CIDEA在脂代谢中的功能研究进展

赵欣，姚大为，赵淑颖，陈成彬，马毅

（1.南开大学生命科学学院，天津 300071；2.天津市农业科学院畜牧兽医研究所，天津 300381；3.天津农学院动物科学与动物医学学院，天津 300384）

牛奶作为一种营养丰富的食物来源，是新生哺乳动物生长和发育所必需的[1]。牛奶中含有维生素、蛋白质、脂肪、碳水化合物和矿物质等营养物质，其中乳蛋白含有人体所需的全部必需氨基酸，乳脂肪是机体获取必需脂肪酸的主要来源，多为短链和中链脂肪酸[2]。在牛奶所有的营养成分中，乳脂的经济价值最高，而乳脂肪酸占乳脂重量的90%[3]。阐明牛奶脂肪酸的代谢机制对于提高牛奶的营养价值、改善牛奶中有益脂肪酸的构成具有重要意义。

CIDEA（细胞死亡诱导DFFA样效应蛋白A）是一种脂滴相关蛋白，在脂肪组织中高度表达，靶向脂肪细胞中的脂滴，抑制甘油三酯水解并促进脂质储存。目前多数研究表明，CIDEA在调节脂肪酸代谢中起重要作用。有研究表明，在哺乳期小鼠乳腺中检测到CIDEA高水平表达，并且与脂质分泌相关。此外，泌乳奶牛乳腺组织中高表达的CIDEA表明该蛋白也可能参与牛乳腺中脂质的合成和分泌，对于CIDEA在奶牛乳腺脂代谢中的具体功能还需要进一步的研究。

1 脂代谢

脂肪酸是一类脂肪族有机物，是人体健康不可或缺的成分，是人体膳食七大营养物质中的一类[4]。脂肪酸的特性包括广泛的生理活性和生物学效应，对维护细胞膜完整性、促进中枢神经发育、产生能量、氧气传递及调节发炎机制具有重要作用[4]。

反刍动物乳腺内脂肪的合成有两个途径：一是通过血液循环摄取中长链脂肪酸作为前体，乳腺外源转化脂肪酸；二是脂肪酸的从头合成，即乳腺内脂肪酸的合成，这一途径以瘤胃内微生物发酵后产生的乙酸和β-羟丁酸为前体物合成短链和中链脂肪酸[2]。反刍动物乳脂合成的前体并不主要来自淀粉分解产生的葡萄糖，这与单胃动物相比有显著差异，反刍动物能够通过瘤胃发酵，将木质素、纤维素、半纤维素等发酵的乙酸、丁酸经过瘤胃壁的糖异生氧化形成β-羟丁酸，进而乳腺上皮细胞利用β-羟丁酸作为前体合成脂肪酸，最终生成甘油三酯[5]。脂肪代谢的基本过程已有较多研究，但脂肪酸代谢的调控机理，尤其是基因表达的精细调控机理尚不明确。

2 CIDE蛋白家族

2.1 CIDE蛋白家族的组成与分布

细胞死亡诱导DFF 45样效应子家族蛋白（CIDE）包括CIDEA、CIDEB和CIDEC在许多不同的组织中表达，被称为脂滴（LD）和内质网（ER）相关蛋白[6]。CIDE家族三个蛋白都具有特异性的CIDE-N端结构域和CIDE-C端结构域。CIDE家族蛋白的N端由一个碱性保守结构域连接一个酸性区域，N端结构域间可以自身或与其他蛋白相互作用，如CIDEC的N端可以与脂滴特异性蛋白（Plin1，As160）相互作用促进脂滴融合。CIDE蛋白的C端含有一个疏水区域负责脂滴定位功能，中间保守的碱性氨基酸（KKR）或KRR可以与磷脂酸（PA）结合，是CIDE蛋白融合的关键位点，一旦突变则丧失融合功能。其中CIDE-N端结构域作为调控区域，可以与其他蛋白进行互作，而CIDE-C端结构域对于细胞定位和引起细胞凋亡起到非常重要的作用[7]。

CIDE家族蛋白在不同的组织中表达，Zhou等[8]已证明CIDEA在棕色脂肪组织（BAT）、白色脂肪及脑、乳腺中表达较高；CIDEB在各组织的表达水平基本一致；而CIDEC高效表达于鼠白色脂肪组织（WAT）和棕色脂肪组织（BAT），在WAT中的表达量大约是在BAT的7.5倍[9]。据报道，在脂肪肝中检测到CIDEA和CIDEC的mRNA，脂肪肝中有大量的脂质积累且形成较大的脂滴[10,11]。

2.2 CIDE蛋白家族在脂代谢中的作用

虽然CIDE家族蛋白质最初被鉴定可诱导细胞死亡，但许多研究也发现它们在调节能量稳态、衰老和代谢疾病如肥胖和糖尿病的发展中起着重要作用。研究证明CIDE蛋白是各种脂质代谢途径的重要调节剂，包括胰岛素敏感性、脂质储存、脂解和脂质分泌[6]。

脂质合成是一个复杂的生物过程，部分由基因表达调节[12]。脂滴（LD）是一种包含磷脂单层结构和中性脂质核心的亚细胞器，是脂质储存的主要部位，在控制脂质稳态中起着至关重要的作用[13～16]。近年来，细胞脂滴上发现了很多蛋白质，比如CIDEA、CIDEC、ER、脂肪诱导转录物1（FIT1）和脂肪诱导转录物2（FIT2）等都可以诱导脂滴形成。CIDEA通过调节脂肪分解和产热来控制BAT中的能量稳态，并且人肥胖与CIDEA调节人脂肪细胞脂解作用有关[17]。与CIDEA类似，CIDEB在新陈代谢中也有重要作用。据报道，CIDEB通过控制肝脏中的脂肪生成和脂肪酸氧化来调节饮食诱导的肥胖、肝脏脂肪变性和胰岛素敏感性[18]。此外，发现CIDEC与脂滴有关，并促进分化的前脂肪细胞（3T3-L1）中甘油三酯的储存[19,20]。所有这些研究表明，CIDE蛋白家族在调节脂代谢中起着重要作用[21]。

CIDEA在皮脂腺中的作用也是调节脂的含量、影响皮脂分泌，敲除CIDEA后可导致小鼠皮脂中的脂滴显著减小，甘油三酯的含量降低，出现皮肤干燥和脱毛现象[22]。研究表明，小鼠体内的CIDEA可以与解偶联蛋白-1（UCP1）特异性结合，直接抑制UCP1的解偶联活性，从而调控小鼠脂肪水解、肥胖和热量产生，调节小鼠体内脂肪代谢[23]。除了UCP1之外，CIDEA还被用作另一种BAT特异性标记。由此可见，CIDEA在小鼠乳腺脂代谢及皮脂腺皮脂分泌中发挥重要作用，对于CIDEA在奶牛乳腺上皮细胞中的具体功能还有待进一步研究。

CIDEB缺乏的小鼠患肥胖症的概率降低，全身代谢速率增加，血清水平甘油三酯（TAG）和非酯化脂肪酸（NEFA）降低，并且对高脂饮食（HFD）诱导的肝脂肪变性有抵抗力[18]。与CIDEA在控制棕色脂肪细胞中的LDs大小的作用一致，CIDEB缺乏的肝细胞LDs更小，并且出现了肝脂肪酸氧化[18]。通过对CIDEB缺陷小鼠的研究表明，CIDEB可能通过与载脂蛋白ApoB相互作用以及肠内乳糜微粒TAG的分泌，在控制肝脏VLDL-TAG分泌方面发挥替代作用[24,25]。当受到高胆固醇饮食的刺激时，由于低密度脂蛋白受体（LDLR）的表达增加，CIDEB缺陷小鼠血浆和心脏中的胆固醇和LDL水平降低，但肝脏中的胆固醇水平升高[26]。综上所述，CIDEB在维持TAG和胆固醇稳态中起着重要作用。

在CIDEC缺陷的WAT中，脂解、线粒体活性和线粒体相关基因的表达水平均增加。在全身缺碘症小鼠和脂肪细胞特异性缺碘症小鼠中，脂肪组织和全身炎症减少[27,28]。此外，在CIDEC缺陷人类患者的WAT中也观察到线粒体密度增加、多房脂滴和较小的冠状炎症的存在[29]。PPARγ激动剂和高脂饮食（HFD）诱导形成的小鼠脂肪肝、肥胖病和人类脂肪肝都与CIDEC有关[30]。因此，CIDEC在控制脂质储存、LD生长、脂解、代谢活性和炎症方面也起着主导作用。

3 CIDEA在奶牛脂代谢方面的功能

乳脂合成是一个复杂的过程，受基因表达变化的高度调节。研究表明，通过定量逆转录聚合酶链反应对哺乳不同阶段的牛乳腺上皮细胞CIDEA的表达水平进行定量分析得知，CIDEA的表达在泌乳高峰期明显高于干奶期和非妊娠期，在泌乳高峰期和泌乳后期的表达水平分别比非妊娠期高4.59倍和2.94倍[31]。此外，研究证明生理浓度的胰岛素可以抑制牛乳腺上皮细胞中CIDEA的表达[31]。因此，CIDEA可能通过调节泌乳乳腺的营养和激素水平在脂代谢和能量消耗中发挥重要作用。

据报道，CIDEA可提高临床患酮病奶牛的乳脂含量[32]。酮病是泌乳早期奶牛的主要代谢性疾病，这种疾病表现为牛奶产量逐渐减少，同时乳脂率增加，乳蛋白率减少。泌乳早期由于负能量平衡引起的身体脂肪动员导致奶牛体内非酯化脂肪酸（NEFA）的血浆浓度增加。在反刍动物中，循环脂蛋白和NEFA被乳腺吸收，并直接用于乳脂合成。临床酮病奶牛的乳腺中CIDEA的丰度显著增加，并且体外数据显示NEFA通过CIDEA增加乳腺上皮细胞中乳脂的合成和分泌[32]。综上所述，CIDEA高表达于奶牛泌乳高峰期，能够促进脂质的合成和分泌，在奶牛乳腺上皮细胞脂代谢中发挥重要作用。

4 总结

牛奶中总脂肪含量高，含有丰富的脂肪酸，其中的不饱和脂肪酸对心血管及高血脂等疾病起到预防的作用[33,34]。近年来共轭亚油酸引起了广泛关注，它具有抗动脉粥样硬化、减少脂代谢对免疫刺激影响及促进生长的特性，并能减少身体脂肪，牛奶因其富含共轭亚油酸，因而从该角度上再次被认可为营养、保健的天然饮品[35]。近年来，牛奶品质与乳脂肪含量和组成之间的内在联系成为学术界关注的热点问题。在脂肪酸摄入、合成和分泌的过程中，脂代谢相关基因的表达紧密构成了一个复杂的基因调控网络。脂肪组织和肝脏组织中脂代谢调控方面已经取得较大研究进展，目前通过筛选鉴定并完成了多个关键调控基因的功能验证。但是在反刍动物中多数研究仅表明，CIDEA在脂代谢过程中发挥着重要的作用。因此，深入研究CIDEA在奶牛乳腺上皮细胞脂代谢中的功能具有重要意义。