脂聯素基因及其在動物生產中的研究進展

吳 蕓，彭 珊，陳 瑤，張素英

（1.遵義師范學院生物系，貴州遵義563002；2.貴陽市農業委員會，貴州貴陽550081；3.遵義師范學院化學系，貴州遵義563002）

脂聯素基因及其在動物生產中的研究進展

吳 蕓1，彭 珊2，陳 瑤1，張素英3

（1.遵義師范學院生物系，貴州遵義563002；2.貴陽市農業委員會，貴州貴陽550081；3.遵義師范學院化學系，貴州遵義563002）

脂聯素是脂肪細胞所分泌的細胞因子，是迄今為止所發現的唯一與肥胖呈負相關的脂肪細胞因子，具有調節葡萄糖、脂肪酸代謝及調控生物體能量穩態等功能?，F就脂聯素的基因結構、生物學功能及其在動物生產中的研究進展作一綜述，以期為動物分子育種研究提供新的思路。

脂聯素；脂質代謝；動物生產

在動物生產中，動物攝入能量用于維持和生產，剩余的部分便以脂肪的形式儲存，過多的脂肪沉積會使動物肉產品不受消費者歡迎，也會對消費者的健康造成不利影響。隨著人們生活水平的提高，消費者面臨多種食物選擇的機會，對動物肉產品的需求也正悄然發生變化，人們希望消費優質的動物肉產品。影響肉品質的因素很多，但遺傳和營養因素是最主要的。影響動物脂肪沉積的基因目前成為國內外動物遺傳育種學者研究的熱點之一。

長久以來，脂肪組織一直被認為是被動的、不活躍的組織。脂肪細胞內分泌功能的發現是近年內分泌學科領域的突破性進展之一，打破了脂肪組織僅僅作為能量儲存組織的傳統觀念。脂肪組織不僅能夠儲存能量，還參與能量代謝和平衡[1]。脂肪組織以內分泌、旁分泌和自分泌的形式分泌大量的生物活性物質——脂肪細胞因子，如：瘦素、血漿抵抗素、腫瘤壞死因子、白介素-6、胰島素樣生長因子-1、脂聯素等[2]。脂聯素是脂肪細胞所分泌的若干細胞因子中含量最高的，是迄今為止所發現的唯一與肥胖呈負相關的細胞因子，它以內分泌方式循環于血液中，參與調節葡萄糖、脂肪酸代謝及抵抗炎癥反應等生命活動。現將脂聯素的基因結構、生物學功能、目前在動物研究上的進展作一綜述，以期為改善動物胴體品質、生長性能及動物脂聯素基因與脂肪沉積的分子育種研究提供理論依據。

1 脂聯素的來源

脂聯素是脂肪組織特異性分泌的一種膠原樣細胞因子，是由4個小組分別用不同的方法發現的。1995年，Scherer等[3]對小鼠3T3-L脂肪細胞mRNA反轉錄cDNA進行自由測序，發現了一段新序列，該序列編碼一種新的蛋白，結構類似于補體因子C1q，故命名為脂肪細胞補體相關蛋白30即Acrp30。此后，Hu等用mRNA差異顯示技術從鼠脂肪中分離并克隆出該基因，命名為AdipoQ；Maeda等從人脂肪組織 cDNA文庫中隨機測序出 ACRP30及AdipoQ的類似物，因其與膠原質X、Ⅷ和補體因子C1q有高度相似，并且在脂肪組織中基因轉錄產物最豐富，故稱為ApM1；隨后Nakano等人也發現了這一蛋白，命名為GBP28。Acrp30、AdipoQ是在小鼠身上發現的，而ApM1、GBP28則為人所分泌的，統稱脂聯素。Arita等將其命名為脂聯素(adiponectin)并建立了測定人血漿脂聯素濃度的方法。

2 脂聯素的結構

脂聯素是一種膠原樣細胞因子，屬于膠原樣血漿蛋白，是脂肪組織高度表達產物。主要由白色脂肪組織分泌，近年來發現棕色脂肪及肝細胞亦可分泌。目前GenBank已經登錄了人和家鼠、豬、牛、雞等物種的脂聯素基因序列，部分物種該基因已被定位于具體的染色體上。不同物種脂聯素基因的調控區及內含子存在差異，使其全長不一致。

人脂聯素基因位于染色體3q27[4]，全長約16kb。人和哺乳動物脂聯素基因包含有3個外顯子和2個內含子。小鼠脂聯素基因位于16號染色體的B3-B4[5]，全長約20kb，包括3個外顯子2個內含子。豬脂聯素基因全長約10kb，位于染色體的13q36-41，包含有3個外顯子，2個內含子。人、鼠及豬等哺乳動物的脂聯素基因同源性較高，達80%以上，均由3個外顯子和2個內含子構成[6,7]，而禽類脂聯素基因結構與哺乳動物有較大的區別，雞和鴨的脂聯素基因僅包含2個外顯子和1個內含子[8]。

脂聯素屬于可溶性防御性膠原家族成員，是具有247個氨基酸殘基的多肽。包括氨基端的一個分泌信號序列，一個小的非螺旋區，一段22個膠原樣的重復序列及羧基端一個球形結構域[9]。蛋白質從第2個外顯子開始編碼，基因的第3個外顯子3′-端含有一大段未翻譯序列，其包括多個Alu的重復。外顯子/內含子組織形式符合GT/AG規則。已報道動物的全序列分析結果顯示脂聯素基因的調控序列包含了公認的啟動子，但不是典型的TATA盒。

脂聯素單體只存在于脂肪細胞中，單體只有形成多聚體后才能被分泌至細胞外，發揮生物學活性。研究發現，在每個單體的22位及138位各有一個巰基，其中22位的巰基對各種多聚體的形成起關鍵作用。2個脂聯素單體通過22位的巰基所形成的二硫鍵結合成二聚體，再與一個單體通過非共價鍵組成三聚體，2到6個三聚體通過分子間的非共價鍵作用形成六聚體或高分子量多聚體[10]。在膠原區域，脂聯素的一些保守脯氨酸和賴氨酸殘基通常羥基化，有利于形成穩定的膠原三聚體。球狀區域也能形成三聚體，但膠原區域是形成更高級的關鍵區域。

3 脂聯素的生物學功能

目前利用基因敲除和轉基因技術已建立各種脂聯素水平的動物模型，極大地推進了對脂聯素功能的研究。脂肪組織作為胰島素作用的靶器官之一，人們已經認識到它不僅是機體能量儲存和利用的場所，而且還能分泌一些脂肪細胞因子來影響組織代謝。在哺乳動物中，脂聯素通過與受體結合發揮作用，在肝臟、脂肪與骨骼肌中調控糖代謝和脂肪酸代謝，影響機體組織對糖的利用、胰島素敏感性、脂質合成和能量平衡。最近研究發現，脂聯素還可以促進血管形成，降低血壓[11]。

脂聯素能夠影響機體處理糖類和脂肪的能力。在脂聯素高表達的轉基因大鼠中，胰島素處理血糖的能力明顯提高。而在人類直接輸注脂聯素也可引起血糖下降，推測是通過增加胰島素的敏感性起作用的。球狀結構域部分較全長形式的脂聯素有更廣泛的生物學活性。但只有全長型的脂聯素能抑制肝細胞糖原異生和葡萄糖釋放。通過增加組織脂肪酸氧化，降低餐后脂肪酸、甘油三酯水平在肝臟、肌肉細胞內含量來增加胰島素敏感性。研究證實，脂聯素主要通過活化腺苷酸激活蛋白激酶的途徑，刺激葡萄糖的利用和脂肪酸的氧化，提高胰島素敏感性[12]。

還有一些動物實驗也證明，給實驗動物注射重組脂聯素可以降低血脂、血糖，增加脂肪酸β氧化，降低骨骼肌中的甘油三酯含量，提高胰島素敏感性和降低體重。這些結果都提示提高脂聯素水平能改善機體的胰島素敏感性。反之，脂聯素水平降低對胰島素抵抗的發生發展具有一定的促進作用。

據目前研究所知，血漿脂聯素水平與胰島素抵抗程度呈明顯負相關。在肥胖和糖尿病動物模型中，脂聯素治療可以降低體重，增加胰島素敏感性，改善糖耐量，這些結果提示了脂聯素可作用于骨骼肌增加脂肪酸氧化作用，同時還能作用于肝臟增加胰島素拮抗糖異生作用[13]。單一注射融合脂聯素蛋白或者球狀區脂聯素蛋白能顯著降低糖尿病大鼠的血糖濃度。在肝臟中研究發現，完整的脂聯素在轉錄水平上抑制肝糖原合酶的合成，間接抑制糖生成作用。有研究表明，脂聯素未影響葡萄糖吸收、糖酵解及糖原合成速度，這表明循環中脂聯素水平的快速上升可降低肝糖輸出而不影響外周葡萄糖吸收[14]。

Kubota等[15]發現脂聯素在外周組織和神經中樞中發揮不同的作用。它既能激活外周組織的AMP激活蛋白激酶促使脂肪酸氧化，提高胰島素敏感性。還可以結合下丘腦弓狀核中AdipoR1，提高中樞的蛋白激酶活性，從而促進進食。脂聯素除直接作用于外周組織，也通過作用于腦來提高葡萄糖代謝和減輕體重，能夠通過循環進入腦脊髓液而作用于神經元細胞。這些中央釋放的脂聯素能夠提高能量消耗使老鼠的體重減輕，脂肪減少。gAcrp30是脂聯素的蛋白水解產物，屬于其球形單位，藥理學研究結果發現，gAcrp30可通過線粒體刺激肌肉游離脂肪酸的氧化來調節能量平衡，這可能是β氧化或氧化磷酸化途徑相關酶表達增加的緣故。脂聯素可以增加脂肪酸氧化，降低肌肉與肝臟中甘油三酯含量，改善脂代謝。

在人、猴子、小鼠中研究發現，當脂肪過度沉積時，脂聯素基因在脂肪組織中的表達量及血液脂聯素水平均降低；而體重下降時，脂聯素的表達量和血液脂聯素水平均升高，ADP通過蛋白激酶促進骨骼肌脂肪酸的氧化，降低脂質在骨骼肌的堆積，減少游離脂肪酸進入肝臟，改善肝臟胰島素抵抗，降低肝糖的生成和極低密度脂蛋白的合成。另外，ADP還可抑制腫瘤壞死因子α促脂解作用，減少脂肪酸入血，促進血中的游離脂肪酸進入骨骼肌細胞中氧化，從而顯著降低血脂水平。

Milan等[16]發現肥胖大鼠 Zucker的腹內脂肪組織脂聯素水平低于正常大鼠，而皮下脂肪組織無此改變。提示脂聯素水平主要受內臟脂肪的影響，其水平降低可能與腹內脂肪積聚伴有更嚴重的胰島素抵抗有關。

4 脂聯素在動物生產中的研究進展

隨著生活水平的提高，人們越來越關注肉產品的質量，動物體內脂肪沉積及脂肪含量是影響肉品質的重要因素，動物產品脂肪含量過高不僅影響消費者的健康，而且降低飼料利用率。因此，許多研究者對畜禽中的脂聯素進行了研究。

Wang等[17]克隆得到豬脂聯素基因片段，發現其mRNA在豬脂肪組織中的含量非常豐富且在不同脂肪細胞中含量有差異。Ding等[18]克隆得到豬脂聯素基因cDNA，并檢測其在心臟、肝臟、脾臟、背最長肌及皮下脂肪組織的分布和表達情況，提出Z脂聯素可能通過其受體在豬不同組織中發揮其生理功能。張國棟構建了豬脂聯素mRNA的同源競爭模板，成功對長白豬脂聯素mRNA進行定量，使之能大量制備不同品種豬體內脂聯素，為測定其表達量提供了快速、簡便、靈敏的方法。Cepica[19]利用反向PCR技術擴增得到一個長為3326bp的脂聯素基因片段，該片段包括外顯子2、外顯子3、內含子2和部分內含子1，并檢測到內含子2上有1個HindⅢ限制性內切酶多態位點。

戴麗荷等對大白豬、梅山豬脂聯素基因內含子2進行突變檢測，發現內含子2中985位的A/G突變，在其F2資源家系群體中性狀關聯分析表明，A等位基因有利于增加眼肌面積和瘦肉率，減少背膘厚。長白豬、藍塘豬脂聯素基因啟動子區甲基化與其mRNA的表達分析表明，甲基化與去甲基化過程主要發生在某些特定CpG位點[20]。脂聯素基因在豬肌肉組織中以高度甲基化狀態為主，隨個體發育，脂聯素基因的甲基化狀態隨基因表達的波動呈現動態過程，表現出與基因表達量波動基本一致的波動趨勢。

張輝等用RT-PCR方法提取成牛肝臟外部脂肪和犢牛大網膜前脂肪細胞培養物總RNA，克隆后測序，為后續研究奠定基礎。在秦川牛脂聯素基因SNPs位點檢測，發現有5種基因型，其中兩種基因型個體在脂聯素基因第2外顯子、第3外顯子的突變導致谷氨酸轉化為谷氨酰胺，絲氨酸轉化為亮氨酸。而與部分胴體及肉質性狀的相關性分析，則認為脂聯素基因該位點可能是影響秦川牛胴體及肉質性狀的主效數量性狀基因座或與之緊密連鎖，因此，可作為秦川牛高檔牛肉生產的候選分子標記[21]。

Sreenivasa等[22]對雞脂聯素cDNA序列分析表明，與自由采食相比，在禁食48h后，雞脂肪組織、肝臟和腺垂體中脂聯素mRNA量明顯減少。賓夕法尼亞州立大學的科研人員對雞脂聯素蛋白特性，以及雞血清中的脂聯素水平進行 了研究。結果顯示，雞脂聯素羥基蛋白中存在脯氨酸，且這些殘基的糖基化多樣。ELISA檢測結果證實，4周齡公雞體內的脂聯素水平要高于8周齡，其水平與腹部脂肪沉積情況剛好相反。劉大林等[23]研究了京海黃雞脂聯素基因第1內含子1個突變位點的多樣性及其對屠體性狀的遺傳效應，提出脂聯素基因可能是調控脂肪性狀的主效基因或與主效基因連鎖。而對鴨脂聯素基因序列分析發現禽類的脂聯素基因結構與人和哺乳動物不同，只包含了2個外顯子和1個內含子[24]。檢測分析發現鴨脂聯素基因不同品種中具有豐富的單核苷酸多態性。鵝脂聯素基因的克隆、序列分析及其組織表達研究提示，鵝脂聯素基因的表達量在不同組織、內臟中有所不同，且存在品種差異[25]。

5 結語

脂肪性狀是高遺傳力性狀，近年來隨著生活水平的提高，人們保健意識的增強，人和動物體內脂肪的數量受到人們越來越多的關注。體內脂肪反應體內能量分配、儲存及消耗的狀態。人脂肪過多產生肥胖，不僅影響人的體型，也導致一些肥胖相關疾病，影響健康。動物生產中，若動物體內脂肪沉積過多，不但降低飼料利用率，增加養殖成本，而且影響肉產品品質。脂聯素基因在脂肪性狀中扮演著重要作用，大多數研究集中在其與人類肥胖和疾病的相關研究領域，而在畜禽上的研究較少。隨著對動物脂聯素基因的進一步研究，提示該基因可能是控制畜禽脂肪性狀的主效基因或與控制該性狀的主效基因連鎖，可應用該基因作為畜禽脂肪性狀新的候選基因，并可能在動物分子育種實踐中成為一個新標記。

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（責任編輯：朱 彬）

Research progress on adiponectin and its using of animal production

WU Yun1，PENG Shan2，CHEN Yao1，ZHANG Su-Ying3
(1.Biology Department,Zunyi Normal College,Zunyi 563002,China;2.Guiyang Agriculture Commission,Guiyang 550081, China;3.Chemistry Department,Zunyi Normal College,Zunyi 563002,China)

Adiponectin,an adipokine secreted from adipose tissue.Up to now,it was found to be the only one adipikine that was negative correlation with obesity and as a regulator of glucose homeostasis,lipid metabolism and energy homeostasis.Adiponectin genetic structure,biological function and its for animal production was expounded in this article.

adiponectin;lipid metabolism;animal production

S813.3

A

1009-3583（2010）-02-0064-04

2009-11-15

貴州省教育廳自然科學研究項目（黔教科20090055）

吳蕓，女，重慶人，遵義師范學院生物系助教，碩士，主要從事動物分子遺傳方面研究。