多不飽和脂肪酸對脂肪代謝酶基因表達的影響

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所 王 紅 石寶明＊

脂肪酸是機體內(nèi)的主要供能物質(zhì)和生物膜的重要組成成分。根據(jù)碳鏈長度的不同，可將脂肪酸分為短鏈、中鏈和長鏈脂肪酸。根據(jù)飽和度的不同，又可將其分為飽和脂肪酸 （saturated fatty acid，SFA）和不飽和脂肪酸 （unsaturated fatty acids，UFA），其中不飽和脂肪酸又依不飽和鍵的數(shù)量分為單不飽和脂肪酸 （monounsaturated fatty acid，MUFA）和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）。近年來很多研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸可以通過影響細胞膜信息傳遞途徑和轉(zhuǎn)錄因子（如 PPARs、SREBPl/ADDI、LXR）活化途徑參與調(diào)控一些代謝相關(guān)酶基因的表達，尤其是PUFA對脂肪代謝相關(guān)酶和蛋白基因的表達起獨特的調(diào)控作用。

1PUFA概述

1.1 PUFA的分類 多不飽和脂肪酸又叫多烯酸，是指分子結(jié)構(gòu)中含有兩個或兩個以上不飽和雙鍵，且碳原子數(shù)為16～22的直鏈脂肪酸。根據(jù)靠近第一個雙鍵的碳原子位置，可將PUFA分為n-3、n-6、n-7和n-9系列脂肪酸，但僅 n-3和n-6系列的PUFA具有重要生物學(xué)意義。n-6PUFA主要有亞油酸 （LA，linoleic acid，C18∶2）、γ-亞麻酸（GLA，gamma-linolenic acid，C18∶3）、雙高-γ-亞 麻 酸 （DHGLA，double high gamma-linolenic Acid）和花生四烯酸 （AA，arachidonic acid，C20∶4）；n-3PUFA 主要有 α-亞麻酸（ALA，α-Linolenic Acid，C18 ∶3）、 二 十 碳 五 烯 酸 （EPA，eicosapentaenoic acid，C20∶5）、二十二碳五烯酸（DPA，docospentaenoic acid，C22 ∶5）、 二 十 二 碳 六 烯 酸（DHA，docosahexaenoic acid，C22∶6）。 其中 LA 和ALA分別是n-6和n-3系列脂肪酸的前體，在體內(nèi)經(jīng)過一系列的碳鏈延長酶及脫飽和酶作用，LA轉(zhuǎn)化為n-6系列的AA，ALA則衍化為EPA和DHA。而AA和EPA又是類二十碳烷酸化合物的前體，細胞中的AA和EPA經(jīng)環(huán)加氧酶和脂氧合酶途徑代謝生成前列腺素（PGs）、白三烯（LTs）和血栓素（TXs）等類二十碳烷酸化合物，以參與機體內(nèi)許多重要的生物學(xué)代謝過程。

1.2 PUFA的主要天然來源 高等動物自身不能合成LA和ALA，必須由食物中攝取，故稱之為必需脂肪酸。在體內(nèi)EPA和DHA可由ALA合成，故不屬于必需脂肪酸，但由于ALA必須首先經(jīng)△6去飽和酶脫飽和后才能發(fā)揮其生物學(xué)作用，而△6去飽和酶的活性會因受激素、年齡、疾病等諸多因素的影響而降低，致使ALA合成EPA和 DHA 的能力下降（Bourre，1997），所以在某種意義上EPA和DHA也是必需的。

PUFA主要來源于植物油和漁產(chǎn)品中。LA主要來自于玉米油、芝麻油、葵花籽油、紅花油、月見草油、棉籽油、火麻仁油等。ALA廣泛存在于植物油中，其中以紫蘇油、亞麻籽油和亞麻油中較為豐富（50% ～70%），其次是菜籽油、海藻油、大豆油、核桃油、麥芽油、低芥酸菜子油 （7%～14%），橄欖油以及花椰菜中含量相對較少。EPA和DHA的最佳來源是魚油、魚肉、海藻類及其他深海生物。

2 PUFA對脂肪酸合成相關(guān)酶和蛋白基因表達的影響

2.1 脂肪酸合成酶 脂肪酸合成酶 （fatty acid synthetase，F(xiàn)AS）是脂肪酸合成的主要限制酶，它在乙酰輔酶A和丙二酸單酰CoA從頭合成長鏈脂肪酸的過程中起催化作用。有報道，PUFA不僅可以抑制FAS的活性，還能在轉(zhuǎn)錄水平上抑制FAS基因的表達，而且這種抑制作用與不飽和脂肪酸的含量、不飽和程度、碳鏈的長短及雙鍵位置等有關(guān)。

Clarke等 （1993、1990a）在大鼠日糧中添加SFA（軟脂酸）、MUFA （三油酸甘油酯）、PUFA（紅花油和魚油），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日糧中PUFA能使大鼠肝臟中FAS活性降低80%～90%，使FAS mRNA水平降低75%～90%，其中飼喂高碳水化合物＋紅花油組大鼠肝臟中FAS mRNA含量是飼喂高碳水化合物＋魚油組的2倍，分別是SFA和MUFA組的13%和25%。

Blake和 Clarke（1990）在研究 PUFA（魚油）和SFA（牛油）對大鼠肝臟生酯酶基因表達的影響時發(fā)現(xiàn)，魚油組FAS mRNA含量僅為牛油組的6%。Matthew等（1996）分別用無脂日糧、含紅花油和牛油的日糧飼喂大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脂肪和肝臟組織中FAS的活性大小順序為：無脂日糧組＞牛油日糧組＞紅花油日糧組。

時皎皎等（2007）用RT-PCR法檢測了日糧中SFA、MUFA和PUFA對大鼠肝臟中FAS mRNA表達的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SFA使試驗第8和18周時大鼠肝臟中FAS mRNA的表達顯著升高（P＜0.01），且其與時間成顯著正相關(guān)；MUFA使試驗第8周時大鼠FAS mRNA的表達有所降低，但差異不顯著（P＞0.05），但可使試驗18周時大鼠FAS mRNA 含量顯著降低（P ＜ 0.05）；PUFA（n-6，n-3和1∶1n-6/n-3）可顯著降低大鼠FAS mRNA的豐度 （P＜0.01），同時發(fā)現(xiàn)大鼠乳腺癌組織中n-3多不飽和脂肪酸含量的增多可有效降低FAS mRNA 表達 （韋娜等，2007）。此外，Dobrzyn等（2005）和 Nakamura 等（2000）的研究也表明，PUFA能夠在轉(zhuǎn)錄水平上抑制FAS基因的表達，且n-3PUFA的抑制作用比n-6PUFA更有效。

2.2 乙酰輔酶A羧化酶 乙酰輔酶A羧化酶（ACC）是長鏈脂肪酸從頭合成的限速酶。丙二酸單酰輔酶A是長鏈脂肪酸合成的前體，可作為C2單位的供體參與脂肪酸的合成代謝，也作為線粒體穿梭系統(tǒng)的調(diào)節(jié)因子參與脂肪酸的氧化代謝。而ACC在乙酰輔酶A形成丙二酸單酰輔酶A的過程中起催化作用，因此，ACC是脂肪酸合成和氧化代謝過程中重要的中間代謝物。

Clarke（1993）的研究表明，PUFA可以抑制ACC的基因表達，降低脂肪組織中ACC mRNA水平。Nobuko等（1998）在培養(yǎng)的肝細胞中添加紫蘇子油，顯著降低了ACC mRNA豐度。李志瓊等（2008a）在羅曼粉殼蛋雞日糧中添加4.0%ALA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗第14天時添加ALA組蛋雞肝臟中ACC的表達量下降了33.99%（P＜0.01）；試驗第28天時添加ALA組蛋雞肝臟中ACC的酶活降低了27.92%（P＜0.01）?？梢?，PUFA可通過降低ACC基因表達和酶活參與機體脂質(zhì)代謝的調(diào)控。

2.3 載脂蛋白 spot14（S14）是一種載脂蛋白，當生脂組織脂肪合成加強時，S14 mRNA的水平也相應(yīng)增加。Blake和Clarke（1990）在大鼠的試驗發(fā)現(xiàn)，PUFA（魚油）日糧組大鼠肝臟中S14 mRNA含量僅為SFA（牛油）組的21%，表明PUFA可顯著降低肝臟中載脂蛋白S14的mRNA豐度。Clarke等（1990b）和 Jump 等（1993）首先對禁食 48 h 的大鼠飼喂高碳水化合物日糧，使肝臟中S14 mRNA水平提高了350%，然后再飼喂富含SFA、MUFA及PUFA的日糧，其中SFA和MUFA對S14 mRNA不產(chǎn)生抑制作用，而高PUFA日糧組S14 mRNA的水平則僅為碳水化合物日糧組的5%，且DHA、DPA及AA對S14的抑制作用比LA和ALA強?？梢?，PUFA可以在轉(zhuǎn)錄水平上抑制S14的表達，而且對S14 mRNA抑制作用的強度與脂肪酸的種類有關(guān)。

載脂蛋白apo是構(gòu)成血漿脂蛋白的蛋白質(zhì)組分，專門穿梭運送脂肪從其貯存處（脂肪體）和吸收處（中腸）到利用它的組織和細胞處。apo分為若干類型，如 apoA、apoB 等。李志瓊等（2008a、b）在蛋雞日糧中添加不同水平的ALA，與對照組相比，飼糧中添加4.0%ALA能顯著增加肝臟apoB的含量（P＜0.01）。由此可見，PUFA也可通過影響apoB的含量參與機體脂質(zhì)代謝。

2.4 △5、△6去飽和酶 脂肪酸去飽和酶包括△9、△6、△5和△4四種，其中△5、△6去飽和酶是催化DHA、AA等長鏈PUFA生物合成的兩個關(guān)鍵限速酶 （Nakamura和 Nara，2004）。 △5、△6去飽和酶在機體多種組織中均有表達，但以肝臟和腦組織中表達量最高（Warensjo等，2008）。有研究表明，肝臟中去飽和酶的酶活和表達受日糧中脂肪酸構(gòu)成的影響。Eder等（2005）報道，膳食中PUFA攝入減少會促進這些酶的表達，相反則會抑制這些酶的表達。PUFA可通過影響去飽和酶的活性及其表達而影響脂肪酸的代謝。

Igarashi等（2007）以α-亞麻酸飼料為對照，發(fā)現(xiàn)給大鼠飼喂n-3PUFA缺乏的飼料后，可以上調(diào)肝臟去飽和酶的活性與表達，而對腦中去飽和酶的表達無影響。樊超男等（2009）以n-3 PUFA缺乏飼料為對照，探討了4種不同含量的n-3 PUFA魚油 （分別占總脂肪酸含量的2.8%、5.4%、10.0%和23.0%）對小鼠肝、腦組織中△5和△6去飽和酶表達的影響，結(jié)果4組不同劑量n-3 PUFA均可顯著降低肝臟中△6去飽和酶mRNA表達，而腦中△5、△6去飽和酶的表達只在高劑量n-3 PUFA（23.0%）時才能受到抑制。

2.5 硬脂酰輔酶A去飽和酶 硬脂酰輔酶A去飽和酶（stearoyl-CoA desaturease，SCD）是調(diào)控體內(nèi)MUFA生物合成的關(guān)鍵酶。SCD主要有3種同工 酶 ：SCD1、SCD2 和 SCD3， 其 中 SCD1 可 與Cytb5酶和Cytb5還原酶構(gòu)成復(fù)合酶系，進而共同催化硬脂酰輔酶 A（18∶0）和軟脂酰輔酶 A（16∶0）等 SFA 向油酸（18∶1）和棕櫚油酸（16∶1）等 MUFA的轉(zhuǎn)化。

有研究表明，日糧中的脂肪酸的組成和飽和度會對SCD1的酶活和基因表達產(chǎn)生影響，日糧中的SFA含量能提高組織中SCD1的酶活性，PUFA則會降低其酶活性，且PUFA對SCD1基因表達的調(diào)節(jié)是通過抑制SREBP-1成熟實現(xiàn)的。Ntambi（2002、1995）在小鼠的無脂日糧中添加亞油酸、花生四烯酸和亞麻酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SCD1mRNA的基因表達受到抑制。Jones等（1996）給大鼠飼喂高PUFA的日糧（48%玉米油）后，與添加12%玉米油的對照組相比，大鼠脂肪細胞中SCD1 mRNA的表達量降低了75%。吳克剛和柴向華（2000）的大鼠試驗也表明，高PUFA日糧使脂肪細胞中SCD1基因mRNA的表達量降低了75%。Smith等（2002）報道，在生長豬日糧中添加1.5%CLA可顯著降低豬腹脂細胞中SCD的活性。

3 PUFA對脂質(zhì)氧化相關(guān)酶基因表達的影響

3.1 肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶 肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶（carnitine palmitoyltransferase，CPT）系統(tǒng)是脂肪酸 β-氧化的關(guān)鍵酶。由于催化脂肪酸β-氧化的酶系存在于線粒體基質(zhì)中，而長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內(nèi)膜，需要借助于CPT系統(tǒng)的載運。CPT系統(tǒng)主要由位于線粒體膜外側(cè)的CPTⅠ、位于膜中間的肉堿-脂酰肉堿轉(zhuǎn)移酶和位于膜內(nèi)側(cè)的CPTⅡ三部分組成，其中CPTⅠ是控制長鏈脂肪酸進入線粒體的關(guān)鍵位點。

Chatelain等（1996）在大鼠胚胎干細胞的體外試驗表明，日糧中 SFA（棕櫚酸）、MUFA（油酸）和PUFA（亞油酸）等長鏈脂肪酸可在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)CPTⅠ基因的表達，使CPTⅠmRNA水平提高2～4倍，其中亞油酸不僅能使CPTⅠmRNA水平提高2倍，還能使其半衰期延長50%，而中鏈脂肪酸則對該基因表達無影響。

3.2 β-羥-β-甲基-戊二酸單酰輔酶A 脂酰CoA進入線粒體后的氧化要受到β-羥-β-甲基-戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）合成酶影響。因此，HMG-CoA也是脂肪酸β-氧化的主要限速酶，且HMG-CoA的表達要受到日糧中脂肪酸的影響。

Du等（2003）報道，n-3 PUFA 和DHA可顯著降低小鼠肝臟中HMG-CoA還原酶的活性。Jossic等（2005）研究表明，n-3和n-6 PUFA降低了小鼠肝細胞瘤細胞中HMG-CoA還原酶mRNA水平，且DHA和EPA作用尤為明顯。時皎皎等（2007）用RT-PCR法檢測了不同脂肪酸來源日糧對大鼠肝臟組織中HMG-CoA的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SFA可顯著升高大鼠肝臟組織中HMGCoAR mRNA 的表達水平（P＜0.01），MUFA 可使HMG-CoARmRNA的表達顯著降低 （P＜0.05），而 PUFA（n-6，n-3 和 1∶1n-6/n-3）則能極顯著的降低HMG-CoARmRNA含量 （P＜0.01）。 表明PUFA可通過降低HMG-CoAR的表達來促進脂肪的氧化分解。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，PUFA一方面通過抑制脂肪酸合成相關(guān)酶基因的表達，另一方面通過促進脂肪氧化分解相關(guān)酶基因的表達，進而達到調(diào)節(jié)機體內(nèi)脂質(zhì)代謝的作用。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及其在營養(yǎng)學(xué)中的應(yīng)用，研究PUFA調(diào)控機體脂質(zhì)代謝的分子生物學(xué)機制已成為現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)的研究熱點，這不僅有利于在畜牧生產(chǎn)中采取合理的營養(yǎng)調(diào)控措施以提高畜產(chǎn)品品質(zhì)，而且對預(yù)防和治療人類肥胖癥及心血管等疾病具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。

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