动物脂肪酸合成酶%28FAS%29基因表达的调控
14卷2期2002年4月ACTA动物营养学报ZOONUTRIMENTASINICAVol.14,No.2,1~4Apr.2002文章编号:1006-267X(2002)02-0001-04
动物脂肪酸合成酶(FAS)基因表达的调控
颜新春,汪以真,许梓荣
(浙江大学饲料科学研究所,浙江杭州310029)
摘要:脂肪酸合成酶(FAS)催化乙酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A合成脂肪酸,重要作用。。中的应用进行了探讨。
关键词:脂肪酸合成酶;中图分类号:Q:A
REGULATIONOFFATTYACIDSYNTHASE(FAS)GENE
EXPRESSIONINANIMALS
YANXin-chun,WANGYi-zhen,XUZi-rong
(FeedScienceInstituteofZhejiangUniversity,Hangzhou,310029,China)
ABSTRACT:Fattyacidsynthase(FAS)playsanimportantroleindenovolipogenesisintheanimalbycatalyzingallthereactionstepsintheconversionofacetyl-CoAandmalony-CoAtofattyacids.TheconcentrationoractivityofFASinliverandadiposetissuechangesdramaticallywhenanimalsaresubjectedtonutritionalandhormonalmanipulations.TheeffectofseveralhormonesanddietarynutrientsontheactivityandgeneexpressionofFASaresummarizedinthispaper.BasedonthemechanismofregulationofFASgeneexpression,adiscussionaboutitsapplicationindietformulationisalsopresentedinthispaper.Keywords:fattyacidsynthase(FAS);geneexpression;hormone;dietarynutrient
动物每天从食物中摄取能量,并在肝脏和脂肪组织中把多余的能量转变成脂肪储存起来。动物体脂沉积所需要的脂肪酸大多来自脂肪酸的从头合成(denovofattyacidsynthesis),即由脂肪酸合成酶催化乙酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A合成脂肪酸。因此,脂肪酸合成酶蛋白的多寡、活性的高低对控制动物体脂沉积具有重要意义。目前已有证据表明,肝脏和脂肪组织中脂肪酸合成酶的活性及其基因表达受多种激素和日粮营养成分的调控。本文将介绍激素和日粮营养成分对动物FAS的活性与基因表达调控方面的研究概况。1激素对脂肪酸合成酶(FAS)表达调控的影响
动物FAS随激素水平的改变而变化,参与脂肪合成和脂解反应的激素都可能影响到动物体内FAS蛋白的浓度与FASmRNA的丰度。
1.1生长激素对脂肪酸合成酶(FAS)的表达调控
研究表明:生长激素(GH)在促进动物生长和改变胴体组成方面有显著的生物学效应,它促使更多的营养成分用于肌肉组织中蛋白质的合成,较少地用于脂肪的沉积。猪用生长激素处理后,体脂沉积降低60%~收稿日期:2000-06-05
作者简介:颜新春(1972),男(汉),籍贯湖南衡阳,研究方向动物营养及饲料科学,硕士。
2动物营养学报第14卷是80%,肌肉生长增加40%~60%。体内和体外实验均表明,用生长激素处理过的猪,脂肪沉积减少是由于葡萄糖转运和脂肪合成明显减少的结果,而脂肪分解相对不受影响。同时生长激素降低脂肪细胞对胰岛素的敏感性,从而降低胰岛素刺激脂肪合成酶基因包括FAS基因的表达和脂肪合成酶的活性。猪脂肪合成的减少是几种脂肪合成酶含量降低的结果,而脂肪合成酶含量降低与编码这些酶蛋白的mRNA丰度降低有关。大量研究表明,生长激素明显抑制FASmRNA的丰度。Donkin等(1996)分别给猪用重组生长激素处理7天、14天及在60~90kg期间用猪生长激素处理,结果发现脂肪组织中FASmRNA的丰度分别降低80%、66%和85%。Mildner和Clarke等(1991)在猪上用重组猪生长激素(60μg/kg)处理,结果猪脂肪组织和肝脏中FASmRNA丰度都明显降低(P
生长激素降低FASmRNA。Yin等(1998)发现,用猪生长激素处理后3511小时(P
1.2胰岛素对脂肪酸合成酶(FAS)的表达调控
实验表明,胰岛素会刺激动物FAS基因在转录水平上调表达。Paulauskis等(1989)在大鼠体内实验表明,给大鼠注射胰岛素,1小时后FASmRNA丰度增加2倍,6小时增加到19倍并达到峰值。Naima(1994)在转染FAS基因的3T3-L1的脂肪细胞中鉴定FAS基因启动子区胰岛素应答元件(IRE)时发现,FAS基因的上调表达与胰岛素呈剂量依赖型关系。Yin等(1998)在3T3-F442A脂肪细胞中加10ng/ml的胰岛素培养48小时,FASmRNA的丰度增加7倍。胰岛素介导FAS基因表达是由于胰岛素与FAS基因启动子区5’端-71-50位的IRE结合,从而激活FAS基因转录的结果。Wang(1997)发现,上游激活因子(Upstreamstimulatoryfactors,USFs,一种转录激活蛋白)结合于-65位的Ebox是调节FAS基因转录频率所必需的。
1.3其它激素对脂肪酸合成酶(FAS)的表达调控
除了胰岛素和生长激素调控FAS基因表达之外,糖皮质激素和T3会增加FASmRNA的含量,而胰高血糖素、cAMP等会降低FASmRNA的含量。FASmRNA含量的变化受基因转录、mRNA加工和mRNA的稳定性中的一种或几种因素的影响。Stapleton(1990)认为,甲状腺素和胰岛素主要在转录水平调控FAS基因的表达,而胰高血糖素、cAMP等对FAS基因转录无直接影响。但Joseph(1989)认为,大鼠禁食后再饲喂高碳水化合物后,FASmRNA丰度上调;而注射cAMP会在基因转录水平抑制FAS基因的转录。2日粮因素对脂肪酸合成酶(FAS)表达调控的影响
已经有研究表明,日粮碳水化合物、蛋白质及脂肪酸的种类和含量都可能影响动物FAS酶蛋白的活性和FAS基因的表达调控。
第2期颜新春等:动物脂肪酸合成酶(FAS)基因表达的调控3是
2.1碳水化合物对动物脂肪酸合成酶(FAS)的表达调控
Kim(1996)用大鼠进行实验,分别测定了大鼠饲喂高碳水化合物日粮、饥饿状态、禁食后再饲喂高碳水化合物3种情况下FASmRNA的丰度。结果发现,饲喂高碳水化合物日粮的大鼠,肝FASmRNA丰度增加3~5倍;而饥饿显著降低FASmRNA的丰度,禁食后再饲喂高碳水化合物,FASmRNA丰度比禁食组增加20~30倍。Semenkovich等(1993)在培养人的HepG2细胞时发现,生理浓度的D-葡萄糖增加FASmR2NA丰度2.7~5.4倍,乳酸和柠檬酸也有这种效应,而L-葡萄糖没有这种效应。他认为D-葡萄糖诱导FASmRNA丰度增加主要是提高FASmRNA的稳定性,而不是在FASFAS基因的表达。但Hasegawa等(1999)发现一种DNA结合蛋白———(P),它结合于脂肪酸合成酶基因的胰岛素应答元件(IRE),从而诱导肝FAS。,GRBP蛋白含量增加,而在饥饿、饲喂高脂日粮和高蛋白日粮时,,碳水化合物或许在转录水平提高FASmRNA2.2,但认为增加动物日粮中蛋白质的含量会抑制动物FAS基因的表达调控。Mildner(1991)在猪上的实验发现,猪日粮中蛋白含量增加会降低脂肪组织中FASmRNA的丰度。例如猪饲喂含24%粗蛋白的日粮,其脂肪组织中FASmRNA的丰度是喂含14%粗蛋白日粮的50%(P
2.3日粮脂肪酸对动物脂肪酸合成酶(FAS)的表达调控
大量研究表明,日粮脂肪酸对FAS基因表达也具有抑制作用。Blarke等(1990)研究了多不饱和脂肪酸(鱼油,PUFA)和饱和脂肪酸对大鼠肝脏中FAS基因表达的影响,发现饲喂鱼油的大鼠,肝中FASmRNA丰度是饲喂软脂酸甘油酯的6%,这说明了日粮多不饱和脂肪酸是FASmRNA的强抑制剂。同时他还提出,PUFA降低FASmRNA是FAS基因转录受到抑制的缘故,这种抑制作用不依赖胰岛素的作用,也不是通过cAMP来介导完成的。他认为存在一个脂肪酸合成酶的调节基因,其编码的特异性核蛋白能结合PUFA或其代谢产物,这种结合作用将直接控制基因的转录。Clarke等(1990)用饱和脂肪酸(软脂酸)、单不饱和脂肪酸(三油酸甘油酯,n-9)、双不饱和脂肪酸(红花油,n-6)和多不饱和脂肪酸(鱼油,n-3)喂大鼠,测定肝脏中脂肪酸合成酶的基因表达。结果表明,日粮中多不饱和脂肪酸使肝脏中的FASmRNA水平降低了75%~90%;鱼油比红花油更有效,而软脂酸甘油酯和三油酸甘油酯对FASmRNA无影响。鱼油和红花油等多不饱和脂肪酸降低FAS的活性80%~90%,其中主要是降低了FASmRNA的丰度。饲喂红花油大鼠肝脏中FASmRNA的丰度是饲喂鱼油的2倍,而高碳水化合物日粮中加鱼油,大鼠肝脏中FASmRNA的丰度是加饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的13%和25%。同时,Clarke等(1990)的试验还证明n-3脂肪酸对FAS基因转录的抑制比n-6脂肪酸有效。
同时研究也表明,脂肪酸对动物FAS活性具有抑制作用。这种抑制作用与日粮脂肪酸的含量、脂肪酸的饱和程度、链的长短、双键位置等多种因素有关。Mersmann等(1973)在成年猪日粮中添加脂肪酸,降低了脂肪酸合成酶的活性。Mathew等(1981)用无脂肪、含红花油或牛脂的日粮喂大鼠,结果发现脂肪和肝脏中FAS的活性大小顺序是喂含红花油日粮的大鼠FAS活性最低,喂含牛油日粮的大鼠FAS活性次之,而喂无脂日粮的大鼠FAS活性最高。Clarke等(1990)研究了饱和与不饱和脂肪酸对大鼠肝脏脂肪酸合成酶的影响。在对脂肪酸合成酶的活性抑制中,二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸比二不饱和脂肪酸即十八碳二烯酸有效,而饱和脂肪酸影响不显著。脂肪酸链的双键,特别是从甲基末端起的第一个双键的位置,对脂肪酸合成酶活性的影响具有独特的作用。Clarke等(1990,1993)、Dana等(1996)研究表明,当第一个双键位于n-3时,对脂肪酸合成酶的抑制作用比n-6强,第一个双键位于n-9时,与饱和脂肪酸相似,对酶的活性基本无影响。
3动物脂肪酸合成酶的调控机理在日粮配制上的应用
4动物营养学报第14卷是在高等动物体内,无论是脂肪的合成还是分解都是通过一系列的酶促反应来完成的,其间受到许多因素的影响,而激素和日粮的影响最为关键。动物日粮各种营养成分对动物体内多种酶都发挥着十分重要的作用,因此通过日粮调节脂肪合成酶的活动,从而调节动物体脂沉积具有重要的意义。已知,动物体脂沉积所需要的脂肪酸大多来自脂肪酸的从头合成(denovosynthesisfattyacid),而脂肪酸的合成需要脂肪酸合成酶催化乙酰辅酶A和丙二单酰辅酶A来完成,通过调控脂肪酸合成酶的表达可以用来控制动物体脂的沉积。如碳水化合物增加、蛋白质和脂肪降低脂肪酸合成酶的表达;但不同动物体脂或脂肪酸合成的场所各异。反刍动物脂肪组织是胴体脂肪合成的唯一场所,猪脂肪组织是脂肪合成的主要场所,啮齿动物如兔和鼠等,脂肪合成在肝脏和脂肪组织中,而禽类如鸡,肝脏是胴体脂肪酸合成的主要场所,90%在此合成。,一方面要考虑到试验对象的不同,还要对不同组织加以综合考虑。例如(二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸);而Dana等(1996)的研究认为,,在养猪生产中,选择较短的脂肪酸因为它们降低了脂肪组织对胰岛素的反应。但Robert(1996)研究认为,而喂给高蛋白日粮mRNA(Clarke等,19993),这会使体脂肪的沉积减少。因此,对猪和肉鸡,可以设计含有C20不饱和脂肪酸日粮,以抑制肝脏中脂肪的合成,而设计高蛋白日粮以抑制脂肪在脂肪组织中的合成,从而通过营养素调控脂肪酸合成酶基因的表达生产出高瘦肉率、低脂肪的鸡肉和猪肉。
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