肌生长抑制素（Myostatin; MSTN）是TGF-β家族成员，也称为生长分化因子8（GDF8），是一种有效的骨骼肌发育抑制剂。McPherron等人于1997年首次发现GDF-8，在胚胎发生的早期阶段，GDF-8仅在发育中的骨骼肌中表达。靶向突变型GDF-8导致小鼠骨骼肌质量大量而广泛地增加，突变动物的肌肉质量比野生型动物重2-3倍。这表明GDF-8是骨骼肌生长的负调节因子[1-2]。
近岸蛋白提供经过活性验证的高质量GDF-8、Latent GDF-8以及GDF-8报告基因细胞株，适用于动物免疫、抗体筛选、功能评估和质量控制等不同环节的需求。
GDF-8在体内以前体形式合成，被furin蛋白酶裂解生成N端前肽和二硫连接的C端二聚体。在蛋白水解处理后，前肽仍与GDF-8保持非共价结合。各种体外和体内研究表明，前肽使GDF-8处于不活跃的潜伏状态。具体来说，纯化的前肽在体外报告基因和受体结合试验中都能够阻断GDF-8活性，并且骨骼肌中转基因前肽的过表达被证明在肌肉质量增加方面表现出GDF-8功能丧失突变的表型[3-4]。此外，GDF-8已被证明以无活性形式在血液中循环，使用针对GDF-8的单克隆抗体从血液中亲和纯化GDF-8复合物，鉴定出该前肽是体内主要的GDF-8结合蛋白；事实上，根据这些制剂中GDF-8和前肽的相对摩尔量，估计大部分循环GDF-8与其前肽以复合物形式存在。GDF-8是如何从这个潜伏复合体中被激活的，早期研究表明，可以通过酸或热的处理人工激活潜伏的GDF-8。随后的研究表明，潜伏的GDF-8也可以通过金属蛋白酶BMP-1/ tolloid家族成员对前肽的蛋白水解裂解而激活。该蛋白酶家族的所有四个成员，BMP-1, TLD, TLL-1和TLL-2，都能够在紧邻N端的位点切割前肽，从而引起潜在复合物的分离和激活[5]。
图1. Active GDF-8/MSTN形成过程[5]
激活的GDF-8与激活素II型受体ActRIIA和ActRIIB结合，并在激活素样激酶(ALK) 4/5的参与下，随后导致下游Smad2/3复合物的磷酸化，进而招募Smad4。同时，磷酸化的Smad2/3也抑制AKT的激活，促进FOXO的去磷酸化。Smad复合体和去磷酸化的FOXO可进入细胞核，作为转录因子调控MuRF1和Atrogin1肌萎缩相关蛋白的表达。MuRF1和Atrogin1可以促进肌肉蛋白泛素化，从而通过蛋白酶体途径加速它们的降解，最终抑制肌肉生长[1]。
图2. GDF-8/MSTN信号通路[1]
IGF-1、FOXO1和NF促进GDF-8的表达和分泌，GDF-8循环到不同组织并与细胞上的ActRIIA/B受体结合。在脂肪组织中，GDF-8抑制脂肪酸氧化和棕色脂肪组织形成，从而促进肥胖和高脂血症。在肝脏中，GDF-8抑制肝脏葡萄糖摄取，降低胰岛素敏感性，从而增加血糖水平和胰岛素抵抗。在肌肉中，GDF-8加速肌肉消耗，降低运动能力，导致肌肉萎缩。
图3. GDF-8/MSTN在不同组织中的作用[1]
由于GDF-8在不同组织中的作用不同，目前靶向GDF-8的药物有单克隆抗体药物、融合蛋白、腺相关病毒载体基因疗法和抗体-siRNA偶联物，主要用于治疗肌肉萎缩、肌营养不良以及肥胖等疾病。
表1. 部分靶向GDF-8/MSTN药物研发进展（来源于：药渡数据库）
部分数据展示
GDF-8经过细胞和ELISA活性验证
Measured by its ability to induce hemoglobin expression in K562 human chronic myelogenous leukemia cells. The ED50 for this effect is 74 ng/ml.
Immobilized Recombinant Human ACVR2B (C-Fc-6His)(Cat#CX58) at 2μg/ml (100 μl/well) can bind Recombinant Human/Mouse/Rat GDF-8 V2 (Cat#C46R)*. *: Biotinylated by NHS-biotin prior to testing. The ED50 of Recombinant Human/Mouse/Rat GDF-8 V2 (Cat#C46R) is 8.54ng/ml.
Latent GDF-8经过BLI亲和力验证
Loaded Recombinant anti-Latent GDF8 mAb on Pro-A Biosensor, can bind Recombinant Human Latent GDF-8 (N-8His-Flag) (Cat#C43S) with an affinity constant of 11 nM as determined in BLI assay.
Loaded Human GDF-8 Antibody (Apitegromab, Research Grade) (Cat#NC342) on Pro-A Biosensor, can bind Recombinant Mouse Latent GDF-8 (N-6His) (Cat#C45S) with an affinity constant of 16.9 nM as determined in BLI assay.
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参考文献
[1]Yang M, Liu C, Jiang N, Liu Y, Luo S, Li C, Zhao H, Han Y, Chen W, Li L, Xiao L, Sun L. Myostatin: a potential therapeutic target for metabolic syndrome. Front Endocrinol (Lausanne). 2023 May 23;14:1181913. doi: 10.3389/fendo.2023.1181913.
[2]McPherron AC, Lawler AM, Lee SJ. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. NATURE (1997) 387:83–90. doi: 10.1038/387083a0
[3]Lee SJ, McPherron AC. Regulation of myostatin activity and muscle growth. Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98(16):9306–9311.
[4]Thies RS, et al. GDF-8 propeptide binds to GDF-8 and antagonizes biological activity by inhibiting GDF-8 receptor binding. Growth Factors. 2001;18(4):251–259.
[5]Lee SJ. Targeting the myostatin signaling pathway to treat muscle loss and metabolic dysfunction. J Clin Invest. 2021 May 3;131(9):e148372. doi: 10.1172/JCI148372.