過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體對(duì)魚(yú)類(lèi)代謝的調(diào)節(jié)作用

劉 欣 孫淑倩 趙彥翠* 李明珠

（1．魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264025；2．魯東大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264025）

過(guò)氧化物酶體存在于真核細(xì)胞器中，參與脂肪酸氧化、磷脂合成和氧化應(yīng)激等過(guò)程[1]。過(guò)氧化物酶體在過(guò)氧化物酶體增殖物（PP）的刺激下參與細(xì)胞代謝，其激活受體被稱(chēng)為過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）。PPARs 是核激素受體家族中的配體激活受體，在糖脂代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用。有關(guān)PPARs 在高等哺乳動(dòng)物糖脂代謝中的調(diào)節(jié)機(jī)制的研究比較成熟，但PPARs 調(diào)控魚(yú)類(lèi)的糖脂代謝作用機(jī)制的研究仍缺乏。因此，本文就PPARs 調(diào)節(jié)魚(yú)類(lèi)糖脂代謝和能量代謝方面的研究進(jìn)行總結(jié)，旨為PPARs在魚(yú)類(lèi)糖脂代謝中的作用提供參考。

1 PPARs的概述

PPARs的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。PPARs有A～F共6個(gè)區(qū)域，可分為4 個(gè)功能結(jié)構(gòu)域。氨基端的A/B 區(qū)為轉(zhuǎn)錄活化區(qū)，C區(qū)為DNA結(jié)合區(qū)（DBD），D區(qū)為可變鉸鏈區(qū)，羧基端的E/F 區(qū)為配體結(jié)合區(qū)（LDB）。DBD 有兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)。LBD包含13個(gè)α螺旋和1個(gè)小型4股β片，更易結(jié)合飽和脂肪酸，在信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)揮重要作用[2-3]。PPARs 根據(jù)結(jié)構(gòu)和生理功能可分為PPARα、PPARβ/δ 和PPARγ[4]。PPARs需要配體激活，PPAR的內(nèi)源性配體有多不飽和脂肪酸、白三烯B4、前列腺素等；人工合成激動(dòng)劑有貝特類(lèi)藥物、苯氧乙酸衍生物、噻唑烷二酮類(lèi)藥物等。

圖1 PPARs結(jié)構(gòu)

PPARs作用途徑見(jiàn)圖2。

圖2 PPARs作用方式

PPARs轉(zhuǎn)錄活性由類(lèi)視黃醇X 受體（RXR）介導(dǎo)[4]。PPARs 在體內(nèi)被相應(yīng)配體激活，與RXR 形成異二聚體，結(jié)合靶DNA 序列，調(diào)節(jié)糖脂代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。PPARs 與RXR也可以形成異二聚體存在于細(xì)胞核中，與過(guò)氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件（PPREs）結(jié)合，調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄[5-6]。

PPAR信號(hào)通路包括上游脂肪酸跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的2個(gè)蛋白基因（cd36 和fatp），在哺乳動(dòng)物中促進(jìn)脂肪酸β 氧化；配體由CD36 和FATP 蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，在細(xì)胞質(zhì)中由FABP 轉(zhuǎn)運(yùn)到PPAR-RXR復(fù)合體，與調(diào)控下游的肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1（CPT-1）、酰基輔酶A氧化酶（ACOX）、脂肪酸結(jié)合蛋白酶（FABP）、乙酰輔酶A合成酶（ACS）、脂肪酸合成酶（FAS）、乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）等基因結(jié)合，還與腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、細(xì)胞外因子（Wnt）、核因子κB （NF-κB）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、固醇調(diào)控序列結(jié)合蛋白一型（SREBP-1c）等信號(hào)通路相互作用[7-10]。FABP 受不同類(lèi)型的脂肪酸調(diào)節(jié)發(fā)揮作用[11]；飽和脂肪酸下調(diào)fabp的表達(dá)[12]，不飽和脂肪酸上調(diào)fabp的表達(dá)。ACS、FAS、ACC 等負(fù)責(zé)脂肪酸的合成。ACOX 和CPT-1 是脂肪酸β-氧化的限速酶[13]，調(diào)節(jié)脂肪分解。

2 魚(yú)類(lèi)PPARs基因的克隆與表達(dá)

部分魚(yú)類(lèi)PPARs基因的克隆見(jiàn)表1。由表1可知，魚(yú)類(lèi)中編碼PPAR的基因有：團(tuán)頭魴（Megalobrama amblycephala）[14]、鱸魚(yú)（Lateolabrax japonicus）[15]、斜帶石斑魚(yú)（Epinephelus coioides）[16]、 大西洋鮭魚(yú)（Salmo salar）[17]、大黃魚(yú)（Pseudosciaena crocea）[18]、牙鲆（Paralichthys olivaceus）[19]。魚(yú)類(lèi)的PPAR包括3 種類(lèi)型，分別為PPARα、PPARβ/δ和PPARγ，但同一亞型在不同魚(yú)類(lèi)中有所差別，如大黃魚(yú)PPARα、PPARβ/δ、PPARγ只有1 種類(lèi)型[18]，斑馬魚(yú)（Danio rerio）有2 個(gè)PPARα（pparaa、pparab）、 2 個(gè)PPARδ（pparda、ppardb）、1個(gè)PPARγ（pparg）。大西洋鮭魚(yú)有2個(gè)PPARγ（PPARγ1和PPARγ2）[17]。魚(yú)類(lèi)PPARs分為4個(gè)功能結(jié)構(gòu)域，魚(yú)類(lèi)PPARsDBD在所有物種中保守程度高，但LBD結(jié)構(gòu)保守程度不高。

表1 部分魚(yú)類(lèi)PPARs基因的克隆

魚(yú)類(lèi)PPARs的表達(dá)量與PPARs的亞型及魚(yú)的種類(lèi)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，PPARα在肝臟、心臟、肌肉中表達(dá)量較高。如：PPARα在黃鯰（Pelteobagrus fulvidraco）肝臟中表達(dá)量最高，其次是心臟和肌肉[20]；PPARα在褐鱒（Salmo trutta f. fario）的肌肉中表達(dá)量最高[21]；歐洲鰈（Pleuronectes platessa）和金頭鯛（Sparus aurata）在肝臟和心臟中表達(dá)量最高[22]； 軍曹魚(yú)（Rachycentron canadum）在肌肉、心臟和肝臟表達(dá)量較高[23]。同哺乳動(dòng)物一樣，PPARβ/δ在魚(yú)類(lèi)中也廣泛分布，在肝臟、腎臟、胰腺、腸道和性腺中均有表達(dá)[24]；PPARβ/δ在褐鱒（S.trutta f. fario）的性腺、心臟及肝臟中表達(dá)量較高[21]；在長(zhǎng)鰭籃子魚(yú)鰓（Siganus canaliculatus）中表達(dá)最高[25]。PPARγ在魚(yú)類(lèi)中的表達(dá)范圍較哺乳動(dòng)物廣泛，在黃鯰肌肉和脂肪組織中表達(dá)量較高[20]；褐鱒的肝臟是表達(dá)PPARγ的主要部位[21]；PPARγ在金頭鯛和牙鲆（Paralichthys olivaceus）脂肪組織中表達(dá)水平最高[19,26]；長(zhǎng)鰭籃子魚(yú)中的PPARγ在腸和鰓中表達(dá)量高[25]。Li 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ在團(tuán)頭魴（M. amblycephala）中的轉(zhuǎn)錄具有組織依賴(lài)性和發(fā)育階段依賴(lài)性。

3 PPARs在魚(yú)類(lèi)代謝中的應(yīng)用

3.1 PPARs在魚(yú)類(lèi)脂質(zhì)代謝中的應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn)，PPARα、PPARβ/δ和PPARγ均參與魚(yú)類(lèi)的脂質(zhì)代謝，參與脂質(zhì)的分解與合成[26]。在矛尾復(fù)鰕虎魚(yú)（Synechogobius hasta）中，PPARα和PPARγ通過(guò)調(diào)節(jié)fas、acc脂肪酸合成基因以及cpt-1 脂肪分解基因，調(diào)節(jié)脂質(zhì)的代謝[27]。斑馬魚(yú)中PPARγ的缺失可以使絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶TOR （mTOR），核糖體蛋白S6 激酶（RPS6Kb1b）和絲裂原活化的蛋白激酶14A（MAPK14a）高度磷酸化，防止斑馬魚(yú)脂肪沉積[28]。鱖魚(yú)（Siniperca chuatsi）餌料中添加乳酸菌可顯著增強(qiáng)PPARα的表達(dá)，刺激脂質(zhì)分解，減少肝臟脂肪沉積[29]。在斑馬魚(yú)中PPARβ/δ激動(dòng)劑能夠顯著降低脂質(zhì)積累[30]。在食物匱乏的環(huán)境中，墨西哥脂鯉（Astyanax mexicanus）肝臟中高表達(dá)的PPARγ有利于脂質(zhì)積累[31]。PPARs還參與魚(yú)類(lèi)體內(nèi)長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（LC-PUFA）的合成[32]。在卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus）中，PPARαb通過(guò)調(diào)節(jié)卵形鯧鲹超長(zhǎng)鏈脂肪酸延伸酶（Elovl4a）的表達(dá)，促進(jìn)LCPUFA的生物合成[33]。PPARγ也會(huì)以劑量依賴(lài)性的方式上調(diào)fabp4的表達(dá)，增加卵形鯧鲹肝細(xì)胞中的DHA含量[34]。但在長(zhǎng)鰭籃子魚(yú)中，PPARγ抑制LC-PUFA合成，當(dāng)抑制PPARγ的表達(dá)后，Δ6Δ5脂肪?；ワ柡兔福é?Δ5Fads）的表達(dá)增強(qiáng)，LC-PUFA 的合成增多[35]。由此可見(jiàn)，PPARγ對(duì)魚(yú)類(lèi)體內(nèi)LC-PUFA的合成以及作用方式與魚(yú)的種類(lèi)相關(guān)，這種相關(guān)性及機(jī)制還有待進(jìn)一步研究[36]。

研究表明，PPARs對(duì)魚(yú)類(lèi)脂肪代謝的調(diào)節(jié)作用與餌料中的脂肪含量及來(lái)源有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，隨著餌料中脂肪水平的提高，梭魚(yú)（Liza haematocheila）肝臟、脂肪及肌肉組織中PPARα與PPARγ的表達(dá)量均升高，表明高脂喂養(yǎng)能夠激活PPARα的脂肪酸氧化代謝，降低脂肪水平[37]。高脂飲食的草魚(yú)（Ctenopharyngodon idellal）也能夠通過(guò)增強(qiáng)PPARα的表達(dá)誘導(dǎo)脂肪酸β 氧化以適應(yīng)高脂質(zhì)攝入[38]。虹鱒（Oncorhynchus mykiss）[39]和大西洋鮭魚(yú)（魚(yú)油）[40]中也出現(xiàn)類(lèi)似結(jié)果。飼喂高水平植物油的草魚(yú)也表現(xiàn)出PPARγ、fas、cd36 的顯著上調(diào)[41-43]。但Guo 等[44]和Yuan 等[45]研究發(fā)現(xiàn)，喂養(yǎng)高脂餌料的草魚(yú)表現(xiàn)出肝臟fas表達(dá)下降、cpt-1表達(dá)增強(qiáng)，acc與PPARα也分別表現(xiàn)出下降和上升的趨勢(shì)；脂肪組織中的PPARγ和cpt-1 表達(dá)顯著增強(qiáng)，表明高脂餌料可以影響草魚(yú)PPAR信號(hào)通路中相關(guān)基因的表達(dá)，提高脂肪分解、促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化。劉康[46]在卵形鯧鲹和大口黑鱸（Micropterus salmoides）的研究中，發(fā)現(xiàn)飼喂魚(yú)油能夠使肝臟脂肪酸分解代謝基因cpt-1 表達(dá)量增強(qiáng)、脂肪酸合成相關(guān)基因fas表達(dá)量下調(diào)，飼喂豆油則得到相反的結(jié)果，表明不同來(lái)源脂肪會(huì)影響PPAR信號(hào)通路中相關(guān)基因的表達(dá)。

3.2 PPARs在魚(yú)類(lèi)糖代謝中的應(yīng)用

PPARs在魚(yú)類(lèi)糖代謝中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，PPARα的激活能夠上調(diào)肝臟糖酵解途徑基因gk、pfk、pk的表達(dá)，改變尼羅羅非魚(yú)（Oreochromis niloticus）肝臟的糖代謝模式，但對(duì)肌肉中糖代謝無(wú)顯著影響。PPARα還可通過(guò)激活TRIB2，抑制Akt磷酸化，降低尼羅羅非魚(yú)中葡萄糖的氧化分解以及胰島素敏感性[47]。與哺乳動(dòng)物相似，PPARγ在魚(yú)類(lèi)中的表達(dá)同樣可增強(qiáng)脂肪細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性，調(diào)節(jié)魚(yú)類(lèi)的糖代謝[48]。魚(yú)類(lèi)利用碳水化合物的能力低，攝食過(guò)量的高碳水化合物會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)量積累[49-51]。Wang 等[52]研究發(fā)現(xiàn)，高碳水化合物飲食顯著提高了尼羅羅非魚(yú)甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1（srebp1）和accα的基因表達(dá)水平，fas表達(dá)也有上升。攝食高糖餌料的尼羅羅非魚(yú)還表現(xiàn)出肝臟pparα表達(dá)水平顯著降低[53-54]，表明高碳水化合物水平通過(guò)影響PPAR信號(hào)通路中相關(guān)基因的表達(dá)，抑制脂肪的分解代謝，促進(jìn)肝臟脂肪的生成。飼喂高碳水化合物的草魚(yú)表現(xiàn)出肝臟pparα表達(dá)量顯著降低[55-56]。高碳水化合物喂養(yǎng)的團(tuán)頭魴也表現(xiàn)出肝臟PPARγ、fas和accα表達(dá)量顯著升高，cpt-1、acox、pparα表達(dá)量顯著降低[57-58]。

3.3 PPARs在魚(yú)類(lèi)能量代謝中的應(yīng)用

脂質(zhì)、糖類(lèi)和蛋白質(zhì)的代謝始終保持動(dòng)態(tài)平衡，以維持細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)。PPARs是糖類(lèi)、脂質(zhì)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，因此，PPARs在糖脂代謝的過(guò)程中也伴隨著能量代謝調(diào)節(jié)。Ning 等[59]對(duì)尼羅羅非魚(yú)的研究表明，PPARα被激動(dòng)劑激活后可調(diào)節(jié)脂肪酸氧化、膽固醇和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，增加β氧化相關(guān)基因cpt-1、fas、acox的表達(dá)量，增加線粒體和過(guò)氧化物酶體數(shù)量。血清葡萄糖、胰島素和乳酸鹽水平隨著PPARα的激活而升高，與糖酵解和糖異生相關(guān)的關(guān)鍵酶的活性也顯著增強(qiáng)。禁食能夠激活PPARα，加速脂肪酸氧化產(chǎn)生能量[60]。PPARαb缺失會(huì)使斑馬魚(yú)脂肪酸β 氧化受限，通過(guò)增加葡萄糖利用率激活A(yù)MPK/AKT-mTOR 信號(hào)通路，抑制氨基酸分解，維持能量穩(wěn)態(tài)[61]。當(dāng)高碳水化合物攝入時(shí)，魚(yú)體的PPARα表達(dá)量下調(diào)，降低脂肪酸β 氧化，使魚(yú)類(lèi)的脂肪酸合成、脂肪沉積[53]。高脂飲食會(huì)抑制團(tuán)頭魴肝臟中cpt-1的表達(dá)，上調(diào)PPARγ減弱脂肪分解，造成脂肪沉積；高脂飲食還會(huì)上調(diào)葡萄糖激酶（GCK）和鈉依賴(lài)性葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（SGLT1）mRNA的表達(dá)，通過(guò)血糖升高和胰島素抵抗破壞魚(yú)類(lèi)的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[41]。在極端環(huán)境中，PPARα也可幫助魚(yú)類(lèi)維持能量平衡，熱暴露下肝臟PPARα和cpt-1α的mRNA 表達(dá)水平顯著增加，增強(qiáng)游離脂肪酸β 氧化滿足更多的能量消耗[62]。PPARβ/δ主要調(diào)節(jié)與甘油三酯水解、脂質(zhì)攝取、脂肪酸氧化和解偶蛋白激活相關(guān)基因的活性參與能量代謝[63-64]；PPARβ/δ直接或間接調(diào)節(jié)甘油三酯水解和FA 氧化基因acs、cpt-1。此外，cpt-1 以PPARγ 共激活劑-1 （PGC-1） 依賴(lài)性方式直接由骨骼肌中的PPARβ/δ調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)線粒體生物合成、氧化代謝；PPARβ/δ還能夠激活線粒體解偶聯(lián)蛋白UCPs，增加能量消耗。PPARγ在脂肪組織中促進(jìn)脂肪酸的沉積，分化脂肪組織并消耗能量[65]。此外，PPARγ還參與通過(guò)胰島素信號(hào)通路介導(dǎo)脂肪酸途徑，將多余的碳水化合物轉(zhuǎn)化為脂肪酸[66]。

4 環(huán)境因素通過(guò)PPARs影響魚(yú)類(lèi)代謝

PPARs同樣也是水中污染物的靶點(diǎn)，在水污染物例如農(nóng)藥、微塑料、重金屬等對(duì)魚(yú)類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究中，PPARs 信號(hào)通路中acox、cpt-1 等得到了探討[67-69]。研究表明，PPARs可由農(nóng)藥調(diào)節(jié)，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)脂質(zhì)代謝紊亂。雄性石斑魚(yú)上的多效唑和斑馬魚(yú)胚胎上的全氟辛烷磺酸會(huì)上調(diào)fas、acc的表達(dá)造成甘油三酯積累[68,70]。斑馬魚(yú)胚胎中β 氧化基因的表達(dá)會(huì)被三氯生破壞，導(dǎo)致脂肪酸在TCA 循環(huán)中轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，導(dǎo)致脂質(zhì)積累[71]。Qian等[72]研究發(fā)現(xiàn)，啶酰菌胺能夠通過(guò)加速脂肪酸β氧化和抑制脂肪生成，降低甘油三酯和膽固醇含量，導(dǎo)致成年斑馬魚(yú)脂質(zhì)代謝紊亂。研究表明，微塑料通過(guò)影響PPARs信號(hào)通路，引發(fā)斑馬魚(yú)消化系統(tǒng)中肝臟炎癥和脂質(zhì)積累[73]，引起腸道通透性和炎癥[74]。微塑料也可以通過(guò)影響PPARs 信號(hào)通路破壞草魚(yú)的脂質(zhì)代謝，降低食物轉(zhuǎn)化率[75]。此外，水中的重金屬也通過(guò)PPARs影響魚(yú)類(lèi)的代謝。研究表明，鋅暴露是通過(guò)增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄水平的脂肪分解增加能量消耗；水中的鋅污染上調(diào)了矛尾復(fù)鰕虎魚(yú)肝臟細(xì)胞中PPARs下游基因acs和線粒體脂肪酸β氧化限速酶acox、cpt-1 的表達(dá)，增強(qiáng)能量消耗[76]。短時(shí)間銅暴露（30 d）會(huì)上調(diào)PPARγ和fas、下調(diào)PPARα，刺激矛尾復(fù)鰕虎魚(yú)脂肪生成，抑制脂肪分解，誘導(dǎo)肝臟脂肪堆積；長(zhǎng)時(shí)間銅暴露（60 d）會(huì)上調(diào)PPARα、下調(diào)PPARγ和fas等基因，降低肝脂質(zhì)含量[77]。

5 展望

PPARs在調(diào)節(jié)魚(yú)類(lèi)脂肪分解、合成中起到重要作用。PPARs通過(guò)影響糖酵解基因，調(diào)節(jié)魚(yú)類(lèi)糖代謝，同時(shí)伴隨著能量代謝。但PPARs在魚(yú)類(lèi)糖脂代謝中調(diào)節(jié)機(jī)制的相關(guān)研究尚不夠深入，還需進(jìn)一步探索。隨著多組學(xué)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用將更全面地揭示PPARs對(duì)魚(yú)類(lèi)糖脂代謝和能量代謝的作用機(jī)制，為PPARs調(diào)控新型飼料添加劑的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供參考。PPARs是環(huán)境干擾化合物的主要靶點(diǎn)，對(duì)魚(yú)類(lèi)的生存具有影響。隨著水體污染加劇，PPARs對(duì)魚(yú)類(lèi)代謝的影響受到重視，因此需要更深入研究，為水環(huán)境處理以及魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。