miRNA-33對膽固醇合成的調(diào)控作用及其在肉牛上的研究進展

靳 青 ，魏 晨 ，張相倫 ，譚秀文 ，劉桂芬 ，3*

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，濟南 250100；2.山東省畜禽疫病防治與繁育重點實驗室，濟南 250100；3.山東省肉牛生產(chǎn)性能測定中心，濟南 250100）

膽固醇（cholesterol）為生物體內(nèi)重要的營養(yǎng)物質(zhì)和脂類物質(zhì)，是細胞膜的重要組成成分，同時還是體內(nèi)許多重要生物活性物質(zhì)合成的原料[1-2]。膽固醇作為一種食物成分，對保持機體健康是必需的，但如果攝入過多，則會增加患心血管疾病的風險[3-4]。正常的情況下，機體內(nèi)的膽固醇含量保持著一定的動態(tài)平衡，為了達到這種平衡，膽固醇不僅需要合成和攝取，而且流出和降解也需受到精確調(diào)控。

牛肉是低脂肪高蛋白的優(yōu)質(zhì)食品，膽固醇含量低，而對于高檔牛肉而言，必須含有豐富的肌內(nèi)脂肪才能提升品質(zhì)、提高等級，這就會導致膽固醇含量隨之提高。山東省擁有豐富的地方黃牛品種資源，具有耐粗抗病、適應(yīng)性強、遺傳穩(wěn)定、肉質(zhì)細嫩、易沉積肌內(nèi)脂肪等優(yōu)良生物學特性，是生產(chǎn)高檔牛肉的理想品種。增加牛肉中肌內(nèi)脂肪含量的同時控制膽固醇含量，開發(fā)低膽固醇的高檔牛肉，對提高地方良種牛養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益、保障人體健康具有重要意義。

miRNAs對人體內(nèi)中的mRNA調(diào)控比例達40%~90%[5]，一種miRNA可靶向作用上百個mRNA[6]，通過抑制基因轉(zhuǎn)錄后翻譯或促進靶基因的信使RNA（mRNA）降解發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，從而參與包括脂類代謝在內(nèi)的多種生理學進程。miRNA-33是維持細胞內(nèi)膽固醇動態(tài)平衡的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子[7]，可通過靶向作用于固醇調(diào)節(jié)原件結(jié)合蛋白（Sterol-Regulatory Element Binding Proteins，SREBP）基因來調(diào)控脂代謝。目前，國內(nèi)外的研究主要集中在人、小鼠等的研究上，在牛上的研究比較少。本文不僅對miRNA-33在膽固醇合成代謝進行了綜述，而且還對其在牛肉生產(chǎn)和人類疾病治療及診斷方面進行了展望。

1 miRNA在脂類代謝中的作用

miRNA作為一類高度保守的非編碼小RNA，在基因轉(zhuǎn)錄后水平上通過與靶mRNA互補結(jié)合抑制其翻譯或促進靶mRNA降解。miRNA是一類功能強大的基因表達調(diào)控因子，可通過對下游靶基因的調(diào)控來參與多種生命過程[8-9]，尤其在肥胖、衰老、疾病等諸多生理或病理過程中扮演著重要的角色[10-12]。其中miRNA對脂質(zhì)代謝的調(diào)控作用[13]為目前脂質(zhì)代謝研究領(lǐng)域尤其是在膽固醇逆向轉(zhuǎn)運方面的一個熱點[14]。目前已知參與脂質(zhì)代謝基因表達調(diào)控的miRNA包括miRNA-33、miRNA-27、miRNA-122、miRNA-370、miRNA-320等[15]。

2 miRNA-33的結(jié)構(gòu)和作用機制

miRNA-33由SREBPs的內(nèi)含子編碼，并與SREBPs協(xié)同作用調(diào)控生物體內(nèi)膽固醇水平，平衡脂肪代謝相關(guān)基因的表達。人類的miRNA-33分為miRNA-33a和miRNA-33b兩種亞型，其中miRNA-33a位于第22號染色體上，存在于SREBP-2基因的第16個內(nèi)含子中；miRNA-33b位于第17號染色體，存在于SREBP-1基因的內(nèi)含子17中（圖1）[16]。人體內(nèi)血液中miRNA-33水平和總膽固醇（Total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL）膽固醇和甘油三酯（Triacylglycerol，TG）含量具有很高的正相關(guān)性，但與高密度脂蛋白（High-density lipoprotein，HDL）膽固醇含量卻是負相關(guān)的[17]。有研究表明，在人類的肝臟細胞中，過量表達miRNA-33a/b能導致甘油三酯的過量聚集[18-19]。豬的miRNA-33b位于SREBP1基因的內(nèi)含子16中，在豬的皮下前體脂肪細胞中，可以通過調(diào)節(jié)早期B-細胞因子1 (Early B-cell Factor-1，EBF1)、CCAAT 增強子結(jié)合蛋白 α（CCAAT/enhancer binding protein Alpha，C/EBPα）和過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ）等基因的表達來影響脂肪細胞的分化[20]。三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體 A1（ATP binding cassette transporter A1，ABCA1）的 3'UTR含有 3個miRNA-33的高度保守結(jié)合位點，該結(jié)合位點一般為脂質(zhì)分泌尤其是膽固醇聚集比較敏感的區(qū)域，在人和小鼠的研究中均證實miRNA-33與SREBP-2協(xié)同作用來靶向沉默三磷酸脂苷結(jié)合盒 （ATP Binding Cassette，ABC），并通過調(diào)節(jié)ABCA1基因和膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運減少細胞中膽固醇的流出，同時增加三羥三甲基輔酶 A 還原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMGCR）和 HDL 的合成（圖 2）[14]，這些研究結(jié)果表明其可能作為脂代謝紊亂的治療靶標[21]。

圖1 人類miRNA-33a和miRNA-33b結(jié)構(gòu)示意圖（仿Najafi-Shoushtari et al.,2010）

圖2 miRNA-33在人類細胞內(nèi)膽固醇代謝中的作用機制（SREBP-2和肝X受體（LXR）對HMGCR、LDL-R和ABCA1基因正向和負向調(diào)節(jié)）（仿陳五軍等，2011）

另外，miRNA-33在高密度脂蛋白膽固醇（High-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）的代謝中也發(fā)揮著重要的作用，在細胞中，miRNA-33a的過量表達會減少膽固醇流向載脂蛋白 （apolipoprotein A-1，apoA 1），而膽固醇流向載脂蛋白正是HDL形成的關(guān)鍵一步；與之相反的是，細胞中抑制miRNA-33的表達會導致ABCA1蛋白表達上調(diào)，從而減少膽固醇流向apoA 1[22-23]，這些結(jié)果充分說明miRNA-33能夠通過調(diào)節(jié)靶基因來保持細胞中膽固醇的平衡。近年來在醫(yī)學方面，miRNA-33除了可以直接作為藥物外，還能作為治療與脂類相關(guān)的疾病的藥物靶點，且越來越多的研究證明這種方法是可行的，例如，用anti-miRNA-33直接治療LDL受體敲除的小鼠，結(jié)果試驗鼠血漿HDL-C水平明顯升高，同時小鼠血漿和肝臟組織中膽固醇的逆轉(zhuǎn)錄水平也隨之提高[24-25]。

3 miRNA-33在肉牛上的研究進展

miRNA-33a位于肉牛第5號染色體，miRNA-33b位于第19號染色體，研究者針對不同飼喂條件下（高脂肪組和低脂肪組）的肉牛皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪做了miRNA表達譜分析，挖掘到與脂肪沉積位點有明顯相關(guān)性的2個miRNAs[26]和與背膘厚有明顯的相關(guān)性的18個miRNAs[27]。Sun等[28]對秦川牛脂肪組織進行了miRNA表達譜分析，發(fā)現(xiàn)miRNA25和miRNA26參與了脂肪和脂肪酸的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。Wang等[27]利用miRNA芯片對肉牛皮下脂肪和肌內(nèi)脂肪進行生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)4種miRNA的靶標基因?qū)χ境练e有調(diào)控作用[29]，miRNA-33a參與肉牛脂類代謝。上述研究表明miRNA-33在肉牛膽固醇含量的調(diào)節(jié)中起重要作用。

4 小結(jié)

目前，盡管從細胞水平上對miRNA在脂質(zhì)代謝中的作用做了較深入的研究，研究也證實了miRNA的一部分功能。膽固醇代謝的調(diào)控是一個復雜多因素調(diào)控的結(jié)果，miRNA-33在膽固醇代謝方面的研究使得我們從另外一個角度了解了膽固醇代謝問題，基于miRNA-33在膽固醇轉(zhuǎn)運過程中靶向作用于SREBP基因來調(diào)節(jié)機體膽固醇代謝的動態(tài)平衡，將其作為調(diào)控膽固醇的一種手段，為人為調(diào)節(jié)肉牛膽固醇的應(yīng)用研究提供一定的理論基礎(chǔ)，尤其是在為人類高膽固醇疾病的研究及治療中提供思路。