一种用福斯科林和p38抑制剂的小分子策略用于无血清肌肉干细胞扩增

在无动物条件下生长肉类

想象一块多汁的牛排，但它并非来自被屠宰的牛。培养肉旨在把真实的动物肌肉细胞在钢制罐中而非农场上增长，这有望大幅减少土地使用、排放和动物痛苦。但一个主要障碍是如何为这些细胞提供既经济、稳定又不含动物血清制品的营养。该研究提出了一种新配方，仅使用两种精心选择的小分子，帮助幼年牛肌肉细胞在完全无血清的培养液中强劲增殖，使培养牛肉更接近大规模现实。

为何替代血清很重要

目前，大多数用于研究或食品原型的动物细胞都在含胎牛血清的培养液中生长，该成分来自未出生小牛的血液。血清功能强大但问题多：成本高、批次间差异大、可能携带病原体，并引发严重伦理争议。研究人员已经开始构建用精确定义成分替代血清的无血清培养基，但这些配方通常仍然昂贵，且尚未达到血清在推动快速、长期细胞生长方面的效果。要让培养肉与传统牛肉竞争，科学家需要更简单、更便宜的方式在不牺牲向成熟肌纤维分化能力的前提下维持肌肉干细胞的分裂。

使用微小助剂的明智捷径

在这项工作中，团队聚焦于牛源肌肉干细胞——既能自我更新又能形成新肌肉的构建单元。他们以已有的无血清基础培养基为起点，筛选了24种已知影响细胞生长、分裂或分化的小分子。经过短期和多代传代测试，脱颖而出的是福斯科林，这是一种来自植物的化合物，可提升细胞内一种叫cAMP的信号分子。在经过精确调整的低剂量下，福斯科林使细胞保持典型的圆润干细胞形态，增加了标志肌肉特性的肌生成基因活性，并且重要的是，在多次培养轮次中使细胞分裂更快。研究者将这种添加福斯科林的培养基命名为“Beefy‑F”。在六次传代中，Beefy‑F产生的细胞数量几乎是原始无血清配方的两倍，并达到了与传统含血清培养相当的产量，同时保留了细胞融合成类肌纤维的能力。

加入第二种促进剂以实现更快生长

在确定了有前景的基础配方后，研究人员进一步探问是否有其他化合物能与福斯科林协同，进一步推动生长。他们测试了多种抑制通常会减慢或引导细胞行为的信号通路的抑制剂，包括两种阻断应激响应通路p38 MAPK的抑制剂。其中一种SB202190成为最佳搭档。当以1微摩尔加入Beefy‑F形成“Beefy‑F + S”培养基时，牛肌肉干细胞的扩增速率远高于其他配方。三次传代后，Beefy‑F + S比原始无血清对照多产生约60%的细胞，比单独使用福斯科林或单独使用p38抑制剂各多约30%。细胞保持健康且紧凑，呈现更高水平的PAX7（一种干性标志物），并且在几种不同的无血清分化条件下仍能形成丰富且组织良好的肌纤维。

窥探细胞内部发生的变化

为了解细胞内部发生了什么，团队比较了五种培养条件下的基因表达：标准含血清、基础无血清培养基、单用福斯科林、单用p38抑制以及联合的Beefy‑F + S。全基因组RNA测序显示，无血清培养基，尤其是含福斯科林的配方，保留了定义肌肉身份的基因的强表达。与此同时，p38抑制剂显著增强了与细胞周期相关的基因，帮助细胞更容易通过分裂过程。在Beefy‑F + S中，这两种效应结合在一起：肌肉身份基因维持在高水平，而细胞分裂程序被上调。细胞还通过下调若干胶原基因并上调有助于分解过量基质的因子来重塑其周围环境，提示它们正在创造一个更灵活的微环境，更有利于持续生长。

这对未来培养肉意味着什么

通俗地说，这项研究表明一种由两种成分组成的简单策略可以在很大程度上替代用于培养牛肌肉干细胞的动物血清。福斯科林使细胞“记住”自己是肌肉前体细胞，而p38抑制剂则鼓励它们快速增殖并调整与周围环境的相互作用。由此得到的Beefy‑F + S培养基相对便于制备，较先前的无血清方案提高了超过一倍半的细胞产量，并保持了细胞形成肌肉组织的能力——这是将其转化为可食用肉类的关键属性。尽管仍需进一步工作以替换为完全食品级的成分并测试更多动物供体，这一小分子方法为放大无血清细胞生长提供了切实可行的蓝图，使培养牛肉更接近超市货架。

引用: Lu, H., Liu, Z., Liu, X. et al. A small molecule strategy with forskolin and p38 inhibitor for serum-free muscle stem cell expansion. npj Sci Food 10, 81 (2026). https://doi.org/10.1038/s41538-026-00732-8

关键词: 培养肉, 无血清培养基, 肌肉干细胞, 福斯科林, p38 抑制剂