維生素D調(diào)控動(dòng)物脂肪形成及脂肪組織代謝的研究進(jìn)展

符 璐 苗 健 張國(guó)華 盧建雄

(西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,蘭州 730124)

維生素D(vitamin D,VD)是一類(lèi)固醇類(lèi)衍生物,因其側(cè)鏈結(jié)構(gòu)不同而有多種形式。VD兼具維生素和激素的特性,在動(dòng)物體發(fā)揮功能的主要為麥角鈣化醇(維生素D2, VD2)和膽鈣化醇(維生素D3, VD3)。動(dòng)物體VD除通過(guò)食物攝取外,也經(jīng)紫外線照射在皮膚將7-脫氫膽固醇轉(zhuǎn)化為VD3。VD對(duì)鈣磷吸收、利用、代謝穩(wěn)態(tài)及骨骼、牙齒的發(fā)育和健康起著關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用。然而,近年的研究表明,脂肪組織作為VD的主要貯存場(chǎng)所,也表達(dá)VD羥化酶,催化生成VD的活性形式1,25-二羥基維生素D3[1,25(OH)2D3],以自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌方式影響非經(jīng)典靶組織的生物學(xué)功能[1]。通過(guò)VD受體(vitamin D receptor,VDR)的介導(dǎo),VD以其活性形式調(diào)節(jié)脂肪組織多種生物學(xué)過(guò)程,包括脂肪細(xì)胞增殖、分化和脂肪合成及脂肪細(xì)胞因子表達(dá)、炎癥反應(yīng)等。本文綜述了VD在脂肪組織和脂肪細(xì)胞的代謝、生物學(xué)效應(yīng)及其作用機(jī)制,并介紹了飼糧中添加VD對(duì)豬生長(zhǎng)性能、健康及肉品質(zhì)影響的研究進(jìn)展,為探討利用營(yíng)養(yǎng)途徑調(diào)控豬脂肪沉積及改善胴體質(zhì)量和肉品質(zhì)提供參考。

1 脂肪組織及脂肪細(xì)胞VD代謝

1.1 VD及其代謝產(chǎn)物在脂肪組織的貯存、攝取和釋放

脂肪組織貯存VD,VD及其代謝產(chǎn)物與脂滴結(jié)合,主要以膽鈣化醇、25羥基維生素D3[25(OH)D3]和1,25(OH)2D3的形式存在[2]。機(jī)體65%以上的VD為VD3,其中73%的VD3貯存于脂肪組織。人內(nèi)臟脂肪中VD含量比皮下脂肪高20%,女性肥胖者與體重正常者內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪VD的分布相似,但女性肥胖者脂肪組織VD含量更高[3]。脂肪組織膽鈣化醇的積累存在明顯的個(gè)體差異,且與血漿25(OH)D3含量無(wú)關(guān),但脂肪組織中25(OH)D3的含量與血漿25(OH)D3含量呈正相關(guān)[4]。脂肪組織和脂肪細(xì)胞攝取VD的分子調(diào)控機(jī)制尚不清楚,但對(duì)25(OH)D3的攝取可能與低密度脂蛋白受體家族單程跨膜受體(Megalin)/內(nèi)因子維生素B12受體(Cubilin)通路的介導(dǎo)有關(guān)[5]。Cubilin是小鼠脂肪組織和脂肪細(xì)胞攝取25(OH)D3的主要蛋白質(zhì),負(fù)責(zé)在Megalin蛋白內(nèi)化之前隔離VD結(jié)合蛋白(vitamin D-binding protein,VDBP)-25(OH)D3復(fù)合物[6]。

脂肪組織可將VD緩慢釋放到血液循環(huán)中,維持血液25(OH)D3的相對(duì)穩(wěn)定。脂解作用參與VD的釋放,在脂肪組織脂肪沉積過(guò)度后,具有脂解反應(yīng)遲緩、血液VD水平低的特征。研究表明,肥胖患者脂肪組織功能的失調(diào)導(dǎo)致兒茶酚胺誘導(dǎo)的VD和25(OH)D3釋放減少[7],β腎上腺素介導(dǎo)的腹部皮下脂肪組織脂解鈍化,減緩1,25(OH)2D3的釋放[8]。

1.2 VD在脂肪組織和脂肪細(xì)胞的代謝

無(wú)論外源性還是內(nèi)源性VD均通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入肝臟,經(jīng)25-羥化酶催化合成25(OH)D3。25(OH)D3是VD的主要循環(huán)形式,其血清含量通常被作為VD營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的標(biāo)志。多種微粒體細(xì)胞色素P450酶(microsomal cytochrome P450,CYP450)催化鈣化醇25-羥基化,如CYP2C11、CYP3A4和CYP2J2,其中CYP27A1和CYP2R1是25-羥基化的關(guān)鍵酶[9]。人類(lèi)脂肪組織檢測(cè)到CYP27A1、CYP2R1和CYP2J2表達(dá),表明脂肪組織及脂肪細(xì)胞可將VD羥基化為25(OH)D3[10]。Zoico等[11]也證明,3T3-L1脂肪細(xì)胞表達(dá)CYP27A1,從而發(fā)生25-羥基化生成25(OH)D3,且VD處理可上調(diào)CYP27A1表達(dá)。然而,CYP2R1基因敲除小鼠血清25(OH)D3含量?jī)H比野生型降低50%,說(shuō)明其他酶也參與維持血液25(OH)D3含量或補(bǔ)償CYP2R1的功能障礙[12]。

25(OH)D3與VD結(jié)合蛋白(VDBP)結(jié)合,通過(guò)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)到腎臟及其他組織器官,經(jīng)1α-羥基酶的作用轉(zhuǎn)化為1,25(OH)2D3,活性大幅度提高,然后轉(zhuǎn)運(yùn)到靶器官與靶器官的核受體VDRn或膜受體VDRm結(jié)合,發(fā)揮其相應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)[6]。在人類(lèi)脂肪組織、前體脂肪細(xì)胞及新分化的脂肪細(xì)胞表達(dá)催化25(OH)D3轉(zhuǎn)化為1,25(OH)2D3的1α-羥基化的關(guān)鍵酶CYP27B1[13]。同樣,3T3-L1脂肪細(xì)胞表達(dá)CYP27B1,膽鈣化醇可誘導(dǎo)其表達(dá)[11]。豬脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)CYP27B1,其活性被抑制后,1,25(OH)2D3含量顯著降低[14]。這些證據(jù)表明,脂肪組織及其脂肪細(xì)胞發(fā)生VD的1α-羥基化,能將非活性VD轉(zhuǎn)化為其活性形式。

24-羥化酶CYP24A1催化25(OH)D3和1,25(OH)2D3分解為骨化酸和其他非活性代謝產(chǎn)物,1,25(OH)2D3可誘導(dǎo)CYP24A1表達(dá),促進(jìn)自身降解[15]。人類(lèi)皮下脂肪組織和內(nèi)臟脂肪組織表達(dá)CYP24A1,在人和小鼠脂肪細(xì)胞及豬脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)CYP24A1表達(dá)[14]。由此可見(jiàn),VD的活性形式在脂肪組織和脂肪細(xì)胞可被降解,最終通過(guò)失活途徑進(jìn)行自我調(diào)節(jié),從而保持相對(duì)穩(wěn)定。

1.3 脂肪組織和脂肪細(xì)胞VD代謝的調(diào)節(jié)

已發(fā)現(xiàn)有多種因素通過(guò)影響VD代謝酶及其編碼基因表達(dá)影響VD代謝。小鼠短期補(bǔ)充膽鈣化醇,可通過(guò)下調(diào)皮下脂肪組織CYP27A1、CYP24A1和CublinmRNA表達(dá),減少脂肪細(xì)胞對(duì)25(OH)D3的攝取和25-羥基化,防止25(OH)D3在脂肪組織過(guò)度積累[6]。1,25(OH)2D3促進(jìn)豬脂肪源間充質(zhì)干細(xì)胞CYP24A1和CYP27B1表達(dá),抑制CYP酶活性,顯著降低活性VD水平,即1,25(OH)2D3可抑制活性VD合成,同時(shí)也促進(jìn)其失活[14]。α-亞麻酸和亞油酸豐富的飼糧均降低肥育豬皮下脂肪組織和背最長(zhǎng)肌VD含量,影響CYP2J2、CYP27A1、CYP2R1和CYP27B1表達(dá)水平,并存在組織部位的差異[16],然而尚不清楚是否通過(guò)影響VD代謝調(diào)控脂肪生成。

肥胖也對(duì)脂肪組織VD代謝產(chǎn)生影響。高脂飼糧誘導(dǎo)的肥胖小鼠,脂肪組織25(OH)D3積累增加,CYP2R1 mRNA表達(dá)水平提高,說(shuō)明肥胖不僅有利于VD的攝取和貯存,也促進(jìn)25-羥基化[17]。然而,肥胖人群皮下脂肪組織CYP2J2和CYP27B1表達(dá)降低,胖瘦人之間CYP24A1表達(dá)沒(méi)有差異[10, 18],但肥胖者體重減輕后其表達(dá)水平提高[10]。

2 VD對(duì)脂肪細(xì)胞和脂肪組織的生物學(xué)效應(yīng)

脂肪細(xì)胞來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)。MSCs首先發(fā)育為前體脂肪細(xì)胞,然后終末分化為成熟脂肪細(xì)胞。前體脂肪細(xì)胞經(jīng)歷形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)改變,轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄灾炯?xì)胞,執(zhí)行脂質(zhì)合成、脂肪酸跨膜運(yùn)輸、胰島素信號(hào)應(yīng)答和脂肪因子分泌等多種功能。因此,脂肪形成是前體脂肪細(xì)胞增殖、分化及脂肪合成等系列生物過(guò)程的結(jié)果。

2.1 VD調(diào)控細(xì)胞成脂分化

VD對(duì)脂肪形成的影響已有許多研究,然而,對(duì)不同細(xì)胞源的研究得出不同結(jié)果。對(duì)3T3-L1前體脂肪細(xì)胞的研究表明,1,25(OH)2D3顯著抑制細(xì)胞成脂分化,減少脂質(zhì)積累[19]。1,25(OH)2D3通過(guò)下調(diào)增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α(CCAAT/enhancer binding protein α,C/EBPα)、C/EBPβ、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ (peroxisome proliferators-activated receptors γ,PPARγ)及脂肪酸結(jié)合蛋白(fatty acid-binding protein,FABP)等成脂分化重要調(diào)節(jié)因子的表達(dá),阻斷成脂分化程序,抑制脂肪形成[20-21]。1,25(OH)2D3及過(guò)表達(dá)VDR均可抑制小鼠棕色脂肪細(xì)胞成脂分化及PPARγ的反式激活活性[22]。1,25(OH)2D3通過(guò)增強(qiáng)自噬和調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/細(xì)胞腫瘤抗原p53(p53)信號(hào)通路,抑制白色脂肪細(xì)胞棕色化及其標(biāo)志基因表達(dá)[19]。然而,盡管1,25(OH)2D3以劑量依賴和時(shí)間依賴方式作用于多個(gè)靶點(diǎn)抑制3T3-L1細(xì)胞分化,但只影響成脂分化的早期事件。

細(xì)胞成脂分化是C/EBPα、C/EBPβ和PPARγ等多種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子協(xié)同作用的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程,其中PPARγ是其他因子不可替代的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[23]。VD對(duì)成脂分化的抑制作用可能涉及多個(gè)調(diào)控通路。1,25(OH)2D3通過(guò)下調(diào)PPARγ和C/EBPβ表達(dá),并誘導(dǎo)C/EBPβ的輔阻遏物ETO蛋白,進(jìn)一步降低C/EBPβ活性,抑制3T3-L1前體脂肪細(xì)胞分化[24]。Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)通路在成脂分化期間通常被下調(diào),Cianferotti等[25]對(duì)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),1,25(OH)2D3下調(diào)dickkopf相關(guān)蛋白1(dickkopf-related protein 1,DKK1)和分泌型卷曲相關(guān)蛋白2(secreted frizzled-related protein 2,SFRP2)等Wnt信號(hào)通路的抑制因子表達(dá),抑制成脂分化及脂肪細(xì)胞標(biāo)志基因FABP和Adipsin表達(dá)。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信號(hào)之一,1,25(OH)2D3通過(guò)抑制ERK表達(dá)和磷酸化,下調(diào)C/EBPα、PPARγ、C/EBPβ及維持WNT/β-catenin信號(hào)通路,抑制3T3-L1細(xì)胞分化[20]。此外,1,25(OH)2D3對(duì)PPARγ活性的拮抗及VDR蛋白穩(wěn)定性的影響,也是成脂分化調(diào)控過(guò)程的重要環(huán)節(jié)[21]。

與上述對(duì)3T3-L1脂肪細(xì)胞系等的抗成脂作用相反,1,25(OH)2D3促進(jìn)人和小鼠原代前體脂肪細(xì)胞分化,上調(diào)FABP4、脂聯(lián)素和PPARγ表達(dá)[13]。25(OH)D3通過(guò)誘導(dǎo)11-β-羥基類(lèi)固醇脫氫酶1(11β-hydroxysteroid dehydrogenase 1,HSD11β1)及PPARγ、C/EBP等成脂分化基因表達(dá),促進(jìn)小鼠脂肪MSCs成脂分化,增強(qiáng)胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖攝取[26]。25(OH)D3和1,25(OH)2D3促進(jìn)人皮下前體脂肪細(xì)胞分化及FABP4和脂蛋白脂肪酶(lipoproteinlipase,LPL)表達(dá)[13],促進(jìn)人脂肪源MSCs成脂分化及脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FAS)、FABP4和PPARγ表達(dá)[27]。

VD對(duì)細(xì)胞成脂分化研究結(jié)果的差異分歧顯然與細(xì)胞的來(lái)源及其生物學(xué)特性有關(guān),但也可能與其時(shí)間依賴性和劑量依賴性有關(guān)。在3T3-L1脂肪細(xì)胞分化早期,轉(zhuǎn)錄因子C/EBPβ對(duì)啟動(dòng)分化程序發(fā)揮重要作用,并反式激活成脂關(guān)鍵因子C/EBPα和PPARγ轉(zhuǎn)錄表達(dá)[28]。1,25(OH)2D3以劑量依賴方式抑制3T3-L1細(xì)胞分化及C/EBPα和PPARγ轉(zhuǎn)錄表達(dá),但對(duì)分化啟始后24～48 h的細(xì)胞分化和C/EBPβ表達(dá)無(wú)顯著影響,表明VD僅抑制3T3-L1細(xì)胞成脂分化程序的早期事件[21]。在分化后期,1,25(OH)2D3提高C/EBPα和PPARγ表達(dá),但對(duì)C/EBPβ表達(dá)沒(méi)有顯著影響。此外,作為VD發(fā)揮效應(yīng)的核受體VDR,在脂肪細(xì)胞分化早期表達(dá),隨著分化的進(jìn)程其表達(dá)水平顯著降低[13]。然而,VD影響細(xì)胞成脂分化的時(shí)間依賴性是否取決于C/EBPβ和/或VDR及二者間的相互關(guān)系尚不明確。

此外,高劑量(10 nmol/L)1,25(OH)2D3促進(jìn)人脂源性間充質(zhì)干細(xì)胞成脂分化及PPARγ、C/EBPα表達(dá),而低劑量(0.1 nmol/L)抑制其成脂分化,下調(diào)C/EBPα表達(dá),但對(duì)PPARγ表達(dá)沒(méi)有顯著影響[29]。0.1～1 nmol/L濃度的1,25(OH)2D3抑制豬前體脂肪細(xì)胞分化,降低PPARγ和FAS表達(dá),但濃度為10～100 nmol/L時(shí),促進(jìn)豬前體脂肪細(xì)胞分化,上調(diào)PPARγ和FAS表達(dá)[30]。然而,VD對(duì)動(dòng)物體內(nèi)脂肪形成的影響是否存在這種劑量依賴性尚不清楚。

VD也通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)脂肪代謝,影響脂肪酸組成。1,25(OH)2D3通過(guò)上調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1,Sirt1)表達(dá)和AMPK磷酸化等非胰島素依賴性信號(hào)通路,上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子4(glucose transporter 4,Glut4)表達(dá)及易位到細(xì)胞表面,促進(jìn)胰島素受體底物1 (IRS1)/PI3K/磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)/Akt/蛋白激酶Cζ(PKCζ)信號(hào)級(jí)聯(lián),增強(qiáng)葡萄糖攝取[31]。然而,1,25(OH)2D3可通過(guò)下調(diào)丙酮酸羧化酶,降低葡萄糖作為底物從頭脂肪酸合成的利用率,上調(diào)脂肪酸β-氧化和脂解酶相關(guān)基因表達(dá),減少3T3-L1脂肪細(xì)胞脂質(zhì)積累[32]。VD通過(guò)降低從頭脂肪合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá),減少肝臟和皮下脂肪組織甘油三酯積累[33]。此外,Ji等[34]關(guān)于VDR敲除小鼠的研究證明,VD配體結(jié)合的VDR與長(zhǎng)鏈脂肪酸延伸酶3(fatty acid elongase 3,Elovl3)基因啟動(dòng)子近端區(qū)域的負(fù)反應(yīng)元件結(jié)合,抑制Elovl3基因表達(dá),以組織特異性方式調(diào)控脂肪組織脂肪酸組成,影響C18-C24飽和與單不飽和脂肪酸含量。

2.2 母體VD缺乏影響子代脂肪組織生物學(xué)編程

妊娠期攝入充足的VD對(duì)胎兒發(fā)育至關(guān)重要,母體VD缺乏將引起后代未來(lái)的代謝紊亂,產(chǎn)生一系列不良后果[35]。近來(lái)的研究表明,母體VD缺乏影響子代脂肪組織代謝的編程。VD缺乏母鼠所產(chǎn)雄性幼鼠體重較低,由于脂肪組織轉(zhuǎn)錄譜改變,成年后易于肥胖和葡萄糖穩(wěn)態(tài)受損,但對(duì)同窩雌鼠沒(méi)有顯著影響[36]。與此一致,大鼠妊娠前和妊娠期缺乏VD,可促進(jìn)其雄性后代前體脂肪細(xì)胞增殖與分化,形成肥胖表型[37]。小鼠母體VD缺乏可造成雄性后代子宮內(nèi)生長(zhǎng)遲緩,易于形成肥胖和葡萄糖不耐受等肥胖表型[38]。這種現(xiàn)象可能與表觀遺傳變化包括后代基因啟動(dòng)子和CpG島的甲基化差異[37]及肝臟和生殖細(xì)胞DNA甲基化中斷有關(guān)[39]。此外,母鼠VD缺乏以性別依賴方式激活后代脂肪組織炎癥反應(yīng)通路,并可能與核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)信號(hào)通路的激活相關(guān)[40]。

2.3 VD調(diào)控脂肪組織脂肪因子分泌

脂肪細(xì)胞分泌瘦素、脂聯(lián)素和抵抗素等多種脂肪因子,以內(nèi)分泌、旁分泌或自分泌等方式,調(diào)控機(jī)體代謝及能量平衡。研究表明,VD調(diào)節(jié)許多脂肪因子的分泌[24]。脂聯(lián)素是一種由分化的脂肪細(xì)胞特異性產(chǎn)生的血清蛋白,具有抗炎和胰島素增敏作用。與其他脂肪因子不同,血液脂聯(lián)素濃度與體質(zhì)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。肥胖兒童由于VD缺乏,導(dǎo)致脂聯(lián)素水平降低[41],2型糖尿病患者補(bǔ)充VD,可顯著提高血清脂聯(lián)素水平[42]。

瘦素由脂肪細(xì)胞分泌,其血清水平與體脂含量呈正相關(guān)。瘦素作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的受體,抑制食欲,增加能量消耗,并通過(guò)抑制脂肪生成和促進(jìn)脂解控制脂質(zhì)代謝[43]。CYP27B1基因敲除小鼠由于缺乏1α-羥化酶,瘦素水平降低,飼糧消耗明顯增加,而VDR敲除小鼠由于血清瘦素含量降低,采食量升高但機(jī)體消瘦[44]。1,25(OH)2D3提高野生型小鼠脂肪組織瘦素基因mRNA表達(dá)和血清瘦素水平,促進(jìn)其脂肪組織培養(yǎng)物瘦素表達(dá)和分泌,但對(duì)VDR缺失小鼠無(wú)顯著影響[45]。Kaneko等[46]報(bào)道,1,25(OH)2D3抑制小鼠脂肪細(xì)胞瘦素表達(dá)至少84%,但誘導(dǎo)人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞瘦素表達(dá)15.1倍,說(shuō)明VD可能通過(guò)調(diào)控瘦素表達(dá)調(diào)節(jié)食物攝入。由此可見(jiàn),VD通過(guò)調(diào)節(jié)瘦素水平影響機(jī)體能量穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝,但可能具有組織細(xì)胞特異性。

2.4 VD調(diào)節(jié)脂肪組織炎癥反應(yīng)

脂肪組織含有豐富的與脂肪細(xì)胞相互作用的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和B細(xì)胞、自然殺傷 (natural killer,NK)細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞,其中脂質(zhì)相關(guān)巨噬細(xì)胞(lipid-associated macrophages,LAM)以Trem2信號(hào)依賴方式調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、脂肪細(xì)胞肥大和炎癥反應(yīng)[47]。研究表明,VD降低脂多糖誘導(dǎo)的急性炎癥小鼠和食物誘導(dǎo)的代謝性炎癥小鼠脂肪細(xì)胞促炎細(xì)胞因子和趨化因子水平[48]。人血清促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin,IL)6和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)含量與25(OH)D3含量呈負(fù)相關(guān),而超重和肥胖患者血漿脂聯(lián)素水平與25(OH)D3含量存在負(fù)相關(guān)[49]。缺乏VD的2型糖尿病人補(bǔ)充VD可降低血清IL-6、纖溶酶原激活物抑制物-1和纖維蛋白原水平,減輕氧化應(yīng)激和炎癥[42]。補(bǔ)充VD的小鼠雖然不能改善高脂高糖飼喂誘導(dǎo)的肥胖及脂肪細(xì)胞肥大和葡萄糖穩(wěn)態(tài),但可通過(guò)AMPK/NF-κB信號(hào)通路降低脂肪組織IL-6、TNF-α等促炎因子及趨化因子表達(dá),有助于減輕脂肪組織炎癥[33,50]。

體外研究也表明,VD減少脂肪細(xì)胞趨化因子和細(xì)胞因子釋放。1,25(OH)2D3通過(guò)抑制NF-κB和MAPK信號(hào)通路,對(duì)脂肪細(xì)胞產(chǎn)生抗炎作用[51]。Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)是一種跨膜蛋白,通過(guò)啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián),導(dǎo)致NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子激活,調(diào)控細(xì)胞因子表達(dá)。VD可通過(guò)降低TLR表達(dá)抑制NF-κB信號(hào)通路,減少促炎細(xì)胞因子表達(dá)和分泌[48]。

3 VD作用的分子調(diào)控機(jī)制

VD的基因組效應(yīng)依賴于1,25(OH)2D3對(duì)核受體VDR的激活,并涉及表觀基因組的變化,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組改變[52]。VDR廣泛表達(dá)于各類(lèi)組織細(xì)胞[53],1,25(OH)2D3通過(guò)VDR以組織和細(xì)胞特異性方式直接或間接調(diào)控上千個(gè)靶基因表達(dá)[52],包括NF-κB、C/EBP及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子5(signal transducer and activator of transcription 5,STAT5)[54]。前體脂肪細(xì)胞及脂肪細(xì)胞分化早期表達(dá)VDR,用siRNA敲除3T3-L1細(xì)胞VDR,脂肪形成被抑制[20]。用1,25(OH)2D3處理可阻滯VDR+/+細(xì)胞成脂分化,但對(duì)VDR-/-細(xì)胞無(wú)顯著影響[21]?？梢?jiàn),VD通過(guò)與其配體VDR結(jié)合,調(diào)控下游靶基因表達(dá)及脂肪形成。

研究表明,VDR與維甲酸X受體(retinoid X receptor,RXR)形成異二聚體后易位到細(xì)胞核,在靶基因啟動(dòng)子區(qū)的VD反應(yīng)元件(vitamin D response elements,VDRE)與DNA結(jié)合。在缺乏1,25(OH)2D3時(shí),無(wú)配體結(jié)合的VDR異二聚體可以結(jié)合基因組DNA,但隨后與共阻遏蛋白和組蛋白去乙酰化酶形成復(fù)合物[53]。相反,當(dāng)存在1,25(OH)2D3時(shí),配體激活的VDR征募輔激活因子和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活[1]。肥胖者脂肪組織VDR表達(dá)較體重正常者顯著提高[18],也支持了脂肪細(xì)胞VD活性形式代謝物的基因組效應(yīng)。

VD及其活性代謝物也通過(guò)表觀遺傳效應(yīng)發(fā)揮其調(diào)控功能[37],這些效應(yīng)包括通過(guò)調(diào)節(jié)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和/或去甲基化酶的表達(dá),影響DNA甲基化[55]。VD缺乏導(dǎo)致DNA甲基化程度降低,誘導(dǎo)脂肪組織組蛋白去乙?；讣癐L-12A、NF-κB等脂肪因子表達(dá)[56]。VD也可通過(guò)激活組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙酰化酶調(diào)控組蛋白乙?；?以及組蛋白甲基化和去甲基化,調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的染色質(zhì)可及性[57]。此外,VD參與調(diào)節(jié)miRNA表達(dá),人類(lèi)脂肪組織VDR的表達(dá)可能受miR-125a-5p、miR-125b-5p和miR-214-3p等miRNA的調(diào)控,并影響促炎細(xì)胞因子IL-6、IL-8和IL-1 mRNA表達(dá)[18]。然而,VD及其代謝物對(duì)其他表觀遺傳機(jī)制的影響仍有待研究。

與需要若干小時(shí)經(jīng)歷RNA和蛋白質(zhì)合成才能實(shí)現(xiàn)的基因組效應(yīng)相比,VD激活信號(hào)通路的快速反應(yīng)只需幾秒至幾分鐘,排除了通過(guò)激活VDR轉(zhuǎn)錄表達(dá)參與的過(guò)程,即VD的作用存在無(wú)需VDR參與的非基因組效應(yīng)[58]。研究證實(shí),活性形式的VD促進(jìn)磷脂酶A2、磷脂酰肌醇-3激酶與鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等質(zhì)膜蛋白相互作用,促使第二信使如鈣離子(Ca2+)、環(huán)磷酸腺苷和磷脂酰肌醇3,4,5三磷酸產(chǎn)生,最終激活蛋白激酶C、MAPK和Ca2+-鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱγ,以及介導(dǎo)Ca2+和氯離子(Cl-)通道開(kāi)放,影響多種生物學(xué)過(guò)程[59]。這些通過(guò)膜受體快速啟動(dòng)的非基因組效應(yīng)依賴于蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶家族A成員3(protein disulfide-isomerase 3,PDIA3)[58,60]。PDIA3在脂肪細(xì)胞表達(dá),可能是胰島素抵抗和脂代謝異常相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的早期標(biāo)志物[61],但在脂肪細(xì)胞VD的非基因組效應(yīng)中該蛋白質(zhì)的作用尚不清楚。

4 VD影響豬生長(zhǎng)性能、健康和肉品質(zhì)

在飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的營(yíng)養(yǎng)需要量的基礎(chǔ)上,添加VD有助于改善豬的生長(zhǎng)性能和健康。飼糧添加50 μg/kg的25(OH)D3,除改善斷奶仔豬骨質(zhì)量和鈣消化率[62-63]、生長(zhǎng)肥育豬骨礦物質(zhì)含量和骨質(zhì)強(qiáng)度[64]外,可改善仔豬和生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能[62-63]、抗氧化能力及腸道分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,sIgA)分泌和微生物β多樣性[62],提高生長(zhǎng)肥育豬抗氧化能力、改善肉品質(zhì)和腸道微生物組成[64]。母豬飼糧添加50 μg/kg的25(OH)D3可提高哺乳仔豬斷奶前生長(zhǎng)速度[65-66]、改善母豬及其仔豬營(yíng)養(yǎng)狀況,并增加初生仔豬初級(jí)肌纖維數(shù)量[67]。妊娠期母豬補(bǔ)充50 μg/kg VD3可改善哺乳仔豬腸道功能和菌群結(jié)構(gòu)[68]。飼糧添加高劑量25(OH)D3可提高斷奶仔豬血清25(OH)D3含量,增加輔助性T細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞,改善免疫和抗氧化性能[69]。

豬是脂肪沉積能力最強(qiáng)的動(dòng)物之一,控制皮下脂肪沉積及適當(dāng)提高肌內(nèi)脂肪含量對(duì)于提高養(yǎng)豬生產(chǎn)效益和改善豬肉品質(zhì)意義重大。不同濃度1,25(OH)2D3可改變活性氧(ROS)含量和還原型谷胱甘肽(GSH)/氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值,調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài),影響體外培養(yǎng)豬前體脂肪細(xì)胞分化[70]。飼糧添加適量25(OH)D3(50 μg/kg),豬背最長(zhǎng)肌飽和及單不飽和脂肪酸含量顯著降低[63]。然而,VD對(duì)豬脂肪組織發(fā)育及脂肪沉積的作用仍知之甚少。

5 小結(jié)與展望

脂肪細(xì)胞分化是動(dòng)物脂肪沉積的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。脂肪的沉積和分布是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與遺傳因子相互作用的結(jié)果,皮下脂肪影響胴體質(zhì)量,而肌內(nèi)脂肪直接影響豬肉品質(zhì)。利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控脂肪形成及肉品質(zhì),是動(dòng)物產(chǎn)品安全、健康生產(chǎn)的重要措施。在人和嚙齒動(dòng)物體內(nèi)外的研究均已證明,VD對(duì)脂肪組織和脂肪細(xì)胞產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng),通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)脂肪形成。然而,脂肪形成是多種調(diào)控因子共同作用的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程,各種成脂因子在脂肪細(xì)胞發(fā)育的不同階段發(fā)揮著不同作用;動(dòng)物遺傳背景不同,脂肪細(xì)胞的發(fā)育從胎兒到出生后的各生長(zhǎng)階段存在時(shí)間差異。因此,亟待明確VD在動(dòng)物體內(nèi)脂肪形成中的作用及其發(fā)揮作用的時(shí)間效應(yīng)。