魚類PPARs的克隆表達(dá)及其研究進(jìn)展

張祺照 王偉平

摘 要：該研究主要從魚類PPARs的結(jié)構(gòu)與分類、生物學(xué)功能、魚類組織及胚胎發(fā)育過程中PPARs的克隆表達(dá)及影響進(jìn)行綜述，以期為科研工作者進(jìn)一步探索魚類PPARs的基因結(jié)構(gòu)表達(dá)，以及在生物學(xué)功能產(chǎn)品開發(fā)上奠定相關(guān)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：PPARs基因 克隆 表達(dá) 功能研究

中圖分類號：S917.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-0-03

Abstract：In this study， the structure and classification， biological function， cloning and expression of PPARs in fish tissues and embryonic development， and the effect of PPARs on their expression were reviewed in order to further explore the gene structure expression of PPARs in fish and lay a theoretical foundation for the development of biological functional products.

Key Words：PPARs gene； Clone； Expression； Function research

過氧化物酶體（Peroxisome），又稱微體，廣泛存在于細(xì)胞體內(nèi)，在人體中，數(shù)量居多的部位為肝細(xì)胞和腎細(xì)胞中[1]。因其含有豐富的過氧化氫酶和過氧化物酶，使得具有清除人體內(nèi)的過氧化氫和分子氧等功能，可快速、高效地降解、分解人體內(nèi)的過氧化氫，從而對人體細(xì)胞起到保護(hù)作用[2]。在許多天然或人工合成的脂肪酸樣物質(zhì)的刺激下增生，這類物質(zhì)被稱為過氧化物增殖劑（Peroxisome Proliferators， PP），PP激活的受體稱為過氧化物酶體增值劑激活受體（PPARs）[3]。

PPARs作為受體轉(zhuǎn)錄因子[4]，分為維甲酸、類固醇和甲狀腺受體，通常PPARα、PPARδ（也稱PPARβ）和PPARγ是PPARs通常存在的3種形式[5]，并由不同的基因編碼所構(gòu)成，其中PPARα結(jié)構(gòu)的氨基酸殘基有468個，PPARδ結(jié)構(gòu)有氨基酸殘基441個，而PPARγ氨基酸殘基有479個[6]。

PPARs具有多種生物學(xué)功能，如增強(qiáng)機(jī)體對胰島素敏感性、調(diào)節(jié)體內(nèi)糖平衡和人體的脂肪分化、生成等多方面起到重要作用[7]。馬麗娜等人[7]從PPARs對參與機(jī)體的脂質(zhì)代謝、糖代謝、能量代謝、細(xì)胞生長分化及生殖過程， 并就人體的動脈粥樣硬化進(jìn)行了相關(guān)性的研究，結(jié)果表明：PPARs激動劑能參與延緩動脈粥樣硬化進(jìn)程，起到一定的調(diào)節(jié)作用。曾正英等人[8]從PPARs改善胰島素的方面進(jìn)行了相關(guān)性研究，如何抵抗和調(diào)節(jié)人體脂質(zhì)代謝紊亂，以此通過PPARs改善來逆轉(zhuǎn)心肌肥厚，同時(shí)對抑制人體的血管平滑肌細(xì)胞，以及人體的內(nèi)皮細(xì)胞增殖等方面做了一定的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：PPARs激動劑能防治人體心腦血管疾病，對臨床應(yīng)用具有較大研究價(jià)值。

隨著對PPARs研究的不斷深入，近年來，國內(nèi)外研究者對哺乳動物的PPARs陸續(xù)轉(zhuǎn)移到其他生物種類，目前，已在魚類的PPARs研究上已經(jīng)取得了一定的突破和進(jìn)展，突出表現(xiàn)在魚類的PPARγ的組織表達(dá)及功能研究方面。高俊等人[9]從對魚類的PPARs進(jìn)行了相關(guān)性研究，其主要集中在基因克隆、組織表達(dá)和功能預(yù)測等方面。

此研究將從PPARs的結(jié)構(gòu)與分類、生物學(xué)功能、魚類組織及胚胎發(fā)育過程中PPARs的克隆表達(dá)情況進(jìn)行了綜述，以期為了解與掌握魚類的PPARs基因結(jié)構(gòu)與功能奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 魚類PPARs的生物學(xué)功能研究

PPARs作為核內(nèi)一種較為有效的受體轉(zhuǎn)錄因子，具備多種生物學(xué)等功能，比如調(diào)控人體的機(jī)體糖代謝、調(diào)節(jié)人體的機(jī)體脂肪，以及調(diào)節(jié)人體血脂代謝平衡等，同時(shí)，PPARs在人體細(xì)胞分化、增殖及凋亡等過程中，對炎癥反應(yīng)中也具有一定的調(diào)控作用，因此人體常見的高脂血癥、高血壓及動脈粥樣硬化-糖尿病、心血管疾病、腫瘤，甚至癌癥等多種代謝綜合征都與PPARs有著密切的關(guān)系[10]。

魚類PPARs同其他生物體內(nèi)的PPARs相類似，也參與多種多樣的生理進(jìn)程，其可以通過自身活性和作用機(jī)制，來調(diào)控和參與到人體的脂質(zhì)代謝酶和基因，從而達(dá)到和維持體內(nèi)的相對平衡[11]。另外，魚類PPARs還具備調(diào)節(jié)人體的靶基因編碼，并能分解一定的特異性酶，如線粒體脂肪酸β氧化酶，其可參與和調(diào)節(jié)人體的脂質(zhì)代謝[12]，表明魚類的PPARs在人體的脂質(zhì)代謝活躍組織中具有較強(qiáng)的生物學(xué)功能。

虹鱒作為鮭科太平洋鮭屬的一種鮭魚，其最大體長可達(dá)120cm，平時(shí)棲息深度在0～5m，被譽(yù)為“水中人參”，并善于跳躍，目前已從北美西部引殖到國內(nèi)養(yǎng)殖基地。賈成霞等人[13]通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，虹鱒的腹部肌肉、腸以及腎臟等部位，其PPARs的mRNA在脂肪組織和脂肪含量較高的脂肪酸代謝率較高。

鯧鲹，屬鱸形目鲹科鯧鲹屬，其體形較大，體重可超過23kg，無牙，鱗小，尾基窄，尾鰭叉形，銀白色，平時(shí)成群棲息于巴哈馬群島及佛羅里達(dá)南部沿岸。方玲玲等人[14]通過對鯧鲹的研究表明，鯧鲹P(yáng)PARs的mRNA主要組織表達(dá)部位在其腦脂肪組織、頭腎、腸和脾臟等部位，相較其他部位，因其脂肪含量較為豐富。

此外，艾立川等人[15]通過研究比較發(fā)現(xiàn)，魚類PPARγ在功能上可能與哺乳動物不同，其發(fā)現(xiàn)鱸魚的PPARγ基因主要表達(dá)在其機(jī)體的肝臟、鰓等部位中，PPARγ的組織分布類似于PPARs在精巢和卵巢中表達(dá)，精巢支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞中的PPARα和其他2種亞型，并能為精子的發(fā)生提供相應(yīng)的環(huán)境，并會直接參與生殖細(xì)胞的成熟，而且通過實(shí)驗(yàn)表明，鱸魚與斑馬魚、金頭鯛等具有相似的作用機(jī)理，從而推測魚類PPARγ在功能上可能與哺乳動物不同。PPARγ作為一種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)節(jié)因子之一，其主要作用可誘導(dǎo)和調(diào)控脂肪細(xì)胞的分化，也是調(diào)節(jié)脂肪組織中脂質(zhì)沉積的主要因子[16]。

然而，Raingeard D等人[17]研究表明，在中國俗稱牙片魚的牙鲆， 其PPARγ的作用機(jī)理與哺乳動物相類似，在脂質(zhì)代謝細(xì)胞分化和脂肪脂質(zhì)沉積生成中具有重要作用，并且發(fā)現(xiàn)牙鲆魚在饑餓狀況或其早期發(fā)育階段，其PPARγ是不可或缺的。

除此之外，魚類的PPARs還參到其個體生長過程中的多個生理進(jìn)程，例如，魚類骨骼的形成和分化、細(xì)胞增殖和上皮細(xì)胞分化，以及脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)和免疫作用[18]。并且，脂肪含量作為影響魚肉品質(zhì)的一項(xiàng)重要因素之一，使得魚類PPARs在介導(dǎo)脂肪酸氧化及脂肪代謝中起到重要調(diào)節(jié)作用。

2 PPARs在魚體內(nèi)的克隆表達(dá)研究

早年，國內(nèi)外研究者對哺乳動物的PPARs研究相對較多，對魚類的PPARs研究相對較少。魚的PPARγ基因首次克隆是在1997年，截止到目前，金魚、草魚、虹鱒、紅鰭東方鲀、卵形鯧鲹、大西洋鮭、鰈魚、斑馬魚、黑鱸、鯔魚、西伯利亞鱘等魚類的PPARs已經(jīng)被克隆出來[19]。

隨著研究的深入，研究者已初步研究了魚類的PPARs基因組織中表達(dá)和基因功能。早期，有研究者發(fā)現(xiàn)鯔魚與哺乳動物類似，并具備3種亞型的PPARs，其表達(dá)情況為：主要存在于鯔魚肝臟細(xì)胞核、肝竇細(xì)胞及膽管周圍的結(jié)締組織中，且在鯔魚肝臟中的表達(dá)量為最高，其膽管周圍的結(jié)締組織中表達(dá)量相對較少。

雌雄斑馬魚的PPARα基因在肝臟、肌肉、心臟、性腺及鰓中等部位都有所表達(dá)，肝臟中的表達(dá)量最高，性腺中表達(dá)量最低，這種表達(dá)模式與上述所提到的鯔魚的PPARα表達(dá)量相類似，同時(shí)克隆了鯔魚的PPARαPARγ基因的cDNA序列，其中PPARα長為1090bp，PPARγ長為1255bp，這2個序列的保守性較高。同時(shí)研究者還發(fā)現(xiàn)，鯔魚的PPARγ基因結(jié)構(gòu)與哺乳動物結(jié)構(gòu)存在一定的差異性，其PPARγ基因結(jié)構(gòu)中的LBD區(qū)插入了一個特殊的長鏈，為ω環(huán)，且該環(huán)由37個氨基酸殘基所組成。

草魚的PPARα部分cDNA 序列得到了克隆，通過它們的序列同源性比對，發(fā)現(xiàn)與鯉魚和斑馬魚PPARα同源性為93%和90%，PPARγ片段的核苷酸序列與引物設(shè)計(jì)源相比較，兩者同源性為99%，在草魚的肝胰臟、腸、腦、性腺、鰓、鰾、心臟和脾臟均檢測到，并得到了表達(dá)。

賈成霞等人[13]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，虹鱒魚的PPARα部分 mRNA在脂肪、鰓、心臟、肝胰臟、性腺、肌肉與卵巢中檢測有所表達(dá)，在虹鱒魚的睪丸中未檢測到相應(yīng)的表達(dá)。并且發(fā)現(xiàn)了虹鱒魚的PPARα基因的cDNA序列。虹鱒魚的PPARα部分cDNA序列和氨基酸序列，與鮭魚有較高的同源性，而且與人類等高等脊椎動物也具有較高的相似性。

從魚類到人類的長期漫長演化過程中，在DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD）和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（LBD）的重要功能區(qū)域，一直未變，說明DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域在脊椎動物體的基因表達(dá)中具有不可替代作用。目前已發(fā)現(xiàn)，鯧鲹的PPARα基因有1930bp，氨基酸編碼474個。通過序列對比分析，鯧鲹與其他脊椎動物的有較高的相似性，說明在從魚到人類的長期演化進(jìn)程中，PPARα基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)，長期以來相對穩(wěn)定。

生物同源性的高低，代表了基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)的穩(wěn)定保守程度。同源性的高低代表了保守的程度，不同的魚中的PPARs的保守程度均不同，保守程度越低其生物學(xué)功能差異越大。

3 展望

隨著魚類的PPARs研究的不斷深入，PPARs在魚類克隆表達(dá)、基因結(jié)構(gòu)及部位的分布表達(dá)的研究將不斷突破，越來越受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。該研究已對魚類PPARs的生物學(xué)功能研究和PPARs在魚體內(nèi)的克隆表達(dá)研究進(jìn)行了相關(guān)綜述，以期為科研工作者進(jìn)一步探索魚類PPARs的基因結(jié)構(gòu)表達(dá)，以及在生物學(xué)功能產(chǎn)品開發(fā)上奠定相關(guān)的理論基礎(chǔ)。

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