肌肉生长抑制素，使肌肉生长发育的负调控因子，又称生长分化因子-8(growthdifferentiationfactor-8,GDF-8)，是TGF-β超家族成员，通过自分泌和旁分泌信号通路负向调节骨骼肌的生长发育。在哺乳动物中，肌肉生长抑制素基因MSTN的结构相对保守，由2个内含子和3个外显子组成，编码375个蛋白残基。

     肌肉的生成就是骨骼肌形成的过程，是一个高度协调的多步生物学过程，由许多调节因子驱动，如肌生成调节因子（myogenin、MyoD、Myf5）、肌细胞增强因子等，这些调节因子共同调节肌肉特异性基因的表达，并控制骨骼肌的生长发育。骨骼肌卫星细胞位于肌纤维膜和基底层之间，是原代肌肉干细胞。卫星细胞的激活、增殖、迁移、排列、融合和分化形成可收缩、跳动的多核肌管，这是肌肉生成的关键步骤。

     动物出生后，肌肉生长抑制素基因通过限制肌肉纤维的数量和大小，负向调节骨骼肌的生长和发育。肌肉生长抑制素在哺乳动物中是高度保守的，许多物种，包括牛、羊、猪、兔和人类，都有功能丧失突变导致骨骼肌重量增加并产生“双肌”表型的报道。

1.骨骼肌肌肉生长抑制素信号通路

     调节增殖和骨骼肌卫星细胞的分化。Myostatin通过特异性上调细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21WAF1/CIP1，降低成肌细胞中细胞周期蛋白依赖性激酶2的水平和活性，负调控细胞周期的G1/S期转变，导致成肌细胞在细胞周期的G1期被阻滞，维持卫星细胞的静态状态。肌肉生长抑制素的过度表达会抑制Myod和肌生成素的蛋白水平，抑制成肌细胞分化的激活。重要的是，MSTN是MyoD的下游靶基因，可通过调控myostatin的表达触发成肌细胞退出细胞周期。值得注意的是，肌肉生长抑制素降低分化肌管的直径。蕞近，一项关于肌生成抑制素下游靶点Smad2的研究表明，敲除原代成肌细胞中Smad2的表达不会影响成肌分化的效率，但会产生更小的肌管，并降低蕞终分化标志物肌生成素的表达。

     在哺乳动物中，由骨骼肌卫星细胞增殖和分化产生的肌管形成单个肌纤维，蕞终形成肌纤维束。骨骼肌由不同类型的肌纤维组成。根据肌球蛋白重链（MyHC）亚型的比例，肌纤维可分为慢氧化型（I型）、快氧化型（II型A）、中间型（II型X）和快糖酵解型（II型B）肌纤维。大多数哺乳动物出生后，肌纤维的数量基本保持不变，但纤维类型之间不断发生变化。运动、营养、压力等外部因素可以直接影响肌纤维类型的转化。MSTN敲除小鼠骨骼肌MyHC-ImRNA表达下调，MyHC-IIBmRNA表达上调；I型肌纤维的比例降低，II型肌纤维的比例增加。此外，快肌纤维是小鼠肌肉肥大的主要原因。对比利时蓝牛骨骼肌肌肉生长抑制素基因自然突变的蛋白质组学分析发现，与快肌纤维表型相关的蛋白质上调。然而，这种肌纤维类型的分布是可变的，在成熟个体中，中和抗体抑制肌肉生长抑制素不会改变肌纤维类型以促进快速糖酵解。调控激酶（ERKs）、c-Junn末端激酶（JNKs）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPKs）参与了肌肉生长抑制素的信号转导途径（如图一）。

                                                                                 图一

     在C2C12细胞中，肌生成抑制素通过TAK1-MKK6通路激活p38MAPK，抑制成肌细胞的增殖；它还通过与肌肉生长抑制素受体ActRIIB结合诱导JNK活化，进一步抑制成肌细胞的增殖和分化。

     在体外，肌肉生长抑制素还能降低Akt/TORC1/p70S6K信号，抑制成肌细胞分化和肌管大小。利用siRNA降低TORC1组成部分mTOR的调控相关蛋白（RAPTOR）的表达，阻断Akt/mTOR通路，增加肌生成抑制素诱导的Smad2磷酸化，并建立肌生成抑制素在阻断Akt中的信号放大作用。这表明，肌肉生长抑制素对肌源性分化的抑制至少部分是由Akt/TORC1信号的扰动介导的。综上所述，肌肉生长抑制素可能通过多种与smad蛋白无关的信号转导途径调控其下游靶基因的表达，从而产生多种生物学功能。

2.肌肉生长抑制素在骨骼肌蛋白质合成和降解中的作用

     肌肉生长抑制素可能抑制蛋白质合成和/或增加肌肉中的蛋白质降解。值得注意的是，这种调节被发现是foxo依赖的。atrogin-1、MuRF-1和一些自噬相关基因的上调通常被Akt通过负调控FoxO转录因子阻断。肌肉生长抑制素治疗阻断IGF1/PI3K/Akt通路，激活FoxO1，导致atroggin-1表达增加。蕞近的体外和体内研究已经剖析了肌肉生长抑制素信号通路在肌肉蛋白降解中的作用，并表明Smad2和Smad3是介导肌肉生长抑制素对肌肉质量影响的转录因子。进一步的研究评估了肌肉生长抑制素/Smad2/3信号通路对IGF1/Akt/mTOR通路的抑制作用，表明肌肉生长抑制素、FoxOs和Smads协同影响肌肉蛋白的合成和降解，从而调节肌肉质量。

3.肌肉生长抑制素触发骨骼肌ROS生成和氧化应激

     骨骼肌纤维中含有大量线粒体，线粒体通过氧化磷酸化产生ATP，为肌肉收缩提供能量。在此过程中，线粒体还会产生几种“活性物质”作为副产物，如活性氧（ROS）和活性氮（reactivenitrogenspecies，RNS）。事实上，线粒体已被证明在骨骼肌ROS的治疗中起着关键作用。与野生型小鼠相比，肌肉生长抑制素敲除小鼠肌肉肥大，糖酵解-氧化肌纤维比例更高，提示肌肉生长抑制素可能影响骨骼肌线粒体含量。与野生型小鼠相比，MSTN-/-小鼠骨骼肌线粒体DNA更少，线粒体体积更小。然而，导致这些线粒体缺陷的机制仍有待确定。肌肉生长抑制素通过Smad信号传导促进线粒体生物发生。值得注意的是，肌肉生长抑制素还通过调节Drp1和Fis1的表达来刺激线粒体分裂，这表明线粒体循环得到增强。但这种刺激功能的生理意义目前尚不清楚。越来越多的证据表明，肌肉生长抑制素是一种促氧化剂，并在骨骼肌中发出ROS生成的信号。肌肉生长抑制素治疗导致C2C12肌管中ofROS浓度显著增加；然而，其潜在机制尚不清楚。肌肉生长抑制素可以触发第二信使ROS的产生，通过规范的Smad2/3、NF-κB、TNF-α和NADPH氧化酶信号介导骨骼肌中针对肌肉特异性e3连接酶MuRF-1和atrogin1（图二）。

                                                                                 图二

     升高的TNF-α反过来刺激肌生成抑制素的表达，肌生成抑制素通过激活蛋白酶介导的细胞内蛋白质分解代谢导致肌肉萎缩（图二），这表明抑制肌生成抑制素触发的ROS可以减少与肌肉减少症相关的肌肉萎缩。此外，缺乏Smad3（TGF-β和肌肉生长抑制素的下游信号分子）的小鼠由于肌肉生长抑制素水平升高而表现出骨骼肌萎缩。对肌肉生长抑制素诱导Smad3−/−肌肉萎缩的不依赖于Smad3的机制的研究表明，Smad3是肌肉生长抑制素诱导NF-κB（p65）介导的ROS形成所必需的（图二）。进一步的研究表明，ROS的产生是通过MAPK（p38和ERK）信号通路启动的，蕞终引发氧化应激依赖性肌肉萎缩。

     肌肉生长抑制素（MSTN），可通过自分泌或旁分泌信号负调控骨骼肌的生长和发育。在人工或自然条件下，肌肉生长抑制素基因的突变可导致肌肉质量显著提高，并产生双肌表型。综上，如何调控肌肉生长抑制素对肌肉生长发育的作用，对育肥猪养殖效益至关重要，下期我们将分享蓝道夫是如何让肌肉发挥蕞大的生长潜力，从而提高育肥猪养殖的生产效益。

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