成纤维细胞生长因子21对骨骼肌肌纤维类型的影响及其机制研究

摘要

肌纤维是构成肌肉组织的基本单位，其组成决定肉品质。成纤维细胞生长因子21（Fibroblast growth factor，FGF21）是一种代谢调节因子，在肌肉中有表达，但其对肌纤维类型的影响尚无相关研究。本试验以小鼠和C2C12细胞系为模型，旨在考察FGF21对肌纤维类型的影响，并探索其信号转导机制，以期为营养手段改善肉品质提供调控靶点和理论依据。主要研究如下:
　　试验一 禁食对小鼠骨骼肌FGF21表达和肌纤维类型的影响
　　本试验旨在考察禁食对小鼠骨骼肌FGF21表达和肌纤维类型的影响。试验选取16只平均体重20g左右的雄性健康C57BL/6小鼠，按体重相近原则随机分为2个组(n=8)，即对照组和禁食组。小鼠禁食24h后，乙醚麻醉，摘除眼球取血，分离血清待测。颈椎脱位处死小鼠后，取肝脏、比目鱼肌、腓肠肌和趾长伸肌待测。结果表明:正常小鼠比目鱼肌FGF21 mRNA和蛋白水平显著高于趾长伸肌和腓肠肌(P＜0.05)。禁食显著提高了比目鱼肌和腓肠肌FGF21 mRNA和蛋白表达(P＜0.05)，但趾长伸肌FGF21 mRNA和蛋白表达无显著变化（P＞0.1）。禁食条件下，比目鱼肌和腓肠肌MyHCⅠ mRNA表达显著升高（P＜0.05）;腓肠肌MyHCⅡa、MyHCⅡx mRNA表达显著升高（P＜0.05）;趾长伸肌MyHCⅠ mRNA表达无显著变化(P＞0.1)，但MyHCⅡa、MyHCⅡx mRNA表达显著升高(P＜0.05)。本试验结果表明，禁食提高了比目鱼肌和腓肠肌FGF21 mRNA和蛋白表达以及氧化型肌纤维的组成，但对趾长伸肌中FGF21 mRNA和蛋白表达以及氧化型肌纤维的组成无显著影响。
　　试验二 FGF21处理对小鼠骨骼肌肌纤维类型的调控作用
　　本试验旨在考察FGF21处理对小鼠骨骼肌肌纤维类型的调控作用。试验选用16只6周龄的健康雄性C57BL/6小鼠，按体重随机分为2个处理，每个处理8个重复，每个重复1只小鼠。处理组小鼠按照0.2mg/kg的体重腹腔注射FGF21，连续注射7d，每天一次，对照组注射等量生理盐水。试验结束时，摘除眼球取血，分离血清，采集肝脏、比目鱼肌、腓肠肌和趾长伸肌样品待测。结果表明:小鼠连续腹腔注射FGF21重组蛋白，血清FGF21水平显著提高(P＜0.05)，比目鱼肌和趾长伸肌FGF21 mRNA表达显著降低(P＜0.05)，而腓肠肌FGF21 mRNA表达无显著变化（P＞0.1）。FGF21连续注射7d后，比目鱼肌MyHCⅠ、MyHCⅡa、MyHCⅡx mRNA表达显著提高(P＜0.05)，而MyHCⅡb mRNA表达显著降低(P＜0.05);腓肠肌MyHCⅡa mRNA表达显著提高（P＜0.05），MyHCⅠ、MyHCⅡx和MyHCⅡb mRNA表达无显著变化(P＞0.1);趾长伸肌MyHCⅠ和MyHCⅡx mRNA表达显著降低(P＜0.05)，MyHCⅡa和MyHCⅡbmRNA表达无显著变化（P＞0.1）。此外，通过试验发现，FGF21腹腔注射使得比目鱼肌FGF21作用受体FGFR1和FGFR4 mRNA表达显著提高(P＜0.05)，KLB mRNA表达无显著变化(P＞0.1)。FGF21连续处理7d显著提高了腓肠肌FGFR1 mRNA表达(P＜0.05)，FGFR4 mRNA表达有升高的趋势（0.05＜P＜0.1），而KLB mRNA表达有降低的趋势（0.05＜P＜0.1）。趾长伸肌FGFR1 mRNA表达显著降低(P＜0.05)，FGFR4 mRNA表达无显著变化，而KLB表达显著提高(P＜0.05)。FGF21注射显著提高了比目鱼肌PGC1α mRNA表达(P＜0.05)，腓肠肌PGCⅠα表达无显著变化（P＞0.1），而趾长伸肌PGC1α mRNA表达显著降低(P＜0.05)。上述试验结果表明，腹腔注射FGF21改变了肌纤维类型，FGF21可能是通过与受体结合调节PGC1α表达实现此功能的。
　　试验三 FGF21影响小鼠骨骼肌肌纤维类型的信号转导机制
　　本试验旨在通过体外试验研究FGF21影响小鼠骨骼肌肌纤维类型的信号转导机制。试验采用C2C12细胞系为研究对象，待细胞分化为肌管时，添加FGF21进行处理，收集样品测定发现，FGF21处理显著降低了C2C12肌管细胞FGF21 mRNA表达(P＜0.05)。通过免疫荧光研究发现，FGF21显著提高慢速氧化型肌纤维的组成比例，降低了快速酵解型肌纤维的组成比例（P＜0.05）。荧光定量PCR测定发现，FGF21处理显著提高了C2C12肌管细胞MyHCⅠ mRNA表达(P＜0.05)，而MyHCⅡx mRNA表达有升高的趋势（0.05＜P＜0.1），MyHCⅡa mRNA表达无显著变化（P＞0.1），但MyHCⅡb mRNA表达显著降低(P＜0.05)，表明FGF21可以促使肌管中的Ⅱb型肌纤维向Ⅰ型肌纤维转化。AMPK-PGC1α信号途径是经典的调节肌纤维类型转化的信号途径，那么AMPK-PGC1α信号通路是否介导了FGF21对肌纤维类型转化的调节作用还不清楚，我们通过荧光定量PCR测定了PGC1α mRNA表达，结果发现，在调节肌纤维类型转化中具有重要作用的PGC1αmRNA表达显著提高（P＜0.05），于是，我们假设AMPK-PGC1α信号通路介导了FGF21对肌纤维类型转化的影响，并进行了试验验证。试验首先加入AMPK激活剂Aicar进行研究，研究发现，FGF21和Aicar分别单独添加显著提高了MyHCⅠ mRNA表达(P＜0.05)，显著降低了MyHCⅡb mRNA表达(P＜0.05)，Aicar和FGF21同时加入对MyHCⅠ和MyHCⅡb mRNA的影响并未呈现出叠加效应。而FGF21和Aicar分别单独添加显著提高了PGC1αmRNA表达(P＜0.05)，二者同时加入，与FGF21和Aicar分别单独加入相比，PGC1αmRNA表达无显著提高。通过加入AMPK抑制剂，免疫荧光染色统计分析发现，FGF21提高慢速氧化型肌纤维的组成比例，降低快速酵解型肌纤维的组成比例的效应被AMPK抑制剂CC抑制。荧光定量研究表明，FGF21显著提高了MyHCⅠ mRNA表达（P＜0.05），CC处理后添加FGF21则降低了MyHCⅠ mRNA表达(P＜0.05)。Westem blot研究发现，FGF21显著提高了pAMPK和PGC1α蛋白表达以及pAMPK/AMPK水平，加入AMPK抑制剂后添加FGF21，FGF21升高pAMPK和PGC1α蛋白表达以及pAMPK/AMPK水平的效应被抑制。说明AMPK-PGC1α信号通路介导了FGF21对肌纤维类型的调节作用。
　　综上所述，禁食改变了比目鱼肌和腓肠肌的肌纤维组成和FGF21表达， FGF21可以通过与细胞膜上的受体结合，进而激活AMPK-PGC1α信号通路调节肌纤维类型。该研究为营养手段改善肉品质提供调控靶点和理论依据，同时为在生产实践中提高肉品质提供科学参考。

目录

声明

摘要

前言

第一章 文献综述

1．成纤维细胞生长因子21研究进展

1．1 成纤维细胞生长因子21的结构

1．2 成纤维细胞生长因子21的功能

2．肌纤维类型与肉品质

3．肌纤维发育及类型转化

3．1 肌纤维的分类

3．2 肌纤维类型的转化

4．调控肌纤维类型转化的胞内信号通路

4．1 AMPK-PGC1α信号通路

4．2 钙调神经磷酸酶信号通路

4．3 钙／钙调素依赖性蛋白激酶(CaMK)信号通路

4．4 过氧化物酶体增殖物激活受体信号通路

第二章 本研究的目的意义、内容与技术路线

1．研究目的和意义

2．研究内容

3．技术路线

第三章 试验研究

试验一 禁食对小鼠骨骼肌FGF21表达和肌纤维类型的影响

1．引言

2．材料与方法

3．结果与分析

4．讨论

5．小结

试验二 FGF21处理对小鼠骨骼肌肌纤维类型的调控作用

1．引言

2．材料方法

3．结果与分析

4．讨论

5．小结

试验三 FGF21影响小鼠骨骼肌肌纤维类型的信号转导机制

1．引言

2．材料与方法

3．结果与分析

4．讨论

5．小结

第四章 全文讨论、结论及有待进一步研究的问题

1．全文讨论

2．全文结论

3．有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文