虾青素通过 AMPK/mTOR 信号通路促进鸡肌肉干细胞增殖与分化
段子朋，孙缦利，陈彦锋，邓同兴，金少举，范文娟，陈旭东
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0228
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《虾青素通过AMPK/mTOR 信号通路促进鸡肌肉干细胞增殖与分化》的研究报告。本研究旨在通过原代分离培养鸡肌肉干细胞（chicken muscle stem cells， Ch-MuSCs），探究AST对Ch-MuSCs增殖与分化的影响以及增殖过程中AMPK/mTOR信号通路的可能作用，以期为AST作为食品添加剂应用于生产提供更多的理论支持。
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AST是一种非维生素A原的类胡萝卜素，具有极强的抗氧化能力。在食品领域，AST通常作为一种食用色素添加到食品中，起着色保鲜，防止食品变质等作用。随着研究的深入，AST在医药健康领域的研究价值逐渐凸显，能够通过抗氧化、抗炎、抗肿瘤、增强机体免疫力等多种生物学活性发挥作用。因此，将AST应用于肌肉干细胞生长发育的研究，对于细胞培养肉的生产和人类健康问题的改善均具有积极意义。
生产细胞培养肉的关键技术之一就是需要大量种子细胞增殖分化，但在多个物种的研究显示，随着传代次数的增加，种子细胞活性会下降，细胞凋亡增多，干细胞分化能力减弱。研究认为，肌肉干细胞在持续培养过程中遭受慢性氧化应激，由此可导致细胞凋亡、DNA修复能力下降等细胞衰老现象。有研究陆续发现，维生素C和黄酮类化合物可以促进猪MuSCs的增殖与分化。本研究通过活细胞染色、MTT、Edu标记等实验，发现在有效剂量内AST可以促进Ch-MuSCs的增殖。AST可通过减轻热应激引起的比目鱼肌损伤，促进肌肉卫星细胞的增殖。此外，AST的抗氧化性在促进细胞增殖中也起了一部分作用，作为一种天然抗氧化剂，AST可以通过多种途径发挥抗氧化作用，有资料表明，AST能够淬灭多种自由基，还具有特别强的单线态氧淬灭活性，展现出极强的抗氧化能力。但AST浓度过高，对细胞的增殖也可能起了不利影响，本研究发现AST的作用具有剂量依赖性，浓度过高（>1.25 μmol/L）或过低（<0.6 μmol/L）对细胞活性均无明显改善作用。
除了促进细胞增殖，AST还能增强Ch-MuSCs的成肌分化能力。本研究结果显示，AST处理后，Titin阳性肌管的长度增加，MyoD阳性细胞增多，表明AST能促进Ch-MuSCs的肌向诱导分化。这与AST强大的抗氧化活性有关，研究表明，AST可以防止小鼠成肌细胞系C2C12中内源性ROS产生和线粒体膜电位的破坏，增加线粒体的能量生产，调节骨骼肌的合成和分解代谢。除了抗氧化方面的作用，AST还可能通过抑制肌核凋亡促进肌细胞的生长发育。这与本研究观察到的结果类似，AST处理后坏死细胞明显减少，表明AST可能对细胞具有保护作用，能够减少由氧化应激或其他损伤因素导致的细胞死亡。
MuSCs的增殖与分化涉及多种信号通路的调控，其中PI3K/Akt/mTOR与骨骼肌肥大和卫星细胞的增殖密切相关。本研究发现，在有效浓度内，AST处理Ch-MuSCs后磷酸化的PI3K和Akt表达水平增加，表明PI3K和Akt参与AST促Ch-Muscs的增殖作用。PI3K/Akt/mTOR通路的激活是由胰岛素样生长因子1和胰岛素与各自的酪氨酸激酶受体相互作用调控的。激活的PI3K/Akt最终磷酸化mTOR及其下游因子，参与翻译和蛋白质合成，使肌纤维肥大。以往的研究证实，一些天然抗氧化剂如白藜芦醇、槲皮素以及AST等，可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路干预氧化应激、钙蛋白酶和泛素表达来防止废用性肌肉萎缩。本研究进一步发现，AST可明显增加AMPK及P-AMPK蛋白表达水平，同时抑制mTOR的蛋白表达。AMPK作为一种能量感受器，在细胞能量需求增加时被激活，进而调控细胞的代谢过程，而mTOR则在细胞生长、蛋白质合成以及细胞周期调控等方面发挥关键作用。因此，基于这些已知的功能，可以推测，AST可能通过激活PI3K/Akt和AMPK通路，促进Ch-MuSCs的生长、存活和维持能量平衡，再通过抑制mTOR来调控Ch-MuSCs的生长速度或响应环境变化的能力，这些发现为深入理解AST对肌肉干细胞生长和代谢调控方面的影响提供了新的视角，也为将来的药物开发或营养干预策略提供启示。
AST可通过激活PI3K/Akt和AMPK通路来促进Ch-MuSCs增殖与分化，通过抑制mTOR来调控Ch-MuSCs的生长速度或响应环境变化。
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