骨骼肌生長發(fā)育調(diào)控基因MUSTN1 的研究進展

付 玉，張 博，凌 遙，商 鵬，張 健，張 浩*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學畜禽育種國家工程實驗室，高原畜禽遺傳資源研究中心，北京 100193；2.西藏農(nóng)牧學院動物科學學院，西藏林芝 860000）

骨骼肌系統(tǒng)包含不同類型的細胞，每種細胞又具有不同的基因表達模式，這些基因相互協(xié)調(diào)保證骨骼肌系統(tǒng)的正常發(fā)育。肌肉骨骼胚胎核蛋白1（Musculoskeletal Embryonic Nuclear Protein 1，MUSTN1）定位于細胞核，是2002 年在大鼠股骨骨折模型中發(fā)現(xiàn)的，也稱為Mustang，隨后在人、羊、小鼠、豬、雞、鴨、非洲爪蟾和斑馬魚等多個物種相繼被發(fā)現(xiàn)及鑒定。小鼠基因位于14 號染色體上，含有2 個內(nèi)含子和3 個外顯子。哺乳動物基因編碼一個含有82個氨基酸的小核蛋白，而在鳥類（雞、鴨和珍珠鳥）中編碼78 個氨基酸序列。存在進化保守的特征，鴨子與雞的氨基酸序列相似度高達94%，大鼠與小鼠、人類和奶牛的氨基酸序列同源性分別為93%、88%和85%?；蛟诠趋篮图∪庵懈弑磉_，但其是否為骨骼肌系統(tǒng)中的特異性表達基因目前還存在爭議。是一個新的基因，關于該基因研究較少，已有研究主要集中在小鼠和禽類骨骼肌系統(tǒng)中的功能。本文總結了基因的啟動子、組織表達以及在不同組織、疾病中的功能調(diào)控，為骨骼肌生長發(fā)育的調(diào)控機制研究提供參考。

1 MUSTN1 基因的啟動子

基因的啟動子區(qū)域含有轉錄起始位點TATA box 和4 個AP-1 蛋白結合位點，是骨骼肌發(fā)育的典型調(diào)節(jié)因子，在維持肌肉重量方面發(fā)揮重要作用，其轉錄活性降低可能導致肌肉重量減少，成為肌肉萎縮疾病的因素之一。家族中只有和這3 個成員能在成肌細胞增殖和分化過程中與啟動子結合，調(diào)控其轉錄活性。Χu 等在鴨子基因的啟動子區(qū)發(fā)現(xiàn)了包括和在內(nèi)的多個參與肌肉發(fā)育調(diào)節(jié)的轉錄因子結合位點，而且高表達的鴨子相對生長速度快，說明該基因在鴨肌肉發(fā)育中起作用。隨后在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)了調(diào)控b 的2 個潛在的調(diào)控元件，因子結合位點對心肌中b 的表達起關鍵作用，而因子結合位點對骨骼肌中b 的表達起關鍵作用。由此可見，在多種物種中，啟動子活性是保守的。

2 MUSTN1 基因在骨骼肌中的表達與功能調(diào)控

之前的研究認為是哺乳動物骨骼肌系統(tǒng)特有的，在其他生物尤其是非哺乳脊椎動物中無法證明的存在，但后續(xù)一系列的研究發(fā)現(xiàn)在雞和鴨等也能檢測到表達，其并非哺乳動物所特有的。

2.1基因與哺乳動物骨骼肌發(fā)育基因與骨骼肌系統(tǒng)的作用研究多集中于哺乳動物，目前通過多組學數(shù)據(jù)分析在鼠、豬、牛、羊等多種哺乳動物中推測出基因?qū)∪獍l(fā)育具有一定的調(diào)控作用，部分數(shù)據(jù)已得到驗證。

2.1.1 小鼠 利用啟動子驅(qū)動小鼠GFP 表達后發(fā)現(xiàn)，在體節(jié)、背部、前肢和肋間隙發(fā)育中的骨骼肌群，以及所有激活的衛(wèi)星細胞和新生肌管中都有表達，而且在肌肉損傷過程中呈先上升后下降的趨勢。這說明可以影響肌肉骨骼系統(tǒng)的發(fā)育，與肌融合以及骨骼肌的生長和修復有關。Liu 等研究發(fā)現(xiàn)主要表達于骨骼肌和肌腱中，RNA 干擾試驗發(fā)現(xiàn)表達沉默抑制成肌細胞分化和融合，表現(xiàn)為成肌細胞延伸性差、無法融合，不形成多核肌管且分化標志因子（）和融合標志因子（）表達顯著下調(diào)，但不影響增殖。

2.1.2 豬 Han 等首次克隆了豬基因，其位于豬13 號染色體上，該基因廣泛表達于心臟、肝臟、脾臟、腎臟、胃和骨骼肌等組織中，并在骨骼肌中高表達；此外，豬基因3'端的核苷酸變異位點（265C＞T）與腿臀比例、腿臀骨肉率、肉色以及平均日增重顯著關聯(lián)。豬在運送到屠宰場途中進行不習慣的體力活動，或在實驗用跑步機上強迫運動，會造成肌肉纖維損傷，并對肉質(zhì)產(chǎn)生負面影響，在急性運動后的損傷豬骨骼肌中的表達量高于對照組，且高表達于分化的骨骼肌細胞中。

2.1.3 羊 美臀羊表現(xiàn)為出生后四肢、腰部及骨盆骨骼肌肥大，而基因是產(chǎn)生美臀突變的差異上調(diào)基因之一。綿羊基因在不同發(fā)育時期的背最長肌和股二頭肌中均有表達，盡管目前有關基因在不同物種的表達模式研究不盡相同，但都指出其表達量的高低可能與骨骼和肌肉的生長速度快慢相關。

2.1.4 牛與驢 Ma 等基于牦牛不同發(fā)育時期背最長肌全基因組甲基化結果，篩選出差異表達基因。李世鵬在不同月齡驢的肌肉轉錄組數(shù)據(jù)中篩選到靶基因為的lncRNA。通過以上各組學數(shù)據(jù)分析推測，可能參與牛與驢的骨骼肌發(fā)育調(diào)控。

2.2基因與禽類動物骨骼肌發(fā)育 隨后在雞、鴨等不同物種中的一系列實驗驗證了與骨骼肌系統(tǒng)發(fā)育之間的密切聯(lián)系。Li 等通過對黃羽肉雞胸肌基因表達譜測定篩選到差異表達基因。劉娜娜等在賽鴿和觀賞鴿胸肌轉錄組中也篩選到表達上調(diào)的基因，說明該基因可能通過參與肌肉發(fā)育來影響飛行性能。

肉雞的肌纖維細胞數(shù)量和肌纖維尺寸大于蛋雞，肉雞骨骼肌中基因的表達量也高于蛋雞，說明基因與肌纖維的增長相關。此外，Li 等在雞基因上發(fā)現(xiàn)2 個核苷酸多態(tài)性位點2120T＞C 和g.2160A＞G，其中g.2160A＞G 與肌纖維直徑和胸肌重量顯著相關。在二郎山山地雞中，基因在心臟、胸肌和骨骼肌中表達較高，雖在其他組織中也有分布，但表達量低，且在胸肌和腿肌中基因表達量與MyoD 正相關，說明基因可能在雞骨骼肌發(fā)育中起關鍵作用。Wang 等在鴨上也得到一致的結果，即可能在正向調(diào)控鴨肌肉生長發(fā)育中起關鍵作用。

此外，Kostek 等研究發(fā)現(xiàn)，在運動損傷24 h 后的男性骨骼肌中表達量顯著高于運動前的對照組，說明運動能增加肌肉中表達，其可能與骨骼肌損傷修復相關。在肌肉發(fā)育早期，能通過激活PI3K/AKT 來上調(diào)表達，進而正調(diào)控和表達。或許將成為肌肉和骨骼系統(tǒng)所有主要細胞中不可或缺的關鍵早期調(diào)節(jié)蛋白，可能是一種重要的泛骨骼肌調(diào)控基因。

3 MUSTN1 基因?qū)趋腊l(fā)育的調(diào)控

除了在骨骼肌發(fā)育過程中發(fā)揮作用，可能在成年骨骼組織的損傷修復和再生過程中發(fā)揮關鍵作用。最初發(fā)現(xiàn)是因為其在骨再生早期階段顯著上調(diào)，表達于發(fā)育中的四肢和尾部的間充質(zhì)細胞以及骨折骨痂中，特別是分化的骨膜成骨細胞、增殖的軟骨細胞和骨折骨痂中活躍的成骨細胞，而且在包括關節(jié)炎、杜氏肌營養(yǎng)不良癥等各種肌肉骨骼病理中也檢測到該基因的表達。此外，在膝關節(jié)軟骨淺層、椎間盤和四肢發(fā)育過程中也檢測到表達?；蛟诠窃偕脑缙陔A段高表達，隨著愈傷組織成熟其表達量急劇下降，揭示該基因在哺乳動物骨骼系統(tǒng)的早期發(fā)育和再生中發(fā)揮重要作用。隨后Gersch等通過體外和體內(nèi)實驗進一步確定了在軟骨分化中的功能，體外實驗證實下調(diào)抑制軟骨增殖和分化，但超表達則對軟骨細胞增殖和分化無影響，說明是軟骨細胞增殖和分化所必需的基因。體內(nèi)實驗是在非洲爪蟾的顱面和背軸組織中抑制，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)為小眼或者無眼、體軸縮短和尾巴扭結，而且頭顱中軟骨形成標記基因mRNA 表達也減少，導致包括角舌骨和咽弓在內(nèi)的頭部分化的軟骨結構缺失。此外，脈沖和連續(xù)超聲處理能提高大鼠關節(jié)軟骨中和表達量，促進軟骨形成。

4 MUSTN1 基因的其他功能

Camarata 等研究發(fā)現(xiàn)在斑馬魚的纖毛功能中也可能發(fā)揮作用，其在腦顱、耳膜和腸道中均有表達，抑制表現(xiàn)為運動纖毛缺陷。曹俊婷在16 周齡黑色和白色皮膚的略陽雞皮膚和肌肉轉錄組差異基因中都篩選到，該基因在黑皮膚雞中的皮膚組織表達高于肌肉組織，而在白皮膚雞中則肌肉組織的表達更高，在黑皮膚個體中的表達極顯著上調(diào)，說明基因可能不僅與肌肉發(fā)育有關，還與膚色性狀密切相關。最新研究利用癌癥基因組圖譜數(shù)據(jù)分析舌癌與早期淋巴結轉移相關的基因表達譜，結果顯示共篩選到225 個差異表達基因，且在分別含有早期和晚期淋巴結轉移癥狀的舌癌患者中均檢測到了差異表達基因。Codreanu 等通過質(zhì)譜和免疫組化實驗分析發(fā)現(xiàn)，在肺癌早、晚期患者中表達也存在差異，肺癌患者中該基因的表達水平要高于正常人，揭示了該基因可能還與腫瘤發(fā)育相關。

5 小 結

綜上，基因與肌肉融合、骨骼肌生長和修復均有關，參與多種生物學過程，尤其對肌肉與骨骼的發(fā)育與再生有著重要的調(diào)控作用。豬作為重要的經(jīng)濟動物和肌肉發(fā)育研究模型，對于豬的研究的還有很多欠缺，在不同生長速度豬中的時空表達以及豬基因的確切作用尚不完全清楚。未來可以考慮利用基因編輯技術對基因進行編輯，以深入解析其對肌肉發(fā)育的調(diào)控機制，促進肌肉發(fā)育研究，加快豬育種進程。