ADIPOQ基因調控豬脂肪沉積的研究進展

程 娜，趙桂英

（云南農業大學動物科學技術學院，云南 昆明 650201）

我國是全球最大的豬肉生產及消費國，據2014年美國農業部（USDA）統計，我國豬肉消費總量占世界的50%以上。近年來隨著人們生活質量的提高，對豬肉品質的要求也有很大程度的改變。豬肉品質受非常多的因素影響，遺傳和營養這兩大因素對肉質的作用最為明顯[1]。當豬肉肌肉內含2%～3%脂肪含量時，肌肉呈現大理石花紋，并且肌間脂肪與肉質口感呈正相關[2]，所以控制豬脂肪沉積，提高豬肉口感以滿足消費者需求成為當前待解決的問題。已知脂肪酸結合蛋白（FABPs）基因、脂蛋白脂肪酶（LPL）基因、激素敏感脂肪酶（HSL）基因、黑素皮質素4受體（MC4R）、肥胖相關基因（FTO）以及瘦蛋白（OB）基因這幾類基因對豬的脂肪沉積具有明顯作用[3-5]。隨著分子生物學的不斷深入，科研人員希望從育種的角度找到更多影響脂肪沉積的基因，從而選育出更符合現代人們對豬肉營養與口感的雙重要求。

脂聯素（Adiponectin）是由Scherer等首次在小鼠脂肪組織中發現并將其命名為脂肪細胞補體相關蛋白[6]，在其他研究成果中也被稱為ADIPOQ、GBP28、apM1、ACRP30和ADPN。ADIPOQ是由脂肪組織特異性分泌的并且具有生物活性的激素，連同抵抗素（RSTN）、瘦素（LP）、白細胞介素（IL-6）、腫瘤壞死因子（TNF）、酰化刺激蛋白（ASP）、纖溶酶原激活物抑制劑（PAI）和血管緊縮素原（AGT）統稱為脂肪細胞因子。ADIPOQ除了由脂肪細胞分泌外，還可以由肝實質細胞、肌細胞、上皮細胞、成骨細胞等分泌[7]。ADIPOQ是一種對肥胖成負性調節的脂肪特異性蛋白質，主要與ADIPOQ受體1（AdipoR1）、受體2（AdipoR2）和T-黏鈣蛋白結合發揮作用，當動物機體過度沉積脂肪時，ADIPOQ基因的表達量以及血液中ADIPOQ水平都會相應下降[8]。

1 ADIPOQ基因結構

ADIPOQ基因在人體內屬于單拷貝基因，包含2個外顯子和2個內含子[9]，全長約為17 kb，其拷貝DNA序列長為732 bp，共可編碼244個氨基酸[10]。人的ADIPOQ基因包括一個NH2終末端高度可變區，接著是膠原螺旋區和一個羧基終末C1q樣的球狀結構域。在循環中，ADIPOQ形成低分子量的三聚體（67 kDa）、六聚體（140 kDa）以及一個至少由18個單體組成的高分子（300 kDa），另外由球狀結構組成的較小形式的ADIPOQ也存在于血液中，其含量可以忽略不計。豬的ADIPOQ基因定位于第13號染色體上[11]，與人的ADIPOQ基因存在兩個氨基酸的差別，共可編碼242個氨基酸（見圖1）。

2 ADIPOQ基因對脂肪代謝的調控

ADIPOQ在調節脂肪代謝中有重要意義，主要通過與受體結合，作用于靶組織而發揮生物學作用。ADIPOQ受體1（AdipoR1）認為與球狀區域的ADIPOQ優先結合，是球形脂聯素的高親和受體及全長脂聯素的低親和受體，多數在骨骼肌細胞表達，通過腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路發揮作用。受體2（AdipoR2）與全長脂聯素結合，主要在肝細胞表達，通過過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARα）通路發揮作用。T-鈣黏素主要是與心臟、肌肉和血管等組織里的ADIPOQ結合調節機體，通常在內皮細胞及平滑肌中表達。

2.1 ADIPOQ對AMPK的調節

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是AMP依賴的蛋白激酶，以一種異源三聚體復合物的形式存在。AMPK通過調節葡萄糖平衡、脂肪酸氧化分解等調節機體能量穩態。ADIPOQ主要通過增加細胞內AMPK濃度進而起到調節作用，目前人們尚未探究到它的具體機制，目前猜測是AMPK濃度升高后與腺嘌呤核苷酸活性或線粒體解偶聯有關。AMPK作為一種重要的蛋白激酶是機體內代謝調節的關鍵分子，被稱為狀態傳導器，機體內AMP/ATP的值升高時AMPK將被激活。Tomas等[13]通過ADIPOQ作用于大鼠的趾長伸肌發現ADIPOQ可使AMPK的活性大幅度提升，且ACC磷酸化水平也增強。一般情況下，ADIPOQ可使AMPK活性域內172位的蘇氨酸殘基磷酸化來激活AMPK信號轉導，進而使線粒體內脂肪酸的氧化提高。AMPK一定程度上是作為p38-AMPK上游的激活激酶，但在ADIPOQ活化p38-AMPK信號過程中的具體作用仍需深入探究。

2.2 ADIPOQ對PPARα的調節

過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARα）通過提高脂蛋白脂酶基因的表達水平，從而促進甘油三酯水解為甘油和脂肪酸，也可提高動物體內脂肪酸的跨膜轉運。有實驗證實如果小鼠體內缺乏PPARα，那么其血清中的自由脂肪酸含量也會升高。Tabandeh等[14]發現ADIPOQ受體1、受體2的蛋白質水平在人參皂苷Rb1激活ADIPOQ信號轉導的過程中明顯增高，這可能與PPARα的參與有一定關系。Yamauchi等[15]通過ADIPOQ干預C2C12細胞得到相似的結果，即PPARα的活性明顯提高，脂肪酸的氧化分解和葡萄糖攝取利用也顯著提升。Barger等[16]通過對原代乳鼠心肌細胞的提取實驗，從而得出p38-MAPK使PPARα發揮作用的重要機制，主要是磷酸化PPARα的N-末端絲氨酸的殘基，PPARα可作為p38-MAPK通路下游一種極其重要的轉導因子。Yamauchi等[17]以肥胖自發突變的純合小鼠為實驗對象，用Apo-E基因敲除小鼠，發現控制PPARα的效能可以減少脂肪細胞發生肥大的概率。而且下調腫瘤壞死因子（TNF）、抵抗素及游離脂肪酸（FFA），同時上調ADIPOQ及瘦素（Leptin）可使肝臟和肌肉組織中的甘油三酯水平下降，這可以很大程度上緩解機體對胰島素抵抗作用。Chedid等[18]在研究脂聯素調控巨噬細胞氧化反應的實驗中，用特定的沉默細胞干擾AdipoR1使其不能發揮作用，結果顯示gAcrp30依賴的PPAR-A活性明顯降低，葡萄糖的利用脂肪酸的氧化增加，ADIPOQ依賴的這種效應無明顯變化。當同時抑制AdipoR1和AdipoR2時，ADIPOQ以及gAcrp30依賴的PPARα活性、脂肪酸的氧化及葡萄糖的利用都將被消除。可以看出，PPARα是在脂聯素信號通路中作為一種重要的介導因子。ADIPOQ依賴的脂肪酸氧化及葡萄糖利用可以被p38MAPK抑制物DN-AMPK抑制，同樣SB203580作為一種競爭性的抑制劑也可以選擇性的阻斷上述過程[19]。如果使C2C12肌細胞內的AdipoR1表達作用增強，那么脂肪酸的氧化及葡萄糖的利用也相應提高。在這個反應中，DN-AMPK與SB203580也可以起到抑制作用。綜上所述，ADIPOQ可能通過活化PPARα途徑發揮減少脂肪沉積等效應。

3 ADIPOQ基因對豬脂肪沉積的影響

近些年，國內外眾多學者對豬脂聯素基因的表達量和多態性位點進行了關聯分析，闡述了ADIPOQ影響脂肪沉積的作用機理與機制。

3.1 表達量不同對豬脂肪沉積的影響

李祥[20]采用熒光定量技術，檢測了榮昌豬和長白豬體內的ADIPOQ基因在其脂肪和肌肉組織中的表達變化，分析了表達量的差異對脂肪沉積性狀的影響。結果顯示：榮昌公豬除背最長肌以外的九種組織基因表達量均高于榮昌母豬，ADIPOQ基因的表達量和腹部皮下脂肪差異極顯著，與背部皮下內層脂肪基因差異顯著。陳其美[21]采用實時熒光定量PCR技術，以體重均為114 kg的萊蕪豬、魯萊黑豬和大白豬各12頭去勢公豬為實驗對象，研究了ADIPOQ基因在這3個豬種的背最長肌、背膘以及肝臟中的表達差異，并與肌內脂肪（IMF）和背膘厚（BFT）進行關聯分析，結果顯示：魯萊黑豬和萊蕪豬的背膘、背最長肌和肝臟3個組織中，除背最長肌外，ADIPOQ基因在其他兩個組織中的表達量均小于長白豬。Cirera[22]等在哥本哈根大學動物研究所飼養杜洛克與約克夏豬至體重220 kg屠宰，測定背最長肌、背部脂肪、肝臟3個組織中ADIPOQ基因的表達量，結果顯示：兩個豬種間3個組織的ADIPOQ基因表達量無顯差異但杜洛克豬略高于約克夏豬（表1是綜合AdipoQ基因表達量差異對脂肪沉積的影響）。

3.2 ADIPOQ基因的發育差異對脂肪沉積的影響

ADIPOQ基因的表達會隨著豬的不同生長階段發生變化，進而對豬脂肪沉積產生影響。苗志國等[23]以45日齡、135日齡和的180日齡健康生長的長白豬和淮南豬為實驗對象，對其體內血清中的ADIPOQ含量和肌肉脂肪含量進行了檢測。結果表明：同種豬日齡越大肌內脂肪含量越多，兩個豬種均以180日齡時表現出高脂肪沉積能力。不同品種不同日齡的淮南豬肌肉脂肪含量明顯高于長白豬。研究同一品種豬ADIPOQ基因的表達量可以減少豬種差異對豬ADIPOQ基因表達量的影響，進一步闡述ADIPOQ基因影響豬脂肪沉積的作用機理。

3.3 ADIPOQ基因多態性位點對脂肪沉積的影響

基因多態性現象在生物群體中非常常見，是指在一個群體中，同時或經常存在兩種及其以上的變異類型或基因型并存的現象，且每種變異類型的頻率要大于1%，也稱為遺傳多態性。從分子生物學角度來講，遺傳多態性就是一種孟德爾單基因遺傳性狀，其原因為同一群體同一基因位點上有多種等位基因。對于個體而言，其堿基順序不發生改變，并且世代遵循孟德爾遺傳規律，但如果有同義和異義突變發生在編碼區，則相關性狀可能發生改變。羅琴等[24]利用PCR-SSCP技術，以陸川豬、廣西巴馬小型豬、杜洛克豬、長白豬和大約克豬為對比研究對象，檢測了5個品種ADIPOQ基因兩個內含子的多態性。結果顯示：內含子2內出現AG、GG和AA 3種基因型。其中，大約克豬和長白豬只含有A等位基因型；而以G等位基因作為優勢基因的陸川豬和廣西巴馬小型豬3種基因型都含有。凌飛等[25]利用PCR-RFLP基因分型方法對大白豬、長白豬、杜洛克豬、藍塘豬和大花白豬5個品種豬的ADIPOQ基因啟動子區的多態性進行了檢測分析。發現ADIPOQ基因的5′側翼區1 010 bp存在（GA）的單核苷酸多態性位點，并且GG基因頻率本地豬種要顯著高于引進豬種；在394 bp處藍塘豬和大花白豬的基因型分布較為多樣，引進豬種沒測出CC基因型，T等位基因頻率較高。結果表明：該基因轉錄水平的改變可能是由于ADIPOQ基因上游1 010 bp（G/A）的單核苷酸多態性位點突變導致的，而豬體內脂肪沉積與394 bp（T/C）的單核苷酸多態性位點可能無關。Zhang等[26]檢測了400頭三元雜交豬ADIPOQ基因的單核苷酸多態性位點，并把檢測結果與肌肉的多汁性、滴水損失、肉色、剪切力、蒸煮損失、味道和總體評分7個性狀進行了關聯分析，結果表明：三元雜交豬的ADIPOQ基因對肌肉的剪切力、味道和總體評分3個性狀有明顯作用，因為導致肌肉風味不同的主要原因是脂肪內所含揮發性脂肪酸，所以這很可能是由于ADIPOQ基因影響了肌間脂肪的沉積所導致的結果。吳蕓等[27]利用PCR及測序技術對30頭劍白香豬和三元雜種豬ADIPOQ基因進行了檢測。結果表明:三元雜種豬178位點和1 165位點發生A/G堿基間的替換,且在兩個位點都表現出多態性；劍白香豬178位點發生在第2外顯子內, 基因型只有AA型，在1 165位點只有dd型。綜上所述，ADIPOQ基因在許多豬種中存在著單核苷酸多態性位點，但是與脂肪沉積相關性狀進行關聯分析的較少，有待進一步研究。

表1 AdipoQ基因表達量差異對脂肪沉積的影響

3.4 ADIPOQ基因甲基化對脂肪沉積的影響

為了更深入探究ADIPOQ基因的表達調控，凌飛等[28]采用實時熒光定量PCR技術與甲基化特異性PCR技術檢測了藍塘豬和長白豬的ADIPOQ基因的表達及其對啟動子區的甲基化狀況進行了分析。結果顯示: 在骨骼肌中長白豬與藍塘豬ADIPOQ基因的表達存在差異，具體為藍塘豬隨日齡增長脂肪沉積逐漸增加，長白豬脂肪沉積在發育前期增加較快，成年期反而降低。90日齡時，長白豬83%去甲基化，藍塘豬明顯少于長白豬僅有33%去甲基化；成年時藍塘豬全部高度甲基化，長白豬有1/3去甲基化。ADIPOQ基因在肌肉組織中以高度甲基化狀態為主這一結果與該基因在肌肉組織中表達量相吻合，同時也證實了ADIPOQ基因確實可以影響豬脂肪的沉積。

4 總結與展望

ADIPOQ通過與受體AdipoR1和AdipoR2結合來發揮作用，主要是促進脂肪酸氧化分解，降低脂肪及類脂合成，從而調節動物機體脂代謝。動物的品種、不同的生長期與組織部位以及生理條件等都會影響ADIPOQ對脂代謝的調節，進而影響動物機體內的脂肪沉積。目前ADIPOQ基因對動物機體脂代謝調控的分子機制已有大量的研究，但還有很多問題需要進一步深入探究