维生素A调节肉内脂肪组织和肌肉发育:促进高质量的牛肉生产

Dong Qiao Peng , Stephen B. Smith and Hong Gu Lee，2021

维生素A、成肌细胞增生和肌管分化

Taylor 和 Jones证明成肌细胞和脂肪细胞可以来源于相同的中胚层干细胞前体，这依赖于 Wnt 信号的上调 。中胚层干细胞前体在体细胞发生过程中被配对盒 (Pax) 3 和 7 激活 。肌肉谱系由胚胎发育早期的肌肉特异性转录 MyoD 和 Myf5 决定。在肌肉分化的初始阶段，随着 Myf5 和 MyoD 基因的表达，细胞增殖，形成了成肌细胞库。终末分化后，通过表达肌肉特异性基因（例如 Myf6、肌细胞生成素和肌细胞增强因子 2 (MEF2) 基因）来建立多核肌管。随后，肌管在广泛的肌纤维合成后形成肌纤维。

视黄酸的代谢物可以促进肌源性分化 。在斑马鱼中，视黄酸通过成纤维细胞生长因子 8 (Fgf8) 基因信号（一种肌肉分化激活剂）激活体内肌肉分化；视黄酸信号的抑制会抑制肌肉分化和 myoD 表达。在绵羊原代成肌细胞中，视黄酸通过减少细胞周期蛋白 D1 蛋白显着降低细胞增殖，但视黄酸增加肌细胞生成素基因表达和 MyHC 蛋白水平，并上调葡萄糖转运蛋白 4 (GLUT4) mRNA 和蛋白表达]。人胚胎干细胞的视黄酸处理扩大了成肌前祖细胞群，促进了 Pax3 阳性成肌细胞群，并提高了 MyoD、肌细胞生成素和间充质同源框 1 (Meox1) 的表达。此外，在C2C12细胞系中补充高剂量的视黄酸仍能刺激肌原性分化，但MyHC蛋白水平明显下降。

全反式维甲酸促进肌细胞生成素的表达，但对横纹肌肉瘤细胞系的细胞周期停滞没有影响。与接受适度维生素 A 补充的大鼠相比，大鼠母体维生素 A 缺乏不会影响胎儿体重，但会降低存活率并下调 Myf5、肌细胞生成素和 MyHC 表达的蛋白质水平。此外，先前对黑安格斯犊牛进行的研究报告称，向新生小牛注射维生素 A 可上调生肌基因（Pax3、Pax7、Myf5、MyoD 和肌细胞生成素）的表达。此外，我们之前的研究还表明，韩国本土犊牛口服维生素 A 可增强背最长肌中 MyoD、Myf6 和肌细胞生成素的表达以及生长性能。

在图 2 中，我们得出结论，视黄酸在祖细胞的肌原性承诺中起着重要作用，视黄酸的缺乏可能会降低遗传水平的后期肌生成。在终末期肌肉发生过程中，低水平的维生素 A 促进肌管的形成以及相关基因的表达，但是高水平的补充可能通过影响MyHC蛋白水平而对肌管的成熟产生副作用。

图2，从成肌细胞发育到成肌阶段，视黄酸补充剂发挥着多种作用。基因全称是配对盒基因3（Pax3）、间充质同源盒1（Meox1）、成纤维细胞生长因子8（Fgf8）、主要组织相容性复合体（MHC）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ/δ（PPARγ/δ）、脂蛋白脂肪酶 (LPL)、4 型葡萄糖转运蛋白 (Glut 4)、生肌因子 5 (Myf5)、成肌细胞决定蛋白 (MyoD)、Wnt 家族成员 5a (Wnt5a)、Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II (CaMK2)

牛体内的维生素 A 和代谢物

此外，随着牛大理石花纹研究的深入，各种潜在的生化参数被发现与维生素A处理下的大理石花纹评分相关。Adachi等人报道，在限制维生素 A 的情况下，高大理石花纹组的葡萄糖、尿素氮、白蛋白/球蛋白比和镁的血清浓度高于对照组。我们实验室对牛的另一项监测研究表明，维生素 A 限制导致血清中钙、总胆固醇、白蛋白、血尿素氮、肌酐和非酯化脂肪酸水平升高。这些发现的代谢指标可能有助于牛的大理石纹生产以及维生素 A 限制期间的代谢失衡。最近，本实验室的另一项最新研究表明，在犊牛生长早期补充维生素A可提高血清和背最长肌中胆固醇和肌醇的水平，以维持前脂肪细胞状态。

牛体的维生素A、大理石纹和ADH1C基因型

如上所述，视黄醇被 RDH 和 ADH 氧化成视黄醛，视黄醛被 RALDH 和 ALDH 进一步氧化成视黄酸。与野生型小鼠相比，RALDH1−/−/ADH1−/− 小鼠的血清视黄醛浓度显着降低。在安格斯阉牛中报告了一个 ADH1C SNP，包括 TT、TC 和 CC 基因型。 TT 基因型比 CC 基因型更常见，TC 基因型居中。结果表明，C 等位基因的较低性能可能通过消除 C/EBPα 的潜在结合位点来减少 ADH1C 基因的转录。在维生素 A 限制下，ADH1C 的 TT 基因型导致肌内脂肪水平高于 CC 和 CT 基因型。随后对安格斯阉牛进行的一项研究报告称，NRC 建议补充维生素 A 75% 的量导致具有 ADH1C 基因型 ADH1C TT 基因型的安格斯杂阉交牛比具有 CT 或 CC 基因型的牛产生更多的肌内脂肪。然而，将维生素 A 限制在 NRC 建议的 25% 或 50% 对肌内脂肪的最终水平没有影响。

全反式维甲酸以相对高的剂量增加培养的牛卫星细胞中 PPARγ/δ、LPL、SMAD3 和 MyHCIIX 的表达，并通过 PPARδ 途径增加低水平的 MyHCI 和 MyHCIIA 表达。韩国本土牛 (Hanwoo) 的高大理石花纹分数与较高百分比的 I 型肌纤维和较少的 IIB 型肌纤维有关，这可能与生产过程中视黄酸的补充水平有关。在一项针对韩国本土阉牛的研究中，具有 ADH1C TC 基因型的阉牛在维生素 A 限制（930 IU/kg DM）下的大理石花纹评分高于 TT 基因型； ADH1C CC 基因型在该组韩国本地牛中未检测到。

表 2 总结了仅有的四份已发表的关于 ADH1C 表型与维生素 A 补充剂之间相互作用的报告的结果。三项研究观察到大理石纹随着维生素 A 的限制而增加，但受维生素 A 限制（TT 或 TC）影响的 ADH1C 基因型在这些研究中有所不同。加拿大的一项大型研究 [111] 表明限制维生素 A（达到推荐水平的 50%）没有影响；也没有观察到维生素 A × ADH1C（TT、TC 和 CC 基因型）与大理石花纹的相互作用。品种类型、基础日粮和进行实验的国家可能导致了不同的结果。此外，这些不一致可能是由于视黄酸在这些不同维生素A处理水平和不同实验期间对前脂肪细胞增生和肥大的不同影响引起的。尽管研究结果不一致，但有必要进行后续实验来研究 ADH1C 基因型与日粮维生素 A 水平之间有趣的相互作用。

表2，研究报告牛中维生素A限制和ADH1C基因型

局限性和结论

根据之前的研究，维生素 A 饲喂策略对牛大理石花纹或肌内脂肪的发育起着至关重要的作用。几项体内研究表明，在育肥期牛的维生素 A 限制增加了胴体中的肌内脂肪（通过脂肪细胞肥大），但维生素 A 限制在肉牛生产中的广泛适用性是模棱两可的，需要进一步研究。目前的研究表明，限制维生素 A 不会影响背膘深度或瘦肉质量。此外，在肉牛的有限研究中报道了维生素 A 对前脂肪细胞增生的影响，然而，体内或体外试验的内部机制仍有待确定。此外，现有数据表明，维生素 A 有助于祖细胞的肌原性定型和在窄水平的维生素 A 补充剂中的肌生成。尽管一些对老鼠和鱼的研究表明维生素 A 会促进肌肉发育，但很少有实验表明维生素 A 可有效促进牛的肌肉生长。这些发现表明，在早期阶段补充维生素 A 会促进前脂肪细胞增生，但在育肥期限制维生素 A 会增加脂肪细胞肥大引起的脂质积累。有限数量的研究表明，ADH1C 基因型（TT 和 TC，取决于品种类型）有助于在限制维生素 A 的情况下产生大理石花纹，但是结果也是模棱两可的。应鼓励开展更大规模的研究，比较不同品种类型（例如，韩国本地牛和荷斯坦牛或安格斯牛）之间限制维生素 A 的影响。