动物脂肪酸转运蛋白1的研究进展

魏胜娟,昝林森＊,2,王洪宝,2

(1.西北农林科技大学动物科技学院,陕西 杨凌 712100;2.国家肉牛改良中心,陕西 杨凌 712100)

动物脂肪酸转运蛋白1的研究进展

魏胜娟1,昝林森＊1,2,王洪宝1,2

(1.西北农林科技大学动物科技学院,陕西 杨凌 712100;2.国家肉牛改良中心,陕西 杨凌 712100)

脂肪含量对人类和动物健康以及动物肉品质均有重要影响。脂肪酸转运蛋白1(fatty acid transport protein 1,FA TP1)是整合的跨膜蛋白,属于脂肪酸转运蛋白家族(FATPs)成员,参与脂肪酸跨膜转运及脂肪酸代谢,是影响脂肪含量的关键基因之一,近年来引起了越来越多的关注。本文就FATP1的结构特点与组织分布、功能、表达调控以及遗传变异等方面做一综述,以期对今后的研究提供参改。

脂肪酸转运蛋白1;FA TP1;S LC27a1;研究进展

脂肪酸转运蛋白1,全称长链脂肪酸转运蛋白1,又名SLC27a1(solute carrier family 27 member 1),由Schaffer等(1994)[1]通过表达克隆技术在小鼠3T 3-L1脂肪细胞中首次发现,定位于质膜;参与长链脂肪酸跨膜转运及脂肪酸代谢。至今为止,已在鼠、人、牛、鸡等多物种中发现,是至今发现的脂肪酸转运蛋白家族FA TP1-6的六个成员中发现最早,也是研究最多的一个基因。

FA TP1通过调控脂肪酸摄取和代谢,从而间接影响脂质分布与沉积,对动物肉质改良有着非常重要的意义。此外,激素等调控FA TP1活性在机体稳态及代谢性疾病中起着重要作用,有望成为基因治疗中新的靶基因。不论对动物肉质改良还是对人类和动物健康,FA TP1都起着非常重要的作用。

1 FATP1的结构特点与组织分布

1.1 FATP1的定位与结构特点

人的FATP1(NC 000019.9)定位于19号染色体,全长35678 bp,含 12个外显子,编码646个氨基酸;小鼠的FATP1(NC 000074)定位于8号染色体,全长17782 bp,含 14个外显子,编码646个氨基酸;牛的FA TP1(NC 007305.3)定位于7号染色体,全长39189 bp,含13个外显子,同样编码 646个氨基酸。

FA TP1是63-k Da的质膜蛋白,有 6个预测 α-螺旋的跨膜区[1,2]。Lew is等(2001)[3]研究显示,FA TP1是至少有一个跨膜区和多个膜相关区域的膜蛋白(见图1)。

图1 FATP1的拓扑学模型示意图[3]

Stuhlsatz-Krouper等[4](1998)通过比较人类、鼠类和酵母的FATP氨基酸序列,发现了一个高度保守的模序IYTSG T TGXPK,该模序在形成腺嘌呤核苷酸中间产物的一些蛋白中均以发现。成熟的脂肪酸转运蛋白的该模序中引入250位丙氨酸取代丝氨酸的突变,致使产生适量表达的代谢突变型FATP,抑制了长链脂肪酸的转运和与AT P的结合。FATP参与ATP的结合取决于IYTSG TTGXPK模序中250位的丝氨酸,胞内 A TP的耗尽能显著降低FATP所调控的长链脂肪酸的摄取。Stuhlsatz-Krouper等[5](1999)通过分别定点突变了中心的250位丝氨酸和252位苏氨酸残基并在成纤维细胞中表达后发现,突变后脂肪酸的摄入和叠氮基的结合均变弱。250位丝氨酸和252位苏氨酸对FATP的功能非常关键,且FATP的功能机制涉及到这些氨基酸残基所决定的核苷酸的结合。?

1.2 FATP1的组织分布

FA TP1的分布比较广泛,主要在脂肪和肌肉组织中表达,其组织特异性分布在各个物种中有类似也有区别。

人类FATP1存在于机体所有利用脂肪酸的组织中[6-8],Geneviève Martina等[9](2000)研究发现,人类肌肉和脂肪组织中FATP1m RNA表达水平较高,小肠中等水平,肝脏中几乎没有;Schaffer等[1](1994)证实了小鼠的脂肪、心脏和肌肉组织中均有表达;束刚等[10](2006)发现猪的脂肪和心脏组织高丰度表达;Ordovás L等[11]发现牛的FATP1m RNA在心脏、睾丸、神经和肌肉组织中含量很高,在肝脏组织中的含量很低,与人和小鼠差别较大的是,牛的脂肪组织中的FATP1的mRNA含量很低,在蛋白水平上,心脏、皮下组织和脂肪组织中均检测到了该基因蛋白的表达,而在睾丸、神经组织及肝脏中却没有检测到。Song等[12](2008)研究发现,黄羽肉鸡胸肌和皮下脂肪在22、29和42日龄3个阶段均能检测到FATP1m RNA的恒定表达;骨骼肌42日龄的表达量明显高于前两个阶段;公鸡的腹部脂肪的FATP1m RNA表达量随日龄明显增多,而母鸡于42日龄表达量急剧下降。这些研究表明了FATP1分布的组织特异性与性别特异性。

2 FATP1的功能

2.1 促进脂肪酸跨膜转运,参与脂肪酸代谢

FA TP1是整合跨膜蛋白,引导外源性脂肪酸进入细胞,参与脂肪酸的摄入和酯化,对细胞内甘油三酯的合成具有重要作用。Schaffer等[1](1994)在哺乳动物中表达FATP1能明显促进长链脂肪酸的摄取。Mario Marottaa等[13](2004)研究发现大鼠中脂肪含量高的肌肉细胞FATP1的表达也高。Chiu等[14](2005)通过在心脏特异性过表达FATP1的转基因小鼠研究发现,心肌摄取脂肪酸的能力增大了4倍,细胞内脂肪酸的沉积和代谢均增大了2倍。Wu等[15](2006)研究表明,小鼠FA TP1被敲除后,脂肪细胞中甘油三酯的含量显著降低。FAT P1有脂酰辅酶A的活性,与长链酰基辅酶A合成酶相互作用,促进哺乳动物脂肪酸摄取[16,17];但此酶活是否对驱动脂肪酸摄取是必须的仍然未知[18]。

2.2 参与能量代谢

越来越多的研究证明,FATP1在能量代谢中起着重要作用。Wu等[19](2006)研究发现,FA TP1在棕色脂肪组织的非战栗产热中起作用。Sebastián等[20](2009)证实,与FAT36相似,FATP1基因与线粒体相关且对肌肉细胞线粒体脂肪酸氧化起作用。Wiczer等(2009)[21]通过蛋白组学方法沉默了3T 3-L1脂肪细胞的FATP1基因,发现三羧酸循环活性增强,细胞的NAD(+)/NADH增多,脂肪酸氧化作用增强,乳酸产量增加,暗示了FA TP1的新的作用,即调控三羧酸循环活性及线粒体代谢的功能。Mitchell等(2009)[22]转染FATPsiRNA于HEK293细胞,发现FA TP1能够调控心磷脂的重新合成。Guitart等(2009)[23]通过亚细胞成分的免疫印记和FATP1-GFP融合蛋白的免疫细胞学发现,在培养的肌管细胞中,FATP1定位于线粒体中并能提高丙酮酸脱氢酶的活性。

3 FATP1表达调控

FATP1主要受过氧化物酶体增生物激活受体,激素(研究较多的是胰岛素),细胞因子等多种物质调控,与其他调节因子共同调节长链脂肪酸的转运,维持机体稳态。

3.1 FATP的正向调控

FATP的上游区域-458到-474存在功能性过氧化物酶体增生物激活受体(PPARs)反应元件且能被PPA Rа和PPARγ激活物上调[24-27],因此在脂肪细胞分化过程中增加。此外,磺碘喹等药物能通过维甲酸X受体上调FA TP的表达[28]。

3.2 FATP的负向调控

FATP m RNA表达水平还受胰岛素等调控。在培养的3T 3-L1脂肪细胞中,胰岛素下调FATP mRNA表达水平[1]。Northern blot显示,FATP mRNA水平在3T 3-L1前脂肪细胞分化中增大了5～7倍,而胰岛素在培养的脂肪细胞中能下调10倍。在短期禁食的动物试验中,FA TP m RNA在成熟脂肪组织中增加了11倍[29]。Berk等[30](1997)证实,在胰岛素抵抗Zucker鼠中,FATP m RNA的水平比正常鼠增大了5倍。Kim等[31](2004),FA TP1失活能预防骨骼肌中脂肪诱导的胰岛素抵抗。Qiw ei等[32](2006)通过体内试验证明胰岛素能通过调节FA TP1调控长链脂肪酸的摄取,FATPs决定了饮食中摄取的脂质的组织分布,参与饮食诱导的肥胖。胰岛素对FATP调控快速、可逆,主要通过定位于-1353和-1347的顺式磷酸烯醇丙酮酸羧激酶类似元件[33],在转录水平负调控成熟脂肪细胞中FA TP基因的表达[25]。Wiczer等[34](2009)证明,在脂肪细胞中,胰岛素诱导的脂肪酸摄入是通过FATP1基因调控AMPK途径并通过潜在的调控机制调控从葡萄糖代谢新生成的脂肪酸的量的平衡,且在此过程中,脂肪酸的摄入通过乙酰辅酶A羧化酶的磷酸化进行。此外,内毒素、肿瘤坏死因子a和白介素l等也能负向调控FAT P1的表达[35]。

4 FATP1的遗传变异

Meirhaeghe等[36](2000)通过SSCP技术对1144个法国人的FAT P1基因多态性进行研究,首次发现了人类FATP1基因的内含子8和内含子9的3个SNPs(single nucleotide polymorphisms),分别为内含子8的G/A+48,及内含子9的G/A和G/T。发现内含子8 SNP中A等位基因与较高的甘油三酯水平相关,显示了其对脂质代谢的影响。2005年,Meirhaeghe等[37]通过进一步分析1195个法国人FATP1内含子8发现,G/A+48多态性与代谢综合症没有显著相关,暗示该SNP可能对代谢综合症不起重要作用。

Gertow等[38](2003)通过对1054个瑞典人内含子8的G/A48多态性与禁食和食后血脂、血浆脂蛋白变化的关系研究发现,SNP与食后血脂及低密度脂蛋白颗粒大小分布的改变相关,与禁食后血浆中TG含量无关。电迁移率和报告基因研究显示,内含子8不同等位基因核因子和转录活性不同。FATP1通过非酯化脂肪酸运输,可能在食后脂代谢和心血管疾病中起作用。

Laura Ordovas等[39](2008)通过基因微测序技术首次研究FATP-1的多态性与乳脂含量的关系,发现该基因在荷斯坦奶牛中有14个SNPs,其中1个在启动子,7个在内含子,6个在外显子。SNPs对荷斯坦奶牛乳脂率的高低影响不显著,暗示了S LC27A 1与乳脂含量无关或影响很弱。

张龙等[40](2009)利用PCR-SSCP技术对381只大恒优质鸡的FATP1基因研究发现,FATP1的遗传变异与部分屠体性状和腹脂率存在相关性。

5 展望

FATP1是FATPs中重要成员之一,参与脂肪酸及能量代谢,对脂肪沉积及二型糖尿病的治疗有着重要作用。虽然FATP1的结构、组织分布、功能及表达调控等的研究均取得了一系列的进展,但FA TP1对动物肉质的影响方面的报道还不是很多。进一步研究FATP1的遗传变异与肉质相关性及对脂肪细胞的影响等有着非常重要的意义。

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Advances in the Research of Animal Fatty Acid Transport Protein 1

WEI Sheng-juan1,ZAN Lin-sen＊1,2,WANG Hong-bao1,2

(1.College of Animal Science and Tech no logy,Northwest A&F University,Yang ling,Shaanxi 712100,China;2.National Beef Cattle Improvement Center in China,Y ang ling,Shaan xi 712100,China)

Fat content has an import ant role on the health of human and animals and the meat quality of animals.Fatty acid transport protein 1(FATP1)is an integral membrane protein.As one member of the family of the fatty acid transport proteins,FATP1 is involved in the transport of long chain fatty acids across the plasma membrane and the metabolism of fatty acids.It is one of the key genes which have an influence on fat content and has abstracted more and more attentions in recent years.In this paper,structural features and tissue distribution,gene expression and regulation and genetic variation of the gene FATP1 have been summarized for better research in the future.

fatty acid transport protein1;fATP1;sLC27a1;research advance

S823

A

1001-9111(2011)04-0047-05

2010-11-03

2010-12-10

国家“863”计划(2010AA10Z101,2008AA 101010),“十一五”科技支撑计划(2006BAD01A 10-3)。

魏胜娟(1987-),女,河南滑县人,在读硕士,主要从事生物技术与家畜育种研究。

＊通讯作者:昝林森(1963-),男,陕西扶风人,教授,主要从事动物生长发育调控及牛遗传育种与繁殖研究。