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(bào)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(jié)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(diǎn)。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(jìn)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(diǎn)和2個啟動子。轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)Ⅰ存在于不翻譯的外顯子Ⅰ上,而轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)Ⅱ和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)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(diǎn)ATG上游60和49bp處。在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)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(diǎn),在翻譯起始位點(diǎn)上游174bp處的5′-ACA-3′的胞嘧啶處。對5′端-597bp-+124bp之間的序列進(jìn)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(diǎn),主要調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶基因的表達(dá)(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(dǎo)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(yán)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(jié)果,機(jī)體通過協(xié)調(diào)控制有關(guān)脂肪合成和分解的酶的活性和基因表達(dá)來調(diào)節(jié)體脂的沉積。圖1為動物機(jī)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(yīng)合成的內(nèi)源性脂肪酸。其具體過程為,基礎(chǔ)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(guān)鍵酶,當(dāng)FAS酶活力高時(shí),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(jié)果發(fā)現(xiàn),在肥胖動物的脂肪組織中FAS的表達(dá)增加(Roncari,1990),且FAS表達(dá)水平的升高能夠顯著增加甘油三酯在體內(nèi)的沉積而導(dǎo)致肥胖(Semenknvich等,1997)。然而,當(dāng)FAS酶活力低時(shí),丙二酰CoA不能及時(shí)的被催化生成脂肪酸,而是在細(xì)胞內(nèi)堆積,進(jìn)而作用于下丘腦,對食物的攝入量進(jìn)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(dǎo)致丙二酰CoA濃度的升高,從而達(dá)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(dá)的影響Mildner等(1991)研究結(jié)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(dá)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(dá)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(jié)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(dá)量顯著降低(Stuart等,2003)。同樣的研究結(jié)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(dá)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(jié)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(shí)的相對表達(dá)水平逐漸降低,且在高蛋白質(zhì)水平下,FAS基因的相對表達(dá)顯著降低;但高蛋白質(zhì)水平卻顯著促進(jìn)30kg時(shí)FAS基因的表達(dá)。而張繼杰研究結(jié)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(dá)量。劉景云等(2008)對綿羊的研究結(jié)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(dá),隨著日糧蛋白質(zhì)水平的升高FASmRNA表達(dá)量降低,且表達(dá)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(jié)論。童輝等(2008)研究結(jié)果表明,基礎(chǔ)日糧中添加玉米蛋白質(zhì)多肽可以促進(jìn)豁鵝肝臟中FAS基因的表達(dá)。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(dá)量增加,即60日齡鵝肝臟中FAS基因的表達(dá)量均明顯高于30日齡。White等(1994)對大鼠的研究結(jié)果顯示,低蛋白質(zhì)日糧增加FAS降低基因表達(dá),使大鼠體脂肪沉積增加。3.2脂肪與糖代謝fas基因表達(dá)量Clarke(1990)在老鼠上進(jìn)行了試驗(yàn),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(jié)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(dá)和酶的活性。同樣的研究結(jié)果顯示,當(dāng)給禁食后的成年鼠飼喂含高糖低脂肪的飼料時(shí),FAS基因的表達(dá)就增強(qiáng),且相應(yīng)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(jié)論。Lisa等(2008)研究結(jié)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(dá)量與其脂肪的合成正相關(guān)。Foufelle等(1995)研究結(jié)果表明,葡萄糖和胰島素能顯著提高脂肪細(xì)胞培養(yǎng)液中FAS和ACCmRNA的含量;單獨(dú)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(dú)添加胰島素則沒有效果。Doiron等(1996)的試驗(yàn)結(jié)果也表明,6-磷酸葡萄糖可能是調(diào)節(jié)FAS等基因表達(dá)的直接誘導(dǎo)因子。Semenkovich等(1993)在培養(yǎng)人的HepG2細(xì)胞時(shí)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(dá)的。Hasegawa等(1999)發(fā)現(xiàn)一種DNA結(jié)合蛋白——葡萄糖應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(GRTBP),它可與FAS基因的胰島素應(yīng)答元件(IRF)結(jié)合,從而誘導(dǎo)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(shí),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(jìn)行調(diào)控的。而Thompson等(1991)研究結(jié)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(dá)的調(diào)控機(jī)制,認(rèn)為是FAS基因的5′端側(cè)翼存在一段碳水化合物代謝中間物的靶位序列,當(dāng)碳水化合物與之結(jié)合時(shí),就會增強(qiáng)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(jié)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(dá),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(guān)。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(dá)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(jié)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(jié)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(dú)特的作用(Clarke等,1990)。Smith等(1996)研究結(jié)果表明,當(dāng)?shù)谝粋€雙鍵位于n-3時(shí),對FAS的抑制作用比n-6強(qiáng),第一個雙鍵位于n-9時(shí)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(shè)計(jì)的日糧喂養(yǎng)肉仔雞,結(jié)果表明富含PUFA的魚油相對其它脂肪源對此3種基因表達(dá)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(dá)水平產(chǎn)生影響。劉作華等(2009)在豬上進(jìn)行了試驗(yàn),考察不同能量組日糧對豬脂肪酸合成酶活性及表達(dá)水平的影響。結(jié)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(dá)量顯著提高。王靜等(2008)對烏金豬的研究結(jié)果顯示,在60kg體重時(shí),烏金豬脂肪組織中FAS基因mRNA表達(dá)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(shí),FAS基因mRNA的表達(dá)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(dá)的調(diào)控Wilson等(1997)給鼠飼喂含有不同濃度銅的日糧,結(jié)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(dá);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(dá)。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(dá)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(jié)果發(fā)現(xiàn)FAS的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)水平明顯下降,這也證實(shí)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(jié)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(guān)試驗(yàn)得到了類似的結(jié)論。胰島素能刺激FAS基因在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控表達(dá)。Paulauskis等(1989)的研究結(jié)果顯示,給糖尿病模型大鼠注射胰島素,1h后肝細(xì)胞FASmRNA豐度增加2倍,6h增加到19倍并達(dá)到峰值。Yin等(1995)在3T3-F442A細(xì)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(jìn)行的試驗(yàn),結(jié)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