维生素C促猪肌肉干细胞有效增殖用于细胞培养肉生产

近日，Food & Function在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队研究成果“Vitamin C enhances the ex vivo proliferation of porcine muscle stem cells for cultured meat production” (Fang et al., 2022, DOI: 10.1039/D1FO04340D.)。江南大学2020级硕士研究生方佳华为论文第一作者，陈坚教授和关欣助理研究员为通讯作者，论文作者还包括堵国成教授、周景文教授、张国强副研究员等。

细胞培养肉作为极具潜力的未来食品，不仅是实现优质动物蛋白质供给的重要途径，而且能够解决传统养殖业带来的环境污染、资源消耗、激素抗生素滥用等问题。肌肉干细胞作为细胞培养肉制造的重要种子细胞，其体外存活和生长不仅依赖高浓度胎牛血清，而且随培养时间延长，细胞的成肌分化潜能大幅下降，这是培养肉成本高昂、生产规模难以放大的根本原因。因此，寻找促肌肉干细胞增殖及成肌特性维持、价格低廉、食品级的营养物质对细胞培养肉的产业化具有重要意义。

团队成员前期经过筛选，发现维生素C对于猪肌肉干细胞体外增殖及成肌特性维持具有显著促进作用。猪肌肉干细胞在含有维生素C的培养基中培养29天后，细胞扩增约2.8×10⁷倍，比对照组提高约360倍。同时，添加维生素C能提高猪肌肉干细胞中生肌调节因子MyoD的表达以及细胞的成肌分化潜能，具体体现在提升分化率、融合率和肌球蛋白MyHC的表达量。

随后，团队成员针对维生素C的作用机理展开探究。通过与其他抗氧化剂和胶原合成调控因子的对比，发现维生素C促猪肌肉干细胞增殖作用不依赖于其抗氧化活性和促进胶原合成的能力。随后通过关键信号通路筛选和分析得出，维生素C通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路发挥促进猪肌肉干细胞体外有效增殖的作用。进一步探究维生素C如何激活该信号通路，结果表明维生素C提升PI3K通路上游的激活因子-胰岛素样生长因子(Insulin-like growthfactor, IGF-1)的表达水平，同时维生素C具有直接激活IGF-1受体(IGF-1R)的潜能。该研究突显了维生素C在猪肌肉干细胞体外长期稳定增殖中的应用并阐明其作用机理，为细胞培养肉工业化生产提供实践方法和理论基础。

上述研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目(32021005)、国家重点研发项目(2021YFC2101400)、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金(SN-ZJU-SIAS-1313)、国家自然科学基金(3210160732)、江苏省自然科学基金(BK20210462)等的资助。

图1 维生素C促进猪肌肉干细胞的体外增殖

图2 维生素C有助于维持猪肌肉干细胞成肌特性和分化潜能

图3 维生素C对猪肌肉干细胞的作用机制不依赖于抗氧化和胶原合成

图4 维生素C激活PI3K/Akt/mTOR信号通路

图5 维生素C通过提升IGF-1表达进而激活PI3K信号通路

图6 分子对接显示维生素C具有与IGF-1R互作潜能

图7 维生素C 对猪肌肉干细胞的作用机制示意图

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2BfwoerWHrduQ-No41L3_g

（编辑：潘梦妍）