Poormaternalnutritionduringgestationinsheepaltersprenatalmusclegrowthanddevelopmentinoffspring

母羊在妊娠期间营养不良影响子代肌肉生长发育

作者：MaryC.Gauvin,SambhuM.Pillai,SarahA.Reed,JohnR.Stevens,MariaL.Hoffman,AmandaK.Jones,StevenA.Zinn,andKristenE.Govoni

通讯作者及单位：KristenE.Govon，美国，康涅狄格大学，动物科学学院

引用：JournalofAnimalScience(1):1.

1.前言

到年，世界人口预计将增加到98亿，我们必须找到提高生产效率的方法，为消费者提供充足的、负担得起的、高质量的动物蛋白。遗传、日粮、管理和卫生都在畜牧生产和生长效率方面发挥重要作用。特别是，有相当多的证据表明，母亲在怀孕期间的营养质量对后代的发育和成长起着重要作用。具体来说，母亲营养不良可以定义为在妊娠期间限制或过量的宏观或微观营养摄入，已被发现对子代产前、产后的各种组织、器官和细胞系有负面影响。在妊娠期间暴露于不利条件，包括母体营养不良，作为胎儿程序化发育的长期后果，使后代在以后的生活中容易改变生长和维持的代谢和内分泌调节。尽管有越来越多的表型证据（例如，肌肉减少、脂肪增加、代谢改变）表明母体营养不良对后代发育的影响，但导致这些变化的机制尚不完全清楚。

骨骼肌是重要的蛋白质来源，在糖稳态和氧化代谢中起重要作用。众所周知，母体营养不良会降低出生后的肌肉质量，从而降低胰岛素敏感性，改变后代胰岛素介导的代谢途径。考虑到净肌纤维数量是在产前确定的，充分的产后肌肉发育依赖于产前肌生成和肌肉发育。事实上，我们和其他人已经发现，母亲在妊娠期间的营养限制和营养过剩都会减少肌肉质量和肌纤维横截面积(CSA)，减少肌纤维数量，并增加子代在出生后生长期间的肥胖。这些发现表明，产前肌肉发育受到母亲营养不良的损害，包括限制和过量喂养，其后果会持续到产后生长，损害长期发育和生长。因此，为了阐明导致这些变化的机制，在同一个实验中评估两种日粮是必要的。

骨骼肌发育依赖于肌源性祖细胞的适当分化。肌原性祖细胞受肌原性调节因子(MRF)家族的时间表达调控，其表达模式或时间的中断会对产前肌原性产生不利影响，从而影响出生后的肌肉结构和组成。我们之前发现，母体营养限制改变了从出生和三个月大的子代分离的卫星细胞中MRF、MyoD和肌原蛋白的时间表达;然而，在胎儿发育过程中，母体日粮对这些MRFs在体内的时间表达的影响研究较少。在妊娠早期和中期，适当的时间表达MRFs可导致肌源性祖细胞分化并融合成原纤维和次生纤维。这些纤维在妊娠后期继续成熟和肥大。因此，评估反映肌生成三个主要步骤的时间点是很重要的:初级肌生成、次级肌生成和肌肥大。

基于我们之前的工作，我们假设母亲在妊娠期间营养不良会减少子代在产前的肌肉生长发育，并影响肌源性祖细胞的数量。此外，我们假设母体日粮会改变参与产前肌肉发育和功能的因素的全球基因表达。为了验证这些假说，我们结合转录组学和免疫组织化学方法来确定母体营养限制和营养过剩对后代产前肌肉发育的影响，以及胎儿发育过程中基因的时间表达。

2.摘要

母亲在妊娠期间营养不良会对后代的生长和健康产生直接和终身的负面影响。在畜牧业，这导致产品质量下降和生产成本增加。基于先前的证据表明,怀孕期间限制和喂食过量减少后代肌肉增长和改变后天的新陈代谢,我们假设营养不良孕产妇怀孕期间会减少后代肌肉造成的增长和发育,减少肌原性的祖细胞的数量,导致产前肌肉发育相关基因的表达和功能变化。从妊娠第30天开始，到妊娠第45、90、天或分娩前，试验母羊分别饲喂对照(%NRC)-、限制(60%NRC)-或过量(%NRC)饲料。在每个时间点对胎儿和其后代(称为CON、RES和OVER)实施安乐死，并在每个时间点收集背长肌(LM)、半腱肌(STN)和肱三头肌(TB)进行组织学和RNA-Seq分析。在胎儿和后代中，我们没有观察到日粮对横截面积(CSA)的影响，但随着时间的推移，CSA增加(P0.05)。在第90天，在LM中，RES及以上降低了继发性:原发性肌纤维比率(P0.05)，而在STN和TB中没有降低。然而，与CON相比，STN和TB%的PAX7阳性细胞减少(P0.05)。与CON相比，母体日粮改变了20个LMmRNA基因表达(与CON相比，其中RES中7个基因下调；与RES组相比，5个基因下调；FDR-adj.P0.05)。在RNA-Seq分析中，没有观察到日粮与时间的相互作用;然而，随着时间变化，在妊娠90天至天和出生之间个基因有差异表达。（FDR-adj.P0.05）。具体来说，与蛋白质增加相一致的是，在肌肉发生过程中肌肉功能的变化和代谢活动的增加，参与细胞周期、代谢过程和蛋白质合成的基因的变化在胎儿肌肉发生过程中被观察到。总之，母亲在妊娠期间营养不良会导致胎儿早期肌肉生长的改变，这种改变会持续整个胎儿期。基于母体饮食对肌肉类型的特异性影响，评估多种类型的肌肉对充分阐明母体饮食对后代肌肉发育影响的重要性。

关键词:胎儿程序化，肌肉，肌生成，营养，羊

3.试验结果

图1免疫组织化学代表。A)对肌肉切片进行肌球蛋白重链1(BA-D5)免疫染色，以鉴别妊娠90天的原始纤维(绿色)。用小麦胚芽凝集素观察细胞膜(红色)。B)肌肉切片经PAX7免疫染色(绿色)以鉴别卫星细胞。用小麦胚芽凝集素观察细胞膜(红色)，用Hoescht观察细胞核(蓝色)。插图显示肌肉纤维附近的两个pax7阳性细胞的放大图

图2母体营养不良会改变子代LM中原纤维的数量和次生纤维与原纤维的比例对照组、限制和过度饲喂母羊的后代分别被称为CON、RES和OVER。A)CON、RES及以上子代的肌纤维CSA分别于妊娠第45、90、天及出生后24小时内测定()。B)初级、次级和总纤维的平均数量;C)在妊娠90天，CON、RES和OVER子代测定次级:初级比例。D)检测CON、RES及OVER子代在妊娠第45、90、天及出生后24小时内(第天)的PAX7阳性细胞百分率

图3母体营养不良改变了子代STN中初级和次级纤维的数量，减少了PAX7阳性PAX7(+)细胞的数量。对照组、限制和过度饲喂母羊的后代分别被称为CON、RES和OVER。A)CON、RES及以上子代在妊娠第45、90、天及出生24小时内(第天)测定肌纤维横截面积。B)初级和次级纤维的平均数量，C)在妊娠90天，CON、RES和OVER子代测定次级:初级比例。D)在CON、RES和OVER子代的45、90和天妊娠和出生24小时内(天)测定PAX7(+)细胞的百分比

图4母亲营养不良会改变继发性纤维的数量，减少后代TB中PAX7(+)细胞的数量。对照组、限制和过度饲喂母羊的后代分别被称为CON、RES和OVER。A)CON、RES及以上子代在妊娠第45、90、天及出生24小时内(第天)测定肌纤维横截面积。B)初级和次级纤维的平均数量，C)在妊娠90天，CON、RES和OVER子代测定次级:初级比例。D)在CON、RES和OVER子代的45、90和天妊娠和出生24小时内(天)测定PAX7(+)细胞的百分比

4.试验结论

综上所述，在妊娠期间通过限制和过量饲喂母羊造成的营养不良改变了后代肌肉特异性方式表达PAX7的肌源性细胞的数量。因此，母体饮食损害子代肌肉生长的一种机制可能是通过有限的祖细胞群。此外，一些生物学过程和分子功能的基因表达，如细胞周期、代谢过程和蛋白质合成，在胎儿的肌肉发生过程中被改变，以支持增加蛋白质的积累、肌肉功能和增加代谢活动。