達(dá)的定量分析，SDS-PAGE可用于微量的單個肌纖維類型鑒定[2]。動物出生后，其肌纖維數(shù)目已經(jīng)確定，但類型組成并非固定不變，肌纖維類型保持高度可塑性[3]，一些外界因素，如營養(yǎng)水平、個體的運(yùn)動狀態(tài)以及環(huán)境和年齡等，均可影響肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。肌纖維類型的轉(zhuǎn)化也受機(jī)體內(nèi)多種信號通路及調(diào)控因子等內(nèi)在因素的調(diào)控[4]。本文主要從肌纖維類型的分類方法及轉(zhuǎn)化影響因素兩方面進(jìn)行闡述。

1 肌纖維類型的分類

肌纖維類型的研究已經(jīng)有近百年的歷史。早期的分類方法是基于肌纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的分類，隨著各種先進(jìn)生物技術(shù)的相繼產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用，肌纖維分類也逐漸發(fā)展到肌原纖維ATP酶染色法、SDS-PAGE法、qRT-PCR法和免疫組化法等。

1.1 基于肌纖維形態(tài)和功能特性的分類

骨骼肌肌纖維高度分化，根據(jù)生理功能、組織化學(xué)和形態(tài)結(jié)構(gòu)可將其分為不同的類型。早在1873年，Ranvier根據(jù)肉色提出將骨骼肌劃分為紅肌和白肌2 種類型[5]。Berri等[6]研究發(fā)現(xiàn)，肌肉色澤與肉品質(zhì)及動物生長性能有關(guān)，高比例的紅肌纖維在一定程度上代表較好的肉品質(zhì)，紅肌纖維比例相對較高的肉色澤鮮亮、肉質(zhì)細(xì)嫩，而高比例的白肌纖維則更多地代表較強(qiáng)的生長性能。

根據(jù)電刺激后肌纖維的收縮特性，將肌纖維分為慢速收縮型（Ⅰ型）和快速收縮型（Ⅱ型）[7]，該分類方法將肌纖維類型與機(jī)能相關(guān)聯(lián)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量研究人員根據(jù)肌纖維代謝類型及酶活性等生理特異性對肌纖維類型進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分。根據(jù)代謝酶系活性的相對大小，將Ⅱ型肌纖維分為Ⅱa型（快速氧化型）、Ⅱb型（快速酵解型）和Ⅱx型（中間型）。根據(jù)骨骼肌的代謝類型可將肌纖維分為慢收縮氧化型（slow oxidative，SO）、快收縮氧化型（fast oxidative，F(xiàn)O）、快收縮氧化酵解型（fast oxido-glycolytic，F(xiàn)OG）及快收縮酵解型（fast glycolytic，F(xiàn)G）[8]。

1.2 基于肌球蛋白ATP酶染色法的分類

20世紀(jì)70年代，Guth-Samaha肌球蛋白ATP酶染色法建立，該方法的應(yīng)用極大地推動了骨骼肌相關(guān)研究的深入與發(fā)展，并對神經(jīng)性肌萎縮和肌源性肌萎縮的診斷具有重要價值[9]。1970年，Brooke和Kaiser用一系列不同pH值的緩沖液對肌纖維進(jìn)行孵育，形成了一套能夠?qū)⒓±w維類型分為Ⅰ、Ⅱa和Ⅱb 3 類的方法，即肌球蛋白ATP酶酸法染色（pH 4.4）和堿法染色（pH 10.4）[10]。ATP酶堿法染色可區(qū)分Ⅰ、Ⅱ 2 種肌纖維類型：Ⅰ型肌纖維較細(xì)，染色淺，呈淡藍(lán)色；Ⅱ型肌纖維較粗，染色深，呈深藍(lán)色。ATP酶酸法染色可進(jìn)一步將Ⅱ型肌纖維區(qū)分為Ⅱa和Ⅱb型[11]，該方法是目前被廣泛接受的分類法之一，可較好地分辨肌肉中不同的肌纖維類型。

在ATP酶染色的基礎(chǔ)上，結(jié)合異染性染料甲苯胺藍(lán)可同時鑒別4 種不同肌纖維型，即為異染ATP酶染色法。該方法的基本原理是不同肌纖維ATP酶在酸性預(yù)孵育液中的活性差異導(dǎo)致局部磷酸鈣與染料聚合體濃度不同，繼而呈現(xiàn)染色結(jié)果的不同[12]。1990年，Ogilvie首次用異染ATP酶染色法在1 張切片上同時區(qū)分出Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb和Ⅱx 4 種肌纖維[13]。異染ATP酶染色法是通過生理機(jī)能來區(qū)分肌纖維類型，而不是通過MyHC亞型蛋白的差異表達(dá)。

除ATP酶外，也可以利用其他肌纖維酶進(jìn)行肌纖維分類。朱道立[14]利用琥珀酸脫氫酶染色法（依據(jù)肌纖維氧化能力）及煙酰胺腺嘌呤二核苷酸-四唑還原酶染色（依據(jù)肌纖維酵解能力）等組織化學(xué)染色方法來區(qū)分肌纖維，但這2 種染色方法影響因素較多，染色結(jié)果不穩(wěn)定，如運(yùn)動可使琥珀酸脫氫酶活性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致染色結(jié)果不穩(wěn)定。

1.3 基于MyHC的分類

收縮蛋白和代謝蛋白結(jié)構(gòu)與功能的多樣性決定了骨骼肌肌纖維功能的差異性。作為骨骼肌主要的收縮蛋白，肌球蛋白分子由2 對起調(diào)節(jié)作用的肌球蛋白輕鏈（myosin light chain，MLC）和2 個具有三磷酸腺苷酶（ATPase）活性的MyHC組成，肌肉的收縮特性由MyHC亞型決定[9]。MyHC有4 種不同亞型（即MyHCⅠ、MyHCⅡa、MyHCⅡb和MyHCⅡx），據(jù)此可將肌纖維分為4 種類型，即Ⅰ型（慢速氧化型肌纖維）、Ⅱa型（快速氧化型肌纖維）、Ⅱb型（快速酵解型肌纖維）和Ⅱx型（中間型肌纖維）[15]。近年來，許多研究人員試圖從MyHC基因表達(dá)水平不斷深入研究骨骼肌纖維的組成及特性，如采用電泳法和免疫組化染色法，并取得了顯著成效。

1.3.1 MyHC基因PCR檢測法

MyHC基因是目前研究肌纖維類型及組成的重要分子標(biāo)記。1989年，Ansved等[16]利用聚丙烯酰胺梯度凝膠電泳及MyHC單克隆抗體免疫組化等方法鑒定出一種新型肌纖維——Ⅱx型。依據(jù)MyHC的4 種不同亞型，通過電泳法可以清晰地區(qū)分單肌纖維的4 種純合型，同時可以顯示不同MyHC亞型表達(dá)的雜合肌纖維。另外，結(jié)合熒光定量檢測技術(shù)可靈敏、精確地確定不同肌纖維的比例及含量，該方法相比于其他組化染色法既省時又省力[17]。

1.3.2 免疫組化染色法

免疫組織化學(xué)染色即抗原與抗體的特異性結(jié)合，通過熒光素、酶等化學(xué)反應(yīng)中抗體標(biāo)記顯色劑顯色來對組織細(xì)胞中的抗原（多肽和蛋白質(zhì)）進(jìn)行定位和定量分析。而對于肌纖維分型研究，是根據(jù)肌纖維類型找到各類型肌纖維所對應(yīng)的抗體，從而將其區(qū)分開[18]。相對于前文中的各方法，該方法的針對性和精確性均較高，也可以避免ATP酶染色法的缺陷。特異性抗體進(jìn)行單獨(dú)免疫染色可以識別特定類型的肌纖維。在大鼠中已確定出與Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb和Ⅱx 4 種肌纖維對應(yīng)的單克隆抗體分別為BAF8、A4.74、BF-F3和BF-35[19]。Wu等[20]使用上述抗體分別對大鼠脛骨前肌和比目魚肌的Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb和Ⅱx型肌纖維進(jìn)行免疫酶染色，4 種纖維染色結(jié)果依次為深灰色、深棕色、深紅色和不被染色或被染為淡棕色。但該免疫染色法需要多個連續(xù)組織切片才可以鑒定肌肉組織中所有的肌纖維類型，因此該方法工作量大，操作過程繁瑣。早在1968年，Nakane[21]就提出多重免疫組化染色法，該方法能夠在同一張肌肉切片上同時鑒別出所有的肌纖維類型，如三聯(lián)免疫熒光染色（triple immunofluorescence staining，TIF）和三聯(lián)免疫酶染色（triple immunoenzyme staining，TIE）。TIF是基于MyHC蛋白的差異表達(dá)來區(qū)分不同類型肌纖維及其橫截面積。Babcock等[22]用免疫熒光染色法鑒定大鼠脛骨前肌肌肉中的4 種肌纖維，同時研究同一區(qū)域中肌肉生長抑制素和激活素受體（actRⅡB）的表達(dá)，結(jié)果表明，采用TIF對慢性御載后肌纖維類型特異性萎縮反應(yīng)的研究結(jié)合基本差干涉對比成像系統(tǒng)可以有效區(qū)分肌纖維類型間蛋白的差異表達(dá)，也表明該技術(shù)可以在空間上分辨細(xì)胞核、衛(wèi)星細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，以評估其在御載后肌肉特異性萎縮反應(yīng)中的潛在作用。相比于TIF，TIE更具優(yōu)勢。TIE能夠更好展示肌纖維的形態(tài)特征和組織結(jié)構(gòu)，其以免疫反應(yīng)為基礎(chǔ)的染色經(jīng)過很長時間也不會褪色；另外，該方法能夠彌補(bǔ)TIF法對基底膜不能清晰區(qū)分的缺陷，尤其是在Ⅱx型肌纖維存在的條件下[23]。Wu等[20]確立了一種新型的特異性TIE法，該方法對大鼠正常脛骨前肌、比目魚肌、不同程度下去神經(jīng)支配和神經(jīng)再支配后脛骨前肌和比目魚肌中的肌纖維類型及比例進(jìn)行了較為精確的分析，同時鑒定出雜合型肌纖維Ⅱa/Ⅱx型、Ⅱb/Ⅱx型和ⅠC（Ⅰ/Ⅱa）型。Sawano等[24]提出一步四重免疫染色法，該方法摒棄了二級抗體的使用，僅用4 種初級抗體的混合物就可以在1 張切片上有效染色并區(qū)分出4 種肌纖維類型，該方法能夠應(yīng)用于由環(huán)境因素等誘導(dǎo)肌纖維類型轉(zhuǎn)化的檢測。

盡管肌纖維因分類方法多樣而命名各異，但不同肌纖維之間存在一定的相關(guān)性，如SO型肌纖維即為Ⅰ型，F(xiàn)O型肌纖維為Ⅱa型，F(xiàn)G型肌纖維為Ⅱb型，F(xiàn)OG型肌纖維為Ⅱx型[25]。但不同分類方法所確定的肌纖維類型之間是否存在完全對應(yīng)關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

以上所列舉的基于組織化學(xué)染色的方法不需要特異性抗體，故成本較低，染色結(jié)果直觀、清晰，但缺點(diǎn)是結(jié)果不夠精確，重復(fù)性差，且耗時耗力。異染ATP酶法效果較優(yōu)，但也存在一定的局限性：對pH值和溫度變化敏感，隨著時間的延長，ATP酶活性逐漸減弱，不能對嚴(yán)重萎縮的肌纖維進(jìn)行染色[26]。多重免疫染色能夠克服這些不足，該方法在鼠類等嚙齒類動物的肌纖維分型中應(yīng)用更為成熟。

不同類型肌纖維的形態(tài)特征、收縮性能等生理生化特性具有顯著差異。肌纖維的形態(tài)和生理特征指標(biāo)包括肌纖維數(shù)量、肌纖維直徑、肌纖維長度和肌纖維類型[27]。不同肌纖維類型酶活性的不同決定了其代謝性能的差異。由于Ⅰ型肌纖維含有較高活性的有氧代謝酶（琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶等）、線粒體含量高，而ATP酶活性較低（與收縮強(qiáng)度相關(guān)），故收縮慢而持久。相反，Ⅱb型肌纖維中ATP酶和糖酵解酶系活性高、糖原含量高，而線粒體含量少、有氧代謝酶活性低，故收縮快但不持久[28]。相比于Ⅰ型肌纖維，Ⅱb型肌纖維直徑大、血管化程度低、ATP酶活性較高、抗疲勞性較弱。Ⅱx型纖維特征與Ⅱb型接近，但其收縮速率略低，氧化代謝程度較高。Ⅱa型纖維在收縮和代謝方面介于Ⅱx和Ⅰ型之間[29]。4 種肌纖維類型的氧化能力由高到低依次為Ⅰ型＞Ⅱa型＞Ⅱx型＞Ⅱb型，肌纖維收縮速率表現(xiàn)為Ⅰ型＜Ⅱa型＜Ⅱx型＜Ⅱb型。

2 肌纖維類型轉(zhuǎn)化及調(diào)控因素

一般認(rèn)為肌纖維總數(shù)在動物出生后基本保持不變，但肌纖維類型在生長過程中持續(xù)相互轉(zhuǎn)化，且其轉(zhuǎn)化是環(huán)境等外界因素和機(jī)體內(nèi)部因子協(xié)同調(diào)控的結(jié)果。動物出生時幾乎沒有酵解型肌纖維，主要以氧化型肌纖維為主。一些肌纖維在生長過程中具有由氧化型向酵解型轉(zhuǎn)化的能力，一些后天因素會導(dǎo)致肌纖維類型整體由氧化型向酵解型轉(zhuǎn)化，且早期生長階段是肌纖維類型轉(zhuǎn)變的重要階段[30]。肌纖維在年齡、營養(yǎng)、環(huán)境等多種因素影響下發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，以適應(yīng)外界環(huán)境的要求，將這些外界因素區(qū)分為營養(yǎng)因素和非營養(yǎng)因素。機(jī)體內(nèi)部調(diào)控因子主要為機(jī)體信號通路及相關(guān)細(xì)胞因子。Dingboom等[31]認(rèn)為，肌纖維類型的轉(zhuǎn)化次序?yàn)槁∠蚩旒∞D(zhuǎn)化，快肌向中間型快肌轉(zhuǎn)化，最終轉(zhuǎn)化為白肌?？傮w來說肌纖維轉(zhuǎn)化遵循Ⅰ型?Ⅱa型?Ⅱx型?Ⅱb型[32]。

2.1 營養(yǎng)因素

肌肉發(fā)育的基礎(chǔ)保障便是營養(yǎng)水平，肌纖維生長發(fā)育及類型組成受動物出生前后營養(yǎng)水平的影響[33]。動物出生前妊娠母體的營養(yǎng)水平對其肌纖維有調(diào)控作用。在胚胎肌纖維形成前，降低母體營養(yǎng)水平會使羔羊背最長肌和骨外側(cè)肌的快肌纖維顯著減少，慢肌纖維明顯增加，而在妊娠后期降低母羊營養(yǎng)水平對羔羊肌纖維數(shù)量無影響[34]。出生后幼畜的營養(yǎng)水平對肌纖維類型轉(zhuǎn)化也有重要影響。Fahey等[35]對禁食條件下（斷食不斷水24 h）不同代謝類型肌肉肌纖維類型組成的研究結(jié)果表明，比目魚肌和腓腸肌中MyHCⅠ mRNA表達(dá)顯著提高，而趾長伸肌則無顯著影響。而長期營養(yǎng)不良會導(dǎo)致趾長伸肌中Ⅱa/Ⅱx型纖維比例提高，Ⅱb型纖維的比例降低[33]。綜上所述，營養(yǎng)不足會導(dǎo)致肌纖維類型由快速酵解型向慢速氧化型或中間型轉(zhuǎn)化。

飼糧中能量水平、蛋白質(zhì)、脂肪酸和天然飼料添加劑等營養(yǎng)組分的含量及其原料來源均會引起肌纖維類型轉(zhuǎn)化。高能量飼糧可以提高肉中Ⅱa型和Ⅱx型肌纖維的比例，降低Ⅱb型肌纖維的比例[36]。Li Yinghui等[37]發(fā)現(xiàn)，飼糧中蛋白質(zhì)水平由16%降至13%時，育肥豬背最長肌和腰大肌Ⅱa型肌纖維和股二頭肌中Ⅰ型肌纖維的比例顯著升高。低淀粉、高纖維飼糧可降低Ⅱb型肌纖維的比例[38]。

作為日糧的重要組成成分，脂肪酸被動物腸道消化吸收，最終影響動物機(jī)體內(nèi)肌肉發(fā)育。Eshima等[39]研究發(fā)現(xiàn)，長期高脂飲食（high fat diet，HFD）可能通過對肌纖維組成等形態(tài)特征的改變使小鼠快收縮肌纖維收縮能力受損；但短期的HFD無此作用。相比于飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸可以顯著降低小鼠肌肉中酵解型肌纖維的含量，提高氧化型肌纖維含量[40]。不飽和脂肪酸的種類對肌纖維類型的轉(zhuǎn)化也有一定影響。小鼠飼糧中添加富含n-3多不飽和脂肪酸的魚油可以顯著增加趾伸長肌中Ⅱx型肌纖維的比例，顯著降低Ⅱb型肌纖維的比例[41]。共軛亞油酸可以改變體外培養(yǎng)的豬肌纖維類型組成，且主要表現(xiàn)為提高Ⅰ和Ⅱa型肌纖維比例，顯著降低Ⅱx和Ⅱb型肌纖維比例[42]。天然提取物中的多酚類物質(zhì)可以提高骨骼肌中腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）的磷酸化程度，進(jìn)而促進(jìn)過氧化物酶受體增殖激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptors-γ，PPAR-γ）輔助激活因子-1α（PPAR-γ coactivator 1α，PGC-1α）磷酸化并活化，推測天然植物提取物可能通過調(diào)節(jié)AMPK途徑調(diào)控肌纖維類型的轉(zhuǎn)化[43]。白藜蘆醇作為一種植物類多酚化合物，能夠誘導(dǎo)氧化型肌纖維的表達(dá)，而抑制酵解型肌纖維的表達(dá)[44]。飼糧中添加5%蘋果酸多酚可以提高小鼠肌肉中慢肌纖維的比例[45]。但也有研究表明，營養(yǎng)因素對肌纖維類型的轉(zhuǎn)化無顯著影響。日糧中添加中草藥對育肥豬肌纖維類型比例無顯著影響[46]。因此，營養(yǎng)可能因動物物種、個體年齡、體質(zhì)量及肌肉部位等因素的差異而對骨骼肌肌纖維類型組成產(chǎn)生不同影響。

2.2 非營養(yǎng)因素

肌纖維是動態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，隨著生理環(huán)境的變化，其類型組成也在不斷改變。在動物生長發(fā)育階段，隨著年齡的增加，氧化型肌纖維比例減少，酵解型肌纖維比例升高[47]。大量研究表明，品種、性別、年齡和部位等因素對動物肌肉肌纖維類型組成的影響較大，但品種和組織部位是影響肌肉纖維類型組成的最主要因素[48]。品種間肌纖維類型、數(shù)目及特性存在顯著差異，早在1985年，Esséngustavsson等[49]就發(fā)現(xiàn)，與瑞典約克郡豬相比，漢普夏豬背最長肌和臀中肌的氧化能力更強(qiáng)。因肌肉部位的不同，品種對肌纖維含量的影響也不同[50]。蘇琳等[51]研究發(fā)現(xiàn)，蘇尼特羊肱二頭?、裥图±w維數(shù)量比例、面積比例及Ⅱa型肌纖維的面積比例均顯著小于巴美肉羊，表明對于特定部位的肌肉，肌纖維類型組成受遺傳因素的極大影響。性別對肌纖維類型分布的影響有種屬特異性[52]。隨著年齡的增長，所有類型肌纖維的橫截面積逐漸增大，不同類型的肌纖維增長速率不同，當(dāng)生長到一定階段時，氧化型肌纖維開始向酵解型肌纖維轉(zhuǎn)化[53]。

除上述影響因素外，外界刺激和運(yùn)動等對肌纖維類型組成也至關(guān)重要。高溫應(yīng)激會誘導(dǎo)Ⅰ型肌纖維向Ⅱ型肌纖維轉(zhuǎn)化[54]。運(yùn)動對肌纖維類型的影響包括運(yùn)動方式、運(yùn)動強(qiáng)度等[55]。關(guān)于運(yùn)動對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響觀點(diǎn)不一，目前還沒有形成一致的結(jié)論。任陽[28]的研究表明，經(jīng)有氧運(yùn)動后，動物骨骼肌的氧化能力明顯提高，并可以誘導(dǎo)酵解型肌纖維向氧化型轉(zhuǎn)化（Ⅱb型或Ⅱx型向Ⅱa型轉(zhuǎn)化）。長期高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練課能夠提高SD小鼠快肌中Ⅰ型、Ⅱa型肌纖維及慢肌中Ⅰ型肌纖維的比例[56]。運(yùn)動引起的肌纖維類型轉(zhuǎn)變與原來肌肉組織中肌纖維類型的組成密切相關(guān)，而運(yùn)動等外界因素對肌纖維轉(zhuǎn)化的調(diào)控需通過一系列生物學(xué)通路來實(shí)現(xiàn)。

2.3 信號通路及細(xì)胞因子

肌纖維類型間的相互轉(zhuǎn)化受復(fù)雜的生物學(xué)通路調(diào)節(jié)。由于骨骼肌的高度可塑性，機(jī)體在自然生長發(fā)育或受到某些生理變化、病理刺激和應(yīng)激時，細(xì)胞內(nèi)相關(guān)的信號通路就會發(fā)生改變，調(diào)節(jié)肌纖維特異性基因的表達(dá)，進(jìn)而誘發(fā)肌纖維類型的轉(zhuǎn)化[57]。這些特異性的變化涉及肌節(jié)中MyHC和輕鏈結(jié)構(gòu)表達(dá)的修飾以及神經(jīng)肌肉去極化等[58]。肌纖維類型轉(zhuǎn)化過程的信號通路主要包括Ca2＋信號通路、AMPK信號通路和PGC-1α信號通路等。

2.3.1 Ca2＋/CaN信號通路

骨骼肌中的Ca2＋依賴轉(zhuǎn)運(yùn)途徑對肌纖維轉(zhuǎn)化起重要作用，其可通過激活轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)線粒體核編碼的基因，使肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化[59]。細(xì)胞內(nèi)的Ca2＋分為游離鈣和結(jié)合鈣，只有當(dāng)Ca2＋與底物蛋白結(jié)合時才能發(fā)揮其作用[60-61]。存在于細(xì)胞質(zhì)中的鈣蛋白酶水解系統(tǒng)，即鈣蛋白酶（包括μ-calpain和m-calapain）和鈣蛋白酶抑制蛋白（calpastatin），受Ca2＋濃度調(diào)節(jié)，在肌纖維生長和降解過程中起決定性作用。Felicio等[62]的研究表明，雞肉中的鈣蛋白酶基因與肌纖維組成及生長性狀顯著相關(guān)。Moyen等[63]的研究表明，編碼μ-calpain蛋白大亞基的CAPN1基因參與肌細(xì)胞分化和肌纖維形成過程。敲除CAPN1基因會影響肌纖維的組成比例。高強(qiáng)[64]研究發(fā)現(xiàn)，敲除CAPN1基因小鼠的Ⅱb型肌纖維比例顯著高于野生型小鼠。CAPN1基因可能參與雞骨骼肌纖維類型的轉(zhuǎn)化[65]。位于細(xì)胞質(zhì)中的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（calcineurin，CaN）受Ca2＋/鈣調(diào)蛋白活化，可以調(diào)節(jié)肌纖維類型特異性基因的表達(dá)，從而改變肌纖維表型。不同肌纖維中Ca2＋濃度不同，故CaN會被不同程度的激活，活化CaN通路，慢肌纖維特異性基因啟動子的活性選擇性上調(diào)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)由快肌向慢肌的轉(zhuǎn)化[66]。

2.3.2 AMPK信號通路

AMPK是平衡細(xì)胞能量的重要調(diào)節(jié)激酶，被稱為“細(xì)胞能量調(diào)節(jié)器”。除對肌肉能量代謝起關(guān)鍵調(diào)控作用外，AMPK與肌纖維類型的轉(zhuǎn)化也密切相關(guān)。運(yùn)動訓(xùn)練等外界刺激對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響可能通過AMPK代謝途徑來實(shí)現(xiàn)。辛雪等[40]的研究表明，氧化型肌纖維含量高的金華豬肌肉中AMPK顯著高表達(dá)，揭示了AMPK與豬肌纖維組成密切相關(guān)。AMPK受多種代謝因子的調(diào)節(jié)，如抑癌基因FLCN及其伴侶分子FLCN相互作用蛋白1（FNIP1）復(fù)合物FLCN-FNIP1可負(fù)向調(diào)控AMPK活性[67]。AMPK經(jīng)磷酸化激活后會調(diào)控其下游通路PGC-1α、NAD＋/NADH等，進(jìn)而影響MyHC基因的表達(dá)，改變肌纖維類型[68]。AMPK的磷酸化水平受高濃度ATP引起的上游激酶磷酸化和蛋白質(zhì)磷酸酶抑制去磷酸化作用影響[69]。

2.3.3 PGC-1α信號通路

轉(zhuǎn)錄因子與輔因子是聯(lián)系肌纖維類型與機(jī)體運(yùn)動能力的關(guān)鍵。PGC-1α是參與線粒體生物合成、能量代謝和糖脂代謝等過程的多功能轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。PGC-1α基因表達(dá)可誘導(dǎo)Ⅱx型肌纖維向Ⅰ型肌纖維轉(zhuǎn)化[70]。PGC-1α基因可以通過多種信號途徑調(diào)控畜禽骨骼肌肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。Yamaguchi等[71]研究發(fā)現(xiàn)，PGC-1α基因的表達(dá)可以使人的肌纖維由快肌向慢肌轉(zhuǎn)化，雞胸肌中部分Ⅱb型肌纖維向Ⅱa型轉(zhuǎn)化。束婧婷等[72]研究發(fā)現(xiàn)，PPARGC1A基因能夠與鈣離子信號通路相關(guān)基因協(xié)同作用，改變雞肌纖維組成。PGC-1α基因可能通過PGC-1α/MEF2、PGC-1α/HIF2α、PGC-1α/PPAR-δ等途徑影響肌纖維轉(zhuǎn)化，且其表達(dá)具有導(dǎo)向性[73]。Zhang Lin等[74]研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌PGC-1α基因過表達(dá)通過提高線粒體呼吸作用及脂肪酸氧化作用，誘導(dǎo)小鼠和豬肌纖維組成發(fā)生變化，其研究結(jié)果表明，相比于野生型，PGC-1α轉(zhuǎn)基因豬腓腸肌中Ⅰ型肌纖維的含量顯著增加，轉(zhuǎn)基因小鼠腓腸?、騛型肌纖維的含量顯著減少，表明PGC-1α基因的過表達(dá)促進(jìn)了紅肌纖維（氧化型肌纖維）的形成。

2.3.4 其他調(diào)控因子

調(diào)控肌纖維代謝的信號通路復(fù)雜多樣，除上述通路外，還有大量通路與肌纖維轉(zhuǎn)化相關(guān)，如圖1所示[75]。另有部分研究證實(shí)microRNA和部分代謝因子同樣是影響肌纖維類型組成的重要因素。例如，成肌纖維生長因子21（FGF21）及細(xì)胞增長因子（MEF2）等均可調(diào)控肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。郭佳[53]通過基因芯片篩選和活體基因超表達(dá)模型發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶超表達(dá)后Ⅰ型肌纖維含量降低，Ⅱ型肌纖維含量升高?；e[76]研究表明，miR-378a在股四頭肌、脛骨前肌和腓腸肌等酵解型肌纖維含量較高的肌肉中表達(dá)水平高，而在富含氧化型肌纖維的比目魚肌中表達(dá)水平低；通過ATP酶染色發(fā)現(xiàn)，敲除miR-378a后氧化型肌纖維的單位面積百分比增加，從而表明miR-378a可能對快肌纖維的形成起調(diào)控作用。

圖 1 骨骼肌纖維類型轉(zhuǎn)化信號通路Fig. 1 Signaling pathways of skeletal muscle fi ber transition

肌纖維轉(zhuǎn)化調(diào)控因子形式多樣，且不同信號通路對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理不同。但由于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，各信號通路之間不能被完全劃分，而是調(diào)控因子之間相互影響、相互依存。如AMPK信號通路的激活可能與Ca2＋信號通路相關(guān)；PGC-1α基因的表達(dá)受AMPK信號通路的激活或抑制的影響[77]。因此，對肌纖維類型的轉(zhuǎn)換機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

3 結(jié) 語

隨著科技的不斷進(jìn)步，肌纖維類型的分類方法也在不斷改進(jìn)與完善，為進(jìn)一步深入研究各類肌纖維特性及其對肉品質(zhì)的影響提供理論依據(jù)。由于肌纖維的可塑性，近年來多數(shù)研究人員通過營養(yǎng)調(diào)控的方式來改變骨骼肌肌纖維類型組成，進(jìn)而改善畜禽肉品質(zhì)。另外，從骨骼肌miRNA和衛(wèi)星細(xì)胞等分子水平進(jìn)一步深入研究肌纖維轉(zhuǎn)化機(jī)制及影響因子是后續(xù)肌纖維研究的主要方向。本文對國內(nèi)外近年來肌纖維的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，簡要介紹了不同肌纖維類型特性及其轉(zhuǎn)化影響因素，以期為肌纖維類型特性及轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究提供參考，為精準(zhǔn)、高效的畜牧養(yǎng)殖和畜禽肉質(zhì)改善提供理論基礎(chǔ)。