脂肪酸转位酶在动物分子育种中的应用前景

王燕燕，董 和，徐建峰，高 博，石福岳，张艳丽，容维中,*

(1.甘肃省畜牧兽医研究所，甘肃 平凉 744000;2.平凉市农产品质量安全检测检验中心)

随着日益提高的生活水平和健康生活理念，人们对畜禽产品的需求量不断增大的同时，更加注重畜禽产品的品质。如何快速选育出优秀的畜禽品种，能够在保证优质肉产品的同时提高畜禽的生长效率，降低养殖成本，提高生产效益，是育种专家们争相追求的热点，也是当前育种界选育的主要任务。脂肪酸转位酶(fatty acid translocase, FAT)是Abumrad等发现的位于细胞膜上一分子量约为88 kD的糖蛋白，能够与磺基- N-琥珀酰亚胺酯油酸(sulfo- N-succinimidyl oleate, SSO)特异性结合，阻断大鼠脂肪细胞对脂肪酸的吸收，后来发现该蛋白同人类白细胞分化抗原(cluster of differentiation36,CD36)相同，于是又称其为FAT/CD36。该蛋白和脂肪酸转运有很大的关系，在血管内皮细胞、脂肪细胞、骨骼肌细胞、巨噬细胞、味蕾细胞等的细胞膜和线粒体外膜中都有分布，其主要作用是介导脂肪酸转运，同时也有研究证实FAT/CD36与脂肪沉积、胰岛素分泌调节、动脉粥样硬化、促进血小板同胶原的结合等方面均有关系，在人和动物机体内发挥着极其重要的生理功能。因此，FAT/CD36基因结构和功能的研究深受国内外各行专家的重视，包括人类医学、动物遗传学及家畜生产等多个不同领域。

1 脂肪酸转位酶的分子结构

FAT/CD36作为一种单链跨膜蛋白，存在于细胞表面，相对分子量约为88 kD，属B族清道夫受体家族，由472个氨基酸残基构成，肽链的氨基(N端)和羧基(C端)末端的10个氨基酸位于细胞内部，构成2个疏水跨膜区域，其余部分暴露于细胞外形成细胞外环，呈“发卡”状结构，细胞外环高度糖基化，其中C端的3个二硫键在配体识别过程中有重要作用。人类的FAT/CD36基因相对保守，定位于7号染色体的q11.2，其基因长约32 kb，包含15个外显子。

2 脂肪酸转位酶的表达调控

有报道指出，将脂肪前体细胞用外源脂肪酸处理，发现油酸和亚油酸等长链脂肪酸(long chain fatty acid，LCFA)都能够使FAT/CD36的mRNA表达水平提高，而短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)对FAT/CD36的mRNA表达水平无影响，这说明FAT/CD36对LCFA具有偏好性。FAT/CD36作为脂肪细胞分化的重要标志，核转录因子过氧化物酶体增殖激活受体(peroxisome proliferator- activated receptor, PPAR)对其表达水平起调控作用，PPARα和PPARγ激动剂都能提高FAT/CD36的mRNA转录水平。当脂肪细胞分化时，FAT/CD36的mRNA表达水平也随之上调，细胞内的甘油三酯沉积同FAT/CD36的上调有很大的关系；FAT/CD36的mRNA表达水平还同人的体脂含量表现出显著相关性。研究显示，叙利亚仓鼠的脂肪组织、肌肉和脾脏中，肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)和白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)都可一定程度的下调FAT/CD36的mRNA表达水平。

3 脂肪酸转位酶的功能

3.1 脂肪酸转位酶与脂肪酸转运

脂肪酸作为日常饮食中脂肪的重要组成成分，在维持细胞功能和信号传导通路中具有很重要的意义。机体摄入脂肪酸的方式主要有被动扩散和蛋白介导。研究发现只有一小部分SCFA和中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFA)可直接通过被动运输的方式进入细胞膜，而超过90%的LCFA的摄入需要跨膜蛋白的介导。FAT/CD36作为一种调节脂肪酸代谢的主要受体蛋白在LCFA跨膜转运中具有重要作用。试验发现，将小鼠的FAT/CD36基因敲除后，骨骼肌和脂肪组织对LCFA的摄入和利用速率明显降低。利用FAT/CD36的抑制剂SSO处理心肌细胞，则心肌细胞对脂肪酸的摄取速率降低80%。当小鼠骨骼肌中FAT/CD36表达过量时，血浆中甘油三酯和LCFA的浓度明显降低，肌细胞对脂肪酸的摄取速率显著提高。由此可见FAT/CD36对长链脂肪酸的转运有着极其重要的作用。

3.2 脂肪酸转位酶与脂肪酸氧化

肉毒碱棕榈酰转移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1,CPT1)是存在于线粒体内膜的一类酰基转移酶，在转运脂肪酸通过线粒体内膜的过程中发挥效应，长期以来一直被认为是参与脂肪酸氧化仅有的限速酶。AMPK-ACC信号通路与脂质代谢关系密切，乙酰辅酶A羧化酶(ACC)可被腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)磷酸化而失活，使体内丙二酰辅酶A的合成减少，激活CPT1，促进长链酯酰辅酶A由脂质到线粒体的氧化，使脂质在外周组织的沉积降低，从而增强脂肪酸的氧化作用。然而，有趣的是在后来的研究中发现FAT/CD36在脂肪酸氧化过程中也起着相当着重要的作用。Holloway等研究发现，SSO能够使离体情况下的线粒体氧化棕榈酸的能力降低50%～80%，但对短链脂肪酸和丙酮酸盐的氧化能力却没有影响，推测SSO对线粒体的功能并无影响，而棕榈酸氧化速度下降是因为SSO抑制了线粒体FAT/CD36的活性。随后，Schenk等在大鼠的腓肠肌中发现， CPT1与FAT/CD36免疫共沉淀，证实了FAT/CD36 与CPT1存在互作关系，协同调控LCFA进入线粒体进行氧化反应。进一步通过小鼠体外实验发现，FAT/CD36 的抑制剂SSO处理后，可以抑制CPT1的活性呈下降趋势。而CPT1与FAT/CD36相互之间的作用是怎样的当前还不清楚，但可以确定的是，FAT/CD36对线粒体的有氧氧化过程有重要的作用。

3.3 脂肪酸转位酶与肌内脂肪沉积

在畜牧生产上，FAT/CD36基因对家畜肉用性状具有重要影响。张松等研究指出，秦川牛FAT/CD36基因对肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)沉积等肉用性状有显著影响，建议可将FAT/CD36基因作为肉牛育种的候选基因。廖红海通过对山羊不同组织研究发现，FAT/CD36基因在山羊脂肪组织中表达量最高，在背最长肌、臂三头肌、股二头肌中表达与 IMF含量呈现正相关。李万贵等〗研究表明，鸭FAT/CD36基因CDS区单核苷酸多态性 (SNPs) 同肉质性状存在一定关联，同时FAT/CD36基因在调节肌细胞形成过程中充当重要的调节因子，对鸭肉品质起到决定性作用。束刚等和冯嘉颖等研究表明，FAT/CD36对鸡脂肪调控不仅有性别特异性和部位差异，而且主动免疫FAT/CD36能特异性降低公鸡的腹脂沉积水平。鱼的 FAT/CD36在不同日龄、不同部位的表达存在差异，在肠中表达量最高，且受持续高脂摄食而变化，即FAT/CD36 基因可能参与鱼类脂质营养代谢。高糖能通过 PPARγ介导诱导FAT/CD36基因的表达来改变脂质的内流速度，从而改变脂质的积蓄。以上研究说明，FAT/CD36基因具有物种特异性，在脂肪组织中高表达也说明其与脂肪代谢关系密切。研究认为FAT/CD36基因的表达主要受肝X受体(liver X receptor, LXR)、PPARγ、孕烷X受体(pregname X receptor, PXR)共同调控，它们可以相加方式上调FAT/CD36的表达。我们推测，FAT/CD36基因对IMF的沉积可能与LXR和PPARγ有关。LXR可通过与羟固醇和脂肪酸来源的化合物配体结合活化调控靶基因PPARγ的转录进而调控脂肪酸代谢。FAT/CD36基因的表达受PPARγ的调控，细胞中过量表达的PPARγ能够提高FAT/CD36基因的表达，使甘油三酯沉积进而导致脂肪沉积。

4 脂肪酸转位酶在动物分子育种中的应用前景

目前对FAT/CD36基因的研究主要集中在一些代谢疾病如胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)、动脉粥样硬化(athero sclerotic cardio vascular disease, ASCVD)、糖尿病、脂肪肝、高血压、阿尔茨海默氏症(Alzheimer's disease, AD)以及鼻疾病等方面，在这些方面也取得了一定的进展，对人们治疗一些疾病有了很大的帮助。在动物方面的研究报道相对较少，针对FAT/CD36基因对秦川牛、鸭等几种动物肉质以及脂肪沉积的影响，说明FAT/CD36基因在动物脂肪沉积中发挥重要作用。我们根据FAT/CD36 mRNA在不同物种不同性别不同部位不同时间的不同表达模式这个特点，在生产实践中可通过对FAT/CD36 mRNA的表达调控来控制动物的体脂分配。由FAT/CD36 基因在秦川牛和鸭的多态性研究分析可知，FAT/CD36 基因的不同多态位点与肉用性状密切相关，单个多态位点的不同基因型以及多态位点的组合基因型之间的肌内脂肪含量显著不同。根据此特点，在今后的育种工作中，可根据人们的需求，通过人工选择，降低劣质基因，保留优势基因以改善畜禽品种和肉的品质。因此，我们可将FAT/CD36基因作为IMF沉积以及动物分子育种的候选基因，将其应用在动物分子育种和畜禽生产上。但是目前对FAT/CD36介导的肌内脂肪沉积及其对脂肪的调控机制还不明确，需要我们不断的进行研究探索，以期日后在动物生产和其他方面有所帮助。