脂肪酸合成酶對脂肪合成、代謝的調(diào)控

脂肪酸合成酶對脂肪合成、代謝的調(diào)控

watil等人（1957年）首次提取了動物肝臟中的脂肪酸合成酶系，并提出了脂肪酸合成酶（fas）的概念。近年來,大量的研究報道了對人和動物體脂沉積的候選基因,包括脂肪酸合成酶基因(FAS)、激素敏感酯酶基因(HSL)、脂蛋白酶基因(LPL)、乙酰輔酶A羧化酶基因(ACC)、脂肪酸結合蛋白基因(FABP)等。而脂肪酸合成酶基因(FAS)是控制長鏈脂肪酸合成的一個非常重要的基因,且隨著脂肪酸合成酶基因(FAS)與腫瘤研究的不斷深入,目前對脂肪酸合成酶基因(FAS)的研究已經(jīng)成為熱點。動物體脂沉積所需要的脂肪酸大多來自脂肪酸的從頭合成(Denovofattyacidsynthesis),即由脂肪酸合成酶催化乙酰輔酶A和丙二酸單酰輔酶A合成脂肪酸,進而合成甘油三酯(顏新春等,2002;Clay等,1997;Stuart等,2003)。1雞fas基因的結構及序列分析目前,已經(jīng)對人和一些哺乳動物的脂肪酸合成酶基因成功的進行了克隆和測序。脊椎動物基因的典型特征是5′端都有1個不翻譯的外顯子Ⅰ,內(nèi)含子Ⅰ把不翻譯的外顯子Ⅰ與5′端第1個編碼的外顯子Ⅱ分開(周國利等,2008)。人的FAS基因位于17q25(Munoz等,2003)。由7512個核苷酸編碼2504個氨基酸,兩條270ku肽鏈組成的二聚體。5′端6kb有3個外顯子、3個內(nèi)含子、3個轉(zhuǎn)錄起始點和2個啟動子。轉(zhuǎn)錄起始位點Ⅰ存在于不翻譯的外顯子Ⅰ上,而轉(zhuǎn)錄起始位點Ⅱ和轉(zhuǎn)錄起始位點Ⅲ定位在內(nèi)含子Ⅰ上,分別在+1602和+1613bp處,分別在翻譯起始點ATG上游60和49bp處。在轉(zhuǎn)錄起始點Ⅰ的上游,帶有可識別的TATA框和CAAT框(Matthew等,1996)。雞FAS基因位于18號染色體上,牛FAS基因定位在染色體19q22上(Roy等,2001)。Kameda等(1991)發(fā)現(xiàn)鵝的脂肪酸合成酶基因全序列長度約有50kb,在5′端15kb的核苷酸序列中有7個外顯子,但只有1個轉(zhuǎn)錄起始位點,在翻譯起始位點上游174bp處的5′-ACA-3′的胞嘧啶處。對5′端-597bp-+124bp之間的序列進行分析,發(fā)現(xiàn)在-28bp和-60bp處有TATA框和CAA框。而鼠的脂肪酸合成酶較短,序列為16kb,含有42個內(nèi)含子和43個外顯子,5′端區(qū)域具有一個激素調(diào)控位點,主要調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶基因的表達(Christophsr等,1992)。2動物體內(nèi)脂肪酸的代謝脂肪酸可分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、反式脂肪酸等,不同類型的脂肪酸有著不同的作用,因此,脂肪酸的組成及比例不同會導致其生理功能出現(xiàn)極大的差異。在動物體內(nèi)脂肪酸通過酯化作用能夠形成脂肪,人類食用的動物油脂中90%以上的成分是脂肪酸(嚴有兵,1999),動物體內(nèi)脂肪的沉積是受脂肪合成和分解共同作用的結果,機體通過協(xié)調(diào)控制有關脂肪合成和分解的酶的活性和基因表達來調(diào)節(jié)體脂的沉積。圖1為動物機體內(nèi)能量的代謝及脂肪酸沉積的過程,動物體獲得脂肪酸主要有兩種途徑,分別是從飲食中攝入的外源性脂肪酸和通過一系列酶促反應合成的內(nèi)源性脂肪酸。其具體過程為,基礎物質(zhì)在乙酰CoA合成酶(ACS)催化下合成乙酰CoA,然后在乙酰CoA羧純酶(ACC)催化下形成丙二酸單酰CoA,再由還原型煙酰氨腺嘌呤二核核、苷酸磷酸(NADPH)生成酶提供氫,脂肪酸合成酶(FAS)催化合成長鏈脂肪酸(longchainfattyacids,LCFA)。在此過程中,脂肪酸合成酶是脂肪酸合成的關鍵酶,當FAS酶活力高時,丙二酰CoA源源不斷的被催化成脂肪酸,動物體內(nèi)多余的脂肪酸能夠通過酯化作用形成脂肪,增加了脂肪在動物體內(nèi)的沉積。已有研究結果發(fā)現(xiàn),在肥胖動物的脂肪組織中FAS的表達增加(Roncari,1990),且FAS表達水平的升高能夠顯著增加甘油三酯在體內(nèi)的沉積而導致肥胖(Semenknvich等,1997)。然而,當FAS酶活力低時,丙二酰CoA不能及時的被催化生成脂肪酸,而是在細胞內(nèi)堆積,進而作用于下丘腦,對食物的攝入量進行控制。由此可見,抑制FAS的活性,既可以阻滯生脂通道,減少脂肪的合成,又可以導致丙二酰CoA濃度的升高,從而達到降低食欲的目的。3每日食品對脂肪酸合成酶水平的調(diào)節(jié)3.1日糧對脂肪組織fas基因表達的影響Mildner等(1991)研究結果顯示,隨著日糧中蛋白質(zhì)含量增加,豬脂肪組織中FASmRNA表達量降低,飼喂低蛋白質(zhì)日糧組豬脂肪組織中FASmRNA的基因表達量是高蛋白質(zhì)日糧組的2倍,而對豬肝臟FASmRNA的豐度無影響。Milder等研究結果發(fā)現(xiàn),日糧蛋白質(zhì)水平對肝臟mRNA的豐度無影響,但對脂肪組織中FASmRNA的豐度有顯著的調(diào)控,隨著日糧蛋白質(zhì)水平的增加脂肪組織中FASmRNA的表達量顯著降低(Stuart等,2003)。同樣的研究結果顯示,飼喂高蛋白質(zhì)日糧可降低脂肪組織FAS的mRNA的表達量,但不影響肝臟組織FASmRNA的數(shù)量,有利于體脂肪的沉積減少(Clarke等,1990,1992)。王靜等(2008)對烏金豬的研究結果顯示,隨著日糧中蛋白質(zhì)水平的升高,烏金豬脂肪組織中FAS基因分別在60和100kg屠宰時的相對表達水平逐漸降低,且在高蛋白質(zhì)水平下,FAS基因的相對表達顯著降低;但高蛋白質(zhì)水平卻顯著促進30kg時FAS基因的表達。而張繼杰研究結果發(fā)現(xiàn),高蛋白質(zhì)日糧極顯著降低仔豬肝臟中FAS的活力,極顯著降低肝臟和脂肪組織中乙酰輔酶A羧化酶(ACC)蛋白質(zhì)水平及其mRNA的相對表達量。劉景云等(2008)對綿羊的研究結果顯示,日糧的蛋白質(zhì)水平影響綿羊腹部皮下脂肪、腸系膜脂肪和半腱肌肌內(nèi)脂肪FAS基因mRNA的表達,隨著日糧蛋白質(zhì)水平的升高FASmRNA表達量降低,且表達具有組織特異性;中蛋白質(zhì)組與低蛋白質(zhì)組的綿羊腹部皮下脂肪、腸系膜脂肪中FASmRNA豐度差異不顯著;而高蛋白質(zhì)組顯著低于中蛋白質(zhì)組和低蛋白質(zhì)組。高蛋白質(zhì)組半腱肌肌內(nèi)脂肪中FASmRNA極顯著低于低蛋白質(zhì)組。張英杰(2010)也得到類似的結論。童輝等(2008)研究結果表明,基礎日糧中添加玉米蛋白質(zhì)多肽可以促進豁鵝肝臟中FAS基因的表達。各個日糧組均出現(xiàn)隨著日齡的增加肝臟中FAS基因的表達量增加,即60日齡鵝肝臟中FAS基因的表達量均明顯高于30日齡。White等(1994)對大鼠的研究結果顯示,低蛋白質(zhì)日糧增加FAS降低基因表達,使大鼠體脂肪沉積增加。3.2脂肪與糖代謝fas基因表達量Clarke(1990)在老鼠上進行了試驗,老鼠禁食24h后,飼喂高碳水化合物日糧,測定肝臟中FASmRNA豐度,結果發(fā)現(xiàn)禁食后喂高碳水化合物日糧24h,肝臟中FASmRNA量接近禁食48h的100倍。高能碳水化合物能刺激脂肪酸合成酶的表達和酶的活性。同樣的研究結果顯示,當給禁食后的成年鼠飼喂含高糖低脂肪的飼料時,FAS基因的表達就增強,且相應的mRNA含量的增加幅度與碳水化合物的攝入量也成正比(Coupé等,1990)。Kim等(1996)也得到了類似的結論。Lisa等(2008)研究結果表明,與對照組相比,低脂高糖的飲食使人體肝臟中脂肪的合成增加4倍,脂肪組織中脂肪的合成增加1.3倍,肝臟中FASmRNA的表達量與其脂肪的合成正相關。Foufelle等(1995)研究結果表明,葡萄糖和胰島素能顯著提高脂肪細胞培養(yǎng)液中FAS和ACCmRNA的含量;單獨添加葡萄糖能提高FAS和ACCmRNA的含量,并在一定范圍內(nèi)與劑量成正比,而單獨添加胰島素則沒有效果。Doiron等(1996)的試驗結果也表明,6-磷酸葡萄糖可能是調(diào)節(jié)FAS等基因表達的直接誘導因子。Semenkovich等(1993)在培養(yǎng)人的HepG2細胞時發(fā)現(xiàn),生理濃度的D-葡萄糖增加FASmRNA豐度2.7～5.4倍,原因是D-葡萄糖提高FASmRNA的穩(wěn)定性,而不是在FAS基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)它的表達的。Hasegawa等(1999)發(fā)現(xiàn)一種DNA結合蛋白——葡萄糖應答元件結合蛋白(GRTBP),它可與FAS基因的胰島素應答元件(IRF)結合,從而誘導肝臟FAS基因的轉(zhuǎn)錄。高碳水化合物能使GRTBP蛋白的含量增加,而在饑餓、飼喂高脂日糧和高蛋白質(zhì)日糧時,GRTBP蛋白的含量降低。由此可以推測出碳水化合物也許是通過調(diào)節(jié)GRTBP蛋白的含量,從而在轉(zhuǎn)錄水平上對FASmRNA的豐度進行調(diào)控的。而Thompson等(1991)研究結果顯示,高碳水化合物日糧可以增加肝臟FAS的合成,但這似乎需要胰島素和腎上腺糖皮質(zhì)激素的協(xié)同作用。至于碳水化合物對FAS基因表達的調(diào)控機制,認為是FAS基因的5′端側翼存在一段碳水化合物代謝中間物的靶位序列,當碳水化合物與之結合時,就會增強FAS基因的轉(zhuǎn)錄。3.3紅花油對大鼠肝胰腺及脂肪酸的影響大量研究結果表明,日糧脂肪酸可以調(diào)控多種基因在脂肪組織中的表達,日糧中脂肪酸對FAS基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控能力與脂肪酸的碳鏈長度、雙鍵位置和雙鍵的數(shù)量有關。Blarke等(1990)研究了多不飽和脂肪酸(魚油)和飽和脂肪酸對大鼠肝臟中FAS基因表達的影響,大鼠飼喂魚油,顯著降低肝臟中FASmRNA的豐度。Flick等(1997)用含60%亞油酸的日糧飼喂大鼠,肝臟中脂肪酸合成酶的活性顯著下降。Toussant等(1981)分別用無脂肪、含5%紅花油(含n-6族PUFA)、牛脂和C16:0的日糧飼喂大鼠,結果發(fā)現(xiàn)添加紅花油顯著降低了大鼠體脂的合成和脂肪酸合成酶的活性。Clarke等(1990)用飽和脂肪酸(軟脂肪酸)、單不飽和脂肪酸(三酸甘油酯,n-9)、雙不飽和脂肪酸(紅花油,n-6)和多不飽和脂肪酸(魚油,n-3)喂大鼠,結果發(fā)現(xiàn)日糧中多不飽和脂肪酸顯著降低肝臟中的FASmRNA水平,魚油比紅花油更有效,而軟脂酸甘油酯和三油酸甘油酯對FASmRNA無影響。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸比十八碳二烯酸對FAS活性的抑制有效,且脂肪酸鏈上的雙鍵,特別是從甲基末端起的第一個雙鍵的位置,對FAS活性的影響具有獨特的作用(Clarke等,1990)。Smith等(1996)研究結果表明,當?shù)谝粋€雙鍵位于n-3時,對FAS的抑制作用比n-6強,第一個雙鍵位于n-9時與飽和脂肪酸相似,對酶的活性基本無影響,n-3脂肪酸對FAS基因轉(zhuǎn)錄的抑制比n-6脂肪酸有效。它們的抑制率不僅取決于n-3和n-6的量,也取決于不飽和脂肪酸在日糧中添加的量。段銘等(2003)用牛油、豆油、魚油3種脂肪酸組成不同的脂肪源設計的日糧喂養(yǎng)肉仔雞,結果表明富含PUFA的魚油相對其它脂肪源對此3種基因表達的抑制作用最為明顯。此外,能量水平也會對脂肪酸合成酶活性及基因表達水平產(chǎn)生影響。劉作華等(2009)在豬上進行了試驗,考察不同能量組日糧對豬脂肪酸合成酶活性及表達水平的影響。結果表明,與低能量組相比,中能量組和高能量組的脂肪組織、肝臟組織和肌肉組織的FAS活性及mRNA表達量顯著提高。王靜等(2008)對烏金豬的研究結果顯示,在60kg體重時,烏金豬脂肪組織中FAS基因mRNA表達水平隨著日糧中能量水平的升高而升高;但在30和100kg體重時,FAS基因mRNA的表達隨日糧能量的升高而降低。3.4胰島素和糖激素對fas基因表達的調(diào)控Wilson等(1997)給鼠飼喂含有不同濃度銅的日糧,結果顯示,飼喂低濃度銅日糧的鼠顯著增加脂肪酸合成酶mRNA表達;脂肪酸合成酶酶活性增加2倍,這表明銅缺乏可以在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶基因的表達。王建楓等(2008)在日糧中添加不同濃度的鋅,考察其對大鼠肝臟脂肪酸代謝的影響,發(fā)現(xiàn)脂肪酸合成酶基因mRNA表達水平顯著降低(段銘,2003)。黃其春等(2007)在日糧中添加吡啶羧酸鉻后,結果發(fā)現(xiàn)FAS的轉(zhuǎn)錄和表達水平明顯下降,這也證實了鉻可以降低動物體脂肪的沉積,對脂肪酸合成酶基因的調(diào)控產(chǎn)生作用。Donkin等(1996)分別給在60～90kg豬用重組生長激素處理7、14d,結果發(fā)現(xiàn)脂肪組織中FASmRNA的豐度分別降低了80%和85%,這表明生長激素明顯抑制FASmRNA的豐度,Mildner等(1991)、Harris等(1993)、Yin等(1998)也通過相關試驗得到了類似的結論。胰島素能刺激FAS基因在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控表達。Paulauskis等(1989)的研究結果顯示,給糖尿病模型大鼠注射胰島素,1h后肝細胞FASmRNA豐度增加2倍,6h增加到19倍并達到峰值。Yin等(1995)在3T3-F442A細胞中加10ng/mL的胰島素培養(yǎng)48h,FASmRNA的豐度增加7倍。張艷芳等(2007)在豬上進行的試驗,結果表明在同一葡萄糖(胰島素)濃度下,隨著胰島素(葡萄糖)濃度的降低,HSL的mRNA含量升高,而LPL、ACC、FAS的mRNA含量降低。Stapleton等(1990