哺乳动物Acot2基因的研究进展

刘理想，高 一，吕 阳，胡忠昌，肖 成，张国梁,3*

（1.吉林省农业科学院畜牧分院，吉林公主岭 136100；2.吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春 130000；3.吉林坤成牧业科技发展有限公司；吉林公主岭 136100）

酰基辅酶A 硫酯酶2（Acyl-CoA thioesterase-2，Acot2），也称为MTE-I、PTE2 和ARTISt/p43[1]，在哺乳动物肾脏、心脏、肝脏、脑、棕色脂肪组织、骨骼肌肉和类固醇组织内高度表达[2-4]。Acot2 能够水解酰基辅酶A（CoA），生成相应的游离酸和CoA，具有维持细胞水平的游离脂肪酸和酰基CoA（游离脂肪酸的活化形式）的潜力，其在脂质代谢方面有着重要作用。脂质代谢是体内重要且复杂的生化反应，代谢平衡能够保证正常生理机能的运作，对生命活动具有重要意义。因此，探究Acot2 对脂质代谢的影响，不仅有助于人类了解脂质代谢疾病，而且能为改善畜禽肉品质性状提供理论依据，提高畜牧养殖的经济效益。本文对Acot2基因的定位、结构特征、生理功能及其调控进行综述，以期对Acot2基因的进一步探究提供参考。

1 酰基辅酶A 硫酯酶基因家族概述

酰基辅酶A 硫酯酶（Acyl-CoA thioesterases，Acots）也称为酰基辅酶A 水解酶、酰基辅酶A 硫酯水解酶和棕榈酰辅酶A 水解酶，是一组水解酰基CoA 的酶，生成相应的游离酸和CoA[1]。水解底物包括各种脂肪酰基酯分子，如酰基CoA（饱和，不饱和，长链，短链，支链）、胆酸CoA、前列腺素CoA 等。反应如下：

酰基CoA +水→游离脂肪酸+CoA

Acots 将CoA 活化的分子水解成游离酸和CoA，而长链酰基辅酶A 合成酶将脂肪酸连接到CoA，产生CoA 酯[5-7]。反应如下：

①脂肪酸+ATP→脂肪酰基-AMP +焦磷酸盐

②脂肪酰基-AMP+CoA→CoA 酯+AMP

Hunt 等[1]于2005 年对Acots基因家族的命名法进行了综述，其修订的命名法已被广泛接受，根据人类、小鼠和大鼠基因命名指南，人类符号完全大写（例如ACOT1、ACOT2等），而小鼠和大鼠符号除第1 个字母外都是小写（例如Acot1、Acot2等）。Acots家族共有13 个成员[8]，在人类基因组上ACOT3、ACOT5、ACOT10不存在，ACOT5等效功能由ACOT4执行，ACOT4 蛋白与小鼠Acot3 具有82%的氨基酸序列同源性，在脾、脑、睾丸和肠中表达较高[9]；在大鼠基因组上Acot10不存在。

根据酶的分子量将Acots分为I 型和II 型，ACOT（Acot）1～6 属于I 型，ACOT（Acot）7～13 属于II 型[10]。两类Acots的序列相似性较低，然而每个类别中的Acots家族成员之间存在高度的序列保守性，ACOT2与ACOT1具有93%的氨基酸序列同一性，功能特征相似度较高。小鼠基因组包含6 个I 型Acot基因，它们位于小鼠染色体12 D3 上；在人类基因组中，4 个I 型ACOT位于染色体14q24.3 上[1]。

Acots在真核生物和原核生物中普遍表达，且已从多种生物中分离，包括细菌、酵母、植物和动物。在高等生物中，Acots在脑、肝、肾、心脏、肺、类固醇和棕色脂肪组织中高度表达，分布广泛[11]。

2 Acot2 的定位

ACOT2/Acot2，也称为MTE-I、PTE2和ARTISt/p43[1]，在哺乳动物肾脏、心脏、肝脏、脑、棕色脂肪组织、骨骼肌肉和类固醇组织内高度表达[2-4]，大鼠Acot2mRNA 编码49.7 ku 蛋白质，其中包括45 ku 功能酶和42-氨基酸N-末端线粒体靶向信号，人类的同源基因最初被认为是过氧化物酶，直到其62-氨基酸N-端线粒体靶向信号被阐明[2]。ARTISt酶（花生四烯酸相关的硫酯酶，参与类固醇生成）最初在大鼠肾上腺的束状带内发现，然后在心脏组织内[12]，并被认为是一种新的硫酯酶，直到分子克隆证明与Acot2序列 100%吻合[2,13]。在大鼠脑和卵巢、小鼠睾丸、人胎盘中也检测到该酶[2,13]。

3 Acot2 的结构特征

所有I 型Acots都含有N-末端β-夹心结构域和C-末端α/β水解酶催化结构域（图1），该亚家族内的序列高度保守性为其他I 型Acots建模以推断结构/功能奠定了基础[10]。确定Acot2（蛋白质数据库[PDB]ID：3HLK）的结构[14]对了解β-夹心结构域和C-末端α/β水解酶催化结构域之间的活性位点和相互作用具有指导作用。Acot2的N-末端结构域包含1 个7 链-β-夹心结构域，该β-夹心结构域由3 个短片状的链和4 个较长的片状链组成（图2）[10]。虽然N-末端结构域不具有催化活性位点残基（位于C-末端α/β水解酶结构域内），但其连接4 和5-β-链，有助于活性位点的结构完整性。C 末端结构域内的催化三联体由Ser294、Asp388 和His422 组成，位于连接α-螺旋和β-链的环上。因此，N-末端结构域可能在调节Acot2水解底物的特异性方面产生作用。

图1 I 型Acots 的域结构[10]

图2 Acot2 的三级结构模型[10]

4 Acot2 的生理功能

Stavinoha 等[4]假说Acot2与解偶联蛋白3（UCP3）协同作用，以增加大鼠心肌和骨骼肌中的β-氧化；且在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠心脏中检测到这两种蛋白质的增加[15]。β-氧化是脂肪酸在过氧化物酶体和线粒体内降解，为细胞的基本功能提供能量的过程，2 个细胞器各自代谢特定的活化脂肪酸。过氧化物酶体代谢极长链和长链脂肪酸、二羧酸、类二十烷酸和胆汁酸中间体，而线粒体代谢直链饱和和不饱和脂肪酸[16-17]。在2 个细胞器内，脂肪酰基酯经历一系列酶促反应产生乙酰CoA 和一个少2 个碳原子的酰基CoA[2,16]。从过氧化物酶体中所得的乙酰CoA 被转运到线粒体，它与CoA一起进入柠檬酸循环进行进一步氧化，或者用于生产酮体，为肝外组织提供能量[2]。除β-氧化外，乙酰CoA参与脂质生物合成（通过乙酰辅酶A 羧化酶和脂肪酸合成酶的变构负调控）[18]、离子通道开放的调节、信号转导、细胞内膜的出芽和融合以及通过核受体调节基因转录。

乙酰CoA 是柠檬酸循环、β-氧化和其他代谢途径的关键中间体。通过调节细胞内酯化和非酯化脂肪酸（游离脂肪酸）的浓度和乙酰CoA，Acot2涉及许多必要的生物过程。

在饮食诱导的肥胖的啮齿动物模型中，与低脂饮食组相比，喂食高脂饮食的大鼠心脏和比目鱼肌中Acot1、Acot2 和Acot7 蛋白的表达显著增加2.0～7.6 倍[19]，这些作用伴随着肉毒碱棕榈酰转移酶和酰基辅酶A 氧化酶表达的增加。在大鼠棕色脂肪细胞分化时，随着细胞酰基CoA 增加，细胞质Acot1下调，而随着β-氧化能力增加，线粒体Acot2上调[20]。表明Acot2在脂肪酸β-氧化中上调，促进β-氧化。

Acot2可以通过减少脂肪酸氧化中间体在线粒体基质中的积累来增强脂肪酸氧化[21]；在骨骼肌中过表达UCP-3的小鼠中Acot2mRNA 水平升高[22]；在高脂肪饮食和非诺贝特治疗的综合作用引起的肝线粒体脂肪酸利用增加的情况下，Acot2表达被上调[23]；干预降低小鼠心脏脂肪酸氧化效率，心脏Acot2表达水平降低[4]，Acot2的适应性上调以防止细胞和组织中的脂肪酸过量供应。Acot2参与了脂质沉积性肌病（LSM）中长链脂肪酸（LCFA）代谢障碍的过程，并与LSM 中的脂质沉积相关联，为LSM 的治疗提供了一个可能的靶点[24]。Acot2还作用于长链CoA 分子（C14～C20），并且在给予过氧化物酶体增殖剂的啮齿动物肝脏中同样上调[3,13]。这些结果表明Acot2在脂肪沉积中属于负反馈调节，促进β氧化。

5 调控Acot2 的因子

5.1 底物、产物和其他化合物对Acot2活性的调节已经确定了Acot1[25-26]、Acot3[9]和ACOT8[27]具有底物抑制现象，也已证实Acot7和ACOT8等酶被高水平游离CoA 抑制，相比之下，Acot3、ACOT4、Acot5和ACOT6不受底物和产物调节[9,27-28]。有研究报道[18]游离CoA 抑制Acot2活性。尚无有关非酯化脂肪酸（游离脂肪酸）对Acot2影响的报道。

另外，Maloberti 等[29]认为，花生四烯酸释放和代谢抑制剂（4-溴苯甲酰溴和去甲二氢愈创木酸）对Acot2活性有影响。

5.2 转录因子对Acot2表达的调节 过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）是配体激活的转录因子[30]，其存在PPARα、PPARδ和PPARγ3 种类型[30-31]，3 种PPARs 涉及在脂质、碳水化合物、胆汁酸和氨基酸的代谢中以及在炎症中的调节[30-32]。PPARαmRNA 在肝脏中高度表达，同时也在心脏、肾脏、肠、骨骼肌和几种免疫细胞中表达，PPARα调节在过氧化物酶体、线粒体、内质网和细胞质内参与β-氧化的酶表达的基因[30,33]。

激活PPARs 的外源性化合物被称为过氧化物酶体增殖物（PPs），PPs 是多种合成化合物，如Wy-14643、增塑剂和降血脂药物，它们激动性激活PPARα，导致啮齿动物肝脏中过氧化物酶体和肝细胞显著增殖[9,27,33-34]。

Yamauchi 等[35]研究认为，Acot2和Acot4的上调指示PPARα的活化；Hunt 等[27]研究报道，通过用过氧化物酶体增殖物WY-14643 处理和禁食小鼠，Acot2在mRNA 水平上的表达水平明显上升；干预降低小鼠心脏PPARα活性，心脏Acot2的表达水平降低，在PPARα缺陷小鼠分离的心脏和比目鱼肌中，Acot2的表达水平显著降低[4]。因此，PPARα对Acot2的表达有调节作用。

5.3 激素对Acot2表达的调节 Lozano 等[36]研究报道，促肾上腺皮质激素（ACTH）在刺激小鼠肾上腺皮质细胞5 min 后，Acot2活性升高；Finkielstein 等[37]研究报道，通过用ACTH 体内刺激肾上腺可诱导Acot2转录，ACTH 作用迅速（5 min），在15 min 时达到最大值（62%）并在30 min 时恢复到基础水平，该作用被放线菌素D 抑制但被放线菌酮增强；Cymeryng 等[38]研究报道，ACTH 调节Acot2 蛋白水解活性。以上研究表明，ACTH 对Acot2的活性具有调节作用。

6 小结与展望

综上所述，Acots的统一命名避免了同一基因因命名差异而产生混淆。据前人研究报道，Acot2 能够水解酰基CoA，具有维持细胞水平游离脂肪酸和酰基CoA（游离脂肪酸的活化形式）的潜力，其在脂质代谢方面有着重要作用。Zhang 等[39]研究报道，Acot2在云岭牛脂质代谢中属于上调基因，在脂质沉积中存在负反馈调节机制。但其调节机制目前尚不明确，亟待探究；Acot2 活性位点对其底物的特异性有一定作用，其作用机理有待进一步探究。国内外鲜有关于Acot2基因在畜禽方面的报道，因此，深入探究Acot2基因在脂质代谢方面的影响，不仅有助于人类对脂质代谢疾病的治疗，且能对改善畜禽肉品质性状提供理论依据，提高畜牧养殖的经济效益。