孫 冰 侯艷茹 蘇 琳 靳 燁

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

肌纖維作為組成肌肉組織的基本結(jié)構(gòu)單位，其類型組成、比例分布及生物學(xué)特性與畜禽的生長發(fā)育和肉品質(zhì)緊密相關(guān)[1]。不同類型的肌纖維具有不同的特性，氧化型肌纖維的電子傳遞鏈含有較高含量的肌血球素和肌紅蛋白，具有更高的氧化能力和較低的肌球蛋白ATP酶活性。相反，酵解肌纖維具有更高的ATP酶活性和少量的糖原。肌肉纖維類型組成與肌肉的形態(tài)特征有直接關(guān)系，是改善肌肉功能的重要研究對象。氧化型肌纖維在肌肉組織中占比高時，肌肉大理石花紋豐富、色澤鮮紅、細嫩多汁且保水性較好。酵解型肌纖維在肌肉組織中占比高時，宰后過程中會導(dǎo)致pH降低和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)退化，更易產(chǎn)生白肌肉(PSE肉)[2]。因此，長期以來，通過調(diào)控肌纖維的類型組成來改善畜禽肉品質(zhì)是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。

不同類型肌纖維在完成轉(zhuǎn)化過程中涉及一些復(fù)雜的生物學(xué)信號通路，骨骼肌具有高度可塑性，機體在生長發(fā)育進程中或受到某些外界刺激時，細胞內(nèi)相關(guān)的信號通路就會發(fā)揮調(diào)控作用，激活一些特異性因子的表達，進而完成轉(zhuǎn)化。不同類型的肌纖維之間遵循以下轉(zhuǎn)化路徑：Ⅰ型(慢收縮氧化型)?Ⅱa型(快收縮氧化酵解型)?Ⅱx/d型(中間型)?Ⅱb型(快收縮酵解型)。骨骼肌的肌纖維類型轉(zhuǎn)化受多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，其中過氧化物酶體增殖物激活受體β(δ)[peroxisome proliferator-activated receptor β(δ)，PPARβ(δ)]較為重要[3-4]。目前過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator activated receptors，PPARs)有3種結(jié)構(gòu)亞型被相繼發(fā)現(xiàn)，并分別命名為過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α，PPARα)、PPARβ(δ)、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)。這3種結(jié)構(gòu)亞型由不同功能的基因編碼而成，因其在分布和組織上不同的表達，功能也略有差異。相比于其他2種亞型，PPARβ(δ)在各種組織中都廣泛表達，尤其在骨骼肌中[5]。PPARβ(δ)作為生物體內(nèi)重要的核受體，其所引起的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄變化對肌纖維類型的轉(zhuǎn)化和肌肉有氧耐力的提高有著關(guān)鍵的調(diào)控作用。本文主要對PPARβ(δ)的生物學(xué)功能、PPARβ(δ)對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響及其內(nèi)在調(diào)控機制、激活PPARβ(δ)的因素以及其與肉品質(zhì)的關(guān)系進行綜述，以期為今后通過調(diào)控肌纖維類型組成，進而改善畜禽肉品質(zhì)提供新思路。

1 PPARβ(δ)概述

作為新型的固醇類核受體，PPARβ(δ)可調(diào)節(jié)目的基因的表達，其所編碼的蛋白質(zhì)與生物體內(nèi)其他核受體具有極為相似的功能區(qū)和結(jié)構(gòu)區(qū)[6]。PPARβ(δ)的結(jié)構(gòu)域由A～F 6個結(jié)構(gòu)區(qū)組成，如圖1所示。結(jié)構(gòu)域A/B區(qū)位于N端，該區(qū)功能主要是作為反式調(diào)控元件及調(diào)節(jié)其與DNA相結(jié)合的能力。C區(qū)稱為DNA結(jié)合域(DNA-binding domain，DBD)，能特異性識別靶基因序列，實現(xiàn)與靶基因的結(jié)合，與DNA上相匹配的反應(yīng)元件結(jié)合，從而完成對基因轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)。D區(qū)稱為鉸鏈區(qū)(hinge)，主要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性，易形成異聚體，并通過與DNA的結(jié)合連接DNA結(jié)合域和配體結(jié)合域(ligand biding domain，LBD)。E區(qū)位于C端，是配體結(jié)合域；E區(qū)內(nèi)部有1個“Y”型的疏水袋，PPARβ(δ)的配體袋較狹窄，PPARα、PPARγ的配體相對較大無法與之結(jié)合[7]。PPARβ(δ)通過配體結(jié)合域與配體相結(jié)合，將自身轉(zhuǎn)化成一種特殊的活性形式，從而能夠與DNA結(jié)合并調(diào)節(jié)目的基因表達。除上述功能區(qū)域外，在靠近C端還有一段F區(qū)，功能尚未見報道[8]。

AF1：活化功能1 activation function 1；DBD：DNA結(jié)合域 DNA-binding domain；Hinge：鉸鏈區(qū)；LBD：配體結(jié)合域 ligand biding domain；AF2：活化功能2 activation function 2；Transactivation：轉(zhuǎn)錄激活；Dimerization：二聚化；Co-activator recruitment：結(jié)合協(xié)同激活劑。

E區(qū)在核酸定位和受體二聚化過程中起關(guān)鍵作用，受體二聚化過程是PPARβ(δ)在核內(nèi)發(fā)揮活性所必不可少的。通過配體結(jié)合域完成與PPARβ(δ)的結(jié)合，PPARβ(δ)一旦經(jīng)配體激活后，轉(zhuǎn)錄活性便立即發(fā)生改變，可與DNA特定位點結(jié)合調(diào)節(jié)目的基因表達，該位點由一個堿基對分隔的六聚體序列組成，位于靶基因的啟動子/增強子區(qū)域。配體的結(jié)合觸發(fā)構(gòu)象變化，導(dǎo)致共阻遏物的釋放、輔激活因子的募集和最后的靶基因表達[9]。

2 PPARβ(δ)對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響及其調(diào)控機制

2.1 PPARβ(δ)對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響

PPARβ(δ)的生物學(xué)效應(yīng)主要體現(xiàn)在能促進脂肪細胞分化和脂肪生成、調(diào)節(jié)機體內(nèi)糖脂平衡、提高機體對胰島素的反應(yīng)性和抑制炎癥基因等方面[10-11]。隨著研究的深入，“馬拉松鼠”的問世初次揭示了PPARβ(δ)在肌纖維類型轉(zhuǎn)化、線粒體生物發(fā)生、提高肌肉有氧耐力等方面發(fā)揮著重要作用[12]。因此，PPARβ(δ)對促使肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化進而提升肌肉耐力一直備受關(guān)注。PPARβ(δ)是肌肉組織中能夠驅(qū)動功能性Ⅰ型肌纖維形成的轉(zhuǎn)錄因子，其激活機制歷經(jīng)復(fù)雜的途徑，能促使快肌纖維功能和形態(tài)特征發(fā)生變化，使其向慢肌纖維轉(zhuǎn)化，提高生物體抗疲勞性和改善骨骼肌氧化代謝功能。PPARβ(δ)經(jīng)激活后能調(diào)控肌纖維類型分布并能啟動相應(yīng)的神經(jīng)調(diào)節(jié)，使神經(jīng)末梢產(chǎn)生適應(yīng)，進而可生成新的運動單位[12]。

Luquet等[13]和Wang等[12]先后建立了肌肉特異性PPARβ(δ)過表達的動物模型以探尋PPARβ(δ)在骨骼肌中的生物學(xué)效應(yīng)，結(jié)果表明骨骼肌中PPARβ(δ)過表達時可促使酵解型肌纖維更多的向氧化型肌纖維轉(zhuǎn)化，氧化代謝相關(guān)基因表達量顯著增加，并且這極大影響了小鼠肌肉的發(fā)育和氧化代謝能力。這提示我們PPARβ(δ)可能是骨骼肌中促進線粒體生物發(fā)生和肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化的調(diào)控因子，在肌肉重塑中起到了不容忽視的調(diào)控作用，同時PPARβ(δ)在提高骨骼肌耐力的生物學(xué)調(diào)控作用方面給人以啟發(fā)。荊海軍[14]通過對C2C12成肌細胞株和小鼠原代成肌細胞分化過程進行深入研究，發(fā)現(xiàn)PPARβ(δ)的過表達能顯著上調(diào)氧化型肌纖維的表達量。以上研究結(jié)果說明骨骼肌中PPARβ(δ)基因特異性高表達能誘導(dǎo)骨骼肌纖維重塑的部分特征，如增強氧化酶和線粒體標志蛋白的表達。同時，PPARβ(δ)的激活能夠誘導(dǎo)骨骼肌收縮力提高[15]。將PPARβ(δ)轉(zhuǎn)基因小鼠放在輸氧的封閉跑步機上，它們抗疲勞能力更強，能夠維持的時間和距離分別增加了67%和92%；相反，PPARβ(δ)基因敲除小鼠能維持的時間和距離比野生型小鼠均短約30%[12]。以上這些研究結(jié)論都提示我們，PPARβ(δ)作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程重要的靶點，對促進肌纖維類型轉(zhuǎn)化、線粒體生物發(fā)生和提升骨骼肌耐力適應(yīng)中有著積極的作用。

2.2 PPARβ(δ)對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)控機制

在過去的20多年里，控制肌纖維類型轉(zhuǎn)換的基因調(diào)節(jié)通路已經(jīng)被廣泛描述，隨著近些年研究的不斷深入，更多的結(jié)論證實核受體在骨骼肌能量代謝和肌纖維類型轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用[16]，其中核受體PPARβ(δ)可通過結(jié)合其他激活因子、激酶級聯(lián)等產(chǎn)生多種信號事件，這些信號通過改變機體內(nèi)關(guān)鍵核受體的轉(zhuǎn)錄活性、微小RNA(microRNA，miRNA)的穩(wěn)定性等，最終誘導(dǎo)骨骼肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化。在關(guān)于PPARβ(δ)調(diào)控肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化的過程中，其可能的內(nèi)在作用機制主要是過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活劑1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1-α，PGC-1α)/PPARβ(δ)/雌激素相關(guān)受體γ(estrogen-related receptor γ，ERRγ)/miRNA途徑(圖2)。

AMPK：腺苷酸活化蛋白激酶AMP-activated protein kinase；SIRT1：沉默信息調(diào)節(jié)因子1 silent information regulator 1；CaM：鈣調(diào)素 calmodulin；CaMK：鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶 calmodulin dependent protein kinase；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1 alpha；MEF2：肌細胞特異性增強結(jié)合因子2 myocyte-specific enhancer-binding factor 2；CaN：鈣調(diào)磷酸酶 calcineurin；HDACs：組蛋白脫乙酰酶 histone deacetylases；NFAT：T細胞核因子 nuclear factor of activated T cells；FNDC5：纖維連結(jié)蛋白Ⅲ型域包含蛋白5 fiber links protein Ⅲ domain contains 5；Fnip1：卵泡素互作蛋白1 folliculin interacting protein 1；FoxO1：叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞族1 forkhead box transcription factor O1；Irisin：鳶尾素；Akt：蛋白激酶B protein kinase B；PPARβ/δ：過氧化物酶體增殖劑激活受體β/δ peroxisome proliferators-activated receptor β/δ；ERRγ/β：雌激素相關(guān)受體γ/β estrogen-related receptor γ/β；Mediators：介質(zhì)；Fiber Type Switching：纖維類型轉(zhuǎn)化。

PGC-1α是一種轉(zhuǎn)錄的協(xié)同激活因子，參與肌纖維轉(zhuǎn)化、線粒體生物合成和能量代謝等骨骼肌生理學(xué)的多個方面，在Ⅰ型肌纖維中高表達[19]。PGC-1α共激活許多轉(zhuǎn)錄因子，包括PPARs和雌激素相關(guān)受體(estrogen-related receptor，ERR)、核呼吸因子1/2(nuclear respiratory factor 1/2，NRF1/2)和肌細胞增強因子2(myocyte enhancer factor 2，MEF2)。PGC-1α直接與其轉(zhuǎn)錄因子相互作用，通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性來募集介導(dǎo)染色質(zhì)重塑的分子，并通過募集轉(zhuǎn)錄機制的成分，如RNA聚合酶Ⅱ來實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)錄[20]。PGC-1α的表達可由多種生理刺激誘導(dǎo)，如冷暴露、禁食和運動訓(xùn)練，PGC-1α可以協(xié)調(diào)多個轉(zhuǎn)錄因子的活性，以適應(yīng)各種外部刺激，從而控制肌肉中的代謝和結(jié)構(gòu)適應(yīng)[21-22]。

小鼠骨骼肌中過表達PGC-1α可導(dǎo)致Ⅰ型肌纖維比例的增加、線粒體代謝標志性基因的表達量上調(diào)[23]，當小鼠缺失PGC-1α時，會降低其線粒體關(guān)鍵基因表達量和運動氧化能力[24]。Luquet等[13]研究揭示，PGC-1α在沒有配體的情況下便可迅速激活PPARβ(δ)，也有學(xué)者認為PGC-1α對PPARβ(δ)的激活作用是通過蛋白質(zhì)之間的互作進行的[25]。這說明PGC-1α對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的影響極有可能是通過激活其下游效應(yīng)器PPARβ(δ)來實現(xiàn)的。Lin等[23]通過建立PGC-1α轉(zhuǎn)基因小鼠模型，發(fā)現(xiàn)PGC-1α過表達誘導(dǎo)線粒體基因和線粒體酶細胞色素C氧化酶亞基Ⅱ(cytochrome C oxidase Ⅱ，COXⅡ)、細胞色素C氧化酶亞基Ⅳ(cytochrome C oxidase Ⅳ，COXⅣ)基因表達量增加，并且Ⅰ型肌纖維標志基因，如肌紅蛋白和肌鈣蛋白的表達量也顯著增加，說明PGC-1α在高含量下能誘導(dǎo)更完全的肌纖維類型轉(zhuǎn)化；這其中伴隨著肌細胞增強因子2(myocyte enhancer factor 2，MEF2)表達量的顯著提高，該研究結(jié)果揭示在肌纖維轉(zhuǎn)化過程中PGC-1α與MEF2能協(xié)同激活轉(zhuǎn)錄過程。Kr?mer等[26]對人體肌肉進行活體組織檢查后發(fā)現(xiàn)，與運動量正常的人相比，運動員的PGC-1α和PPARβ(δ)mRNA 表達量與骨骼肌中氧化型肌纖維含量變化趨勢一致，提示我們PPARβ(δ)可能位于PGC-1α的下游，受PGC-1α的調(diào)控，從而影響骨骼肌有氧代謝以及肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。PGC-1α的表達受很多因素影響，已確切證實PGC-1α可以與多數(shù)核內(nèi)激素受體包括PPARβ(δ)在內(nèi)的超家族成員，以不同的方式與其完成分子對接任務(wù)，進而調(diào)控機體生物學(xué)功能[27]。以上結(jié)論提示我們今后可以考慮從激活PGC-1α上調(diào)PPARβ(δ)的表達，進而以PPARβ(δ)調(diào)控肌纖維轉(zhuǎn)化機制為切入點進行研究觀察。

miRNA作為基因調(diào)控過程的關(guān)鍵角色，這一重要發(fā)現(xiàn)開拓了基因表達控制的一個新維度[28]。miRNA是一類保守性極高的非編碼RNA，此前已有大量研究證實miRNA在控制骨骼肌發(fā)育、肌球蛋白表達和肌纖維表型等方面有重要作用。多數(shù)miRNA編碼在宿主基因的內(nèi)含子中，表明它們與其宿主基因共同參與調(diào)控過程，miRNA可以通過翻譯或基因沉默來調(diào)節(jié)基因表達[29]。其中有一類內(nèi)含子miRNA在肌肉中特異性表達并在肌纖維發(fā)育及類型轉(zhuǎn)化中起關(guān)鍵作用，被稱為肌源性miRNA(myomiRNA)，例如miR-1、miR-499-5p、miR-208a、miR-208b和miR-499等，其中典型的慢肌基因miR-208a、miR-208b和miR-499分別是由其相應(yīng)的肌肉特異性肌球蛋白重鏈基因(myosin heavy chains,Myh)Myh6、Myh7和Myh7b所編碼[30]。

有學(xué)者初步預(yù)測miR-206可能通過抑制慢肌纖維轉(zhuǎn)錄的阻遏物(Sox6)的表達來促進慢肌纖維的形成[31]，但尚未得到證實。2009年，Van Rooij等[32]首次提出核受體PPARβ(δ)和ERRγ協(xié)同作用能夠激活Myh7和Myh7b基因的轉(zhuǎn)錄，從而在氧化型肌纖維能量代謝中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Gan等[16]對從轉(zhuǎn)基因小鼠MCK-PPARs鼠中分離出的miRNA表達譜進行研究并結(jié)合基因表達結(jié)果發(fā)現(xiàn)了PPARs和miRNA之間的聯(lián)系，ERRγ和miR-208b、miR-499表達量與MCK-PPARβ(δ)小鼠肌肉中Ⅰ型肌纖維標志基因的表達量呈正相關(guān)。與此相反，miR-208b、miR-499表達量在MCK-PPARα小鼠肌肉中被抑制，同時缺乏對ERRγ的誘導(dǎo)和對Ⅰ型肌纖維程序的抑制。對骨骼肌細胞功能獲得和喪失的研究證實PPARβ(δ)和PPARα在通過miR-208b、miR-499回路調(diào)節(jié)Ⅰ型肌纖維程序中具有相反的作用。這些結(jié)果證實PPARs信號位于miR-208b、miR-499的上游，并且PPARβ(δ)激活而PPARα抑制肌肉中的miRNA回路。然而，在miR-208b、miR-499啟動子中沒有發(fā)現(xiàn)一致的PPARs結(jié)合位點，卻發(fā)現(xiàn)了另一種核受體ERRγ的高度保守位點，ERRγ已被證明在骨骼肌中促進Ⅰ型肌纖維的形成[33]；此外，該研究組還發(fā)現(xiàn)，ERRγ通過高度保守的ERR反應(yīng)元件能直接激活Myh7(miR-208b)和Myh7b(miR-499)基因的轉(zhuǎn)錄，在這一調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起著關(guān)鍵作用，考慮到ERRγ的表達量在MCK-PPARβ(δ)小鼠肌肉中升高，ERRγ被認為是PPARs和miR-208b、miR-499之間聯(lián)系的橋梁，PGC-1α在這一調(diào)節(jié)機制中極有可能通過其對ERRγ和PPARβ(δ)的協(xié)同激活效應(yīng)而起到助推作用[33]。通過后續(xù)對小鼠做功能缺失和獲得試驗，以及結(jié)合人體肌肉的組織切片，證明PPARβ(δ)通過ERRγ對miR-499和miR-208b產(chǎn)生刺激作用，確實能夠上調(diào)慢肌纖維比例[34]，Sox6是Sox基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，是慢肌纖維特異性基因的阻遏物，在骨骼肌分化發(fā)育過程中具有重要的作用。在調(diào)控肌纖維類型方面，肌肉組織中缺失Sox6基因后，Myh7(miR-208b)的表達量顯著提高，酵解型肌纖維在向氧化型肌纖維轉(zhuǎn)化過程中伴隨慢肌纖維特異性基因肌鈣蛋白1(troponin I type 1，TNNI1)、肌紅蛋白(myoglobin)(慢肌纖維中高表達)以及線粒體標志蛋白表達量的顯著提高[35]。迄今，有大量研究在大鼠、小鼠、豬和人的試驗中證實Sox6是miR-499-5p的下游靶基因[36-40]。

由此可見，PPARβ(δ)通過ERRγ、miRNA網(wǎng)絡(luò)及Sox6調(diào)控骨骼肌慢肌纖維形成的具體信號途徑中伴隨著復(fù)雜多樣的作用機制，還需要進行更加深入的研究。

3 激活骨骼肌PPARβ(δ)表達的因素

PPARβ(δ)表達的激活受到多種因素的影響，包括配體和運動，這些因素通過激活PPARβ(δ)高表達進而使肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化。

3.1 配體

PPARβ(δ)配體根據(jù)來源分為天然配體和人工合成配體2種，其中天然配體包括大部分不飽和脂肪酸、支鏈脂肪酸等。亞油酸(C18∶2)、α-亞麻酸(C18∶3)和花生四烯酸(C20∶4)等是PPARβ(δ)較為有效的天然配體。根據(jù)作用可分為激動劑和拮抗劑，拮抗劑或激動劑與配體結(jié)合域結(jié)合后，PPARβ(δ)能更加穩(wěn)定地與協(xié)同激動子或協(xié)同抑制子結(jié)合發(fā)揮作用[4]。

3.1.1 不飽和脂肪酸

作為調(diào)節(jié)骨骼肌脂肪酸代謝的核受體，PPARβ(δ)由不飽和脂肪酸激活。Tumova等[41]研究表明，與幾種類型的不飽和脂肪酸(如棕櫚酸、亞油酸、花生四烯酸、α-亞油酸和二十二碳六烯酸)相比，油酸對PPARβ(δ)具有最高的配體活性，在脂肪組織和維持骨骼肌功能方面有重要作用。給老年大鼠補充油酸后，PPARα、PPARβ(δ)及PGC-1α的表達量顯著增加，n-3多不飽和脂肪酸(n-3 PUFA)還可以改變肌纖維的氧化代謝，使快肌纖維向慢肌纖維轉(zhuǎn)化[42]。與此一致，Watanabe等[4]研究表明油酸可激活PPARβ(δ)的表達，在轉(zhuǎn)錄水平可上調(diào)肌球蛋白重鏈(myosin heavy chain，MyHC)Ⅰ和PGC-1α的基因表達，且能夠增加線粒體數(shù)量和最大呼吸體積并誘導(dǎo)C2C12肌管中慢肌纖維的形成。為進一步探究PPARβ(δ)與補充油酸誘導(dǎo)慢肌纖維形成之間的關(guān)系，該研究小組通過小分子干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)轉(zhuǎn)染技術(shù)在C2C12成肌細胞中進行了PPARβ(δ)敲除，結(jié)果表明PPARβ(δ)經(jīng)油酸激活后作為轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)脂肪酸代謝相關(guān)基因的表達；然而MyHCⅠ和線粒體因子的表達并不依賴于PPARβ(δ)的機制調(diào)節(jié)，由此說明油酸作為PPARβ(δ)配體起激活作用，并誘導(dǎo)脂肪酸代謝基因[丙酮酸脫氫酶激酶同工酶4(pyruvate dehydrogenase kinase isozyme 4，PDK4)、肉毒堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1B(carnitine palmitoyltransferase 1B，CPT1B)和PPARα]的表達，從而促進機體氧化代謝。以上研究說明不飽和脂肪酸尤其是油酸能有效促進PPARβ(δ)的表達，同時能上調(diào)肌肉中氧化型肌纖維的比例，但是不飽和脂肪酸對肌纖維類型轉(zhuǎn)化調(diào)控機制還有待于進一步深入研究。

3.1.2 激動劑

近年來已有多位國內(nèi)外學(xué)者研究證實補充外源性PPARβ(δ)激動劑同樣能夠使骨骼肌纖維由酵解型肌纖維向氧化型肌纖維轉(zhuǎn)化，但是內(nèi)在轉(zhuǎn)化機制尚不清楚。

Oliver等[43]在2003年研發(fā)出一種苯氧乙酸化合物(GW501516)，是迄今最為人們關(guān)注的選擇性PPARβ(δ)受體激動劑，這種化合物對激活PPARβ(δ)具有更強的選擇性，可高出其他亞型1 000倍，在納摩爾每升的濃度水平就可以使PPARβ(δ)激活。Wang等[12]灌胃小鼠PPARβ(δ)激動劑(GW501516)10 d后，小鼠的線粒體生物合成功能和呼吸氧化作用增強，骨骼肌慢肌纖維比例分布有所上調(diào)，且肉色得以改善，表明PPARβ(δ)是肌纖維轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵因子。為進一步證實體內(nèi)過表達PPARβ(δ)對肌纖維類型的轉(zhuǎn)化作用，姚國佳[44]對小鼠進行灌胃PPARβ(δ)激動劑(GW501516)后發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌中PPARβ(δ)mRNA和蛋白表達量有了顯著提高，且小鼠骨骼肌中MyHCⅠ和MyHCⅡx基因表達量顯著上調(diào)，同時MyHCⅡb基因表達量顯著下調(diào)。方海琴等[45]通過建立小鼠外源性補充PPARβ(δ)激動劑(GW501516)并輔以運動的試驗?zāi)Ｐ?，證實了補充PPARβ(δ)激動劑可促進小鼠骨骼肌纖維類型從酵解型向氧化型發(fā)生轉(zhuǎn)化，其作用機制可能是激動劑的補充激活了PPARβ(δ)受體，而后與輔激活因子PGC-1α協(xié)同作用，增強線粒體的生物合成過程，并促使小鼠骨骼肌纖維類型的轉(zhuǎn)化。荊海軍[14]將PPARβ(δ)特異性激動劑GW0742添加于成肌細胞分化培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)，在成肌細胞株和小鼠原代成肌細胞分化過程中PPARβ(δ)的過表達能顯著上調(diào)氧化型肌纖維的分布比例，這進一步證實了方海琴等[45]的研究，為進一步研究PPARβ(δ)通路誘導(dǎo)肌纖維類型轉(zhuǎn)化機制提供了參考。

3.2 運動

運動作為一種刺激方式可以引起機體產(chǎn)生一系列應(yīng)答反應(yīng)。肌纖維與運動訓(xùn)練密切相關(guān)，氧化型肌纖維比例高能提升運動耐力，另外，運動訓(xùn)練可促進氧化型肌纖維的形成，從而改變骨骼肌纖維類型分布。但是，就目前所有結(jié)論而言，運動究竟能否能誘導(dǎo)骨骼肌PPARβ(δ)mRNA和蛋白的表達，從而使肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)化還沒有從根本上得到證明。

1997年，Zipper[46]首次發(fā)現(xiàn)大鼠經(jīng)運動訓(xùn)練后肝臟中的PPARs基因表達量能顯著增加100%～200%，這可能是由于運動時交感神經(jīng)興奮，腎上腺素、糖皮質(zhì)激素和瘦素等分泌增加，胰島素水平下降，從而與相應(yīng)的受體相結(jié)合，激活其相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，繼而作用于相應(yīng)的靶蛋白所致。Luquet等[13]為探討運動與肌肉PPARβ(δ)表達之間的可能關(guān)系，研究了游泳訓(xùn)練對小鼠跖肌PPARβ(δ)蛋白表達的影響，結(jié)果表明，野生型小鼠經(jīng)過3周的游泳訓(xùn)練后，骨骼肌PPARβ(δ)含量可增加1倍左右，訓(xùn)練6周后PPARβ(δ)蛋白表達量顯著高于前3周訓(xùn)練的水平，這些結(jié)論支持PPARβ(δ)具有肌肉運動適應(yīng)性反應(yīng)的介質(zhì)作用。Kr?mer等[26]研究發(fā)現(xiàn)，運動能使PPARβ(δ)的表達量增加，同時可增加肌纖維中MyHCⅠ的比例。在轉(zhuǎn)基因小鼠上的試驗也證實，PPARβ(δ)過表達確實引起了骨骼肌纖維類型的轉(zhuǎn)化[12]。陳淦[47]研究發(fā)現(xiàn)，在4、8周的有氧運動結(jié)束后，小鼠骨骼肌PPARβ(δ)mRNA和蛋白表達量均顯著上升，且在8周訓(xùn)練后增加量更為顯著。這表明有氧運動誘導(dǎo)了小鼠骨骼肌中PPARβ(δ)的高表達，在肌肉的能量代謝調(diào)節(jié)方面具有一定的作用。也有研究證實PPARβ(δ)蛋白過表達可以提高機體有氧耐力運動能力，且耐力訓(xùn)練可使骨骼肌中PPARβ(δ)含量明顯提高，增加骨骼肌對血液及組織中脂肪酸的氧化利用效率，從而增加能量供給[48]。蘇麗等[49]對小鼠進行無負重游泳訓(xùn)練時發(fā)現(xiàn)，有氧訓(xùn)練誘導(dǎo)PPARβ(δ)mRNA表達量顯著增加，增加量最高甚至可達104%。荊海軍[14]研究發(fā)現(xiàn)，6周耐力訓(xùn)練后小鼠骨骼肌在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上導(dǎo)PPARβ(δ)表達量顯著增加，這表明小鼠骨骼肌中PPARβ(δ)發(fā)生過表達。該結(jié)論與Luquet等[13]的研究結(jié)果是一致的。然而也有研究表明運動確實能誘導(dǎo)骨骼肌PPARβ(δ)mRNA和蛋白表達量的提高，并使骨骼肌中氧化相關(guān)酶類的活性升高，運動耐力增強，但最終并沒有使得骨骼肌纖維類型完成轉(zhuǎn)化[50]，該結(jié)論提示PPARβ(δ)可能在骨骼肌對運動訓(xùn)練的適應(yīng)性反應(yīng)中是必需的調(diào)節(jié)因子。這些結(jié)果表明PPARβ(δ)在肌肉發(fā)育和對環(huán)境變化的適應(yīng)性反應(yīng)中起著重要作用。

至于運動訓(xùn)練激活骨骼肌內(nèi)源性PPARβ(δ)特異性表達的機理，Luquet等[13]認為有3種可能:第一，運動可能促使機體組織中PPARβ(δ)配體含量提高并充分促進脂肪酸的分化和燃燒，PPARβ(δ)內(nèi)源性配體脂肪酸及其代謝物的增多能在一定程度上激活PPARβ(δ)；第二，運動誘導(dǎo)了PPARs家族的轉(zhuǎn)錄輔激活因子PGC-1α的表達，從而激活PPARβ(δ)；第三，運動訓(xùn)練過程中，PPARβ(δ)表達量的增加可能是通過其上游信號分子如鈣離子(Ca2+)等相關(guān)信號通路激活所導(dǎo)致。

4 PPARβ(δ)表達與肉品質(zhì)的關(guān)系

PPARβ(δ)基因作為肌肉組織中Ⅰ型肌纖維的生理性重要調(diào)節(jié)因子，能促使快肌纖維形態(tài)及功能發(fā)生變化，使其轉(zhuǎn)化為慢肌纖維，提高機體氧化代謝能力。深入了解核受體PPARβ(δ)信號通路及其分子調(diào)控機制，對于調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)化至關(guān)重要，可為今后改善畜禽肉品質(zhì)提供有效的途徑。肌纖維類型組成及其比例分布與畜禽肉品質(zhì)緊密相關(guān)，肉品質(zhì)是一個綜合性狀，通常人們用肉的色澤、嫩度、pH等指標來評價肉品質(zhì)的優(yōu)劣[51-52]。不同類型的肌纖維具有不同的肌球蛋白ATP酶活性、糖原含量以及糖酵解潛力(glycolytic potential，GP)，這對宰后肌肉的pH、色澤、剪切力、嫩度等肉品質(zhì)指標都有重要的影響[53]。肌纖維的生物學(xué)特性與這些評定指標直接相關(guān)，是肉品質(zhì)形成的基礎(chǔ)。相比于其他評定指標，消費者更關(guān)注肉的嫩度，多項研究指出肌纖維的類型分布、數(shù)量、直徑、橫截面積與肉的嫩度間存在一定的相關(guān)性，肌纖維的直徑越小則其肉質(zhì)越細嫩；此外，肌纖維類型分布的差異造成了其肌內(nèi)脂肪含量和結(jié)締組織的差異，從而使肉的嫩度有所不同[54]。楊玉瑩等[54]報道，牦牛肉Ⅰ型肌纖維比例越高，肉質(zhì)越細嫩多汁。肌纖維直徑與肉的剪切力呈正相關(guān)，與肉的嫩度呈負相關(guān)[55-56]。與酵解型肌纖維相比，氧化型(Ⅰ型+ⅡA型)肌纖維直徑較細，剪切力略小，且有較高的肌紅蛋白、血紅蛋白和磷脂含量，當肌肉中氧化型(Ⅰ型+ⅡA型)肌纖維占比較高時，則肌肉更細嫩、風味更佳、色澤鮮紅[57]。酵解型肌纖維含有較多的糖原且ATP酶的活性較高，通過糖酵解方式產(chǎn)生ATP，尤其是畜禽屠宰后機體主要供能方式轉(zhuǎn)化為無氧糖酵解，因此富含酵解型肌纖維的肌肉更容易疲勞，糖酵解代謝在重復(fù)使用下使肌肉酸化，肌肉pH下降速率較快，易導(dǎo)致PSE肉[58]。由此可見，肌肉中氧化型肌纖維占比高的肉品質(zhì)更好，可通過提高肌肉中氧化型(Ⅰ型+ⅡA型)肌纖維的占比來改善畜禽肉品質(zhì)。

5 小 結(jié)

綜上所述，PPARβ(δ)信號通路在對肌纖維類型轉(zhuǎn)化的調(diào)控過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但是相關(guān)的試驗證據(jù)尚少。PPARβ(δ)通過ERRγ、miRNA網(wǎng)絡(luò)及Sox6調(diào)控骨骼肌慢肌纖維形成的具體信號通路中，伴隨著多種復(fù)雜的作用機制。就目前而言，PPARβ(δ)信號通路對肉品質(zhì)影響的相關(guān)研究還不夠深入，對于PPARβ(δ)信號通路與其他信號通路間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，誘導(dǎo)肌纖維類型轉(zhuǎn)化過程中PPARs間協(xié)同作用、組織特異性和表達的差異，運動、激動劑、其他輔激活因子對PPARβ(δ)影響的差異等都有待進一步深入研究。進一步了解PPARβ(δ)信號通路中的重要調(diào)控因子及差異表達的基因，將為今后通過調(diào)控肌纖維類型轉(zhuǎn)化進而改善畜禽肉品質(zhì)提供有效的途徑。