Cell Death Dis︱聂庆华/张细权团队揭示lncRNA与蛋白质互作调控家禽骨骼肌发育的新机制
撰文︱蔡柏林
责编︱王思珍
作为动物体内最大的组织器官，骨骼肌约占动物总体重的40%，是调节机体葡萄糖摄取、脂质存储和能量平衡主要参与者[1]。“代谢灵活性”是骨骼肌的一个重要代谢特征[2,3]。骨骼肌代谢僵硬是造成生物体其他各种新陈代谢失调的主要原因，严重危害了动物的健康和发育。深入挖掘参与家禽骨骼肌代谢调控的遗传因子并明确其作用机理，对家禽产肉性能的提高和肌肉品质的改良具有重要意义。
2022年4月21日，华南农业大学动物科学学院张细权教授和聂庆华教授团队在Cell Death & Disease上发表了题为“Long noncoding RNA ZFP36L2-AS functions as a metabolic modulator to regulate muscle development” 的研究，揭示了调控性lncRNA分子通过介导肌肉代谢调节家禽骨骼肌发育的分子功能及其作用机制。
分析课题组前期RNA-seq数据，研究人员发现与7周龄杏花鸡（慢速型优质肉鸡）相比，lncRNA ZFP36L2-AS（ZFP36 ring finger protein like 2 [ZFP36L2]-antisense transcript）在隐性白羽洛克鸡（快大型白羽肉鸡）中差异高表达。ZFP36L2-AS在成肌细胞增殖阶段表达下调，分化期间表达升高，并在7周龄杏花鸡的肌肉组织中高表达，提示其在鸡骨骼肌发育过程中发挥重要的调控作用（图1）。
图1 lncRNA ZFP36L2-AS的分析鉴定
（图源：Cai B et al., Cell Death Dis, 2022）
体外实验结果表明，ZFP36L2-AS可抑制成肌细胞增殖，促进成肌细胞分化。利用慢病毒定点注射腓肠肌构建ZFP36L2-AS过表达/干扰的活体模型。ZFP36L2-AS可通过减少线粒体DNA含量，抑制脂肪酸β-氧化速率，从而导致骨骼肌中游离脂肪酸和甘油三酯的积累（图2）。进一步利用中心碳代谢高通量靶标定量测序技术探究ZFP36L2-AS对肌肉代谢的调控作用。结果表明，ZFP36L2-AS敲减促进了三羧酸循环代谢物的积累，减少了糖酵解过程的代谢产物，提示ZFP36L2-AS可通过提高糖酵解代谢通量作为补偿反应，介导骨骼肌代谢的调节。
图2 ZFP36L2-AS抑制细胞呼吸和肌内脂肪酸的氧化
（图源：Cai B et al., Cell Death Dis, 2022）
出生后，动物的肌纤维数目基本固定，骨骼肌的发育主要由纤维类型组成和肌纤维的大小所调节。肌肉纤维类型的组成与肌肉的代谢方式密切相关[4]。结果表明，ZFP36L2-AS可提高骨骼肌酵解代谢活性，促进慢肌纤维类型向快肌纤维类型的转化。骨骼肌肌纤维类型的重塑可通过调节合成代谢和分解代谢信号通路，引起肌肉肥大或萎缩，影响肌肉质量[5]。此外，ZFP36L2-AS可通过抑制mTOR信号通路，激活泛素-蛋白酶体系统和自噬-溶酶体通路，诱导肌肉萎缩（图3）。
图3 ZFP36L2-AS促进快肌纤维表型，诱导肌肉萎缩
（图源：Cai B et al., Cell Death Dis, 2022）
乙酰辅酶A羧化酶α（acetyl-CoA carboxylase alpha，ACACA）和丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase，PC）是依赖生物素的羧化酶成员，已知在生物的多个代谢途径具有重要的功能[6-8]。分子机制实验发现，ZFP36L2-AS可靶向结合ACACA和PC，促进ACACA去磷酸化并破坏PC蛋白质稳定性。此外，ZFP36L2-AS可通过ACACA介导调节乙酰辅酶A，加强对PC酶活性的调控作用（图4）。
图4 ZFP36L2-AS结合互作ACACA和PC蛋白质
（图源：Cai B et al., Cell Death Dis, 2022）
综上所述，该研究揭示了lncRNA ZFP36L2-AS可结合互作调控ACACA去磷酸化和PC稳定性，介导骨骼肌代谢，从而抑制成肌细胞增殖、促进成肌细胞分化，加速肌内脂肪沉积，并诱导快肌纤维形成和肌肉萎缩。研究成果有助于更系统、精细地理解家禽骨骼肌发育的表观遗传调控过程，并为家禽遗传育种改良提供分子理论依据。然而，研究中所用动物模型为慢病毒注射感染，存在过表达/敲减效率偏低和模型不稳定的问题。建立稳定的基因编辑鸡模型将有利于推动家禽功能基因组的研究发展。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41419-022-04772-2
通讯作者聂庆华教授（左）， 第一作者蔡柏林博士（右）
（照片提供自：华南农业大学聂庆华实验室）
华南农业大学动物科学学院聂庆华教授为论文的通讯作者，博士后蔡柏林为该论文的第一作者。上述研究工作得到国家重点研发计划重点专项、国家基金广东联合基金重点项目、广东特支计划创新团队项目等资助。
【1】Front Cell Dev Biol︱周波课题组揭示影响断奶仔猪混群后攻击行为的分子机制
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参考文献（上下滑动查看）
[1] Zurlo F, Larson K, Bogardus C, Ravussin E. Skeletal muscle metabolism is a major
determinant of resting energy expenditure. J Clin Invest. 1990;86:1423–7
[2] Goodpaster BH, Sparks LM. Metabolic flexibility in health and disease. Cell Metab. 2017;25:1027–36.
[3] Galgani JE, Moro C, Ravussin E. Metabolic flexibility and insulin resistance. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2008;295:E1009–E1017
[4] Bassel-Duby R, Olson EN. Signaling pathways in skeletal muscle remodeling. Annu Rev Biochem. 2006;75:19–37
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[6] Cheng T, Sudderth J, Yang C, Mullen AR, Jin ES, Mates JM, et al. Pyruvate carboxylase is required for glutamine-independent growth of tumor cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108:8674–9.
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制版︱王思珍
本文完