《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Liver–muscle metabolic crosstalk: xanthosine as a key effector of broiler myogenesis
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本文通过整合多组学分析与功能验证，揭示了肝脏咖啡因代谢在调控肉鸡生长性能中的核心作用。研究发现，高体重肉鸡体内肝脏细胞色素P450家族1亚家族A成员2（CYP1A2）表达显著上调，导致其下游代谢产物血浆黄嘌呤核苷水平升高。通过卵内注射进行的体内功能验证表明，黄嘌呤核苷能有效促进雏鸡出生后生长性能，增加骨骼肌质量。进一步的机制研究阐明，黄嘌呤核苷通过激活细胞外信号调节激酶（ERK）/糖原合成酶激酶3β（GSK3β）/β-连环蛋白（β-catenin）信号级联反应，驱动成肌细胞增殖。该研究不仅发现了一个未被充分认识的肝-肌肉代谢轴，也为通过靶向调控黄嘌呤核苷代谢来提升肉鸡生产效率和生长性能提供了新的策略。
研究背景与意义
在现代肉鸡商业化生产中，即使在标准化的饲养条件和相似的遗传背景下，生长性能的显著差异仍然是持续存在的挑战。骨骼肌作为肉鸡体内最大的组织，其发育受到全身代谢稳态的紧密调控。肝脏作为关键的代谢枢纽，通过协调营养物质的流动，深刻影响着骨骼肌的发育。然而，肝脏代谢与肌生成之间的机制性相互作用尚未被完全阐明。本研究旨在通过整合多组学分析和功能验证，系统揭示导致肉鸡生长性能差异的潜在代谢基础。
高、低体重肉鸡的表型差异
为了探究遗传背景和饲养条件相似的肉鸡生长差异的生物学基础，研究人员从大规模商业鸡群中筛选出市场日龄的高体重（HBW）和低体重（LBW）AA白羽肉鸡。表型数据分析显示，HBW肉鸡的胸肌质量和胸肌指数（胸肌质量与体重之比）显著高于LBW肉鸡。组织学和形态计量学分析进一步揭示，HBW肉鸡的胸肌纤维直径和横截面积明显增加，而总肌纤维数量在两组间无显著差异。这些结果表明，观察到的生长差异主要源于肌纤维肥大，而非肌纤维数量的增加。
盲肠微生物群与生长性能关联有限
肠道微生物群是公认的家禽生长调节因子。为了评估肠道微生物组成是否与体重差异相关，研究人员对HBW和LBW肉鸡的盲肠内容物进行了宏基因组测序。分析结果显示，在门水平上，两组间的β多样性差异微乎其微。在属水平上，虽然观察到一些统计学上可检测到的差异，但优势菌属如Alistipes和Bacteroides的丰度在两组间并未显示出明显不同。值得注意的是，Lactobacillus在HBW组中显著富集。然而，后续进行的粪菌移植（FMT）实验表明，将HBW或LBW供体的盲肠内容物移植给一日龄雏鸡后，在整个42天的实验期间，受体鸡的体重、采食量和饲料转化率均无显著差异。这一结果提示，在本研究条件下，整体微生物群组成对生长性能的影响有限。
血浆代谢组学揭示氨基酸与咖啡因代谢的关键作用
肉鸡的代谢能力是决定其生长性能的关键因素。通过非靶向血浆代谢组学分析，研究人员发现HBW和LBW肉鸡的系统性代谢状态存在显著差异。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）显示两组代谢谱明显分离。在检测到的代谢物中，有73种被鉴定为显著性变化代谢物。通路富集分析表明，这些代谢物主要与氨基酸代谢相关，该通路是改变最为显著的类别。HBW肉鸡体内酪氨酸、组氨酸、色氨酸和甲硫氨酸等关键氨基酸及其衍生物的水平显著升高。更为重要的是，京都基因与基因组百科全书（KEGG）拓扑通路分析将咖啡因代谢确定为最显著受扰动的子通路，突显了其在介导生长相关代谢差异中的潜在核心作用。
肝脏转录组学指向咖啡因代谢的核心地位
鉴于肝脏在维持代谢稳态中的核心作用，研究人员对HBW和LBW肉鸡的肝脏组织进行了RNA测序。主成分分析（PCA）显示两组的肝脏转录组谱存在清晰分离。共鉴定出127个差异表达基因（DEGs）。KEGG功能注释表明，这些DEGs主要富集于脂质和氨基酸代谢相关通路。值得注意的是，咖啡因代谢通路在转录组层面同样被显著富集，这与血浆代谢组学的发现一致。在氨基酸和脂质代谢相关的DEGs中，编码咖啡因分解代谢限速酶的细胞色素P450家族1亚家族A成员2（CYP1A2）在HBW肉鸡中表达显著上调。相关性分析进一步揭示了肝脏CYP1A2表达与血浆黄嘌呤核苷和可可碱水平之间存在强正相关，这暗示了肝脏咖啡因代谢与增强的生长性能之间存在潜在的机制联系。
卵内注射黄嘌呤核苷促进肉鸡肌肉生长与性能
综合血浆代谢组学和肝脏转录组学分析，咖啡因代谢通路被确定为与体重表型差异相关的关键通路。该通路的终产物之一——黄嘌呤核苷，在HBW肉鸡血浆中显著升高，提示其在促进生长和骨骼肌发育中可能扮演重要角色。为了验证这一假设，研究人员通过在受精AA肉鸡种蛋的气室中注射高、低剂量的黄嘌呤核苷进行功能验证，注射时间点选择在胚胎发育的第6天（E6，初级肌纤维形成期）和第12天（E12，次级肌纤维形成期）。结果显示，在E12期注射黄嘌呤核苷能显著提高雏鸡出壳后28天和42天的最终体重、胸肌和腿肌质量。组织学分析发现，E12低剂量组肉鸡的胸肌纤维数量显著增加，而纤维直径和横截面积与对照组相比无显著变化。这表明黄嘌呤核苷主要通过增加肌纤维数量，即促进肌生成，来驱动骨骼肌发育。
黄嘌呤核苷通过激活ERK/GSK3β/β-catenin信号通路促进成肌细胞增殖
为了阐明黄嘌呤核苷促进肌肉生长的细胞和分子机制，研究人员在小鼠成肌细胞系C2C12中进行了机制研究。细胞计数试剂盒-8（CCK-8）实验表明，梯度浓度的黄嘌呤核苷在24小时和48小时均能显著促进成肌细胞增殖。进一步的实验发现，黄嘌呤核苷处理后，细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）的表达显著上调，5-乙炔基-2'-脱氧尿苷（EdU）阳性细胞比例增加约30%，证实了其促增殖效应。在信号通路层面，黄嘌呤核苷处理30分钟后，细胞外信号调节激酶（ERK）的磷酸化被强烈诱导。同时，总糖原合成酶激酶3β（GSK3β）蛋白水平降低，其磷酸化水平（Ser9位点）增加，并伴随着β-连环蛋白（β-catenin）的稳定积累。这表明黄嘌呤核苷激活了ERK并汇聚于GSK3β/β-catenin信号级联反应。为了进一步探究ERK与Wnt信号通路之间的关系，研究人员使用ERK1/2特异性抑制剂SCH772984进行干预。结果表明，抑制ERK不仅消除了黄嘌呤核苷诱导的增殖效应，还完全逆转了其对Cyclin D1、p-GSK3β的上调作用以及对总GSK3β蛋白水平的降低作用。这些结果证明，ERK位于Wnt信号通路的上游，介导了黄嘌呤核苷驱动的成肌细胞增殖。
结论与展望
本研究通过整合多组学方法，揭示了肝脏咖啡因代谢在肉鸡生长调控中的新角色。研究确认了高体重肉鸡中肝脏CYP1A2驱动的咖啡因代谢通路被显著激活，导致循环黄嘌呤核苷水平升高。功能验证表明，胚胎期补充黄嘌呤核苷能有效促进肉鸡出壳后的生长性能和骨骼肌质量。机制上，黄嘌呤核苷通过激活ERK/GSK3β/β-catenin信号级联反应，驱动成肌细胞增殖。这些发现首次阐明了一个以前未被充分认识的肝-肌肉代谢轴，其中肝脏来源的黄嘌呤核苷作为关键的分子效应物，将肝脏代谢活性与骨骼肌发育联系起来。该研究不仅增进了我们对肝脏如何协调全身生长这一基本生物学过程的理解，也为通过靶向调控黄嘌呤核苷代谢来改善肉鸡生产性能提供了一种有前景的营养策略。未来的研究应进一步探讨黄嘌呤核苷对肌肉特异性代谢重编程、肌纤维类型组成以及与其他合成代谢通路相互作用的影响。
