猪肌肉生长抑制素基因的研究进展

摘 要：肌肉生长抑制素（MSTN）是骨骼肌生长发育的负调控因子。其活性的丧失或降低，会引起动物肌肉的过度发育，表现为双肌征状。最早在小鼠中发现该基因,随后通过荧光原位杂交法将猪MSTN基因定位于15q2.3上，进而分析了MSTN以及其分子结构，比较MSTN基因在不同物种间的同源性。

关键词： 猪；肌肉生长抑制素（MSTN）基因；双肌

      肌肉生长抑制素（myostatin,MSTN）是在骨骼肌中广泛表达的一类糖蛋白，其功能和表达量的变化可能会通过调节靶基因的表达，改变肌肉的纤维组成（红、白肌的比例）及造成肌肉重量的变化。自从McPherron(1997)发现肌肉生长抑制素对骨骼肌的生长有调节作用，该方向的研究工作进展很快。特别是随着生物技术的发展与应用，该基因在猪、人、绵羊和牛已被定位和标记。本文对猪的肌肉生长抑制素基因的研究作一简要综述。

1 MSTN基因分子结构

      肌肉生长抑制素基因又称GDF-8基因（growth differentiation factor 8）,属于TGF-β(transforming growth factor beta,转化生长因子)超家族。这是一类分泌型的多肽，在细胞间的通讯中起介导作用。猪肌肉生长抑制素基因全长6.7 kb，1997年Stratil等通过对猪MSTN基因进行PCR、克隆、测序研究发现，该基因由3个外显子和2个内含子组成。其MSTN的cDNA序列为1 756 bp，其中1～1 125 bp编码氨基酸表明猪MSTN前体由375个氨基酸组成。MSTN基因成熟区通过其中的9个半胱氨酸形成二硫键，二聚体化合后与细胞膜上受体发生相互作用，通过3种Sand蛋白的介导，信号传入细胞后作用于靶基因的调控区，调节肌肉组成蛋白和调节蛋白基因的表达。C末端的“半胱氨酸”结构在TGFs-β和Inhibin-β家族中是保守的，而且其中至少有7个半胱氨酸在所有TGF-β超家族中是保守的。

2 MSTN基因的发现、遗传效应及同源性分析

      1997年McPherron 和 Lee首先在小鼠中发现了肌肉生长抑制素基因，并从骨骼肌cDNA文库中克隆了这个新基因。通过基因敲除技术使小鼠的GDF-8基因C端生物活性区缺失,所得到的缺失突变纯合体小鼠，可以存活并能够生育，而且其体重比杂合体及野生型的小鼠重约30%（与性别及年龄无关）；单块肌肉的重量约为野生小鼠的2～3倍,骨骼肌肌纤维的数目比野生型小鼠高出86%（P<0.01）,表明突变小鼠的肌肉肥大的原因，既有肌细胞的增生也有肌纤维的肥大。根据其抑制肌肉发育的功能及其表达的组织特异性，GDF-8即命名为肌肉生长抑制素（myostatin）基因。蛋白质同源性比较证明，肌肉生长抑制素属于TGF-β超家族中的一个新成员，但不属于已发现的亚家族。猪肌肉生长抑制素基因编码序列与人、狒狒、羊、牛、小鼠、大鼠、火鸡、鸡的同源性很高，分别达95.6%、95.6%、94.7%、94.4%（GenBank AF019620）或94.1%(GenBank AF019761)92.3%、91.5%、85.3%、84.5%，而与鱼的同源性不到65%（GenBank AF019626）。McPherron 和 Lee[4]研究表明,就Ｃ-端而言猪与大鼠、人、牛、绵羊、鸡和火鸡的同源性为100%。

3 MSTN基因的定位

      自从McPherron等发现了肌肉生长抑制素基因对骨骼肌的调节作用，许多研究者及公司在这方面进行了大量的研究。Sonstegard等分析了猪肌肉生长抑制素基因第2外显子的DNA多态性和与之有关联的微卫星标记，将该基因定位于15q2.3。Smith等认为该基因靠近牛2号染色体的着丝粒处，位于2q11,在包含mh的区间内。人的肌肉生长抑制素基因定位于2q32.2。Marcq等用该基因侧翼的微卫星标记进行连锁分析表明，在绵羊染色体2q远端区存在一个对肌肉的发育产生效应的QTL，该基因座很可能就是肌肉生长抑制素基因。

4 猪MSTN基因国外研究进展

      Shaoquan等（1998）对小型猪研究表明，小型猪与其它肌肉量大的猪相比，其MSTN表达量高。

      Ji 等（1998）采用Northern杂交分析技术检测到2个转录子（1.5 kb和0.8 kb）,从基因的表达水平来看，MSTN的mRNA在胎儿发育的第21天和35天即可在整个胚胎中检测到，至第49天时显著上升（P<0.05）;从妊娠的第105天至出生，背最长肌mRNA的量显著下降，生后2周左右达到最低点，到体重达55 kg、107 kg和162 kg时，mRNA又显著升高（P<0.05），该基因的mRNA在仔猪的乳腺中也可检测到。初生体重较低的仔猪比正常个体mRNA 的水平高65%(P<0.04)。

      GaryR等（2002）比较了梅山猪、约克夏猪、杜洛克猪的MSTN基因编码区的序列，并且在梅山猪与约克夏猪之间做了发育过程中MSTN的mRNA表达量的比较。结果表明，在这三个品种中MSTN的序列相同；与梅山猪相比，约克夏猪呈现出较高的MSTN的 mRNA水平。

      MARC研究小组与新西兰的科学家（2001）研究表明，猪的MSTN基因的变化也是引起“双肌”的原因。相同的结果也被欧洲的研究小组报道。

      Spurlock 等对猪的研究表明，注射GH获得肌肉过度生长并不依赖于MSTN的表达。在猪的生长发育过程中，与红肌纤维相比，白肌纤维含有更多的MSTN的量。

5 猪MSTN基因国内研究进展

      李绍华等（2002）用PCR-SSCP技术研究猪MSTN基因第2外显子和第3外显子区域的DNA多态性。结果发现在两个外显子中均存在PCR-SSCP多态性。

      姜运良等（2002）用PCR-RFLPs和PCR-SSCP分析方法，对“双肌臀”大白猪、长白猪等不同品种猪MSTN基因进行了分析。结果表明，3＇编码区的SNP发生的频率较低，在274头猪中未检测出突变纯合体。

      刘娣等（2001）用RT-PCR法获得东北民猪MSTN基因编码序列，并进行了测序研究。

6 MSTN基因研究和应用前景

      正因为MSTN基因是最近发现的骨骼肌生长发育相关因子，所以其在畜牧业生产上有很好的应用前景。此外，它对医学也有着巨大的商业价值。许多研究者试图通过各种方法对MSTN基因进行研究，用于生产。

      畜牧业生产中，在肉牛中，肌肉生长抑制素基因保守功能区的突变与牛的产肉量密切相关，比利时蓝牛和皮埃蒙特牛的双肌性状即是该基因功能区突变造成的。在猪中，近几年引进的“双肌臀”瘦肉型猪如大白猪、长白猪、杜洛克猪等的后躯亦可能是由于控制猪骨骼肌发育的功能基因的作用。通过对猪MSTN基因在发育过程中表达水平的变化也说明MSTN的表达与生长速度有关。猪MSTN基因5＇调控区的突变有可能影响MSTN的表达，其与生长性状的关系值得进行研究。在禽类中，根据对蛋鸡和肉鸡该基因编码区测序比较分析，并没有发现两者间存在类似于双肌牛的突变，但是两者mRNA表达量存在明显的差异，免疫印迹分析发现它们之间的蛋白表达水平也不同。因此推测MSTN在蛋鸡和肉鸡中的表达调控可能存在差异。尽管对MSTN基因的研究很多，但是到目前为止，还没有确定该基因是否与猪的双肌性状有关。另外在其作用机制等方面仍不清楚，有待进一步研究。

结束语

      MSTN作为骨骼肌生长发育的负调节因子，引起生物界科学家广泛关注。研究MSTN基因的结构和功能对阐明骨骼肌生长发育的调控机理具有十分重要的理论意义。同时将为提高动物产肉性能以及畜禽改良研究工作提供了新的途径和研究思路。目前只了解剔除MSTN或抑制其活性对骨骼肌的影响，而对MSTN是如何控制肌肉生长却并不清楚。

来源：不详