豬脂肪形成的基礎(chǔ)及營養(yǎng)調(diào)控

白香明，張國華，盧建雄，﹡

（1.蘭州市動物疫病預(yù)防控制中心，甘肅 蘭州730050；2.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院）

肉用動物脂肪組織在體內(nèi)的分布及脂肪沉積是影響其胴體品質(zhì)和肉質(zhì)風(fēng)味的關(guān)鍵因素，腹脂和皮下脂肪影響胴體品質(zhì)，肌內(nèi)脂肪（IMF）是形成大理石紋的物質(zhì)基礎(chǔ)，也直接參與肉質(zhì)嫩度、多汁性和肉品風(fēng)味的形成。一般認為鮮豬肉IMF 含量在2%～3%較為理想，然而，由于歷經(jīng)數(shù)十年對瘦肉率的高強度選育，多數(shù)現(xiàn)代商業(yè)豬品種IMF的水平低于1.5%，肉質(zhì)欠佳。胴體組成及IMF 等肉質(zhì)性能是遺傳因素和包括營養(yǎng)水平在內(nèi)的環(huán)境因素之間相互作用的結(jié)果，傳統(tǒng)的選育方法和飼養(yǎng)手段提高IMF含量的同時必然提高皮下脂肪含量，降低瘦肉率和生產(chǎn)效益。因此，深入了解豬不同脂肪組織脂肪形成的生物學(xué)特性，開發(fā)通過營養(yǎng)調(diào)控脂肪沉積的途徑，對于控制豬體脂沉積和提高豬肉品質(zhì)具有重要意義。

1 脂肪形成的細胞學(xué)基礎(chǔ)

脂肪形成包括脂肪細胞數(shù)目增加和體積增大兩個方面，涉及前體脂肪細胞增殖和分化為成熟脂肪細胞以及脂肪的合成與沉積，遺傳／選育、母體營養(yǎng)及個體營養(yǎng)等多種因素影響脂肪的形成。

1.1 豬肌內(nèi)和皮下脂肪細胞發(fā)育的差異

動物脂肪細胞的發(fā)育受多種因素的影響，胚胎期和出生后早期脂肪細胞的形成對成年后體脂含量產(chǎn)生重要的影響。在有關(guān)人類肥胖發(fā)生的研究中，提出個體發(fā)育早期的營養(yǎng)改變器官功能，因而“編程”成年后包括肥胖及其代謝綜合征等疾病。近年來眾多有力的證據(jù)證明了母體營養(yǎng)和動物生長早期營養(yǎng)“編程”，影響脂肪細胞發(fā)育和大理石紋的形成。

在早期的研究中，Hauser等研究發(fā)現(xiàn)，30日齡前梅山豬和皮特蘭豬體脂含量和脂肪細胞直徑增長沒有顯著差異，而90日齡時梅山豬脂肪細胞直徑比皮特蘭豬大50%。脂肪細胞的肥大作用是豬脂肪形成的主要形式，且主要發(fā)生在生長發(fā)育早期，肥胖型的關(guān)中黑豬脂肪細胞的肥大作用和增殖能力都強于長白豬。Gerfault等報道，7 日齡梅山豬每克脂肪組織中前體脂肪細胞數(shù)目顯著多于大白豬。

Kouba等研究認為，肌內(nèi)脂肪與皮下脂肪發(fā)育的遺傳調(diào)控部分相互獨立，肌內(nèi)脂肪的發(fā)育可能在生長早期即已被確定。出生重低于和高于正常值的仔豬，皮下脂肪組織（7日齡）和骨骼?。?4日齡）成熟脂肪細胞的標志基因脂肪酸結(jié)合蛋白（FABP）的表達顯著降低，7日齡時，脂肪細胞分化的標志基因過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）α和γ在脂肪組織顯著降低；低初生重仔豬脂肪組織含有更多脂肪細胞，但對脂肪組織和骨骼肌脂質(zhì)含量均沒有影響。豬肌內(nèi)與皮下前體脂肪細胞的增殖和分化在體外存在明顯差異，八眉豬肌內(nèi)和皮下脂肪細胞的增殖、分化能力明顯強于長白豬，對葡萄糖的應(yīng)答也不同。與人及嚙齒動物有所不同，脂肪組織是豬脂肪合成的主要場所，脂肪細胞的發(fā)育是脂肪合成和沉積的前提，然而，就目前已有的研究結(jié)果來看，營養(yǎng)造成肌內(nèi)和皮下脂肪沉積差異的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)尚不完全明確。雖然脂肪細胞在體外能夠去分化而增殖，但只有約1／100成熟脂肪細胞具有去分化形成子代細胞的能力。

1.2 不同脂肪庫脂肪細胞生物學(xué)特性存在明顯不同

由于受遺傳和周圍組織、細胞等因素的影響，不同脂肪庫脂肪細胞的生物學(xué)特性有所不同。在Nakajima等建立的豬皮下前體脂肪細胞系（PSPA），胰島素、地塞米松和辛酸等試劑能促進其細胞匯合、生長停滯，并生成脂肪，但不能用鼠源3T3-L1細胞的標準分化誘導(dǎo)培養(yǎng)基誘導(dǎo)成脂分化。大白豬和梅山豬肌內(nèi)、肌間脂肪組織生脂酶活性不同，乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）、蘋果酸酶（ME）等的活性在肌內(nèi)脂肪組織低于肌間脂肪組織，且兩種豬肌內(nèi)脂肪組織之間生脂酶活性差異最大，梅山豬ME 活性顯著高于大白豬。

從豬斜方肌分離的肌內(nèi)脂肪細胞與皮下及腎周脂肪細胞相比，生脂酶和脂解酶的表達水平和活性、胰島素誘導(dǎo)的生脂和脂解率以及l(fā)eptin、脂聯(lián)素、IGF-I、各種激素受體基因的表達明顯降低。Gondret等也發(fā)現(xiàn)，肌內(nèi)脂肪細胞與皮下及腎周脂肪細胞有149個差異表達蛋白，肌內(nèi)脂肪細胞中下調(diào)的蛋白分屬于脂肪生成、糖酵解、脂解和脂肪氧化等各種代謝途徑，而抑制素-1等與細胞生長有關(guān)的蛋白上調(diào)。與此類似，Zhou等報道，豬肌內(nèi)和皮下前體脂肪細胞的分化和脂質(zhì)沉積不同，分化后期的皮下脂肪細胞由于LPL、FABP4等脂質(zhì)代謝相關(guān)基因高豐度表達聚集了更多的脂質(zhì)，而肌內(nèi)脂肪細胞高豐度表達基因骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMPs）。由于BMPs和BMP 信號傳導(dǎo)通路在間充質(zhì)干細胞（MSCs）和前體脂肪細胞系成脂分化中起著重要作用，提示BMPs信號通路可能與肌內(nèi)脂肪細胞的分化有關(guān)。然而，Grant等發(fā)現(xiàn)，曲格列酮可以增強牛的前體脂肪細胞分化，但對肌內(nèi)和皮下前體脂肪細胞分化的作用沒有差異。

不同組織來源的脂肪細胞物質(zhì)代謝亦有不同。Wang等發(fā)現(xiàn)，豬肌內(nèi)前體脂肪細胞通過葡萄糖轉(zhuǎn)運子（GLUT）1消耗更多的葡萄糖，而皮下前體脂肪細胞主要通過脂蛋白酯酶（LPL）和脂肪酸轉(zhuǎn)運子（FAT）利用外源脂肪酸進行脂質(zhì)合成，可能由于對葡萄糖利用、脂質(zhì)代謝和BMP-Smad信號通路的不同方式造成了肌內(nèi)和皮下前體脂肪細胞分化的差異。同樣，在誘導(dǎo)分化的牛肌內(nèi)前體脂肪細胞系（BIP）中，葡萄糖的結(jié)合率較低，也沒有檢測到在雜食動物脂肪細胞高豐度表達的GLUT4，這可能與其主要生脂底物為乙酸有關(guān)。

2 營養(yǎng)對脂肪形成的調(diào)控

2.1 共軛亞油酸對脂肪形成的影響

基于對肉品安全、優(yōu)質(zhì)的要求，通過營養(yǎng)途徑調(diào)控豬脂肪形成是近十年來人們關(guān)注的熱點之一。共軛亞油酸（CLA）是指一組亞油酸的異構(gòu)體，其中順-9，反-11和反-10，順-12CLA 被認為最具活性，它們具有改變葡萄糖代謝、促進動物生長和降低體脂的作用。在生長豬日糧添加CLA，可以提高背最長肌IMF，降低背膘厚。然而，Morel等發(fā)現(xiàn)，生長豬日糧中添加CLA，可以顯著增加背最長肌IMF，但對背膘厚沒有影響；在仔豬日糧添加CLA，仔豬平均日增重、飼料利用率隨CLA 濃度的增加顯著提高，背膘厚、背最長肌脂肪含量均明顯減少；肥育豬日糧添加CLA，對背最長肌、半膜肌IMF 含量沒有影響，腎周脂肪和背膘趨于降低。CLA 調(diào)控豬脂肪沉積的這些差異是否與豬的生長階段或遺傳背景有關(guān)，尚不清楚。

CLA 調(diào)控脂肪沉積的機制一般認為包括對前體脂肪細胞增殖和分化的調(diào)控2個方面。CLA 可以抑制豬前體脂肪細胞增殖，并通過抑制GPDH 活性，降低PPARγ和SREBP-1c表達，抑制細胞分化。Zhou等發(fā)現(xiàn)，CLA 降低皮下脂肪組織SV 培養(yǎng)物脂肪細胞特異基因的表達，減少脂滴聚集，相反，可以增加肌肉SV 培養(yǎng)物這些基因的表達及充脂細胞數(shù)。在3T3-L1前體脂肪細胞，CLA 以劑量依賴方式降低硬脂酰輔酶A 去飽和酶（SCD）基因表達，減弱細胞分化。

2.2 降低日糧蛋白質(zhì)和賴氨酸提高IMF含量

提高IMF含量的另一條營養(yǎng)調(diào)控途徑是降低日糧蛋白質(zhì)和賴氨酸。早期的研究已經(jīng)表明，降低日糧蛋白質(zhì)水平能提高豬IMF含量，但對皮下脂肪沉積沒有明顯影響。Doran等將生長豬日糧蛋白質(zhì)水平由21%降低到18%時得到類似的結(jié)果。Madeira等報道，日糧蛋白質(zhì)從17.5%降低到13.2%時，瘦肉型雜種豬背最長肌脂肪沉積顯著增加，背膘厚沒有改變，但對脂肪型的阿連特茹豬沒有影響；與瘦肉型豬相比，脂肪型豬皮下脂肪組織ACC、FAS和SCD 等基因高水平表達，即調(diào)控豬脂肪沉積的機制具有基因型和組織特異性，并與生脂關(guān)鍵基因的表達調(diào)控相關(guān)。低蛋白質(zhì)日糧增加最長肌IMF 含量是由賴氨酸不足介導(dǎo)的，蘇氨酸缺乏沒有影響。低蛋白日糧影響眾多脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達，但低賴氨酸對肌肉SCD 轉(zhuǎn)錄速率和SCD 蛋白表達和活性的提高是關(guān)鍵因素之一。然而，低蛋白質(zhì)日糧策略的代價是限制肌肉發(fā)育，在IMF含量提高的同時，平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均降低。

2.3 碳水化合物調(diào)控脂肪形成的機制

碳水化合物是天然飼料中含量最豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，利用葡萄糖為底物從頭合成脂肪酸是脂肪生成的重要途徑，對于以碳水化合物為主要飼料能量來源的動物尤為重要。動物攝食高碳水化合物飼糧后血糖水平升高引起胰腺β-細胞胰島素分泌增加，胰島素通過一系列信號級聯(lián)，調(diào)控糖酵解和脂質(zhì)代謝；葡萄糖代謝產(chǎn)物也作為信號分子，以不依賴胰島素的方式促進葡萄糖應(yīng)答反應(yīng)基因表達。葡萄糖不僅促進前體脂肪細胞的增殖和分化，也誘導(dǎo)脂肪源性干細胞（ADSCs）和肌源性干細胞（MDSCs）成脂分化。Ma等發(fā)現(xiàn)，當肝細胞從低糖轉(zhuǎn)為高糖時，表達顯著改變的基因多達283個。

葡萄糖和胰島素通過固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白-1c（SREBP-1c）和碳水化合物反應(yīng)元件（ChREBP）這2種不同的轉(zhuǎn)錄因子促進生脂酶基因表達。作為葡萄糖的重要感應(yīng)因子，ChREBP 在機體脂質(zhì)代謝和葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。ChREBP 是一種堿性螺旋-環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，它能夠與乙酰輔酶A 羧化酶1（ACC1）和脂肪酸合酶（FAS）等生脂酶基因上的碳水化合物反應(yīng)元件（ChRE）序列結(jié)合，調(diào)控其轉(zhuǎn)錄表達。ChREBP 是由864個氨基酸組成的多結(jié)構(gòu)域蛋白，N-端高度保守的Mondo保守域包含低糖抑制域（LID）和葡萄糖反應(yīng)活化保守元件（GRACE）。低糖條件下LID 抑制GRACE的轉(zhuǎn)錄激活能力，高糖解除這種抑制作用。最近的研究表明，細胞內(nèi)葡萄糖通過其中間代謝產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸誘導(dǎo)ChREBP 激活。活化的ChREBP雖可抑制少數(shù)靶基因表達，但主要作為激活因子調(diào)控包括糖酵解和戊糖磷酸途徑許多酶編碼基因，以及許多脂肪酸合成相關(guān)酶基因如ACC、FAS等的表達。ChREBP 敲除時，小鼠代謝異常，糖酵解和脂肪生成減少；肥胖型小鼠（ob／ob）肝臟ChREBP 表達和核定位顯著增加，但降低ChREBP活性時，生脂基因表達及脂肪從頭生成減少，甘油三酯含量降低。

碳水化合物或葡萄糖對脂肪形成調(diào)控的研究多見于人和嚙齒動物。在豬脂肪細胞的研究表明，葡萄糖促進生脂及生脂基因表達，對八眉豬脂肪細胞生脂及ChREBP和FAS等基因表達的促進作用高于長白豬，皮下細胞高于肌內(nèi)細胞，而對Glut4表達的促進作用在肌內(nèi)脂肪細胞高于皮下脂肪細胞。葡萄糖對豬脂肪細胞生脂的促進作用主要是由ChREBP介導(dǎo)的，然而LXRα也直接或通過SREBP-1c與ChREBP協(xié)同調(diào)控葡萄糖誘導(dǎo)的生脂基因表達及脂肪生成，然而尚未在體內(nèi)得到證實。

3 小結(jié)

肌內(nèi)與皮下脂肪的形成及其差異涉及脂肪細胞的增殖與分化、脂肪合成、脂肪酸氧化、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化等多個通路，其中差異表達的基因多涉及能量的利用和脂肪的合成。通過營養(yǎng)策略改變能量分配，選擇性地沉積脂肪，是提高肉用動物生產(chǎn)效率、改善肉質(zhì)重要的途徑，然而，就目前所取得的結(jié)果看，要在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用尚需進一步研究。

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