骨骼肌生长发育调控基因MUSTN1 的研究进展

付 玉，张 博，凌 遥，商 鹏，张 健，张 浩*

（1.中国农业大学畜禽育种国家工程实验室，高原畜禽遗传资源研究中心，北京 100193；2.西藏农牧学院动物科学学院，西藏林芝 860000）

骨骼肌系统包含不同类型的细胞，每种细胞又具有不同的基因表达模式，这些基因相互协调保证骨骼肌系统的正常发育。肌肉骨骼胚胎核蛋白1（Musculoskeletal Embryonic Nuclear Protein 1，MUSTN1）定位于细胞核，是2002 年在大鼠股骨骨折模型中发现的，也称为Mustang，随后在人、羊、小鼠、猪、鸡、鸭、非洲爪蟾和斑马鱼等多个物种相继被发现及鉴定。小鼠基因位于14 号染色体上，含有2 个内含子和3 个外显子。哺乳动物基因编码一个含有82个氨基酸的小核蛋白，而在鸟类（鸡、鸭和珍珠鸟）中编码78 个氨基酸序列。存在进化保守的特征，鸭子与鸡的氨基酸序列相似度高达94%，大鼠与小鼠、人类和奶牛的氨基酸序列同源性分别为93%、88%和85%。基因在骨骼和肌肉中高表达，但其是否为骨骼肌系统中的特异性表达基因目前还存在争议。是一个新的基因，关于该基因研究较少，已有研究主要集中在小鼠和禽类骨骼肌系统中的功能。本文总结了基因的启动子、组织表达以及在不同组织、疾病中的功能调控，为骨骼肌生长发育的调控机制研究提供参考。

1 MUSTN1 基因的启动子

基因的启动子区域含有转录起始位点TATA box 和4 个AP-1 蛋白结合位点，是骨骼肌发育的典型调节因子，在维持肌肉重量方面发挥重要作用，其转录活性降低可能导致肌肉重量减少，成为肌肉萎缩疾病的因素之一。家族中只有和这3 个成员能在成肌细胞增殖和分化过程中与启动子结合，调控其转录活性。Χu 等在鸭子基因的启动子区发现了包括和在内的多个参与肌肉发育调节的转录因子结合位点，而且高表达的鸭子相对生长速度快，说明该基因在鸭肌肉发育中起作用。随后在斑马鱼中发现了调控b 的2 个潜在的调控元件，因子结合位点对心肌中b 的表达起关键作用，而因子结合位点对骨骼肌中b 的表达起关键作用。由此可见，在多种物种中，启动子活性是保守的。

2 MUSTN1 基因在骨骼肌中的表达与功能调控

之前的研究认为是哺乳动物骨骼肌系统特有的，在其他生物尤其是非哺乳脊椎动物中无法证明的存在，但后续一系列的研究发现在鸡和鸭等也能检测到表达，其并非哺乳动物所特有的。

2.1基因与哺乳动物骨骼肌发育基因与骨骼肌系统的作用研究多集中于哺乳动物，目前通过多组学数据分析在鼠、猪、牛、羊等多种哺乳动物中推测出基因对肌肉发育具有一定的调控作用，部分数据已得到验证。

2.1.1 小鼠 利用启动子驱动小鼠GFP 表达后发现，在体节、背部、前肢和肋间隙发育中的骨骼肌群，以及所有激活的卫星细胞和新生肌管中都有表达，而且在肌肉损伤过程中呈先上升后下降的趋势。这说明可以影响肌肉骨骼系统的发育，与肌融合以及骨骼肌的生长和修复有关。Liu 等研究发现主要表达于骨骼肌和肌腱中，RNA 干扰试验发现表达沉默抑制成肌细胞分化和融合，表现为成肌细胞延伸性差、无法融合，不形成多核肌管且分化标志因子（）和融合标志因子（）表达显著下调，但不影响增殖。

2.1.2 猪 Han 等首次克隆了猪基因，其位于猪13 号染色体上，该基因广泛表达于心脏、肝脏、脾脏、肾脏、胃和骨骼肌等组织中，并在骨骼肌中高表达；此外，猪基因3'端的核苷酸变异位点（265C＞T）与腿臀比例、腿臀骨肉率、肉色以及平均日增重显著关联。猪在运送到屠宰场途中进行不习惯的体力活动，或在实验用跑步机上强迫运动，会造成肌肉纤维损伤，并对肉质产生负面影响，在急性运动后的损伤猪骨骼肌中的表达量高于对照组，且高表达于分化的骨骼肌细胞中。

2.1.3 羊 美臀羊表现为出生后四肢、腰部及骨盆骨骼肌肥大，而基因是产生美臀突变的差异上调基因之一。绵羊基因在不同发育时期的背最长肌和股二头肌中均有表达，尽管目前有关基因在不同物种的表达模式研究不尽相同，但都指出其表达量的高低可能与骨骼和肌肉的生长速度快慢相关。

2.1.4 牛与驴 Ma 等基于牦牛不同发育时期背最长肌全基因组甲基化结果，筛选出差异表达基因。李世鹏在不同月龄驴的肌肉转录组数据中筛选到靶基因为的lncRNA。通过以上各组学数据分析推测，可能参与牛与驴的骨骼肌发育调控。

2.2基因与禽类动物骨骼肌发育 随后在鸡、鸭等不同物种中的一系列实验验证了与骨骼肌系统发育之间的密切联系。Li 等通过对黄羽肉鸡胸肌基因表达谱测定筛选到差异表达基因。刘娜娜等在赛鸽和观赏鸽胸肌转录组中也筛选到表达上调的基因，说明该基因可能通过参与肌肉发育来影响飞行性能。

肉鸡的肌纤维细胞数量和肌纤维尺寸大于蛋鸡，肉鸡骨骼肌中基因的表达量也高于蛋鸡，说明基因与肌纤维的增长相关。此外，Li 等在鸡基因上发现2 个核苷酸多态性位点2120T＞C 和g.2160A＞G，其中g.2160A＞G 与肌纤维直径和胸肌重量显著相关。在二郎山山地鸡中，基因在心脏、胸肌和骨骼肌中表达较高，虽在其他组织中也有分布，但表达量低，且在胸肌和腿肌中基因表达量与MyoD 正相关，说明基因可能在鸡骨骼肌发育中起关键作用。Wang 等在鸭上也得到一致的结果，即可能在正向调控鸭肌肉生长发育中起关键作用。

此外，Kostek 等研究发现，在运动损伤24 h 后的男性骨骼肌中表达量显著高于运动前的对照组，说明运动能增加肌肉中表达，其可能与骨骼肌损伤修复相关。在肌肉发育早期，能通过激活PI3K/AKT 来上调表达，进而正调控和表达。或许将成为肌肉和骨骼系统所有主要细胞中不可或缺的关键早期调节蛋白，可能是一种重要的泛骨骼肌调控基因。

3 MUSTN1 基因对骨骼发育的调控

除了在骨骼肌发育过程中发挥作用，可能在成年骨骼组织的损伤修复和再生过程中发挥关键作用。最初发现是因为其在骨再生早期阶段显著上调，表达于发育中的四肢和尾部的间充质细胞以及骨折骨痂中，特别是分化的骨膜成骨细胞、增殖的软骨细胞和骨折骨痂中活跃的成骨细胞，而且在包括关节炎、杜氏肌营养不良症等各种肌肉骨骼病理中也检测到该基因的表达。此外，在膝关节软骨浅层、椎间盘和四肢发育过程中也检测到表达。基因在骨再生的早期阶段高表达，随着愈伤组织成熟其表达量急剧下降，揭示该基因在哺乳动物骨骼系统的早期发育和再生中发挥重要作用。随后Gersch等通过体外和体内实验进一步确定了在软骨分化中的功能，体外实验证实下调抑制软骨增殖和分化，但超表达则对软骨细胞增殖和分化无影响，说明是软骨细胞增殖和分化所必需的基因。体内实验是在非洲爪蟾的颅面和背轴组织中抑制，发现其表现为小眼或者无眼、体轴缩短和尾巴扭结，而且头颅中软骨形成标记基因mRNA 表达也减少，导致包括角舌骨和咽弓在内的头部分化的软骨结构缺失。此外，脉冲和连续超声处理能提高大鼠关节软骨中和表达量，促进软骨形成。

4 MUSTN1 基因的其他功能

Camarata 等研究发现在斑马鱼的纤毛功能中也可能发挥作用，其在脑颅、耳膜和肠道中均有表达，抑制表现为运动纤毛缺陷。曹俊婷在16 周龄黑色和白色皮肤的略阳鸡皮肤和肌肉转录组差异基因中都筛选到，该基因在黑皮肤鸡中的皮肤组织表达高于肌肉组织，而在白皮肤鸡中则肌肉组织的表达更高，在黑皮肤个体中的表达极显著上调，说明基因可能不仅与肌肉发育有关，还与肤色性状密切相关。最新研究利用癌症基因组图谱数据分析舌癌与早期淋巴结转移相关的基因表达谱，结果显示共筛选到225 个差异表达基因，且在分别含有早期和晚期淋巴结转移症状的舌癌患者中均检测到了差异表达基因。Codreanu 等通过质谱和免疫组化实验分析发现，在肺癌早、晚期患者中表达也存在差异，肺癌患者中该基因的表达水平要高于正常人，揭示了该基因可能还与肿瘤发育相关。

5 小 结

综上，基因与肌肉融合、骨骼肌生长和修复均有关，参与多种生物学过程，尤其对肌肉与骨骼的发育与再生有着重要的调控作用。猪作为重要的经济动物和肌肉发育研究模型，对于猪的研究的还有很多欠缺，在不同生长速度猪中的时空表达以及猪基因的确切作用尚不完全清楚。未来可以考虑利用基因编辑技术对基因进行编辑，以深入解析其对肌肉发育的调控机制，促进肌肉发育研究，加快猪育种进程。