脂肪酸合成酶对脂肪合成、代谢的调控

脂肪酸合成酶对脂肪合成、代谢的调控

watil等人（1957年）首次提取了动物肝脏中的脂肪酸合成酶系，并提出了脂肪酸合成酶（fas）的概念。近年来,大量的研究报道了对人和动物体脂沉积的候选基因,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)、乙酰辅酶A羧化酶基因(ACC)、脂肪酸结合蛋白基因(FABP)等。而脂肪酸合成酶基因(FAS)是控制长链脂肪酸合成的一个非常重要的基因,且随着脂肪酸合成酶基因(FAS)与肿瘤研究的不断深入,目前对脂肪酸合成酶基因(FAS)的研究已经成为热点。动物体脂沉积所需要的脂肪酸大多来自脂肪酸的从头合成(Denovofattyacidsynthesis),即由脂肪酸合成酶催化乙酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A合成脂肪酸,进而合成甘油三酯(颜新春等,2002;Clay等,1997;Stuart等,2003)。1鸡fas基因的结构及序列分析目前,已经对人和一些哺乳动物的脂肪酸合成酶基因成功的进行了克隆和测序。脊椎动物基因的典型特征是5′端都有1个不翻译的外显子Ⅰ,内含子Ⅰ把不翻译的外显子Ⅰ与5′端第1个编码的外显子Ⅱ分开(周国利等,2008)。人的FAS基因位于17q25(Munoz等,2003)。由7512个核苷酸编码2504个氨基酸,两条270ku肽链组成的二聚体。5′端6kb有3个外显子、3个内含子、3个转录起始点和2个启动子。转录起始位点Ⅰ存在于不翻译的外显子Ⅰ上,而转录起始位点Ⅱ和转录起始位点Ⅲ定位在内含子Ⅰ上,分别在+1602和+1613bp处,分别在翻译起始点ATG上游60和49bp处。在转录起始点Ⅰ的上游,带有可识别的TATA框和CAAT框(Matthew等,1996)。鸡FAS基因位于18号染色体上,牛FAS基因定位在染色体19q22上(Roy等,2001)。Kameda等(1991)发现鹅的脂肪酸合成酶基因全序列长度约有50kb,在5′端15kb的核苷酸序列中有7个外显子,但只有1个转录起始位点,在翻译起始位点上游174bp处的5′-ACA-3′的胞嘧啶处。对5′端-597bp-+124bp之间的序列进行分析,发现在-28bp和-60bp处有TATA框和CAA框。而鼠的脂肪酸合成酶较短,序列为16kb,含有42个内含子和43个外显子,5′端区域具有一个激素调控位点,主要调节脂肪酸合成酶基因的表达(Christophsr等,1992)。2动物体内脂肪酸的代谢脂肪酸可分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、反式脂肪酸等,不同类型的脂肪酸有着不同的作用,因此,脂肪酸的组成及比例不同会导致其生理功能出现极大的差异。在动物体内脂肪酸通过酯化作用能够形成脂肪,人类食用的动物油脂中90%以上的成分是脂肪酸(严有兵,1999),动物体内脂肪的沉积是受脂肪合成和分解共同作用的结果,机体通过协调控制有关脂肪合成和分解的酶的活性和基因表达来调节体脂的沉积。图1为动物机体内能量的代谢及脂肪酸沉积的过程,动物体获得脂肪酸主要有两种途径,分别是从饮食中摄入的外源性脂肪酸和通过一系列酶促反应合成的内源性脂肪酸。其具体过程为,基础物质在乙酰CoA合成酶(ACS)催化下合成乙酰CoA,然后在乙酰CoA羧纯酶(ACC)催化下形成丙二酸单酰CoA,再由还原型烟酰氨腺嘌呤二核核、苷酸磷酸(NADPH)生成酶提供氢,脂肪酸合成酶(FAS)催化合成长链脂肪酸(longchainfattyacids,LCFA)。在此过程中,脂肪酸合成酶是脂肪酸合成的关键酶,当FAS酶活力高时,丙二酰CoA源源不断的被催化成脂肪酸,动物体内多余的脂肪酸能够通过酯化作用形成脂肪,增加了脂肪在动物体内的沉积。已有研究结果发现,在肥胖动物的脂肪组织中FAS的表达增加(Roncari,1990),且FAS表达水平的升高能够显著增加甘油三酯在体内的沉积而导致肥胖(Semenknvich等,1997)。然而,当FAS酶活力低时,丙二酰CoA不能及时的被催化生成脂肪酸,而是在细胞内堆积,进而作用于下丘脑,对食物的摄入量进行控制。由此可见,抑制FAS的活性,既可以阻滞生脂通道,减少脂肪的合成,又可以导致丙二酰CoA浓度的升高,从而达到降低食欲的目的。3每日食品对脂肪酸合成酶水平的调节3.1日粮对脂肪组织fas基因表达的影响Mildner等(1991)研究结果显示,随着日粮中蛋白质含量增加,猪脂肪组织中FASmRNA表达量降低,饲喂低蛋白质日粮组猪脂肪组织中FASmRNA的基因表达量是高蛋白质日粮组的2倍,而对猪肝脏FASmRNA的丰度无影响。Milder等研究结果发现,日粮蛋白质水平对肝脏mRNA的丰度无影响,但对脂肪组织中FASmRNA的丰度有显著的调控,随着日粮蛋白质水平的增加脂肪组织中FASmRNA的表达量显著降低(Stuart等,2003)。同样的研究结果显示,饲喂高蛋白质日粮可降低脂肪组织FAS的mRNA的表达量,但不影响肝脏组织FASmRNA的数量,有利于体脂肪的沉积减少(Clarke等,1990,1992)。王静等(2008)对乌金猪的研究结果显示,随着日粮中蛋白质水平的升高,乌金猪脂肪组织中FAS基因分别在60和100kg屠宰时的相对表达水平逐渐降低,且在高蛋白质水平下,FAS基因的相对表达显著降低;但高蛋白质水平却显著促进30kg时FAS基因的表达。而张继杰研究结果发现,高蛋白质日粮极显著降低仔猪肝脏中FAS的活力,极显著降低肝脏和脂肪组织中乙酰辅酶A羧化酶(ACC)蛋白质水平及其mRNA的相对表达量。刘景云等(2008)对绵羊的研究结果显示,日粮的蛋白质水平影响绵羊腹部皮下脂肪、肠系膜脂肪和半腱肌肌内脂肪FAS基因mRNA的表达,随着日粮蛋白质水平的升高FASmRNA表达量降低,且表达具有组织特异性;中蛋白质组与低蛋白质组的绵羊腹部皮下脂肪、肠系膜脂肪中FASmRNA丰度差异不显著;而高蛋白质组显著低于中蛋白质组和低蛋白质组。高蛋白质组半腱肌肌内脂肪中FASmRNA极显著低于低蛋白质组。张英杰(2010)也得到类似的结论。童辉等(2008)研究结果表明,基础日粮中添加玉米蛋白质多肽可以促进豁鹅肝脏中FAS基因的表达。各个日粮组均出现随着日龄的增加肝脏中FAS基因的表达量增加,即60日龄鹅肝脏中FAS基因的表达量均明显高于30日龄。White等(1994)对大鼠的研究结果显示,低蛋白质日粮增加FAS降低基因表达,使大鼠体脂肪沉积增加。3.2脂肪与糖代谢fas基因表达量Clarke(1990)在老鼠上进行了试验,老鼠禁食24h后,饲喂高碳水化合物日粮,测定肝脏中FASmRNA丰度,结果发现禁食后喂高碳水化合物日粮24h,肝脏中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达和酶的活性。同样的研究结果显示,当给禁食后的成年鼠饲喂含高糖低脂肪的饲料时,FAS基因的表达就增强,且相应的mRNA含量的增加幅度与碳水化合物的摄入量也成正比(Coupé等,1990)。Kim等(1996)也得到了类似的结论。Lisa等(2008)研究结果表明,与对照组相比,低脂高糖的饮食使人体肝脏中脂肪的合成增加4倍,脂肪组织中脂肪的合成增加1.3倍,肝脏中FASmRNA的表达量与其脂肪的合成正相关。Foufelle等(1995)研究结果表明,葡萄糖和胰岛素能显著提高脂肪细胞培养液中FAS和ACCmRNA的含量;单独添加葡萄糖能提高FAS和ACCmRNA的含量,并在一定范围内与剂量成正比,而单独添加胰岛素则没有效果。Doiron等(1996)的试验结果也表明,6-磷酸葡萄糖可能是调节FAS等基因表达的直接诱导因子。Semenkovich等(1993)在培养人的HepG2细胞时发现,生理浓度的D-葡萄糖增加FASmRNA丰度2.7～5.4倍,原因是D-葡萄糖提高FASmRNA的稳定性,而不是在FAS基因转录水平调节它的表达的。Hasegawa等(1999)发现一种DNA结合蛋白——葡萄糖应答元件结合蛋白(GRTBP),它可与FAS基因的胰岛素应答元件(IRF)结合,从而诱导肝脏FAS基因的转录。高碳水化合物能使GRTBP蛋白的含量增加,而在饥饿、饲喂高脂日粮和高蛋白质日粮时,GRTBP蛋白的含量降低。由此可以推测出碳水化合物也许是通过调节GRTBP蛋白的含量,从而在转录水平上对FASmRNA的丰度进行调控的。而Thompson等(1991)研究结果显示,高碳水化合物日粮可以增加肝脏FAS的合成,但这似乎需要胰岛素和肾上腺糖皮质激素的协同作用。至于碳水化合物对FAS基因表达的调控机制,认为是FAS基因的5′端侧翼存在一段碳水化合物代谢中间物的靶位序列,当碳水化合物与之结合时,就会增强FAS基因的转录。3.3红花油对大鼠肝胰腺及脂肪酸的影响大量研究结果表明,日粮脂肪酸可以调控多种基因在脂肪组织中的表达,日粮中脂肪酸对FAS基因转录的调控能力与脂肪酸的碳链长度、双键位置和双键的数量有关。Blarke等(1990)研究了多不饱和脂肪酸(鱼油)和饱和脂肪酸对大鼠肝脏中FAS基因表达的影响,大鼠饲喂鱼油,显著降低肝脏中FASmRNA的丰度。Flick等(1997)用含60%亚油酸的日粮饲喂大鼠,肝脏中脂肪酸合成酶的活性显著下降。Toussant等(1981)分别用无脂肪、含5%红花油(含n-6族PUFA)、牛脂和C16:0的日粮饲喂大鼠,结果发现添加红花油显著降低了大鼠体脂的合成和脂肪酸合成酶的活性。Clarke等(1990)用饱和脂肪酸(软脂肪酸)、单不饱和脂肪酸(三酸甘油酯,n-9)、双不饱和脂肪酸(红花油,n-6)和多不饱和脂肪酸(鱼油,n-3)喂大鼠,结果发现日粮中多不饱和脂肪酸显著降低肝脏中的FASmRNA水平,鱼油比红花油更有效,而软脂酸甘油酯和三油酸甘油酯对FASmRNA无影响。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸比十八碳二烯酸对FAS活性的抑制有效,且脂肪酸链上的双键,特别是从甲基末端起的第一个双键的位置,对FAS活性的影响具有独特的作用(Clarke等,1990)。Smith等(1996)研究结果表明,当第一个双键位于n-3时,对FAS的抑制作用比n-6强,第一个双键位于n-9时与饱和脂肪酸相似,对酶的活性基本无影响,n-3脂肪酸对FAS基因转录的抑制比n-6脂肪酸有效。它们的抑制率不仅取决于n-3和n-6的量,也取决于不饱和脂肪酸在日粮中添加的量。段铭等(2003)用牛油、豆油、鱼油3种脂肪酸组成不同的脂肪源设计的日粮喂养肉仔鸡,结果表明富含PUFA的鱼油相对其它脂肪源对此3种基因表达的抑制作用最为明显。此外,能量水平也会对脂肪酸合成酶活性及基因表达水平产生影响。刘作华等(2009)在猪上进行了试验,考察不同能量组日粮对猪脂肪酸合成酶活性及表达水平的影响。结果表明,与低能量组相比,中能量组和高能量组的脂肪组织、肝脏组织和肌肉组织的FAS活性及mRNA表达量显著提高。王静等(2008)对乌金猪的研究结果显示,在60kg体重时,乌金猪脂肪组织中FAS基因mRNA表达水平随着日粮中能量水平的升高而升高;但在30和100kg体重时,FAS基因mRNA的表达随日粮能量的升高而降低。3.4胰岛素和糖激素对fas基因表达的调控Wilson等(1997)给鼠饲喂含有不同浓度铜的日粮,结果显示,饲喂低浓度铜日粮的鼠显著增加脂肪酸合成酶mRNA表达;脂肪酸合成酶酶活性增加2倍,这表明铜缺乏可以在转录水平上调节脂肪酸合成酶基因的表达。王建枫等(2008)在日粮中添加不同浓度的锌,考察其对大鼠肝脏脂肪酸代谢的影响,发现脂肪酸合成酶基因mRNA表达水平显著降低(段铭,2003)。黄其春等(2007)在日粮中添加吡啶羧酸铬后,结果发现FAS的转录和表达水平明显下降,这也证实了铬可以降低动物体脂肪的沉积,对脂肪酸合成酶基因的调控产生作用。Donkin等(1996)分别给在60～90kg猪用重组生长激素处理7、14d,结果发现脂肪组织中FASmRNA的丰度分别降低了80%和85%,这表明生长激素明显抑制FASmRNA的丰度,Mildner等(1991)、Harris等(1993)、Yin等(1998)也通过相关试验得到了类似的结论。胰岛素能刺激FAS基因在转录水平上的调控表达。Paulauskis等(1989)的研究结果显示,给糖尿病模型大鼠注射胰岛素,1h后肝细胞FASmRNA丰度增加2倍,6h增加到19倍并达到峰值。Yin等(1995)在3T3-F442A细胞中加10ng/mL的胰岛素培养48h,FASmRNA的丰度增加7倍。张艳芳等(2007)在猪上进行的试验,结果表明在同一葡萄糖(胰岛素)浓度下,随着胰岛素(葡萄糖)浓度的降低,HSL的mRNA含量升高,而LPL、ACC、FAS的mRNA含量降低。Stapleton等(1990