动物营养学报2018,30(4):1423⁃1430ChineseJournalofAnimalNutrition
doi:10.3969/j.issn.1006⁃267x.2018.04.025
共培养体系中猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响
马衍旋1㊀王文杰2㊀穆淑琴2㊀席静宁1,2㊀李㊀宁2㊀
郑㊀梓2㊀闫㊀峻2,3∗㊀孙㊀超1∗
(1.西北农林科技大学动物科技学院,杨凌712100;2.天津市农业科学院,天津市畜牧兽医研究所,
天津300381;3.天津大学化工学院,天津300072)
摘㊀要:本试验旨在研究共培养体系中猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响㊂试验分离培养了猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞,2种细胞分离培养鉴定后,接种于Transwell细
胞小室共培养板进行共培养,待细胞密度达到90%以上分别进行诱导分化㊂骨骼肌卫星细胞诱导分化8d后,检测肌内前体脂肪细胞分化水平㊁分化标志基因的表达以及脂质代谢关键酶的表达㊂结果显示:与肌内前体脂肪细胞单独培养相比,共培养体系内肌内前体脂肪细胞的脂滴数量和脂滴面积极显著减少(P<0.01),肌内前体脂肪细胞增殖分化转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ和CCAAT增强子结合蛋白的基因和蛋白表达水平极显著下降(P<0.01),肌内前体脂肪细胞的乙酰辅酶A羧化酶㊁脂肪酸合成酶的基因和蛋白表达水平极显著下降(P<0.01)㊂由此可见,共培养体系中猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积具有抑制作用㊂
关键词:猪骨骼肌卫星细胞;肌内前体脂肪细胞;共培养;脂质沉积
中图分类号:Q954.6⁃33+2㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1006⁃267X(2018)04⁃1423⁃08收稿日期:2017-11-20
基金项目:国家自然基金青年基金项目(31402097);中国博士后科学基金(2014M561191);天津市生猪产业技术体系创新团队资助(IT⁃TPRS2017005)
作者简介:马衍旋(1991 ),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向为畜禽健康养殖㊂E⁃mail:mayx16@163.com∗通信作者:闫㊀峻,副研究员,E⁃mail:yjjsxz@163.com;孙㊀超,教授,E⁃mail:sunchao2775@163.com
㊀㊀脊椎动物的肌肉细胞与脂肪细胞已经被确认来自共同的中胚层细胞,并且通过自分泌和旁分泌在调节动物的生长发育中有紧密的联系[1-2]㊂
研究脂肪与肌肉间的相互作用有助于探究细胞因子㊁营养因素和激素调节脂肪沉积与肌肉发育的作用机制㊂另外,脂肪与肌肉间的相互作用还可能将在人类新陈代谢的疾病机制和动物的肉质性状方面有广泛的应用㊂为了探讨脂肪与肌肉组织在机体发育过程中的相互影响,许多研究者间接建立细胞培养体系㊂Dodson等[3]首次建立了3T3⁃L1前脂肪细胞与不同分化程度的羊肌肉细胞体外共培养体系㊂由于共培养体系比单独培养细胞能够更好地模拟动物体内的生理环境,因而受到学者们的广泛关注㊂近年来,为了探讨脂肪和肌肉组织在体内发育过程中的相互作用㊂研究者们分别建立了绵羊㊁人㊁老鼠㊁天鹅和牛的脂肪与肌肉细胞的共培养体系[4-8]㊂本试验通过分离培养猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞,进行体外间接共培养,研究2种细胞的增殖和分化特性,探讨在间接共培养体系中猪肌肉细胞分化对脂肪细胞分化以及脂肪细胞内脂质沉积的调控作用,为进一步揭示脂肪与肌肉组织之间的相互作用提供理论依据㊂
动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷
1㊀材料与方法
1.1㊀试验材料
㊀㊀主要材料包括:0.25%胰酶消化液㊁0.02%乙二胺四乙酸(EDTA)(1ʒ1使用,Sigma公司,美国)㊁台盼蓝㊁0.2%胶原酶㊁细胞冻存液㊁DMEM/F12培养基(Gibco公司,美国)㊁胎牛血清(Gibco公司,美国)㊁胰蛋白酶㊁磷酸缓冲盐溶液(PBS)(北京索莱宝科技有限公司)㊁胰岛素㊁地塞米松㊁特级马血清(Gibco公司,美国)㊁青链霉素混合液(100ˑ,北京索莱宝科技有限公司)㊁3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(IBMX)(Sigma公司,美国)㊁油红O㊁TacoTMDNA/RNA取试剂盒(瑞基海洋生物科技股份有限公司)㊁PrimeScriptTMⅡ1stStrandcDNASynthesisKit(TaKaRa公司,日本)㊁All⁃in⁃OneTMqPCRMix(GeneCopoeia公司,美国)㊁TGXStain⁃FreeTMFastCastTMAcrylamideKit(12%,Bio⁃Rad公司,美国)㊂
㊀㊀主要仪器包括:无菌培养皿㊁二氧化碳细胞培养箱㊁倒置荧光显微镜㊁Transwell细胞小室共培养板㊁SW-CJ-1D型超净工作台高速离心机㊁DT5-2型低速离心机㊁实时定量PCR仪㊂
1.2㊀试验设计
㊀㊀3日龄健康大白仔猪购自天津市武清农康生猪养殖有限公司,用于原代猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞分离㊂供试细胞分为2个组,即对照组(单独培养肌内前体脂肪细胞组)和试验组(间接共培养骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞组),每组4个重复㊂
1.3㊀试验方法
1.3.1㊀猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞分离培养
㊀㊀无菌条件下,分离3日龄仔猪皮下背最长肌,去除背最长肌结缔组织和血管,剪成1 2mm3大小的组织块,0.2%Ⅱ型胶原酶消化液37ħ水浴消化2h,200目网筛过滤,1500r/min离心5min,弃上清液㊂用DMEM/F12培养液漂洗沉淀,经400目网筛过滤,1500r/min离心10min,弃上清液,再用含10%胎牛血清和1%青链霉素的DMEM/F12完全培养基重悬细胞,接种到10cm无菌细胞培养皿,置于37ħ㊁5%CO2培养箱培养,利用差速贴壁法纯化细胞,细胞培养2h后,弃培养液,用PBS清洗贴壁细胞2次,得到纯化的肌内前体脂肪细胞[9]㊂骨骼肌卫星细胞的分离培养参照Yang等[10]和Yan等[11]的试验方法㊂2种细胞分别接种到10cm的无菌培养皿中,置于37ħ㊁5%CO2的培养箱培养,培养液每2d更换1次,细胞数量用血球计数板计数㊂
1.3.2㊀猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞鉴定
㊀㊀骨骼肌卫星细胞鉴定:在培养皿中放入无菌盖玻片进行细胞爬片,当细胞密度达到70% 80%时,分化培养基(2%马血清+1%双抗+DMEM/F12)培养3d㊂弃掉分化培养基,PBS清洗3次,丙酮室温固定20min,PBS洗3次,Triton⁃X100(1ʒ1000)处理15min,PBS洗3次,牛血清白蛋白(BSA)封闭2h,加入Desmin抗体(1ʒ50)于4ħ过夜,PBS洗3次,加入荧光标记的二抗(1ʒ2000)于暗室中孵育1h,PBS洗3次,最后1μg/mL的4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染核10min(避光),PBS洗3次,封片后荧光显微镜下观察㊂
㊀㊀肌内前体脂肪细胞细胞鉴定:培养皿中的细胞达到完全汇合,接触抑制2d,用含有10μg/mL胰岛素的完全培养液诱导分化培养2d,更换完全培养液继续培养4d,油红O染,在显微镜下观察细胞形态[12]㊂
1.3.3㊀猪骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞共培养
㊀㊀2种原代细胞培养密度达到80% 90%时,0.25%胰蛋白酶37ħ消化,DMEM/F12培养液重悬细胞,记数后接种于Transwell细胞小室共培养板进行共培养㊂肌内前体脂肪细胞以2.0ˑ104个/cm2的密度接种于上室,骨骼肌卫星细胞以1.0ˑ105个/cm2的密度接种于下室,使用含有4%胎牛血清的完全培养液培养㊂待骨骼肌卫星细胞密度达到80%时,更换含有
2%马血清的DMEM/F12培养液诱导分化,48h换液1次㊂待肌内前体脂肪细胞接触抑制2d后,更换含有10μg/mL胰岛素的完全培养液诱导分化培养2d,更换完全培养液继续培养,直至出现肉眼可见明显脂滴㊂1.3.4㊀实时定量PCR
㊀㊀参照TaKaRa公司RNA试剂盒方法提取出总的RNA㊂第1条链cDNA反转录试剂盒购自Fer⁃mentas公司(美国)㊂各基因及引物序列如下:过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)(5ᶄ-AC⁃
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4期马衍旋等:共培养体系中猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响
CACTCGCATTCCTTTGAC-3ᶄ,5ᶄ-CCACAGACTCGGCACTCAAT-3ᶄ)㊁CCAAT增强子结合蛋白α(C/EBPα)(5ᶄ-ATGGAGCAAGCCAACTTC⁃
TAC-3ᶄ,5ᶄ-GCCAGGAACTCGTCGTTGAA-3ᶄ)㊁乙酰辅酶A羧化酶(ACC)(5ᶄ-CTCCTA⁃ACTGCTGAGCTGTCTCTCT-3ᶄ,5ᶄ-AGTCTTTCTCTTCAATTCTTGCCT-3ᶄ)㊁脂肪酸合成酶(FAS)(5ᶄ-AAGGAGGAGT
CAACGGG-3ᶄ,5ᶄ-GATGGTGAGGAGTCGGAT-3ᶄ)㊁脂蛋白脂酶(LPL)(5ᶄ-CGAAGTATTGGCATCCA⁃GAAAC-3ᶄ,5ᶄ-TTGATCTCATAGCCCAAGTT⁃GTT-3ᶄ)㊁β-肌动蛋白(β⁃actin)(5ᶄ-ACCACAGCCGAGAGAGAAAT3ᶄ,5ᶄGACCTGACCAT⁃CAG-GGAGTT-3ᶄ)㊂PCR扩增引物均由上海生物工程技术服务有限公司合成㊂PCR扩增的条件是95ħ5min,94ħ60s,55 60ħ40s,72ħ40s(30个循环),72ħ10min和4ħ反应结束,进行熔解曲线的绘制㊂利用2-ΔΔCt法进行相对实时定量分析㊂
1.3.5㊀免疫印迹试验(WesternBlot)
㊀㊀将培养的细胞在冰上用裂解缓冲液溶解,并在4ħ㊁10000ˑg离心10min取上清液测定蛋白浓度㊂提取的总蛋白通过10%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS⁃PGEA)进行分离,将蛋白转移至聚偏二氟乙烯(PVDF)硝酸纤维膜上㊂并在膜上与一抗β⁃actin㊁C/EBPα㊁PPARγ㊁FAS㊁ACC(Abcom公司,英国)进行孵育,5%的脱脂奶粉封闭1h㊂将膜与耦联二抗37ħ孵育1h,使用化学发光液ChemiDocXRS(Millipore公司,美国)和Bio⁃Rad凝胶成像系统进行检测分析,分析灰度值,进行相对定量分析㊂
1.4㊀数据统计及分析
㊀㊀采用SPSS17.0软件进行统计分析数据,利用单因素方差(one⁃wayANOVA)分析显著性差异,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著㊂试验数据以平均值ʃ标准差(meanʃSD)表示㊂
2㊀结果与分析
2.1㊀细胞形态及鉴定
2.1.1㊀骨骼肌卫星细胞形态及鉴定
㊀㊀倒置显微镜下观察原代肌卫星细胞,细胞贴壁后逐渐形成梭形或纺锤形(图1-A);细胞相互融合后按一定方向呈有序排列(图1-B);细胞分化2d后形成多核的肌管,核位于中央,肌管呈长条形,平行排列(图1-C)㊂采用猪骨骼肌卫星细胞的特异标记Desmin进行免疫荧光鉴定(图1-D),结果发现Desmin在细胞质中的表达呈阳性,证实所培养的细胞为猪骨骼肌卫星细胞(图1-E㊁图1-F
)㊂
㊀㊀A㊁B㊁C:猪骨骼肌卫星细胞培养;D:Desmin在细胞质中免疫荧光染;E:DAPI染;F:D与E叠加㊂
㊀㊀A,BandC:porcineskeletalmusclesatellitecellculture;D:Desminimmunofluorescencestainingincytoplasm;E:DAPIstaining;F:themergeofAandB.
图1㊀猪骨骼肌卫星细胞培养及鉴定
Fig.1㊀Cultureandidentificationofporcineskeletalmusclesatellitecells(100ˑ)
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动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷
2.1.2㊀肌内前体脂肪细胞形态及鉴定
㊀㊀肌内前体脂肪细胞贴壁生长,细胞接触抑制2d后(图2-A),改用诱导液Ⅰ诱导分化48h,细胞逐渐变圆(图2-B),再用诱导液Ⅱ诱导分化48h,然后换含有10%胎牛血清的完全培养基继
续培养4d,在倒置显微镜下观察,含有大量有脂滴样的圆形细胞时用油红O染鉴定,结果显示细胞内出现了大量脂滴(图2-C)㊂以上结果表明所培养的细胞为肌内前体脂肪细胞
图2㊀猪肌内前体脂肪细胞形态及鉴定
Fig.2㊀Morphologyandidentificationofintramuscularpreadipocytes(100ˑ)
2.2㊀骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响
㊀㊀肌内前体脂肪细胞诱导分化第8天,细胞内出现大量脂滴,经油红O染后,对照组细胞中脂滴数
量多,脂滴面积大(图3-A);试验组细胞中脂滴数量较少,细胞着明显变浅㊁发暗(图3-B)㊂
定量分析结果表明,共培养组的脂滴数量和脂滴面积都极显著低于对照组(P<0.01)(图3-C㊁图
3-D)㊂以上结果表明,骨骼肌卫星细胞与肌内前体脂肪细胞共培养下对肌内前体脂肪细胞分化和脂质沉积具有抑制作用
王文杰
㊀㊀A:对照组;B:共培养组;C:脂滴数量;D:脂滴面积㊂Control:对照组controlgroup;co⁃culture:共培养组co⁃culturegroup;数据柱标∗∗表示差异极显著(P<0.01),下图同㊂
㊀㊀A:controlgroup;B:co⁃culturegroup;C:lipiddropletsnumber;D:lipiddropletarea.Valuecolumnswith∗∗meansig⁃nificantdifference(P<0.01),thesameasbelow.
图3㊀骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响
Fig.3㊀Effectsofskeletalmusclesatellitecellsonlipiddepositioninintramuscularpreadipocytes(100ˑ)
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4期马衍旋等:共培养体系中猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质沉积的影响2.3㊀骨骼肌卫
星细胞对肌内前体脂肪细胞增殖分化转录因子表达的影响
㊀㊀为了验证骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞增殖分化的影响,检测了肌内前体脂肪细胞增殖分化转录因子C/EBPα㊁PPARγ的基因和蛋白
的表达水平㊂如图4所示,共培养组肌内前体脂肪细胞PPARγ㊁C/EBPα的基因和蛋白的表达水平极显著低于对照组(P<0.01)㊂以上结果表明,骨骼肌卫星细胞抑制肌内前体脂肪细胞分化标志基因的表达
㊀㊀A:肌内前体脂肪细胞增殖分化标志基因表达水平;B:肌内前体脂肪细胞增殖分化相关蛋白表达水平㊂PPARγ:过氧化物酶体增殖物激活受体γ;C/EBPα:CCAAT增强子结合蛋白α;Bata⁃actin:β-肌动蛋白㊂
㊀㊀A:intramuscularpreadipocytesproliferationanddifferentiationmarkergeneexpressionlevel;B:intramuscularpreadipocytesproliferationanddifferentiationrelatedproteinexpressionlevel.PPARγ:peroxisomeproliferators⁃activatedreceptorγ;C/EBPα:CCAATenhancerbindingproteinα;Bata⁃actin:β⁃actin.
图4㊀骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞增殖分化转录因子表达的影响
Fig.4㊀Effectsofskeletalmusclesatellitecellsonproliferationanddifferentiationtranscription
factorexpressionofintramuscularpreadipocytes
2.4㊀骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质代谢关键酶表达的影响
㊀㊀为了进一步研究猪骨骼肌卫星细胞对肌内前体脂肪细胞脂质代谢的影响,检测了猪肌内前体脂肪细胞脂质代谢关键酶FAS㊁ACC和LPL的基因和蛋白表达水平㊂如图5所示,共培养组肌内前体脂肪细胞FAS㊁ACC的基因和蛋白的表达水平极显著低于对照组(P<0.01),LPL的基因和蛋白的表达水平极显著高于对照组(P<0.01)㊂以上结果表明,骨骼肌卫星细胞抑制肌内前体脂肪细胞脂质代谢㊂
3㊀讨㊀论
㊀㊀近年来,有使用肌细胞和脂肪细胞共培养的方法来研究细胞的生长特性和分泌功能㊂体外共
培养的骨骼肌卫星细胞和肌内前体脂肪细胞对研究肌肉组织与脂肪组织的相互作用具有重要意义㊂Ailhaud等[13]报道,在胚胎发育过程中肌细胞与前体脂肪细胞联系密切㊂Hausman等[6]首次尝试直接将肌内前体脂肪细胞和骨骼肌卫星细胞混合培养㊂虽然这种培养方法接近体内生长环境,但获得的脂肪细胞较少并且混合其他类型的细胞㊂因此,混合培养的细胞不能用于试验的定性和定量分析㊂Dodson等[3-4]研究表明,共培养的3T3⁃L1脂肪细胞和肌肉细胞可以促进脂肪细胞的存活㊁生长和增殖,抑制其分化㊂Yan等[11]研究了猪前体脂肪细胞和肌卫星细胞体外直接共培养,检测2种细胞增殖分化特征,结果表明共培养体系可以促进脂肪细胞的生长和增殖,同时
抑制脂肪细胞分化㊂
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