THRSP 和S14R 促进脂质合成的作用机制

郝明硕，吴静，张政，段汪鑫

（华北理工大学基础医学院，河北省慢性病重点实验室，河北 唐山）

0 引言

早在1984 年，人们研究甲状腺激素在脂肪组织中的反应时就发现了甲状腺激素应答蛋白Spot14 (thyriod hormone responsive spot14, THRSP)[1]。THRSP 基因包含THRSPα 和THRSPβ 2 种亚型。THRSPα 包含2 个外显子和一个内含子，外显子1 含有整个编码区和部分3'非翻译区，外显子2为3'非翻译区，外显子1 编码完整的蛋白Spot14(或称S14)，该蛋白是一种小分子量、酸性的细胞核内蛋白，正调控或负调控辅激活转录因子，在组织特异性脂类代谢调控中起到关键的作用。Thrsp 和 S14R 基因是碳水化合物反应元件结合蛋白（ChREBP） 的直接靶基因，通过启动子区的糖反应元件（ChoRE）调节表达。二者既直接接受 肝 X 受体（LXRs）的调节，也可以通过 ChREBP 间接被 LXRs 调节。另外，Thrsp 和 S14R 基因都可以与乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）结合，显著增强该酶酶活，进而促进脂肪酸和甘油三酯的生成[2]。

1 脂肪合成的生化过程

肝组织、脂肪组织、小肠是甘油三脂合成（脂肪合成）的三大组织。肝脏能够合成脂肪，但不能储存脂肪。其合成的三酰甘油、磷脂、胆固醇和载脂蛋白组成的极低密度脂蛋白（VLDL）分泌进入血液后，三酰甘油被水解，产物被其他组织利用。猪体内的脂肪合成工作主要由脂肪组织来完成，脂肪组织既以葡萄糖作为原料合成脂肪，还主要摄取由肝组织和小肠合成的脂肪酸。小肠主要靠消化食物中的脂类，再由消化产物合成脂肪[3]。

甘油三脂是脂肪酸在细胞内的主要存在形态，一般并不游离存在。甘油三脂有两种合成路径，一是 α-磷酸甘油（甘油-3-磷酸）途径，因为以甘油-3-磷酸为原料与脂酰-CoA反应而得名，肝和脂肪细胞主要由此方式合成。α-磷酸甘油即甘油-3-磷酸，来源有两个：一是由糖酵解的产物磷酸二羟丙酮还原得到，二是脂肪分解代谢生成的甘油以及胃肠道从食物中吸收而来的甘油，再由甘油激酶催化生成 α-磷酸甘油。利用葡萄糖合成或组织摄取的脂肪酸，经脂酰 CoA 合成酶催化，与辅酶 A（HS-CoA）反应生成脂酰-CoA。脂酰-CoA与 α-磷酸甘油经由参与 α-磷酸甘油途径的催化酶催化，最终生成三酰甘油。甘油三酯生成的另外一种途径是甘油一酯途径，小肠粘膜上皮细胞主要按此途径生成甘油三酯。此途径中，小肠粘膜上皮细胞吸收的甘油一酯与脂酰 CoA 反应，由甘油一酯转酰基酶（MGAT）、甘油二酯转酰基酶（DGAT）依次催化生成脂肪[4]。乙酰-CoA 本身不能够穿越线粒体内膜进入细胞质参加合成反应，需借助柠檬酸-丙酮酸循环，通过两次物质转化从线粒体转移细胞质中[5]。

2 THRSP 基因简介

甲状腺激素应答蛋白(THRSP)是1981 年seelig 等用体外转录产物进行双向电泳来研究甲状腺激素对大鼠肝脏基因表达的影响。从甲状腺功能低下、正常和甲状腺功能亢进三组动物中，发现了的19 个可被调节的蛋白点，Thrsp 是第14个点，因此也称作甲状腺激素应答点14 蛋白（spot14），简称S14，是一种核蛋白。Thrsp 基因在人类基因组定位于第11 号染色体，在鸡定位于1 号染色体，在小鼠定位于第7 号染色体，而在大鼠定位于第1 号 染 色 体。三 个 物 种 的 Thrsp均由两个外显子组成，且编码区仅位于第1 外显子。三者核苷酸序列的同源性为65 % ～87 %，编码区的同源性高达83%～93%，蛋白序列的同源性为 82% ～94%。Thrsp 基因编码的产物为一种分子量为17kD 的酸性蛋白，与其同源基因 S14R (S14 related) 之间存在三个保守结构域。其中仅有羧基端的卷曲螺旋(coiled coil) 结构域是已知的，该结构有助于 Thrsp 形成多聚体[6]。

3 THRSP 基因的表达

Thrsp 在细胞浆和细胞核内均有表达。对于该基因在不同组织中的表达情况，在人(Homo sapiens)、大鼠(Rattus rvegicus)、猪和鸡上的研究发现该基因主要在肝脏、腹脂和乳腺等脂肪生成组织内表达(Jump, Oppenheimer,1985)，与肥胖症密切相关。在心、脑、脾、肺、肾、睾丸和垂体等非脂肪组织中THRSPα 基因的表达极低，且不被高糖饮食和甲状腺激素诱导表达。也有研究结果表明，Thrsp 基因在其他哺乳动物中也高表达于脂肪组织、肝脏和乳腺组织等脂肪生成活跃组织，这与其功能有关。在研究Spot14α 基因多态性与鸡生长和体组成性状的相关性时，采用限制性片段长度多态性(restrictionfragment length polymorphism, RFLP) 检测方法，发现该基因的A123C 和9 bp 的插入缺失两处突变[7]。近几年有研究发现，通过体外实验敲低THRSP 导致了细胞的脂质合成降低，且敲除小鼠(Mus musculus) THRSP 基因导致其乳腺的脂质合成下降、乳汁甘油三酯含量减少，而肝脏的脂质合成反而增多，由此证明THRSP 可以促进脂质合成[8]。

4 Thrsp 的表达调控

实验证明，甲状腺激素(triiodothyro-nine，T3) 处理20分钟后即可诱导肝脏Thrsp 的表达，并使其在 4 小时内表达升高16 倍。迅速的调节反应提示Thrsp 是甲状腺激素受体(thyroid receptor，TR) 的直接靶基因。由此Thrsp 被广泛用于研究T3 调节基因表达的机制。这项研究同时发现，促进脂质合成的高糖饮食也可显著诱导肝脏 Thrsp mRNA 的表达[9]。甲状腺激素的替代治疗可恢复Thrsp 对蔗糖处理的快速反应性。上述各种刺激因素通过激活对应的受体(如甲状腺激素受体TR)或转录因子，如糖反应元件结合蛋白(carbohydrate responsive element binding pro-tein，ChREBP) 和 甾 醇 调 节元件结合蛋白-1c(sterol regulatory element binding protein-1c，SREBP-1c)、糖反应元件(carbohydrate response element，ChoRE)和甾醇反应元件(sterol response element，SRE)，在转录水平调节 Thrsp 的表达。目前在家畜、家禽中关于Thrsp 基因的研究报道多集中在对其单核苷酸多态性，Thrsp 基因多态性与猪的背膘厚、牛肉的嫩度及系水力、鸭的肝脏率、鸡的腹脂重和体重等具有明显的关联性[10]。在 Thrsp 的主效基因地位方面，研究者发现人和小鼠 Thrsp 基因的染色体区域与肥胖症有关联。除此之外，Thrsp 的研究主要是对其表达调控的研究，但是它调控某些基因表达的具体机制仍不清楚，对其分子结构、蛋白质结构、是否存在转录及转录后水平的化学修饰也尚无报道，其对脂肪合成的作用的更详细机理以及其他功能有待进一步研究[11]。

5 Thrsp 促进脂质合成的作用机制

对Thrsp 结构域的预测，没有发现跟数据库中的已知蛋白有一样的催化结构域，说明该蛋白并不具备直接催化功能，可能通过其他方式在脂肪合成中发挥作用。 Thrsp 基因在脂肪沉积中起着重要作用，通过调控脂肪合成相关基因表达发挥作用，可调控 ME，FASN，柠檬酸裂解酶等基因的表达。也可以与 ACC 结合而显著提高 ACC 在生理浓度下的酶活，引起脂肪合成的增加。在胚胎和动物幼仔发育过程中，Thrsp 表达的改变也提示该蛋白与脂质合成密切相关[12]。参与其中的酶包括 ATP-柠檬酸裂解酶( ATP citrate lyase，ACL) 、脂肪酸合成酶 (fatty acid synthase，FAS) 、苹果酸酶( malic enzyme，ME) 和肝型丙酮酸激酶( liver pyru-vate kinase，L-PK)[13]。此外，利用RNA 干扰技术(short inhibitory RNA，si RNA) 敲低乳腺癌细胞Thrsp 表达的研究也证明Thrsp 是脂质合成所必需的。敲除Thrsp 基因近端启动子和全长编码序列的纯合敲除小鼠在胚胎早期死亡，而保留了前21 个氨基酸的Thrsp 基因敲除小鼠可以存活，且遗传规律符合孟德尔定律。该现象可能是由于Thrsp 的同源基因，S14R 在肝脏起到代偿作用。而在S14R 不表达的乳腺中，Thrsp 的缺失显著影响脂质合成，使敲除母鼠乳汁中甘油三酯含量比野生型减少33%，并主要缺乏中链脂肪酸。该现象主要反映在敲除母鼠哺育的幼鼠体重明显低于正常[14]。

6 Thrsp 的同源蛋白S14R 简介

Thrsp(又称S14)的同源蛋白S14R，最早由Berti 等(2004)发现，与中线蛋白1( midline1，Mid1) 结合，在胚胎发育过程中共同维持细胞骨架的稳定性。因此 S14R 又称为 Mid1相 互 作 用 蛋 白1(Mid1 interacting protein，Mid1ip1)、以 及Mig12(Mid1-interacting G12-like protein)。S14R 基 因 在 人和哺乳动物均定位于X 染色体，与Thrsp 的蛋白序列同源性为36%。S14R 为22kD 的胞浆蛋白，与Thrsp 不同，S14R 具有广泛的组织分布[15]。过表达S14R 可促进LXR 激动剂诱导的脂质合成和甘油三酯堆积，而S14R 敲除则削弱LXR 激动剂的诱导作用，说明S14R 介导了LXR 活化引起的肝脏脂质合成。在大鼠原代肝细胞中，用siRNA 敲低Thrsp 或S14R均能降低葡萄糖刺激的脂质合成，并且二者同时敲低可使脂质合成进一步降低。而Thrsp 和S14R 同时敲低后，再用腺病毒过表达其中任一种基因，均可使脂质合成恢复，说明Thrsp与S14R 促进脂质合成的作用存在重叠。在体实验也证明，S14R 过表达促进肝脏脂质合成[16]。

7 脂肪合成过程中关键基因的表达与调控

在转录调控机制的研究中，目标基因与转录因子功能相关性是首先应该分析的内容。通过试验选取的猪的肝脏、大网膜、背最长肌、肾周脂肪、背膘5 个脂肪合成活跃的组织部位，通过荧光定量PCR 检测5 个部位ACACA 基因、Thrsp基因、ACSL1 基因在不同体重分组的mRNA 相对表达量，从mRNA 水平研究三个基因表达量的关系。乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）在脂肪合成代谢和分解代谢中都具有十分重要的功能，它包含ACC-α 和ACC-β 两种同工酶，二者分别由ACACA 基因和ACACB 基因编码。ACSL1 基因表达量的高低，可在一定程度上反应细胞中脂肪酸含量的多少[17]。试验通过5 个部位的基因mRNA 表达量的研究发现，ACACA、Thrsp 和ACSL1 基因在转录水平的表达趋势具有一致性，在大网膜、背最长肌、肾周脂肪组织中均有显著或极显著的相关关系。有研究表明，Thrsp 可与其同源蛋白S14R 以同源二聚体或异源二聚体形式结合，再与ACC 结合，显著提高ACC 的活性。本研究结果中，Thrsp 基因与ACACA 基因在mRNA 表达水平具一定的相关性，但是Thrsp 对ACC 是否在转录水平存在调控作用，还需要基因启动子区的研究、转录因子结合位点的研究、DNA 和转录因子结合分析等一系列研究，才能确定详细的转录调控机制。ACSL1 与ACACA、Thrsp 间存在较强的相关性，但它与二者是否存在调控关系，也需要进一步详细研究[18]。

8 总结与展望

本文以脂肪合成的生化反应为基础，用文献挖掘的方法介绍了脂肪合成过程分子调控网络，Thrsp 可与其同源蛋白S14R 以同源二聚体或异源二聚体形式结合，再与ACC 结合，显著提高ACC 的活性。研究通过对ACACA、Thrsp、ACSL1基因mRNA 表达水平的相关性分析发现，在不同的组织部位，三个基因之间均表现出较强的相关性，其中ACACA 和Thrsp位于同一条代谢通路中，已有报道称Thrsp 可以显著提高ACC 的活性，但是二者是否存在转录水平的调控，还需要通过启动子克隆、报告基因活性分析、转录因子结合位点的确定、DNA-转录因子结合分析等试验进一步研究。目前尚未报道ACSL1 与Thrsp 或ACACA 之间存在调控关系，研究结果显示，ACSL1 与Thrsp 基因在mRNA 表达水平表现出很强的相关性，可进一步研究以确定是否存在调控关系。