乙酰輔酶A?；D(zhuǎn)移酶1基因研究進(jìn)展

王延莉，曹 陽，梁祎凡，肖 成，金花子，金海國*

（1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林延吉 133000；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧分院，吉林公主嶺 136100）

乙酰輔酶A ?；D(zhuǎn)移酶1（Acetyl-CoA Acyltrans Ferase 1，ACAA1）又稱過氧化物酶體3-羰基輔酶A硫解酶（Peroxisomal 3-Oxoacyl-CoenzymeA Thiolase，PTHIO），屬于酰基輔酶 A 代謝酶超家族中的硫解酶家族[1-3]。ACAA1位于人類第3 號染色體的長臂 22 區(qū)2 亞區(qū)上（圖1），編碼區(qū)為1 275 bp，編碼424 個氨基酸，包含12 個外顯子，主要在肝臟、腎臟、十二指腸等組織中廣泛表達(dá)。ACAA1 為?；D(zhuǎn)移酶，分布在過氧化物酶體，通過催化β-氧化途徑的最后一步參與脂肪酸的延伸和降解[4]；是過氧化物酶體中脂肪酸β-氧化的關(guān)鍵調(diào)控酶，該基因在脂肪酸代謝中發(fā)揮著重要作用[5]。ACAA1 在人類腫瘤、癌癥等疾病研究中可作為腫瘤標(biāo)記物或生物治療靶點(diǎn)，同時也可能是影響動物肉質(zhì)性狀的主要候選基因。本文綜述了ACAA1基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)、分子機(jī)制及其所參與的相關(guān)代謝反應(yīng)。

圖1 ACAA1 基因在基因組中的位置

1 ACAA1 基因的概述

乙酰輔酶A 酰基轉(zhuǎn)移酶（Acetyl-Coenzyme AAcyltransferase,ACAA）屬于?；o酶 A 代謝酶超家族中的硫解酶家族[1-3]包括乙酰輔酶A 酰基轉(zhuǎn)移酶1（ACAA1）和乙酰輔酶A ?；D(zhuǎn)移酶2（ACAA2）。ACAA1 分布在過氧化物酶體中[6]，主要參與極長鏈脂肪酸（Very Long Chain Fatty Acids，VLCFAs）、長鏈脂肪酸（Long Chain Fatty Acids，LCFAs）支鏈脂肪酸（Branched Chain Fatty Acids，BCFAs）的β-氧化、膽汁酸代謝、過氧化物酶體增殖調(diào)控等生理生化過程[7-8]，是過氧化物酶體中脂肪酸β-氧化重要的調(diào)控酶。

2 ACAA1 基因的作用機(jī)制

硫解酶在脂肪酸代謝中發(fā)揮重要作用[3]，ACAA1基因編碼硫解酶家族的酶，它不僅能夠催化乙酰CoA的硫解，而且能夠催化更長碳鏈的底物，參與脂肪酸的延伸和降解（圖2）。脂肪酸分解代謝主要通過β-氧化，主要部位在線粒體和過氧化物酶體。線粒體的β-氧化包括脂肪酸的脫氫、水合、再脫氫、硫解4 個過程，使酯?；鶖嗔焉? 分子乙酰CoA 和1 個新的脂酰CoA，由此形成適宜長度的長鏈脂肪酸以供機(jī)體代謝所需。

過氧化物酶體β-氧化與線粒體β氧化相似，主要將VLCFAs 縮短，而后縮短碳鏈的脂肪酸可在線粒體中進(jìn)一步氧化。動物線粒體和過氧化物酶體的主要生化差異在于第一步，將?；鵆oA 轉(zhuǎn)化為反式-2-烯?；?CoA。在線粒體中，該反應(yīng)由?；鵆oA 脫氫酶催化，氧化失去的電子通過呼吸鏈與O2結(jié)合，最終生成H2O。在過氧化物酶體中，該反應(yīng)由酰基CoA 氧化酶催化，電子直接與O2結(jié)合并產(chǎn)生H2O2，隨后立即被過氧化氫酶裂解[9]。

過氧化物酶體β-氧化包括4 種活性酶：?；?CoA氧化酶、烯酰-CoA 水合酶、3-羥基?；?CoA 脫氫酶和3-酮酰基-CoA 硫解酶。該途徑產(chǎn)生的主要中間體反式-2-烯?；?CoA、3-羥基酰基-CoA 和3-酮?；?CoA。人類和其他哺乳動物利用過氧化物酶體β-氧化代謝各種化合物包括：VLCFAs、LCFAs、BCFAs、膽汁酸代謝中間產(chǎn)物和多不飽和脂肪酸等；根據(jù)?；?CoA 底物的鏈長，取代基和鏈結(jié)構(gòu)的不同，該途徑中使用的酶可能有所不同。過氧化物酶體β-氧化第4 步由ACAA1基因編碼的3-酮?；?CoA 硫解酶裂解產(chǎn)生1 分子乙酰 CoA 或丙酰CoA 和碳鏈縮短了的?；鵆oA（n-2），后者經(jīng)過幾輪過氧化物酶體β-氧化后，產(chǎn)物通過肉毒堿轉(zhuǎn)移系統(tǒng)穿梭到線粒體中徹底氧化為乙酰CoA，最終生成的乙酰CoA 參與三羧酸循環(huán)（TCA）氧化釋放能量[10]（圖2）。綜上推測，過氧化物酶體中β-氧化不徹底可能與過氧化物酶體中的相關(guān)酶對短鏈脂肪酸的親和力較低相關(guān)。

ACAA1 在脂肪酸代謝中發(fā)揮著重要作用[5]，可將脂肪酸β-氧化反應(yīng)產(chǎn)生的乙酰CoA（2 分子）濃縮成乙酰乙酰CoA，乙酰乙酰CoA 與乙酰CoA 進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成β-羥-β-甲基戊二酰-CoA（HMG-CoA），HMGCoA 在 HMG-COA 裂解酶的催化作用下生成乙酰乙酸，并釋放出乙酰CoA。乙酰乙酸可通過還原反應(yīng)及氧化脫羧反應(yīng)分別生成β-羥丁酸或丙酮。肝臟中產(chǎn)生的酮體隨著血液循環(huán)運(yùn)輸?shù)叫?、腦、腎等各個肝外組織，然后經(jīng)過一系列反應(yīng)再生成乙酰CoA。最終乙酰輔酶A 參與到TCA 氧化釋放能量以供機(jī)體代謝所需[11-12]（圖2）。

圖2 ACAA1 基因的作用機(jī)制[6]

3 ACAA1 基因的生理功能

3.1ACAA1基因在過氧化物酶體中的研究 過氧化物酶體是普遍存在的具有不同代謝功能的單膜結(jié)合亞細(xì)胞細(xì)胞器[13]。哺乳動物過氧化物酶體含有一系列復(fù)雜的酶，對脂質(zhì)代謝途徑起著關(guān)鍵作用。過氧化物酶體負(fù)責(zé)合成初級膽汁酸、多不飽和脂肪酸和醚磷脂[14]。PPAR途徑的靶點(diǎn)—ACAA1基因主要參與VLCFAs、BCFAs的β-氧化、膽汁酸代謝、過氧化物酶體增殖調(diào)控等生理生化過程[7-8]。過氧化物酶體缺失或酶的異常導(dǎo)致過氧化物酶體代謝的功能障礙[15]。過氧化物酶體疾病分為齊薇格綜合征譜（Zellweger Syndrome，ZS）和過氧化物酶缺乏兩大類。ZS 包括新生兒腎上腺腦白質(zhì)營養(yǎng)不良、嬰幼兒再灌注障礙、1 型根狀軟骨發(fā)育不良（RCDP）等，這些過氧化物酶體缺失病都存在β-氧化異常，體內(nèi)VLCFAs、長鏈二羧酸、降植烷酸等分解障礙[9]。例如，研究發(fā)現(xiàn)ACAA1基因功能缺失與偽Zellweger 征相關(guān)，Zellweger 征是過氧化物酶體發(fā)育的原發(fā)性缺陷，繼發(fā)于膽汁酸生物合成障礙。因氧化物酶的膜缺少轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，導(dǎo)致過氧化物酶不能對VLCFAs 進(jìn)行氧化，積累在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成片層狀內(nèi)含物，其可影響早期胚胎細(xì)胞的正常遷移，使胚胎產(chǎn)生多種畸形[13]。Sordillo 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，ACAA1基因遺傳多態(tài)性與內(nèi)毒素暴露的兒童哮喘之間存在顯著的相互作用。Krishnan 等[17]在研究早產(chǎn)兒常見遺傳變異與白質(zhì)發(fā)育之間可能存在的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，PPAR 信號通路成員ACAA1 與表型高度相關(guān)。該結(jié)果表明脂質(zhì)途徑，特別是PPAR 信號傳導(dǎo)中個體間遺傳變異在影響早產(chǎn)兒白質(zhì)發(fā)育中具有重要作用。綜上，深入研究ACAA1基因在過氧化物酶體中的作用機(jī)制，有望將該基因作為生物預(yù)防治療靶點(diǎn)，為預(yù)防治療相關(guān)疾病提供更多有價值信息。

3.2ACAA1基因在脂類代謝疾病中的研究 腫瘤細(xì)胞能量代謝異常被認(rèn)為是惡性腫瘤的標(biāo)志之一[18]。能量代謝主要包括糖酵解和脂肪酸代謝，糖酵解異常在很多腫瘤中己經(jīng)得到證實。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞中也普遍存在脂肪酸代謝異常，如脂肪酸代謝過程中信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)異常、相關(guān)酶活性異常、代謝產(chǎn)物的異常增加或減少都可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。脂肪酸代謝作為能量代謝的主要形式之一，為細(xì)胞的快速分裂增殖提供其所必需的能量、生物信號及原料等[19]。研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸的過度合成是惡性腫瘤形成的重要生化特征，多種與脂肪酸合成有關(guān)的關(guān)鍵酶在多種腫瘤中高表達(dá)[20]。研究發(fā)現(xiàn)ACAA1 在PPAR 途徑中脂肪氧化過程起重要作用，當(dāng)用藥物誘導(dǎo)過氧化物酶體β-氧化時，ACAA1基因在脂肪酸代謝途徑的轉(zhuǎn)錄表達(dá)活性從而受到了影響[21]；如當(dāng)用藥物誘導(dǎo)肝臟脂肪酸代謝紊亂時，肝臟損傷程度越大，PPAR 表達(dá)下調(diào)幅度越大，兩者呈負(fù)相關(guān)[22]；另有研究在結(jié)腸癌中檢測到PPAR 表達(dá)下調(diào)，推測其機(jī)制可能是PPAR 表達(dá)下調(diào)誘導(dǎo)脂肪酸代謝變化，促進(jìn)結(jié)腸癌的增殖和生長[23]。近年來，研究報道ACAA1基因在多種腫瘤細(xì)胞中有不同程度的表達(dá)，如肝癌[24]、子宮內(nèi)膜癌[25]、胃癌[26]等。黃潤春[27]發(fā)現(xiàn)ACAA1基因在喉鱗狀細(xì)胞癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺鱗癌、肝癌、肺腺癌等10 種腫瘤中表達(dá)顯著下調(diào)，提示ACAA1基因轉(zhuǎn)錄下調(diào)可能是人類惡性腫瘤中普遍存在的現(xiàn)象，該結(jié)果與何峰[28]報道一致；何峰[28]發(fā)現(xiàn)鼻咽癌細(xì)胞中存在脂肪滴沉積現(xiàn)象，提示鼻咽癌的發(fā)生、發(fā)展可能與鼻咽癌細(xì)胞中的脂肪酸代謝異常密切相關(guān)；同時也發(fā)現(xiàn)ACAA1 在鼻咽癌和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺癌、肝癌等10 種惡性腫瘤中轉(zhuǎn)錄和表達(dá)均下調(diào)。

綜上推測，ACAA1基因參與多種腫瘤的脂肪酸代謝途徑。其機(jī)理可能是PPAR 表達(dá)下調(diào)影響ACAA1基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)下調(diào)，誘導(dǎo)脂肪酸β-氧化紊亂，造成癌細(xì)胞脂肪過度合成，促進(jìn)腫瘤癌細(xì)胞的增殖和生長。以上結(jié)果為闡明脂肪酸代謝在腫瘤、癌細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展機(jī)制中的作用以及為預(yù)防治療脂類代謝紊亂疾病提供新的思路和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3ACAA1基因在脂代謝及肉質(zhì)中的研究 脂肪沉積量不僅影響肉類的適口性，而且關(guān)乎人體健康。動物脂代謝受多種因素影響，其信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜而精細(xì)，主要參與機(jī)體能量儲備及供應(yīng)、生物膜的構(gòu)成以及一些重要的生命過程。脂代謝主要包括甘油三酯代謝、膽固醇及磷脂等。ACAA1基因編碼硫解酶家族的酶，分布在細(xì)胞過氧化物酶體，是過氧化物酶體中脂肪酸β-氧化重要的調(diào)控酶，在脂肪酸代謝中發(fā)揮重要作用。

動物的肉質(zhì)與肌內(nèi)脂肪含量（IMF）含量密切相關(guān)。研究表明，IMF 能夠影響肉質(zhì)的嫩度、色澤和風(fēng)味等感觀指標(biāo)，而脂肪含量又受脂代謝調(diào)控[4]。近年來該領(lǐng)域已成為畜禽肉類品質(zhì)研究的熱點(diǎn)，目前關(guān)于IMF 沉積規(guī)律性的研究主要集中在肉牛[29]、雞[30]、豬[31]，而綿羊IMF 發(fā)育規(guī)律及脂肪沉積的機(jī)制的研究相對較少，目前關(guān)于ACAA1基因的研究鮮見報道，且在畜牧領(lǐng)域的研究主要集中于探索該基因與肉質(zhì)性狀的相關(guān)性，以望利用分子遺傳學(xué)篩選肉質(zhì)性狀優(yōu)良的肉用家畜。目前已報道ACAA1基因與肉牛的眼肌面積存在相關(guān)性[13]，但ACAA1基因的具體研究還存在很大發(fā)展空間，對ACAA1基因的深入研究可改善畜禽肉類中有益脂肪含量。Lisowski 等[32]對肉牛（Herefords）肝臟進(jìn)行高通量測序發(fā)現(xiàn)，ACAA1基因上調(diào)參與脂肪酸生物合成和脂質(zhì)代謝。推測ACAA1基因可能通過調(diào)控脂肪酸代謝而影響牛肉的品質(zhì)，為進(jìn)一步探索脂類代謝對肉品質(zhì)的調(diào)控提供了新的參考依據(jù)。曹陽[33]對杜寒雜交羊（Test）和小尾寒羊（Control）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄測序組分析發(fā)現(xiàn)，與綿羊脂肪沉積相關(guān)的PPAR 信號通路和脂肪酸代謝通路成員ACAA1 轉(zhuǎn)錄水平存在顯著差異，并且在脂肪酸代謝信號通路中占據(jù)節(jié)點(diǎn)位置。初步推測ACAA1基因可能通過調(diào)節(jié)脂代謝參與脂肪沉積過程，是影響脂類代謝的關(guān)鍵基因，為進(jìn)一步探索ACAA1基因在調(diào)控肉羊脂代謝及肌內(nèi)脂肪生成過程中的作用、提高綿羊肉質(zhì)性狀的選育提供新的思路及依據(jù)。

一些外源物可能通過間接調(diào)控ACAA1基因催化β-氧化，參與脂肪酸的延伸和降解；增強(qiáng)脂代謝及甘油三酯代謝，降低動物脂肪沉積，進(jìn)而可能影響動物的肉類品質(zhì)。張鈴玉等[34]研究發(fā)現(xiàn)，攝食海參磷脂的小鼠肝臟ACAA1基因明顯上調(diào)，且隨喂養(yǎng)時間的延長2組差異增大；白色脂肪組織中β-氧化相關(guān)基因與肝臟組織有相近趨勢。推測海攝食海參磷脂的小鼠肝臟中ACAA1基因的明顯上調(diào)，增強(qiáng)了肝臟脂肪酸β-氧化及甘油三酯代謝，降低動物脂質(zhì)積累。Zhu 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，松子油（PNO）攝入導(dǎo)致高脂肪飲食（HFD）小鼠肝臟三酰甘油（TG）及參與脂類分解和脂肪酸氧化ACAA1 的mRNA 水平升高。這些結(jié)果表明PNO 的補(bǔ)充可以降低小鼠腸道脂質(zhì)吸收，增加肝臟TG 代謝及脂肪酸氧化。Xie 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，菠蘿葉酚（PLP）顯著降低了HFD 小鼠的腹部脂肪和肝臟脂質(zhì)積累，并且發(fā)現(xiàn)非諾貝特（Fenofibrate，F(xiàn)B）與PLP 的效果相當(dāng)。PLP 主要促進(jìn)線粒體中CPT-1、UCP-1 的mRNA 表達(dá)，而FB 主要增強(qiáng)過氧化物酶體中ACOX1、ACAA1 的mRNA 表達(dá)，推測PLP 和FB 分別可能通過上調(diào)線粒體及過氧化物酶體中參與脂代謝基因的表達(dá)來增強(qiáng)肝臟脂代謝。

在動物科學(xué)領(lǐng)域，協(xié)同脂代謝調(diào)控研究動物脂肪細(xì)胞分化的調(diào)控機(jī)理，增加肌內(nèi)脂肪沉積，減少皮下和內(nèi)臟脂肪的積累，以實現(xiàn)對動物脂肪沉積的調(diào)控，從而改善肉類品質(zhì)。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP-1）是重要的核轉(zhuǎn)錄因子，其能與基因的啟動子/增強(qiáng)子的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合，激活靶基因轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)膽固醇合成，在脂肪細(xì)胞形成、分化及脂肪酸合成過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[37]。許會芬等[38]研究表明，SREBP-1 能夠促進(jìn)脂肪酸合成相關(guān)基因的表達(dá)，對山羊乳腺脂肪酸代謝具有調(diào)控作用。何侃等[39]研究發(fā)現(xiàn)與 SREBP-1c 存在正相關(guān)的ACAA1基因涉及的顯著性通路包括 PPAR 信號通路、脂肪酸代謝通路、多不飽和脂肪酸生物合成、膽汁酸生物合成。推測，SREBP-1c 可能協(xié)同ACAA1基因及其通路參與調(diào)控脂肪代謝過程。對SREBP-1基因及其協(xié)同的ACAA1基因進(jìn)一步研究將有助于更好地了解脂代謝機(jī)理，指導(dǎo)動物的遺傳育種和飼養(yǎng)管理，同時提高對人類脂質(zhì)代謝性疾?。ㄈ绶逝帧⒅靖?、高脂血癥等）的認(rèn)識并指導(dǎo)臨床治療。

4 總結(jié)及展望

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，許多研究發(fā)現(xiàn)脂代謝與各類代謝疾病的發(fā)生、發(fā)展及肉類品質(zhì)等密切相關(guān)。近年來，關(guān)于ACAA1基因的研究多集中在人類代謝疾病、腫瘤、癌癥等方面，而在其他物種及畜牧領(lǐng)域鮮見報道。深入研究ACAA1基因的功能及其分子機(jī)制，將進(jìn)一步拓展對該基因在其他領(lǐng)域的了解，為治療相關(guān)疾病、明確該基因在與肉質(zhì)相關(guān)的脂代謝過程中的作用及肉質(zhì)性狀選育提供更多思路及參考，尤其是在肉羊肉用性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的選育方面，可從分子生物學(xué)角度提供技術(shù)支持，對推動我國肉羊選育具有重要意義。