魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

謝帝芝，陳芳，張慶昊，陳軍亮，董燁瑋，王樹啟，游翠紅，聶國(guó)興，李遠(yuǎn)友

（1.河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453007；2.汕頭大學(xué)海洋生物研究所/廣東省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東汕頭515063）

魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

謝帝芝1，2，陳芳1，2，張慶昊2，陳軍亮2，董燁瑋2，王樹啟2，游翠紅2，聶國(guó)興1，李遠(yuǎn)友2

（1.河南師范大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453007；2.汕頭大學(xué)海洋生物研究所/廣東省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東汕頭515063）

魚類是人體獲取優(yōu)質(zhì)蛋白、特別是LC-PUFA的主要食物來源，人類對(duì)水產(chǎn)品需求的增加將主要依賴于水產(chǎn)養(yǎng)殖.然而，魚油資源短缺、價(jià)格昂貴嚴(yán)重制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.弄清魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制，有助于解決在水產(chǎn)飼料中利用植物油替代魚油存在的不良效果問題，降低或擺脫水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)魚油的依賴.本文主要從轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、表觀遺傳水平等方面，對(duì)魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為該領(lǐng)域的研究工作者提供參考.

魚類；LC-PUFA；合成代謝；調(diào)控機(jī)制；魚油替代

0 引言

多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）一般指碳原子數(shù)≥18、雙鍵數(shù)≥2的直鏈脂肪酸；其中，碳原子數(shù)≥20、雙鍵數(shù)≥3的PUFA稱為長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（LC-PUFA）.具有重要生理功能的LC-PUFA主要指二十碳四烯酸（又稱花生四烯酸，ARA）、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）；它們是人和動(dòng)物體維持正常生長(zhǎng)發(fā)育及生理功能的必需脂肪酸（EFA），也是細(xì)胞膜磷脂的重要成分；由于其在促進(jìn)人的大腦發(fā)育和防止心腦血管疾病等方面具有重要作用，故有“腦黃金”和“心腦金”之稱.

魚類（特別是海水魚）不僅提供優(yōu)質(zhì)的食物蛋白，它更特別的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值在于其是人體獲取LC-PUFA的主要食物來源.由于過度捕撈和環(huán)境破壞等因素，天然漁業(yè)資源呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，人類對(duì)水產(chǎn)品需求的不斷增加將主要依賴于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展.目前，全球約45%的水產(chǎn)品來源于水產(chǎn)養(yǎng)殖，而中國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量70%，已連續(xù)24年居世界首位[1].然而，水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物、特別是海水魚類的LC-PUFA合成能力較弱或缺乏，其配合飼料中一般需要添加富含LC-PUFA的魚油才能滿足機(jī)體

正常生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)EFA的需要.但是，魚油資源的短缺且價(jià)格昂貴嚴(yán)重制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展.為降低或擺脫水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)魚油的依賴，科研工作者正在努力尋求魚油替代品.其中，資源較豐富、價(jià)格較低的植物油是較適宜的魚油替代品.現(xiàn)有研究表明，在有些養(yǎng)殖魚類中，其配合飼料中利用植物油替代魚油雖然對(duì)生長(zhǎng)性能影響不大，但由于植物油中缺乏LC-PUFA、而魚體自身的LC-PUFA合成能力較弱，導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)品中的LC-PUFA含量顯著下降，影響魚肉的品質(zhì)[2-4].因此，如何提高養(yǎng)殖魚類自身的LC-PUFA合成能力是解決飼料中植物油替代魚油問題的關(guān)鍵，而弄清魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制是研發(fā)提高魚體LC-PUFA合成能力方法的基礎(chǔ).本文擬就魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，供相關(guān)研究者參考.

1 魚類LC-PUFA合成代謝特點(diǎn)及其主要影響因素

同其它脊椎動(dòng)物一樣，魚類缺乏Δ12及Δ15脂肪酸去飽和酶（Fad），因而不能以油酸（18：1n-9）為底物合成PUFA，必須從食物中獲取C18 PUFA（主要是亞油酸18：2n-6和亞麻酸18：3n-3）作為基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).在多種Fad和碳鏈延長(zhǎng)酶（Elovl）的作用下，C18 PUFA前體可被轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)C-PUFA（圖1）.然而，不同魚類的LC-PUFA合成能力不一樣，導(dǎo)致其EFA需求種類不同.一般認(rèn)為，淡水魚和鮭鱒魚類具有將C18 PUHA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)C-PUFA的能力，故其EFA為18：2n-6和18：3n-3；而海水魚類除汕頭大學(xué)李遠(yuǎn)友課題組在黃斑藍(lán)子魚中發(fā)現(xiàn)具有LC-PUFA合成能力外[5]，大多不具有此種能力或該能力很弱，故其EFA為L(zhǎng)C-PUFA.魚體LC-PUFA生物合成能力的強(qiáng)弱，主要取決于其是否擁有一套完整的LC-PUFA合成關(guān)鍵酶體系[6]，LC-PUFA合成途徑中的關(guān)鍵酶基因的表達(dá)量和酶活性直接影響著魚體的LC-PUFA合成能力.影響魚類LC-PUFA合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)及酶活性的主要因素包括飼料脂肪源及其n-3/n-6 PUFA比例、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)因子，溫度、鹽度、光周期等環(huán)境因子，轉(zhuǎn)錄因子、激素與遺傳因子等，相關(guān)內(nèi)容詳見作者前期的綜述[7].

圖1 魚類LC-PUFA合成代謝途徑[6，8]

2 魚類LC-PUFA合成關(guān)鍵酶基因研究進(jìn)展

魚類LC-PUFA生物合成關(guān)鍵酶主要有Δ6 Fad、Δ5 Fad、Δ4 Fad、Elovl5、Elovl4和Elovl2（圖1）；在某些魚類還有Δ6/Δ5 Fad，即雙功能去飽和酶.從分子角度看，上述關(guān)鍵酶活力低下或其基因的缺失是造成魚體LC-PUFA生物合成功能較弱、甚至缺失的主要原因[9].為了研究魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制，其關(guān)鍵酶基因的克隆及功能驗(yàn)證是基礎(chǔ)工作，相關(guān)報(bào)道見表1.

2.1 Fads

在哺乳動(dòng)物中，F(xiàn)ads家族包括fads1、fads2、fads3三種基因.fads1和fads2基因產(chǎn)物分別具有Δ5和Δ6 Fad酶活性，而fads3的表達(dá)產(chǎn)物沒有活性[10].Monroig等[11]將所能檢索到的魚類Fad基因的氨基酸序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹分析，結(jié)果表明魚類Fad都屬于fads2基因.但是，與哺乳動(dòng)物fads2基因功能專一性不同，魚類fads2基因具有Δ6、Δ4、Δ5、Δ8 Fad多功能性[12].fads基因的多功能性彌補(bǔ)了某些魚類Δ5 fad基因缺失給LC-PUFA合成造成的影響.例如，Δ6/Δ5 fad基因先后在斑馬魚（Danio rerio）[13]和墨西哥銀漢魚（Chirostoma estor）[13]等淡水魚中被克隆.本課題組在黃斑藍(lán)子魚（Siganus canaliculatus）中克隆到Δ4 fad和Δ6/Δ5 fad基因則分別是脊椎動(dòng)物和海水魚中的首次發(fā)現(xiàn)[8].此外，黃斑藍(lán)子魚的Δ6/Δ5 fad基因還具有較高的Δ8 Fad酶活性[11]，這可能與海洋環(huán)境中Δ8 Fad底物（20：3n3和20：2n-6）較豐富有關(guān).

脊椎動(dòng)物的DHA生物合成存在兩條途徑：一種是經(jīng)典的“Sprecher途徑”，即22：5n-3經(jīng)過一步延長(zhǎng)反應(yīng)生成24：5n-3，再經(jīng)過Δ6 Fad的去飽和反應(yīng)及過氧化物酶體β-氧化，最終生成DHA[15]；另一種是本課題組在黃斑藍(lán)子魚中首次發(fā)現(xiàn)的“Δ4途徑”，22：5n-3只需經(jīng)過Δ4 Fad的去飽和反應(yīng)即可直接生成DHA[8].最近，在塞內(nèi)加爾鰨（Solea senegalensis）[16]、墨西哥銀漢魚[13]、泰國(guó)鱧（Channa striata）[17]等魚體內(nèi)中也發(fā)現(xiàn)Δ4途徑的存在.

2.2 Elovl

Elovl催化底物脂肪酸和丙二酰-CoA縮合，是C18以上PUFA合成LC-PUFA的關(guān)鍵酶.在哺乳動(dòng)物中，延長(zhǎng)酶家族存在7個(gè)基因，根據(jù)它們作用底物的特異性不同，分別命名為Elovl1-Elovl7[18].一般認(rèn)為，Elovl1、Elovl3、Elovl6、Elovl7參與飽和脂肪酸或單不飽和脂肪酸合成的碳鏈延長(zhǎng)作用，此類Elovl在魚類中報(bào)道甚少.研究較多的是Elovl2、Elovl4、Elovl5等三種參與LC-PUFA合成的延長(zhǎng)酶.目前，elovl5基因至少已在17種魚類中得到克隆，而elovl2和elovl4基因僅在極少數(shù)魚體中發(fā)現(xiàn)（見表1）.

在LC-PUFA合成過程中，Elovl5偏好C18、C20脂肪酸底物，Elovl2通常以C20、C22脂肪酸為底物.從圖1可知，Elovl2催化22：5n-3合成24：5n-3是“Sprecher途徑”合成DHA的必經(jīng)之路.然而，至今為止，尚未從海水魚體內(nèi)克隆到elovl2基因，這可能是海水魚LC-PUFA合成能力低下的原因之一[9].有趣的是，不同于哺乳動(dòng)物Elovl4只能延長(zhǎng)C26 PUFA，魚類Elovl4可有效地將C20和C22延長(zhǎng)到C36超長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（VLC-PUFA）[19-21].同Elovl2功能相似，Elovl4也能催化22：5n-3合成24：5n-3，這對(duì)

于一些elovl2基因缺失的海水魚合成DHA極為重要性.

表1 在魚類中報(bào)道的脂酰去飽和酶及碳鏈延長(zhǎng)酶基因

3 魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控，其核心是LC-PUFA合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)調(diào)控問題.大量fads和elovl基因的克隆為研究魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制提供了基礎(chǔ)和可能.特別是本課題組近年來在黃斑藍(lán)子魚中首次發(fā)現(xiàn)和證明海水魚具有LC-PUFA合成能力，并在該魚中克隆到Δ4 fad和Δ6/Δ5 fad及elovl4和elovl5基因，從而使其成為L(zhǎng)C-PUFA合成途徑中所有關(guān)鍵酶基因被闡明的唯一海水魚類，為我們研究魚類LCPUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制、探討海水魚LC-PUFA合成能力低下的原因等提供了較理想的模式魚類.基因表達(dá)調(diào)控可發(fā)生在染色質(zhì)水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平以及翻譯后水平.目前，有關(guān)魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制研究還主要集中在轉(zhuǎn)錄水平方面.

3.1 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控研究

基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是由啟動(dòng)子和與之相互作用的轉(zhuǎn)錄因子共同完成的.啟動(dòng)子中順式作用元件（cis-acting element）是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，通過與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和轉(zhuǎn)錄效率.研究報(bào)道，魚類LC-PUFA合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)受其上游啟動(dòng)子中順式作用元件及轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控[45-47].

3.1.1 魚類LC-PUFA合成代謝關(guān)鍵酶啟動(dòng)子研究

啟動(dòng)子是基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控至關(guān)重要的區(qū)域，可結(jié)合各種轉(zhuǎn)錄因子并對(duì)基因轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控.至今為止，魚類LC-PUFA合成關(guān)鍵酶啟動(dòng)子研究?jī)H在Fads中有報(bào)道.Zheng等[45]對(duì)大西洋鮭魚和大西洋鱈魚的Δ6 Fad啟動(dòng)子進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大西洋鮭魚和大西洋鱈魚的Δ6 Fad核心啟動(dòng)子區(qū)分別位于起始密碼子到第一個(gè)外顯子上游的546 bp和807 bp.本課題組在黃斑藍(lán)子魚的研究發(fā)現(xiàn)，Δ6/Δ5 Fad和Δ4 Fad的核心啟動(dòng)子區(qū)則大致在-456~+629 bp和-266~+692 bp[47].Geay等[46]將NCBI中歐洲鱸魚Δ6 Fad 8條cDNA序列與其基因全長(zhǎng)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)Δ6Fad中存在兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS1和TSS2）.以TSS1為研究對(duì)象，結(jié)果表明歐洲鱸魚Δ6 Fad啟動(dòng)子的核心區(qū)域大致在-200~+320 bp之間.

對(duì)已報(bào)道的魚類Fad啟動(dòng)子序列進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)“NF-Y”、“SRE”元件在不同魚類fad基因間相當(dāng)保守；不僅如此，NF-Y和SRE元件的相對(duì)位置也十分保守（圖2）.相同的是，NF-Y和SRE元件的相對(duì)位置在兩棲類和哺乳類fad基因也十分保守，這可能是進(jìn)化中存在的保守調(diào)控機(jī)制[45].在哺乳動(dòng)物中的相關(guān)研究表明，轉(zhuǎn)錄因子SREBP1c與SRE元件的結(jié)合通常需要鄰近區(qū)域存在NF-Y或Sp1位點(diǎn)[48].除了上述保守序列外，SRE下游還有一個(gè)非常保守的區(qū)域（如圖2），根據(jù)TRANSFAC網(wǎng)站的預(yù)測(cè)，該保守區(qū)可能是PPAR γ-RXRα二聚體的結(jié)合位點(diǎn)，其具體功能有待進(jìn)一步分析.然而，另一保守元件—Sp1僅在大西洋鮭Δ6 Fad和黃斑藍(lán)子魚的Δ6/Δ5 Fad啟動(dòng)子中存在.比較研究發(fā)現(xiàn)，含有Sp1組件的啟動(dòng)子的活性顯著高于無Sp1組件的啟動(dòng)子[45，47].在哺乳動(dòng)物中，Sp1及其相關(guān)蛋白可以特異性啟動(dòng)RNA聚合酶II促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄[49].因此，Sp1是強(qiáng)啟動(dòng)子活性的標(biāo)志.

圖2 幾種魚類fad啟動(dòng)子的序列比對(duì)[47]

3.1.2 轉(zhuǎn)錄因子

現(xiàn)有研究表明，可能參與魚類LC-PUFA合成調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子主要有過氧化物酶體增殖物激活受體（Peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs），固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（Sterol regulatory element binding proteins，SREBPs），肝核因子（Hepatocyte nuclear factor，HNF），肝X受體（Liver X receptor，LXR），類視黃醇X受體（Retinoid X receptor，RXR）等，分述如下.

3.1.2.1 PPARs

PPARs是配體激活轉(zhuǎn)錄因子核受體超家族的一員，在調(diào)控脂代謝、炎癥、免疫功能、生長(zhǎng)發(fā)育等方面有重要作用[50].PPARs存在三種亞型，即PPARα、β和γ[51].近年來，PPARs三種亞型的基因已分別從斑馬魚[52]、日本河豚（Fugu rubripes）[53]、金頭鯛[53]、歐鰈（Pleuronectes platessa）[54]、歐洲鱸魚[55]、棕鱒（Salmo trutta）[56]、大西洋鮭魚[57，58]、黃斑藍(lán)子魚[59]等魚體內(nèi)成功克隆.

PPARα、β和γ都可被內(nèi)源性脂肪酸及其衍生物激活，但它們?cè)谥x的調(diào)控過程中所起的功能并不一致.在團(tuán)頭魴（Megalobrama amblycephala）體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，PPARα和PPARβ通過上調(diào)線粒體和過氧化物酶體中的肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶I（Carnitine palmitoyltransferase I，CPT I）、乙酰輔酶A氧化酶（Acyl-CoA oxidase，ACO）等一些參與脂肪酸β-氧化的基因，以促進(jìn)脂肪酸的氧化，增加LC-PUFA的需求，從而間接地影響LC-PUFA合成代謝[60].不同的是，PPARγ主要參與脂肪積累和脂肪生成的調(diào)控[61]. Vagner等[62]發(fā)現(xiàn)飼料n-3 LC-PUFA含量低（0.3%-0.5%EPA+DHA）顯著促進(jìn)歐洲鱸魚幼魚ppar α和ppar β基因表達(dá).同時(shí)，Δ6 fad mRNA水平也顯著提高.本課題組的研究發(fā)現(xiàn)，黃斑藍(lán)子魚在低鹽環(huán)境條件下的LC-PUFA合成量顯著高于高鹽條件下，且Δ6/Δ5 fad、Δ4 fad、elovl5、ppar γ等參與LC-PUFA合成的相關(guān)基因表達(dá)量在低鹽組魚體肝臟中高表達(dá)，而ppar α和ppar β低表達(dá)[63].Corcoran等[64]采用不同水平PPARα配體—氯貝丁酯處理鯉魚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ppar α基因表達(dá)量隨著氯貝丁酯添加水平的增加而增加.同

時(shí)，參與脂肪酸氧化代謝的乙酰輔酶A氧化酶基因的表達(dá)量及其酶活性也與降固醇酸水平呈正相關(guān).

上述研究表明，PPARs可以通過調(diào)控魚類脂肪酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)，影響LCPUFA的合成代謝.但是，PPARs具體的調(diào)控機(jī)制在魚類中尚未闡明.在哺乳動(dòng)物的相關(guān)研究中報(bào)道，PPARs被脂肪酸或脂肪酸衍生物激活后，與類視黃醇X受體（Retinoid X receptor，RXR）組合成異源二聚體.異源二聚體一方面可通過配體結(jié)合域響應(yīng)感應(yīng)物，另一方面可通過高度保守的DNA結(jié)合域與靶基因啟動(dòng)子中過氧化物酶體增殖物應(yīng)答元件（Peroxisome proliferator response element，PPRE）結(jié)合，調(diào)控靶基因的表達(dá)[65].

3.1.2.2 SREBPs

SREBPs屬于“螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈”（bHLH-Zip）轉(zhuǎn)錄因子家族.無活性的SREBPs前體結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，需轉(zhuǎn)移至高爾基體上進(jìn)行蛋白水解，以釋放氨基端的bHLH-zip結(jié)構(gòu)域，然后，進(jìn)入細(xì)胞核與膽固醇調(diào)節(jié)元件（Sterol Regulatory Element，SRE）結(jié)合，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄（圖3）[66，67].SREBPs存在SREBP-1a、SREBP-1c、SREBP-2三種亞型.其中，SREBP-1a、SREBP-1c由SREBP-1基因的不同啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，而SREBP-2由SREBP-2基因編碼[68].SREBPs三種亞型所調(diào)控的基因類型并不一致，SREBP-2主要參與膽固醇合成調(diào)控，SREBP-1調(diào)控脂質(zhì)合成代謝相關(guān)基因.其中，SREBP-1c參與脂肪酸合成代謝相關(guān)的酶基因的轉(zhuǎn)錄[69].

在哺乳動(dòng)物中，SREBP-1c已被證實(shí)參與機(jī)體LC-PUFA生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控.例如，Nara等[70]發(fā)現(xiàn)人Δ6 Fad啟動(dòng)子-90 bp區(qū)域受到SREBP-1c激活，卻受到LCPUFA的抑制.在小鼠，SREBP-1c能與Elovl 6、Elovl 5啟動(dòng)子結(jié)合[71，72].到目前為止，魚類中僅在Fad基因啟動(dòng)子中發(fā)現(xiàn)SREBP-1c結(jié)合位點(diǎn)，大西洋鮭和大西洋鱈魚Δ6 Fad啟動(dòng)子均存在SREBP-1c的結(jié)合位點(diǎn)—SRE，且該位點(diǎn)對(duì)Δ6 Fad正常轉(zhuǎn)錄表達(dá)起重要作用[45].Carmona-Anto觡anzas等[73]將大西洋鮭魚的Elovl5a、Elovl5b、Δ6 Fad啟動(dòng)子與其SREBP-1 N端結(jié)構(gòu)域nSrebp1，以及SREBP-2 N端結(jié)構(gòu)域nSrebp2共轉(zhuǎn)染FHM細(xì)胞，雙熒光酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Elovl5a、Elovl5b、Δ6 Fad都受SREBP-1和SREBP-2轉(zhuǎn)錄調(diào)控.營(yíng)養(yǎng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)也表明，大西洋鮭魚、歐洲鱸魚、黃斑藍(lán)子魚LC-PUFA合成代謝的關(guān)鍵酶基因表達(dá)水平同SREBPs水平成正比[74，75，63].上述研究結(jié)果表明，SREBPs在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控魚類LC-PUFA合成代謝（圖3）.

圖3 SREBPs轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程

3.1.2.3 LXRs

LXRs是核受體超家族的一員，參與機(jī)體多種生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)，特別是在交叉調(diào)控脂肪酸和固醇代謝方面起關(guān)鍵作用[76].在

哺乳動(dòng)物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)LXR存在LXRα、LXRβ兩個(gè)亞型[77]，但在魚類中至今僅發(fā)現(xiàn)一種L XR亞型，即在斑馬魚[78]、大西洋鮭魚和虹鱒[79]、黃斑藍(lán)子魚[80]、草魚（Ctenopharyngodon idellus）[81]等魚類中只發(fā)現(xiàn)LXRα基因.Archer等[78]認(rèn)為魚類缺失LXRβ基因可能是物種進(jìn)化的結(jié)果.

當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)缺乏配體時(shí)，LXR/RXR二聚體與共阻抑物（NCoR/SMRT）連接；當(dāng)LXR/ RXR二聚體與脂肪酸、糖類、羥固醇等配體結(jié)合時(shí)，共阻抑物則脫離二聚體并與共激活劑結(jié)合，LXR/RXR二聚體則從細(xì)胞質(zhì)移位至細(xì)胞核中，通過與靶標(biāo)基因啟動(dòng)子上的LXR響應(yīng)元件（LXRE）結(jié)合，啟動(dòng)基因表達(dá)（圖4）.在哺乳動(dòng)物中的相關(guān)研究表明，LXRs通過影響SREBP-1c的活性間接地調(diào)節(jié)Fad及Elovl5等LC-PUFA合成代謝關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄[72].然而，在大西洋鮭魚體內(nèi)，LXRs不僅可以通過調(diào)控SREBPs的表達(dá)間接影響elovl5和Δ6 fad基因的轉(zhuǎn)錄，而且還可以直接調(diào)控Δ6 fad基因的表達(dá)[73].

圖4 LXR轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程

3.1.2.4 HNF4α

HNF4α隸屬于固醇受體超家族.作為一個(gè)功能廣泛的轉(zhuǎn)錄因子，HNF4α可以與肝臟中12%的基因啟動(dòng)子結(jié)合，并參與肝臟脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)過程，維持體內(nèi)脂質(zhì)代謝平衡[82].

到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)HNF4α直接參與LC-PUFA合成代謝調(diào)控的相關(guān)報(bào)道.但是，大量研究表明，HNF4α可通過與其它轉(zhuǎn)錄因子或基因相互作用，間接地參與LCPUFA合成代謝調(diào)控.例如，Zhang等[83]采用生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)人PPARγ2啟動(dòng)子區(qū)存在一個(gè)高親和力的HNF4α結(jié)合位點(diǎn)，在體和離體實(shí)驗(yàn)都證實(shí)HNF4α可轉(zhuǎn)錄激活PPARγ2啟動(dòng)子.過表達(dá)HNF4α基因，同樣促進(jìn)了小鼠的PPARα和脂酰輔酶A硫脂酶（參與超長(zhǎng)鏈直鏈脂肪酸氧化的關(guān)鍵基因）的表達(dá)[84，85].在患糖尿病的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，SREBPs抑制HNF4α基因的表達(dá)[86].

3.1.2.5 RXR

RXR可與9-cis視磺酸、甲狀腺激素、維生素D、PPARs、LXR等多種配體結(jié)合[87].在脂肪酸代謝調(diào)控方面，RXR需要與PPARs和LXR形成異二聚體后，才能參與靶基因的調(diào)控.例如，PPARs經(jīng)過脂肪酸或脂肪酸衍生物的激活后，與RXR形成異源二聚體，共同調(diào)控脂代謝相關(guān)基因的表達(dá).LXRs被膽固醇中間代謝產(chǎn)物激活后，與RXR結(jié)合形成異源二聚物，共同調(diào)控脂代謝相關(guān)基因表達(dá)（圖3）.目前，有關(guān)RXR在魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控中的作用還未見報(bào)道.

3.2 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控研究

近年來，在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一類可在轉(zhuǎn)錄后水平參與基因表達(dá)調(diào)控的非編碼微小RNA（microRNA，miRNA，miR）.miRNAs廣泛存在于真核生物，在個(gè)體時(shí)序性發(fā)育、細(xì)胞增殖分化和凋亡、器官發(fā)育、脂肪代謝等許多生物學(xué)過程中起著重要作用.目前，關(guān)于miRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制有多種，如誘導(dǎo)靶mRNA的降解、阻斷翻譯起始、P-小體形成和翻譯激活等[88-91].

在哺乳類的一些研究證實(shí)，多種miRNA參與脂類代謝相關(guān)的生物學(xué)過程調(diào)控.例如，miR-33a/b過表達(dá)時(shí)，人肝臟細(xì)胞甘油三酯含量增加，并積累形成脂滴；相反，抑制miR-33a/b的表達(dá)，胞內(nèi)β氧化加劇[92].在小鼠體內(nèi)，miR-370可以通過兩條途徑調(diào)控脂類代謝：誘導(dǎo)miR-122表達(dá)和直接抑制Cpt1α表達(dá).此外，miR-370還可以抑制Cpt1α表達(dá)，降低肝臟中脂肪酸β氧化[93].PPARs是脂肪細(xì)胞分化中期最重要的兩種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是miR-27a、b的直接作用靶標(biāo).人肝臟組織中，過表達(dá)miR-27b顯著抑制PPARα蛋白水平表達(dá)[94].miR-143參與調(diào)控小鼠脂肪細(xì)胞分化與脂肪積累，在分化的脂肪細(xì)胞中miR-143表達(dá)升高[95]，而抑制miR-143表達(dá)，則前脂肪細(xì)胞分化受到抑制[96].

miRNA在魚類脂類代謝中的研究作用剛剛起步.在虹鱒的研究表明，miR-122表達(dá)可使肝臟胰島素通路激活，生脂基因表達(dá)增加[97].最近，本課題組利用體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明，miR-17通過調(diào)節(jié)Δ4 Fad表達(dá)參與黃斑藍(lán)子魚肝臟的LC-PUFA調(diào)控，這是miRNA參與脊椎動(dòng)物L(fēng)C-PUFA合成調(diào)控的首次報(bào)道[98].

3.3 表觀遺傳學(xué)調(diào)控

表觀遺傳學(xué)是指在基因的DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致表型變化.表觀遺傳學(xué)主要包括DNA甲基化作用、組蛋白修飾作用、染色質(zhì)重塑、遺傳印記、X染色體隨機(jī)失活及長(zhǎng)鏈非編碼RNA等.

3.3.1 DNA甲基化

近年來，一些研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)DNA甲基化也參與機(jī)體LC-PUFA合成代謝的調(diào)控.例如，老鼠Δ6 fad基因啟動(dòng)子被超甲基化后，其肝組織Δ6 Fad酶活性及其mRNA表達(dá)量顯著下調(diào)[99].同型半胱氨酸可以誘導(dǎo)人血液?jiǎn)魏思?xì)胞中PPARα、PPARγ的DNA甲基化，抑制ppar α和ppar γ基因表達(dá)，從而間接地影響機(jī)體LC-PUFA合成代謝[100].在嚙齒動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究中也發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)素通過影響Δ6 fad基因啟動(dòng)子甲基化程度，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄[101].然而，Geay等[46]研究發(fā)現(xiàn)，不管歐洲鱸魚仔稚魚所攝食的餌料是否富含LC-PUFA，魚體Δ6 fad啟動(dòng)子區(qū)CpG甲基化程度不受影響，但不同餌料顯著影響了Δ6 fad基因表達(dá).不同的結(jié)果是，飼料脂肪源顯著影響了花鱸（Lateolabrax japonicus）fads2基因表達(dá)及其啟動(dòng)子甲基化，fads2基因表達(dá)量與其啟動(dòng)子甲基化成負(fù)相關(guān)[102].DNA甲基化對(duì)歐洲鱸魚和花鱸LC-PUFA合成代謝的影響不一致，這可能與魚種類或生長(zhǎng)階段有關(guān)；在魚類的相關(guān)研究有待于進(jìn)一步全面、深入開展.

3.3.2 組蛋白修飾

組蛋白修飾可以改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)，或者與其他調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合參與DNA的加工過程.組蛋白與DNA的緊密結(jié)合使其翻譯后修飾在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)以及基因表達(dá)中有著重要的作用.Wang等[103]發(fā)現(xiàn)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9a可以通過H3K9me2抑制PPARγ的

表達(dá)，從而抑制小鼠脂肪生成.Knutson等[104]特異性敲除新生小鼠肝臟組蛋白去乙?；?（HDAC3）基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PPARγ的表達(dá)水平增加，脂質(zhì)、膽固醇合成相關(guān)基因如肝X受體、視黃醇類X受體及乙酰輔酶A羧化酶等的表達(dá)水平發(fā)生改變.在魚類，相關(guān)研究還未見報(bào)道.

4 結(jié)論及展望

當(dāng)今，魚油資源供不應(yīng)求、價(jià)格昂貴，這嚴(yán)重制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展.因此，如何降低或擺脫水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)魚油的依賴已成為確保水產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題，而闡明魚類LC-PUFA合成代謝的調(diào)控機(jī)制則有助于解決此問題.為達(dá)到此目的，研究者已從多種魚類中克隆到參與LC-PUFA合成的關(guān)鍵酶基因，包括Δ6、Δ4、Δ5、Δ6/Δ5 fad及elovl2、elovl4、elovl5等，并著手從轉(zhuǎn)錄因子、miRNAs、DNA甲基化等不同水平上開展基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制方面的研究.借助現(xiàn)代組學(xué)方法對(duì)魚類LC-PUFA合成代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究將是今后的重要發(fā)展方向.此外，最近在哺乳動(dòng)物的研究顯示，長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）在脂質(zhì)生成和脂肪細(xì)胞分化過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用[105-107]，lncRNAs在魚類脂類代謝、特別是LC-PUFA合成調(diào)控中的作用也值得探討.只有通過系統(tǒng)深入的研究，才能全面深入揭示魚類LCPUFA合成調(diào)控的分子機(jī)制，研發(fā)出提高魚體自身LC-PUFA合成能力的方法，最終達(dá)到提高配合飼料中植物油替代魚油的比例，降低飼料成本，擺脫水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)魚油的依賴，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展.

為減少水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)魚油的依賴，除上述主要研究方向外，如下三方面的研究目前也在開展.（1）有研究者采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將具有LC-PUFA合成能力的藻類關(guān)鍵酶基因轉(zhuǎn)入到油料作物中，以使其植物油中含有較高比例LC-PUFA，克服傳統(tǒng)植物油中缺乏LC-PUFA的不足，使這些植物油具有魚油相同的效果[108，109].（2）采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高魚體的LC-PUFA合成能力.例如，Kabeya等[110]直接將櫻鱒的elovl2基因轉(zhuǎn)入到鮸魚（Nibea mitsukurii）體內(nèi)，可提高魚體的22：5n-3含量.（3）采用遺傳選育的方法培育LC-PUFA合成能力強(qiáng)的魚類品種（系）.例如，Le Boucher等[111]發(fā)現(xiàn)，利用植物性飼料培育大西洋鮭魚一代后，魚體利用植物性飼料的能力顯著提高.說明個(gè)體差異可有效地用于選育LC-PUFA合成能力強(qiáng)的魚種.總之，LC-PUFA合成代謝調(diào)控機(jī)制的闡明，植物基因工程的利用和魚類良種的選育，有助于研發(fā)提高魚體LC-PUFA合成能力的方法、提高配合飼料中植物油替代魚油的比例，降低水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)魚油的依賴，促進(jìn)魚類養(yǎng)殖業(yè)的綠色健康發(fā)展.

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Advance in the Regulatory M echanism s of LC-PUFA Biosynthetic M etabolism of Teleost

XIE Dizhi1，2，CHEN Fang1，2，ZHANG Qinghao2，CHEN Junliang2，DONG Yewei2，WANG Shuqi2，YOU Cuihong2，NIE Guoxing1，LI Yuanyou2
（1.College of Fisheries，Henan Normal University，Xinxiang 453007，China；2.Marine Biology Institute&Guangdong Provincial Key Laboratory of Marine Biotechnology，Shantou University，Shantou 515063，China）

Fish is the main source of high quality protein，especially of LC-PUFA，for human health.The increasing demand of human for aquatic products will mainly depend on aquaculture.However，the lack of fish oil resource and its high price seriously restrict the sustainable development of aquaculture industry.The illumination of regulatory mechanisms of LC-PUFA biosynthetic metabolism in teleost will be helpful for resolving the negative effects of replacing fish oil with vegetable oil in diets，so as to reduce or get rid of the dependence on fish oil in aquatic feeds.This review summaries the advance in studies on regulatory mechanisms of LC-PUFA biosynthesis in teleost from transcriptional，post-transcriptional and epigenetic level，and wishes to provide a reference for researchers in this field.

Teleost；LC-PUFA；Biosynthesis；Regulatory mechanisms；Fish oil substitution

TN 104.3

A

1001-4217（2015）02-0003-17

2015-04-22

謝帝芝（1986-），男，講師，研究方向：魚類營(yíng)養(yǎng)與飼料學(xué).

李遠(yuǎn)友（1964-），男，教授、博士生導(dǎo)師.研究方向：魚類生理及分子營(yíng)養(yǎng)學(xué).E-mail：yyli@stu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際合作研究項(xiàng)目（31110103913）和面上項(xiàng)目（41276179），河南師范大學(xué)博士啟動(dòng)基金（qd14180），河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（15A240004）