FGF21在猪骨骼肌肌纤维类型转化中的作用及其机制研究

Skeletal muscle fiber types composition directly affect pork quality, and AMPK/PGC-1α is the key signaling pathway of myofiber type transformation. Fibroblast growth factor 21 (FGF21) activates AMPK/PGC-1α cascade in the liver and adipose tissue, but skeletal muscle is not considered as the target organ of FGF21 in the past. Most recent studies have shown that FGF21 directly regulates energy metabolism in the skeletal muscle, suggesting the possibility that FGF21 regulates the transformation of myofiber types through AMPK/PGC-1α pathway. However, little is known about this possibility. In the present proposal, Real-time PCR, western blot, immunofluorescent staining and CRISPR-Cas9 knockout will be applied. The relationship between FGF21 expression and the skeletal muscle fiber types in vivo will be analyzed. Then, the regulation of FGF21 on myofiber type transformation will be addressed in the primary skeletal muscle satellite cells, and the role of AMPK/PGC-1α signaling cascade in this regulation will be revealed. The target and new idea of nutritional regulation on myofiber type transformation and pork quality improvement will be provided by the outcome of this study.

骨骼肌肌纤维类型组成直接影响猪肉品质，而AMPK/PGC-1α途径是调控肌纤维类型转化的关键信号通路。成纤维细胞生长因子21（FGF21）可以激活肝脏和脂肪组织中的AMPK/PGC-1α信号途径，但过去认为骨骼肌不是FGF21的靶器官。然而最近的研究发现FGF21可以直接调控骨骼肌的能量代谢。因此，FGF21可能通过激活骨骼肌AMPK/PGC-1α信号通路对肌纤维的类型转化发挥调控作用，但目前尚无相关研究。本项目拟采用体内外试验相结合的方法，运用荧光定量PCR、western blot、免疫荧光染色和CRISPR-Cas9基因敲除等技术，首先分析活体条件下FGF21与骨骼肌肌纤维类型的关系，在此基础上通过骨骼肌卫星细胞原代培养试验考察FGF21对肌纤维类型转化的调控作用，并揭示AMPK/PGC-1α信号通路在其中的介导作用。研究结果将为营养调控肌纤维类型转化，改善猪肉品质提供靶点和思路。

骨骼肌肌纤维类型组成直接影响猪肉品质，而AMPK/PGC-1α途径是调控肌纤维类型转化的关键信号通路。成纤维细胞生长因子21（FGF21）可以激活肝脏和脂肪组织中的AMPK/PGC-1α信号途径，但过去认为骨骼肌不是FGF21的靶器官。然而最近的研究发现FGF21可以直接调控骨骼肌的能量代谢。因此，本研究假设FGF21通过激活骨骼肌AMPK/PGC-1α信号通路对肌纤维的类型转化发挥调控作用，但目前尚无相关研究。本项目首先分析活体条件下FGF21与骨骼肌肌纤维类型的关系，在此基础上通过骨骼肌卫星细胞原代培养试验考察FGF21对肌纤维类型转化的调控作用，并揭示AMPK/PGC-1α信号通路在其中的介导作用。研究发现，骨骼肌氧化型肌纤维组成比例较高的成华猪肝脏FGF21表达量和FGF21水平均显著高于大白猪；限饲提高生长猪骨骼肌氧化型肌纤维组成比例，且提高了肝脏的FGF21表达水平，说明肌纤维类型的组成可能和FGF21的表达水平有关。进一步通过细胞培养、免疫荧光和western blot等技术研究证明，FGF21以内分泌的方式作用于骨骼肌，提高氧化型肌纤维的比例，而AMPK/PGC1α信号通路介导了FGF21对骨骼肌肌纤维类型的调节作用。研究结果有助于进一步了解肌纤维类型转化的调控机制，并且为改善猪肉品质提供新的调控靶点和思路。