告别血清饥饿：科学家破解细胞培养肉高效分化密码

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来源：李湘

2026-04-16 11:10:36

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核心提示：本研究通过转录组分析鉴定了血清饥饿诱导牛卫星细胞分化早期上调的表面受体，并据此开发了一种含转铁蛋白、胰岛素和溶血磷脂酸的化学定义无血清培养基，实现了无需血清饥饿和转基因操作的高效肌源性分化，支持二维和三维生物人工肌肉构建。

这项研究聚焦于细胞培养肉生产中的关键瓶颈——如何在无血清条件下诱导牛卫星细胞高效分化为成熟肌纤维。传统方法依赖血清饥饿（将血清浓度从20%骤降至2%）来触发分化过程，但这与无动物源成分的商业化目标相悖。

研究团队首先通过RNA测序技术，系统描绘了血清饥饿诱导分化过程中0至96小时的转录组动态变化。主成分分析显示，分化前48小时是转录重编程的主要阶段，涉及细胞周期相关基因的下调和肌肉特异性基因的上调。通过差异表达分析，研究者鉴定出在分化早期显著上调的细胞表面受体，包括胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）、转铁蛋白受体（TFRC）和溶血磷脂酸受体1（LPAR1）等。

基于这些发现，研究团队构建了一种化学定义的无血清分化培养基（SFDM）。该培养基以DMEM/F-12或DMEM为基础，补充转铁蛋白（135 nM）、胰岛素（1.8 μM）和溶血磷脂酸（1-10 μM）等关键成分。实验结果显示，SFDM诱导的融合指数（约38-41%）与血清饥饿对照组（约39%）相当，显著优于基础无血清配方。

转录组比较分析证实，SFDM与血清饥饿诱导的基因表达变化高度相关（Pearson相关系数R=0.73），两者均能有效激活肌源性转录因子（MYOD1、MYOG）和肌肉结构蛋白（DES、TPM1）的表达。Western blot检测进一步验证了肌球蛋白、肌钙蛋白等标志蛋白的诱导表达。功能实验表明，经SFDM分化192小时的肌管具有电生理活性，能够对电脉冲刺激和乙酰胆碱产生节律性收缩反应。

该研究还将SFDM成功应用于三维生物人工肌肉（BAM）的构建。在胶原/基质胶混合水凝胶中，SFDM支持形成了具有致密细胞排列、明显肌管结构和丰富肌节蛋白表达的三维肌肉组织，其分化程度接近血清饥饿对照。扫描电镜观察显示，添加乙酰胆碱可进一步促进肌管成熟和排列有序性。