動物脂肪酸轉運蛋白1的研究進展

魏勝娟,昝林森＊,2,王洪寶,2

(1.西北農林科技大學動物科技學院,陜西 楊凌 712100;2.國家肉牛改良中心,陜西 楊凌 712100)

動物脂肪酸轉運蛋白1的研究進展

魏勝娟1,昝林森＊1,2,王洪寶1,2

(1.西北農林科技大學動物科技學院,陜西 楊凌 712100;2.國家肉牛改良中心,陜西 楊凌 712100)

脂肪含量對人類和動物健康以及動物肉品質均有重要影響。脂肪酸轉運蛋白1(fatty acid transport protein 1,FA TP1)是整合的跨膜蛋白,屬于脂肪酸轉運蛋白家族(FATPs)成員,參與脂肪酸跨膜轉運及脂肪酸代謝,是影響脂肪含量的關鍵基因之一,近年來引起了越來越多的關注。本文就FATP1的結構特點與組織分布、功能、表達調控以及遺傳變異等方面做一綜述,以期對今后的研究提供參改。

脂肪酸轉運蛋白1;FA TP1;S LC27a1;研究進展

脂肪酸轉運蛋白1,全稱長鏈脂肪酸轉運蛋白1,又名SLC27a1(solute carrier family 27 member 1),由Schaffer等(1994)[1]通過表達克隆技術在小鼠3T 3-L1脂肪細胞中首次發現,定位于質膜;參與長鏈脂肪酸跨膜轉運及脂肪酸代謝。至今為止,已在鼠、人、牛、雞等多物種中發現,是至今發現的脂肪酸轉運蛋白家族FA TP1-6的六個成員中發現最早,也是研究最多的一個基因。

FA TP1通過調控脂肪酸攝取和代謝,從而間接影響脂質分布與沉積,對動物肉質改良有著非常重要的意義。此外,激素等調控FA TP1活性在機體穩態及代謝性疾病中起著重要作用,有望成為基因治療中新的靶基因。不論對動物肉質改良還是對人類和動物健康,FA TP1都起著非常重要的作用。

1 FATP1的結構特點與組織分布

1.1 FATP1的定位與結構特點

人的FATP1(NC 000019.9)定位于19號染色體,全長35678 bp,含 12個外顯子,編碼646個氨基酸;小鼠的FATP1(NC 000074)定位于8號染色體,全長17782 bp,含 14個外顯子,編碼646個氨基酸;牛的FA TP1(NC 007305.3)定位于7號染色體,全長39189 bp,含13個外顯子,同樣編碼 646個氨基酸。

FA TP1是63-k Da的質膜蛋白,有 6個預測 α-螺旋的跨膜區[1,2]。Lew is等(2001)[3]研究顯示,FA TP1是至少有一個跨膜區和多個膜相關區域的膜蛋白(見圖1)。

圖1 FATP1的拓撲學模型示意圖[3]

Stuhlsatz-Krouper等[4](1998)通過比較人類、鼠類和酵母的FATP氨基酸序列,發現了一個高度保守的模序IYTSG T TGXPK,該模序在形成腺嘌呤核苷酸中間產物的一些蛋白中均以發現。成熟的脂肪酸轉運蛋白的該模序中引入250位丙氨酸取代絲氨酸的突變,致使產生適量表達的代謝突變型FATP,抑制了長鏈脂肪酸的轉運和與AT P的結合。FATP參與ATP的結合取決于IYTSG TTGXPK模序中250位的絲氨酸,胞內 A TP的耗盡能顯著降低FATP所調控的長鏈脂肪酸的攝取。Stuhlsatz-Krouper等[5](1999)通過分別定點突變了中心的250位絲氨酸和252位蘇氨酸殘基并在成纖維細胞中表達后發現,突變后脂肪酸的攝入和疊氮基的結合均變弱。250位絲氨酸和252位蘇氨酸對FATP的功能非常關鍵,且FATP的功能機制涉及到這些氨基酸殘基所決定的核苷酸的結合。?

1.2 FATP1的組織分布

FA TP1的分布比較廣泛,主要在脂肪和肌肉組織中表達,其組織特異性分布在各個物種中有類似也有區別。

人類FATP1存在于機體所有利用脂肪酸的組織中[6-8],Geneviève Martina等[9](2000)研究發現,人類肌肉和脂肪組織中FATP1m RNA表達水平較高,小腸中等水平,肝臟中幾乎沒有;Schaffer等[1](1994)證實了小鼠的脂肪、心臟和肌肉組織中均有表達;束剛等[10](2006)發現豬的脂肪和心臟組織高豐度表達;Ordovás L等[11]發現牛的FATP1m RNA在心臟、睪丸、神經和肌肉組織中含量很高,在肝臟組織中的含量很低,與人和小鼠差別較大的是,牛的脂肪組織中的FATP1的mRNA含量很低,在蛋白水平上,心臟、皮下組織和脂肪組織中均檢測到了該基因蛋白的表達,而在睪丸、神經組織及肝臟中卻沒有檢測到。Song等[12](2008)研究發現,黃羽肉雞胸肌和皮下脂肪在22、29和42日齡3個階段均能檢測到FATP1m RNA的恒定表達;骨骼肌42日齡的表達量明顯高于前兩個階段;公雞的腹部脂肪的FATP1m RNA表達量隨日齡明顯增多,而母雞于42日齡表達量急劇下降。這些研究表明了FATP1分布的組織特異性與性別特異性。

2 FATP1的功能

2.1 促進脂肪酸跨膜轉運,參與脂肪酸代謝

FA TP1是整合跨膜蛋白,引導外源性脂肪酸進入細胞,參與脂肪酸的攝入和酯化,對細胞內甘油三酯的合成具有重要作用。Schaffer等[1](1994)在哺乳動物中表達FATP1能明顯促進長鏈脂肪酸的攝取。Mario Marottaa等[13](2004)研究發現大鼠中脂肪含量高的肌肉細胞FATP1的表達也高。Chiu等[14](2005)通過在心臟特異性過表達FATP1的轉基因小鼠研究發現,心肌攝取脂肪酸的能力增大了4倍,細胞內脂肪酸的沉積和代謝均增大了2倍。Wu等[15](2006)研究表明,小鼠FA TP1被敲除后,脂肪細胞中甘油三酯的含量顯著降低。FAT P1有脂酰輔酶A的活性,與長鏈酰基輔酶A合成酶相互作用,促進哺乳動物脂肪酸攝取[16,17];但此酶活是否對驅動脂肪酸攝取是必須的仍然未知[18]。

2.2 參與能量代謝

越來越多的研究證明,FATP1在能量代謝中起著重要作用。Wu等[19](2006)研究發現,FA TP1在棕色脂肪組織的非戰栗產熱中起作用。Sebastián等[20](2009)證實,與FAT36相似,FATP1基因與線粒體相關且對肌肉細胞線粒體脂肪酸氧化起作用。Wiczer等(2009)[21]通過蛋白組學方法沉默了3T 3-L1脂肪細胞的FATP1基因,發現三羧酸循環活性增強,細胞的NAD(+)/NADH增多,脂肪酸氧化作用增強,乳酸產量增加,暗示了FA TP1的新的作用,即調控三羧酸循環活性及線粒體代謝的功能。Mitchell等(2009)[22]轉染FATPsiRNA于HEK293細胞,發現FA TP1能夠調控心磷脂的重新合成。Guitart等(2009)[23]通過亞細胞成分的免疫印記和FATP1-GFP融合蛋白的免疫細胞學發現,在培養的肌管細胞中,FATP1定位于線粒體中并能提高丙酮酸脫氫酶的活性。

3 FATP1表達調控

FATP1主要受過氧化物酶體增生物激活受體,激素(研究較多的是胰島素),細胞因子等多種物質調控,與其他調節因子共同調節長鏈脂肪酸的轉運,維持機體穩態。

3.1 FATP的正向調控

FATP的上游區域-458到-474存在功能性過氧化物酶體增生物激活受體(PPARs)反應元件且能被PPA Rа和PPARγ激活物上調[24-27],因此在脂肪細胞分化過程中增加。此外,磺碘喹等藥物能通過維甲酸X受體上調FA TP的表達[28]。

3.2 FATP的負向調控

FATP m RNA表達水平還受胰島素等調控。在培養的3T 3-L1脂肪細胞中,胰島素下調FATP mRNA表達水平[1]。Northern blot顯示,FATP mRNA水平在3T 3-L1前脂肪細胞分化中增大了5～7倍,而胰島素在培養的脂肪細胞中能下調10倍。在短期禁食的動物試驗中,FA TP m RNA在成熟脂肪組織中增加了11倍[29]。Berk等[30](1997)證實,在胰島素抵抗Zucker鼠中,FATP m RNA的水平比正常鼠增大了5倍。Kim等[31](2004),FA TP1失活能預防骨骼肌中脂肪誘導的胰島素抵抗。Qiw ei等[32](2006)通過體內試驗證明胰島素能通過調節FA TP1調控長鏈脂肪酸的攝取,FATPs決定了飲食中攝取的脂質的組織分布,參與飲食誘導的肥胖。胰島素對FATP調控快速、可逆,主要通過定位于-1353和-1347的順式磷酸烯醇丙酮酸羧激酶類似元件[33],在轉錄水平負調控成熟脂肪細胞中FA TP基因的表達[25]。Wiczer等[34](2009)證明,在脂肪細胞中,胰島素誘導的脂肪酸攝入是通過FATP1基因調控AMPK途徑并通過潛在的調控機制調控從葡萄糖代謝新生成的脂肪酸的量的平衡,且在此過程中,脂肪酸的攝入通過乙酰輔酶A羧化酶的磷酸化進行。此外,內毒素、腫瘤壞死因子a和白介素l等也能負向調控FAT P1的表達[35]。

4 FATP1的遺傳變異

Meirhaeghe等[36](2000)通過SSCP技術對1144個法國人的FAT P1基因多態性進行研究,首次發現了人類FATP1基因的內含子8和內含子9的3個SNPs(single nucleotide polymorphisms),分別為內含子8的G/A+48,及內含子9的G/A和G/T。發現內含子8 SNP中A等位基因與較高的甘油三酯水平相關,顯示了其對脂質代謝的影響。2005年,Meirhaeghe等[37]通過進一步分析1195個法國人FATP1內含子8發現,G/A+48多態性與代謝綜合癥沒有顯著相關,暗示該SNP可能對代謝綜合癥不起重要作用。

Gertow等[38](2003)通過對1054個瑞典人內含子8的G/A48多態性與禁食和食后血脂、血漿脂蛋白變化的關系研究發現,SNP與食后血脂及低密度脂蛋白顆粒大小分布的改變相關,與禁食后血漿中TG含量無關。電遷移率和報告基因研究顯示,內含子8不同等位基因核因子和轉錄活性不同。FATP1通過非酯化脂肪酸運輸,可能在食后脂代謝和心血管疾病中起作用。

Laura Ordovas等[39](2008)通過基因微測序技術首次研究FATP-1的多態性與乳脂含量的關系,發現該基因在荷斯坦奶牛中有14個SNPs,其中1個在啟動子,7個在內含子,6個在外顯子。SNPs對荷斯坦奶牛乳脂率的高低影響不顯著,暗示了S LC27A 1與乳脂含量無關或影響很弱。

張龍等[40](2009)利用PCR-SSCP技術對381只大恒優質雞的FATP1基因研究發現,FATP1的遺傳變異與部分屠體性狀和腹脂率存在相關性。

5 展望

FATP1是FATPs中重要成員之一,參與脂肪酸及能量代謝,對脂肪沉積及二型糖尿病的治療有著重要作用。雖然FATP1的結構、組織分布、功能及表達調控等的研究均取得了一系列的進展,但FA TP1對動物肉質的影響方面的報道還不是很多。進一步研究FATP1的遺傳變異與肉質相關性及對脂肪細胞的影響等有著非常重要的意義。

[1]Schaffer J E,Lodish H F.Expression cloning and ch aracterization of a noveladipocyte long chain fatty acid transport protein[J].Cell,1994,79:427-436.

[2]Schaap F G,Hamers L,Van der Vusse G J,et a l.Molecular cloning of fatty acid-transport protein cDNA fromrat[J].Biochim Biophys Acta,1997,1354(1):29-34.

[3]Lew is S E,Listenberger L L,O ry D S,eta l.Membrane topology of the mu rine fatty acid tran sport protein 1[J].J Biol C hem.,2001,276(40):37042-37050.

[4]Stuhlsatz-Krouper S M,Ben nett N E,Schaffer J E.Sub stitution of alanine for serine 250 in the murine fatty acid transport protein inhibits long chain fatty acid transport[J].J Biol Chem,1998,273(44):28642-28650.

[5]Stuhlsatz-Krouper S M,Bennett N E,Schaffer J E.Molecular aspects of fatty acid transport:mutations in the IYTSGT TGXPK motif impair fatty acid transport protein function[J].Prostagl and ins Leukot Essent Fatty Acids,1999,60(5-6):285-289.

[6]Stahl A.A current review of fatty acid tran sport proteins(S LC27)[J].2004,Pflugers,447,722-727.

[7]StahlA,Gimeno R E,Tartaglia L A,eta l.Fatty acid transport proteins:a current view of a growing family[J].Trends Endocrinol Metab,2001,12,266-273.

[8]Schaffer J E.A novel adipocyte long chain fatty acid tran sport protein[J].Eur JM ed Res 1,1996,176-180.

[9]Geneviève Martina,Masami Nem otob,Laurent Gelmanc,eta l.The Human Fatty Acid Transport Protein-1(S LC 27A1;FA TP-1)cDNA and Gene:Organization,Chromosomal Localization,and Expression[J].Genomics,2000,66(3):296-304.

[10]束 剛,馮嘉穎,朱曉彤,等.脂肪酸跨膜轉運載體蛋白-FA TP、FA T/CD36和FABPpm研究進展[J].畜牧與獸醫,2006,38:11-13.

[11]Ordovás L,Roy R,Zaragoza P,et a l.Structural and functional characterization of the bovine solute carrier family 27 member 1(S LC27A1)gene[J].Cytogenet Genome Res,2006,115(2):115-122.

[12]S ong Y,Feng J,Zhou L,et a l.Molecular cloning and onto-genesis expression of fatty acid transport protein-1 in yellowfeathered broilers[J].J Genet Genomics,2008,35(6):327-333.

[13]Marottaa M,Ferrer-Martíneza A,Parnaua J,et a l.Fiber type-and fatty acid composition-dependent effects of high-fat diets on rat muscle triacylglyceride and fatty acid transporter protein-1 con tent[J].Metabolism,2004,53(8):1032-1036.

[14]Chiu H C,Kovacs A,Blanton R M,et al.Transgenic Expression of Fatty Acid Transport Protein 1 in the Heart Causes Lipotoxic Cardiomyopathy[J].Circulation Research,2005,96:225.

[15]Wu Q,Ortegon A M,Tsang B.FA TP1 is allinsulin-sensitive fatty acid transporter in volved in diet-induced obesity[J].Mol Cell Biol,2006,26:3455-3467.

[16]Richard s M R,Harp J D,Ory D S,eta l.Fatty acid transport protein1 and long-chainacyl coenzyme Asynthetase1 in teract in adipocytes[J].J Lipid Res,2006,47(3):665-672.

[17]Coe N R,Smith A J,Frohnert BI,eta l.The fatty acid transport protein(FATP1)is a very long chain acyl-CoAsynthetase[J].J BiolChem,1999,274(51):36300-36304.

[18]Zou Z,DiRusso C,Ctrnacta V,et al.Fatty acid transport in Saccharomyces cerevisiae.Directed mutagenesis of FAT 1 distinguishes the biochemical activities associated with Fat1 p[J].J Biol Chem,2002,277:31062-31071.

[19]Wu Q,Kazantzis M,Doege H,et a l.Fatty acid transport protein 1 is required for n on shivering thermogenes is in brown adipose tissue[J].Diabetes,2006,55(12):3229-3237.

[20]Sebastián D,Guitart M,García-Martínez C,et a l.Novel role of FA TP1 in mitochondrial fatty acid oxidation in skeletal muscle cells[J].J Lipid Res,2009,50(9):1789-1799.

[21]Wiczer B M,Bern lohr D A.A novel role for fatty acid transport protein 1 in the regulation of tricarboxylic acid cycle and mitochondrial function in 3T 3-L1 adipocytes[J].J Lipid Res,2009,50(12):2502-2513.

[22]Mitchell R W,Hatch G M.Regulation of cardiolipin biosynthesis by fatty acid tran sport protein-1 INHEK 293 cells[J].Biochim Biop hys Acta.2009,1788(10):2015-2021.

[23]Guitart M,Andreu A L,García-A rum iE,eta l.FATP1 localizes to mitochond ria and enhances pyruvate dehydrogenase activity in skeletal myotubes[J].Mitochondrion,2009,9(4):266-272.

[24]Schoonjans K,Peinado-Onsurbe J,Lefebvre A M,et al.PPARa and PPARg activators direct a distinct tissue-specific trans criptional response via a PPRE in th elipoprotein lipase gene[J].EMBO J,1996,15:5336-5348.

[25]Frohnert B I,Hui T Y,Bernlohr D A.Identification of a functional peroxisome proliferator-responsive element in the murine fatty acid transport protein gene[J].J Biol Chem,1999,274(7):3970-3977.

[26]Martin G,Sch oonjans K,Lefebvre A M,et al.Coordinate regulation of the expression of the fatty acid tran sport protein and acyl-CoA syn thetase genes by PPARa and PPA Rg activators[J].J Biol Chem,1997,272:28210-28217.

[27]Motojima K,Passilly P,peters J M,et al.Expression of putative fatty acid transporter gen es are regulated by proliferator-activated receptor a and g activators in a tissue-and inducer-specific manner[J].J BiolChem.1998,273:16710-16714.

[28]Genevie ve Martin,He'le n e Poirier,Nathalie Hennuyer,et al.Induction of the Fatty Acid Transport Protein 1 and Acyl-CoA Syn th ase Genes by Dimer-selective Rexinoids S uggests That the Peroxisome Proliferator-activated Receptor-Retinoid X Receptor Heterodimer Is Their Molecular Target[J].J Biol Chem.,2000,275(17):12612-12618.

[29]M an M Z,Hui T Y,Schaffer J E,et a l.Regulation of the m urine adipocyte fatty acid transporter gene by insulin[J].Mol Endocrinol,1996,10(8):1021-1028.

[30]Berk P D,Zhou S L,Kiang C L,et al.Uptake of long chain free fatty acids is selectively up-regulated in adipocytes of Zucker rats with genetic obesity an d non-insulin-dependent diabetes mellitus.[J].J Biol Chem,1997,272(13):8830-8835.

[31]Kim J K,Gimen o R E,Higashimori T,et al.Inactivation of fatty acid transport protein 1 prevents fat-induced insulin resistance in skeletal muscle[J].J Clin Invest,2004,113(5):756-763.

[32]QiweiWu,Angelica M,Ortegon,et al.FATP1 Is an Insulin-Sensitive Fatty Acid Transporter Involved in Diet-Induced O-besity[J].MolCell Biol,2006,26(9):3455-3467.

[33]Hui T Y,Frohnert B I,Smith A J,et al.Characterization of the murine fatty acid tran sport protein gene and its in sulin response sequence[J].J Biol Chem,1998,273(42):27420-27429.

[34]Wiczer B M,Lobo S,Machen G L,et al.FAT P1 mediates fatty acid-induced activation of AMPK in 3 T3-L1 a dipocytes[J].Biochem Biophy s Res Com mun,2009,387(2),234-238.

[35]Riaz A,Memon,Kenneneth R,et a l.Regulation of fatty acid transport protein and fatty acid translocasem RNA levels by endotoxin and cytokines[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,1998,274:210-217.

[36]M eirhaeghe A,Martin G,Nem oto M,et a l.In tronicpoly morphism in the fatty acid transport protein 1 gene is associated with increased plasma triglyceride levels in a French population[J].Arterioscler.Thromb.Vasc.Biol,2000,20(5):1330-1334.

[37]Meirhaeghe A,Cottel D,Amouyel P,et a l.Lack of association between certain candidate gene polymorphisms and the metabolic syndrome[J].Mol Genet Metab,2005,86(1-2):293-299.

[38]Gertow K,Skoglu nd-Andersson C,Eriksson P,et al.A common polymorphism in the fatty acid tran sport protein-1 gene associated with elevated post-prandial lipaemia and alterations in LDL particle size distribution[J].Atherosclerosis,2003,167(2):265-73.

[39]Ordovas L,Zaragoza P,Altarriba J,et al.Identification of 14 new single nucleotide polymorphisms in the bovine SLC 27A1 gene and evaluation of their association with milk fat content[J].Journal of Dairy Research,2008,75:129-134.

[40]張 龍,朱方俊,王彥,等.雞FATP1基因多態性與屠體性狀的相關分析[J].中國農業科學,2009,42(9):3272-3278.

Advances in the Research of Animal Fatty Acid Transport Protein 1

WEI Sheng-juan1,ZAN Lin-sen＊1,2,WANG Hong-bao1,2

(1.College of Animal Science and Tech no logy,Northwest A&F University,Yang ling,Shaanxi 712100,China;2.National Beef Cattle Improvement Center in China,Y ang ling,Shaan xi 712100,China)

Fat content has an import ant role on the health of human and animals and the meat quality of animals.Fatty acid transport protein 1(FATP1)is an integral membrane protein.As one member of the family of the fatty acid transport proteins,FATP1 is involved in the transport of long chain fatty acids across the plasma membrane and the metabolism of fatty acids.It is one of the key genes which have an influence on fat content and has abstracted more and more attentions in recent years.In this paper,structural features and tissue distribution,gene expression and regulation and genetic variation of the gene FATP1 have been summarized for better research in the future.

fatty acid transport protein1;fATP1;sLC27a1;research advance

S823

A

1001-9111(2011)04-0047-05

2010-11-03

2010-12-10

國家“863”計劃(2010AA10Z101,2008AA 101010),“十一五”科技支撐計劃(2006BAD01A 10-3)。

魏勝娟(1987-),女,河南滑縣人,在讀碩士,主要從事生物技術與家畜育種研究。

＊通訊作者:昝林森(1963-),男,陜西扶風人,教授,主要從事動物生長發育調控及牛遺傳育種與繁殖研究。