CEBPA 基因的生物学效应及其在畜禽生产中的研究进展

黄明捷，陈 祥*，张 勇，陈 伟

（1.贵州大学高原山地动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室，贵州贵阳 550025；2.贵州大学动物科学学院，贵州省动物遗传育种与繁殖重点实验室，贵州贵阳 550025）

增强子结合蛋白α（CCAAT/Enhancer Binding Protein Alpha，CEBPA）是碱性亮氨酸拉链蛋白家族的一个亚家族（增强子结合蛋白家族：CCAAT Enhancer Binding Protein,C/EBPs）中最早被发现的成员。CEBPA基因别名C/EBP、RcC/EBP-1[1]、C/EBPα，该基因能调控脂肪细胞分化与成熟，由于调控脂肪细胞特异性表达的基因上存在CEBPA的结合位点，若这些结合位点发生突变，则会导致CEBPA对这类基因的诱导受到限制[2]，进而抑制细胞中脂肪的累积。同时，该基因在骨髓组织细胞生成和机体免疫等过程中发挥重要作用[3-4]。本文主要对CEBPA基因的分布、结构和功能以及近几年CEBPA基因在疾病和畜禽生产方面的研究进展进行综述。

1 CEBPA 基因概述

CCAAT/增强子结合蛋白α是 1987 年从大鼠肝脏中分离得到的最早的CEBPs 蛋白[5]，CEBPs 家族有6 个成员，即C/EBPα～ζ。CEBPA基因序列的保守性较强[6]，含有一个高度保守的DNA 结合结构域（BR）和一个亮氨酸拉链二聚体结构域（LZ）（图1），并且能形成同源和异源二聚体结合到相似的序列上[7]。鸡、鸭、鹅的CEBPA基因仅有1 个外显子。Qiu 等[8]克隆出鸭C/EBPα基因CDS 全长978 bp，编码325 个氨基酸，蛋白分子量为36.07 ku；于莎莉等[9]对朗德鹅（Anser anser）C/EBPα基因克隆后测序分析，发现朗德鹅C/EBPα基因编码区全长为975 bp，编码324 个氨基酸。王虹[10]对秦川牛的C/EBPα进行克隆发现该基因的CDS 区长度为1 062 bp，编码353 个氨基酸残基，含一个完全由α螺旋构成的亮氨酸拉链。韦璇[11]发现绵羊C/EBPα基因编码区序列全长1 062 bp，编码353 个氨基酸。人CEBPA定位在19 号染色体长臂（19q13.1），全长3 318 bp，无内含子，编码由358 个氨基酸残基组成的蛋白质[12]。构成CEBPA 蛋白的p42/p30（42 ku 蛋白和截短的30 ku 蛋白）比例产生波动，会影响CEBPA基因对应的功能[13]。

2 CEBPA 的分布、结构与功能

CEBPA基因在脂肪和胆固醇代谢相对较旺盛的组织中表达量较高，在背最长肌、腰大肌、后腿股二头肌、心、脾、肺、肾、小肠、肌肉和胃等常规组织中都有表达[14-15]。同时，生殖系统的相关组织和炎症系统细胞中也能检测到C/EBPα[16-17]。

CEBPs 发挥反式调控作用需要有3 个必需的功能域[18]：稳定功能域（SR）、DNA 结合功能域（DBD）和激活功能域（AD）（图1）。CEBPA基因对转录的调控作用主要表现在转录激活和转录抑制两方面，在细胞的信号传导、增殖、分化、能量代谢、应激反应、血液生成、肿瘤发生以及机体的免疫等方面也发挥着重要作用[19]。此外，CEBPA缺乏抑制了骨细胞功能基因表达，CEBPA基因控制着破骨细胞末期的分化、激活和功能等，是维持骨内稳态的关键[20]。

3 CEBPA 对脂肪细胞分化的调控

脂肪细胞分化过程系统而复杂，受多个转录因子相互协同作用。CEBPA基因在脂肪细胞分化过程中处于核心位置，能介导诸多转录因子参与脂肪细胞的分化与成熟过程，与此同时，CEBPA基因亦受其他因子介导。C/EBPα是首个被验证的在调控脂肪细胞分化和脂肪产生过程中能时序表达且起重要作用的转录因子[21]，CEBPA基因通过与脂肪生成基因的调控区域结合从而影响这些基因的表达转录[22-23]。重要的是，C/EBPs 家族中的C/EBPβ和C/EBPδ也都参与了前体脂肪细胞分化过程并发挥非常重要作用[24]，它们能产生控制脂肪细胞表现型的转录激活因子[25-27]。C/EBPα能够促进小鼠成纤维细胞分化为脂肪细胞[28]，该基因在脂肪细胞分化过程中表达较晚，在胞内开始生成脂肪时表达，随脂肪生成量的升高而上升，期间保持较高表达水平[29]。在前体脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞的4 个不同阶段里，C/EBPα和PPARγ是分化后期重要转录因子，能直接或间接介导其他转录因子调控脂肪分化[30-32]。在脂肪细胞分化终末阶段C/EBPα和PPARγ共同作用对长链脂肪酸进行合成、摄取和储存，并使细胞停止增殖，呈现完全分化状态[33-34]。

3.1 转录因子介导CEBPA调控脂肪细胞分化 阻断C/EBPα也就随之阻断脂肪细胞的分化[35-36]，因此，其他转录因子对CEBPA基因的表达调控也具有重要意义。闫峻[37]研究发现，超表达脂联素（Adiponectin，ADPN）抑制C/EBPα表达，负调控鸡脂肪细胞分化和脂质沉积；Grill 等[38]研究发现，抑制DRO1（Coiled-Coil Domain Containing 80，CCDC80/DRO1）表达能上调CEBPA，并能显著促进脂肪生成。转录因子也能通过激活CEBPA基因启动子的活性参与成脂过程。于俊涛[39]研究发现，过表达HTLV-1 碱性亮氨酸拉链结构域因子（HTLV-1 bZIP factor，HBZ）可激活C/EBPα基因启动子的活性，并且HBZ 可直接结合到C/EBPα基因的启动子区域上进而促进C/EBPα基因表达。Gao 等[40]研究发现，鸡CEBPA启动子区域-1 494 bp 和-1 478 bp的CpG 与CEBPAmRNA 表达呈显著负相关，且瘦肉系鸡CEBPA的启动子区CpG 位点甲基化显著高于脂肪系鸡，这表明CEBPA在脂肪组织中发生甲基化并能调控鸡脂肪发育。此外，C/EBPα还能被转录因子C/EBP同源蛋白[CCAAT/Enhancer-Binding Protein（C/EBP）Homologous Protein，CHOP]负调控，控制动物机体脂肪和糖代谢[41]。不同转录因子适时适量表达，形成介导CEBPA调控脂肪细胞分化的网络架构，间接参与机体脂肪细胞分化和脂肪沉积过程。

3.2 miRNA 介导CEBPA调控脂肪细胞分化 miRNA是一类长20～25 个核苷酸的非编码小RNA，引导RNA诱导沉默复合物（RNA-Induced Silencing Complex，RISC）与靶mRNA 结合，降解靶mRNA 或调控翻译间接调节基因表达，从而在RNA 的基础上行使自身的生物学功能，参与生命过程中一系列的重要进程，包括早期发育、细胞增殖、细胞凋亡、脂肪代谢和细胞分化[42-43]。miRNAs 在哺乳动物脂肪细胞中有表达，并且参与了哺乳动物的脂肪生成过程。在哺乳动物的脂肪组织、脂肪细胞分化的过程中存在大量的miRNA 的表达。已有实验发现miR-375、miR-143 和miR-124-3p 等miRNA能降低脂肪细胞分化基因C/EBPα的表达，致使脂肪滴生成量减少[44-46]。此外，miRNA 还能通过作用于调控C/EBPα的因子来间接行使其生物学功能。Zhang 等[47]通过抑制miR-140-5p 使ST2 细胞的PPARγ和C/EBPα表达量都下降，而miR-140-5p 的靶基因转化生长因子β受 体1（Transforming Growth Factor Beta Receptor Ⅰ，TGFBR1）能抑制PPARγ和C/EBPα的表达，说明miR-140-5p 促进脂肪细胞分化。这些研究都表明，miRNA 可以介导CEBPA基因来参与脂肪细胞分化和肌内脂肪沉积的过程。

4 CEBPA 基因与人类部分疾病的相关研究

4.1CEBPA基因与肥胖 基于CEBPA基因在机体脂肪沉积过程中的重要性，这个基因异常表达会导致肥胖发生，已有研究者注意到该基因在开发治疗肥胖的药物原料方面具有重要意义。李一璇[48]发现，番石榴叶提取物通过抑制PPARγ和C/EBPαmRNA 水平的表达，抑制脂肪组织形成，从而达到减肥降脂的目的，这种抑制作用会随着剂量上升而增强，且在浓度200 mg/kg 条件下效果最好。同时，也有人证实银杏黄素能降低C/EBPα表达[49]，这种药物原料是一种潜在的抗脂肪生成和抗肥胖药物。而韩国传统的治疗肥胖症的药物Gangjihwan（DF）和Bacaba（Oenocarpus bacaba Mart，一种巴西棕榈果实）的酚提取物（BPE）能促使C/EBPα以药物剂量的依赖性抑制效果来降低脂肪的生成[50-51]。当前，专门以CEBPA基因为靶点用于治疗肥胖病的药物尚未问世，还有待科研工作者研发。

4.2CEBPA基因与糖尿病 糖尿病（Diabetes Mellitus，DM）是一种代谢疾病，胰岛素分泌缺陷引起的高血糖症进一步会导致糖尿病发生。CEBPA是控制葡萄糖稳态整个过程的重要调节因子，C/EBPα缺陷小鼠会表现出低血糖和低胰岛素血症，并且C/EBPα对长期处于高糖高脂环境的小鼠具有一定的的保护作用[52-53]。C/EBPα基因通过与GLUT4基因的启动子结合调节胰岛素受体来增强胰岛素敏感性[54-55]。Gao 等[56]研究发现，鹰嘴豆芽中的异黄酮（IGL）和鹰嘴豆种子中的异黄酮（ICS）能以剂量依赖的方式显著降低3T3-L1 脂肪细胞中C/EBPα的mRNA 和蛋白质表达水平，通过下调其mRNA 转录和提高胰岛素受体的敏感性而具有抗糖尿病作用，鹰嘴豆可通过控制胰岛素分泌来增强抗糖尿病作用。因此，调节CEBPA基因的表达将会是预防或治疗糖尿病的重要方法。

4.3CEBPA基因与白血病CEBPA是髓系分化过程的重要调控因子，也是导致白血病发生的重要转录因子。Truong 等[57]研究认为，CEBPA基因能抑制急性髓系白血病（Acute Myeoloid Leukemia，AML），靶向调节CEBPA活性，是治疗AML 的新途径。C/EBPα在从普通骨髓系祖细胞（CMP）转变为粒细胞-巨噬细胞系祖细胞（Granulocyte-Macrophage Progenitor，GMP）的过程中起着非常重要的作用，成年的C/EBPα缺陷小鼠骨髓充满了类似于人AML 的成髓细胞，表明C/EBPα被破坏会产生白血病。同时，白血病的发生伴随着CEBPA基因突变。AML 病人中的C/EBPαN 末端突变会引起该基因的移码突变，致使该基因的功能丧失，并且在造血干细胞（HSC）扩增方面是沉默的，但会形成定型髓样祖细胞，即白血病起始细胞的雏形[58-59]；王舒等[60]研究发现，CEBPA单端突变（CEBPAMonoallelic，CEBPAmo）比双端突变（CEBPABiallelic，CEBPAbi）患者会产生更多导致不良预后的附加突变。CEBPA突变阳性的AML 患者预后良好；潘亚宁[61]发现CEBPA突变阳性患者在1 个疗程后总完全缓解率和总体生存率均显著高于突变阴性患者。CEBPA突变会引起白血病的发生，不同突变类型的预后情况有所差别，有望针对各突变类型制定适宜疗程，研发能缓解白血病初期机体进一步恶化的药物。

5 CEBPA 基因在畜禽生产中的研究

CEBPA基因在畜禽生产中，主要探究多态位点和组织表达量与生长性能和脂肪沉积的相关性，且国内外对CEBPA基因的研究在牛、羊、猪和禽类均有体现。

5.1CEBPA基因与牛肉质的研究 关于牛CEBPA基因的研究较多，主要集中在多态位点分析、脂肪细胞分化过程中的表达情况和对其他能影响脂肪沉积基因的介导表达等方面。CEBPAmRNA 水平与牛的胴体性状存在强正相关性[62]，并且该基因的多态性对牛的胴体和肉质有重要影响。贺花[63]在秦川牛CEBPA基因编码区发现1 个突变点nt963（T＞G），存在2 种单倍型（A 和B）和3 种基因型（AA、AB 和BB），BB 基因型个体比AA 和AB 基因型个体具有更高的屠宰体重和胴体重量，CEBPA基因可作为影响秦川牛胴体性状的主要候选基因。C/EBPα可以诱导细胞分化。皇甫一凡[1]通过构建体外培养的牛成肌细胞体系，发现C/EBPα能诱导成肌细胞向成脂转分化；张萌萌等[64]发现C/EBPα基因在牛肌内前体脂肪细胞分化早期开始表达，分化后期表达量明显增加，说明C/EBPα基因在脂肪细胞分化成熟的过程扮演重要角色。此外，C/EBPα能基因介导其他成脂基因参与牛脂肪组织生长和发育。Adoligbe 等[65]通过在牛肌肉干细胞（MSCs）中过表达C/EBPα能诱导LPL、PPARγ、C/EBPβ和C/EBPδ基因的表达，该研究为C/EBPα基因在脂肪细胞分化过程中的重要性提供了重要证据；Wang 等[66]研究指出牛C/EBPα基因可以调控ABHD5基 因（alpha/beta hydrolase 5，ABHD5），间接调控细胞脂质代谢，该基因可作为标记辅助选择的潜在标记，用于改善牛胴体性状。因而，探究CEBPA基因在牛体组织中的表达情况对优质种牛选育及提高牛肌内脂肪具有重要意义。

5.2CEBPA基因与羊肉质的研究 羊C/EBPα基因的研究目前集中在组织表达和介导调控方面。C/EBPα基因在羊不同组织中都有表达，湖羊肌肉中C/EBPα基因表达量随月龄增长先上升后下降，且该基因在背最长肌、腰大肌和后腿股二头肌中的表达量与IMF 呈正相关[14]。其他脂肪库中亦能检测到C/EBPα基因，该基因在肾周脂肪、网膜脂肪、皮下脂肪和尾脂中mRNA 的表达水平差异显著[67]。当前对羊C/EBPα基因多态位点的研究较少，该基因未在阿勒泰羊上发现SNP 位点[15]，但在其他品种羊中是否有C/EBPα基因的SNP 位点，有待进一步证实。此外，C/EBPα基因对乳脂含量也有一定的间接作用。Dettori 等[68]研究发现，C/EBPα能结合到GH基因的SNP ss748770547 位点上，这个位于GH2-Z基因5'侧翼区的域位点，可影响绵羊的乳脂含量。羊C/EBPα基因还存在miRNA 靶标位点。Pan 等[69]揭示了miR-124-3p 靶向C/EBPα诱导脂肪分化，调控绵羊皮下脂肪代谢和沉积。

5.3CEBPA基因与猪体尺、肉质和生长性能的研究 当前对猪CEBPA基因的研究主要集中在组织表达规律与脂肪沉积的相关性和介导表达调控方面。徐敏等[70]研究发现，从江香猪肌内前体脂肪细胞分化为成熟的脂肪细胞过程中，诱导48 h 时CEBPA基因呈现较高表达，极显著高于其余各阶段。猪CEBPA基因表达水平与体重、月龄间存在相关性，猪出生时，C/EBPα转录水平非常低，之后会随着体重的增加而显著升高，该基因的表达与脂肪沉积率呈正相关[71]；张野等[72]研究发现，民猪和长白猪肾周脂肪中C/EBPα的表达量随着月龄增加而升高，直至6 月龄后降低。C/EBPα基因在一些地方猪品种中的表达量与肌内脂肪有较高的相关系数[73]。

此外，C/EBPα对猪的生长起到间接调控的效果。C/EBPα可通过与猪胰岛素样生长因子1（Insulin-Like Growth Factor 1，IGF1）基因启动子区2 个位点进行结合，抑制IGF1表达，由于IGF1能调控GH基因，因而C/EBPα基因能实现通过控制IGF1来介导GH基因对生长的调节作用[74]。

5.4CEBPA基因与禽类体尺、肉质的研究 禽类CEBPA基因的研究主要集中在对不同科禽类的组织表达情况、多态位点分析方面。C/EBPα基因在鸭颈部皮脂、胸部皮脂、腹部皮脂、背部皮脂、腿部皮脂、腹脂、心、脾、肺、肾、小肠、肌肉、胃、脑及性腺组织中都有表达，且在腹脂中相对表达量最高[16]。Calkhoven 等[75]首次克隆了鸡C/EBPα基因，该基因位于11 号染色体，CDS 区全长975 bp。C/EBPα基因对鸡屠宰和体尺性能有一定影响。张爱朋等[76]研究发现，东北农业大学肉鸡C/EBPα基因编码区有1 个沉默突变，即552G＞A，导致肉鸡腹脂重、腹脂率、肝脏重、肝脏率、胫围、胫骨重等性状产生显著影响；曹海月等[77]在无量山乌骨鸡CEBPA基因外显子上筛选到3 个SNPs 位点，其中CEBPA基因74 bp 位点的C→G 突变使得原来的苏氨酸变为丝氨酸，该突变位点上BB 型个体的体斜长、胸宽和龙骨长显著高于AA 型，且胸宽、胸深和龙骨长显著高于AB 型。同时，若其他基因上的C/EBPα结合位点突变，则对鸡的脂肪性状产生一定影响。贺綦等[78-79]采用定点突变，使L-FABP启动子区域中C/EBPα结合位点发生突变后，L-FABP启动子活性明显提高。

6 小 结

CEBPA基因作为促进脂肪细胞分化、调控脂肪沉积的重要因子，还能通过介导其他转录因子调控各项机体效能。CEBPA异常表达会导致人类肥胖、糖尿病以及白血病等疾病，已有学者发现能调节CEBPA的药物原料，但具体作用机理有待进一步探究。CEBPA基因在畜禽生产上的相关研究主要在牛、羊、猪和禽类的多态位点和组织表达量与生长性能和脂肪沉积的相关性方面。尽管当前已有试验验证了miR-375、miR-140-5p和miR-31 等miRNA 对CEBPA基因有调控作用，但整个非编码小RNA 靶向调控CEBPA基因的网络尚未构建。今后的研究中，除了继续探寻CEBPA基因在不同疾病中的突变情况、深入挖掘CEBPA基因对脂肪细胞分化调控的机理、研发针对CEBPA基因异常表达所导致的疾病的药物，还应着手构建靶向CEBPA基因的非编码小RNA 调控网络，以探索提高畜禽肌内脂肪含量、改善肉质的新方法，寻找治疗人类相关疾病的新途径。