動物肌內脂肪沉積的影響因素及其分子機制

李 銀 韋洋洋 蔣欽楊 黃艷娜

(廣西大學動物科學技術學院,南寧 530004)

按照沉積位置的不同,動物脂肪組織主要可分為4種類型:腹部、皮下、肌間和肌內脂肪組織。肌內脂肪(intramuscular fat,IMF)被定義為在肌肉內部和肌纖維之間沉積的脂肪,主要存在于肌纖維束之間和肌纖維束內的肌纖維間隙中,其來源于肌肉中的前脂肪細胞。決定IMF含量的關鍵因素是IMF細胞的數量和體積,IMF的增長速率取決于肌肉的生長速率[1]。脂肪的生成經歷了脂肪前體的攝取-脂肪酸(fatty acids,FA)合成-細胞膜脂質合成-脂肪沉積幾個過程,這些過程涉及到一系列酶、激素、營養和遺傳等因素的參與和調控。

IMF含量是肉類質量評價的重要指標,對肉的各項品質性狀起著關鍵作用。畜牧業生產的目的是提供質量高且穩定的肉類,隨著社會生產力的發展和生活水平的提高,消費者對肉品質的需求和追求發生轉變,美味多汁且口感良好的肉產品更受消費者的青睞。IMF含量對肉的嫩度、風味、多汁性等有積極影響[2],在保證動物的生長性能和瘦肉率的前提下,增加IMF的含量成為畜牧生產行業面臨的挑戰。因此,對影響IMF沉積的因素進行研究有助于更好地調控肉類質量,滿足消費者對美味多汁且口感良好肉產品的需求。

1 調控IMF沉積的關鍵轉錄因子

轉錄因子是通過與DNA結合形成轉錄激活復合物或轉錄抑制復合物來調節基因表達的蛋白質因子,可以促進或抑制轉錄的發生,從而改變基因的表達水平。脂肪生成受到多種轉錄因子的調控,包括過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)和CCAAT/增強子結合蛋白(CCAAT/enhancer binding proteins,C/EBPs),這2種轉錄因子的基因被認為是脂肪細胞分化的關鍵基因,特別是PPARγ和C/EBPα的協同作用在維持脂肪細胞基因的表達中起著重要作用。除此之外,Krüppel樣轉錄因子(Krüppel-like transcription factors,KLF)在脂肪細胞分化、代謝及IMF沉積中也發揮著重要作用。

1.1 PPARs

PPARs是一類核受體家族蛋白質,也是調節配體激活后基因表達的轉錄因子,共有3個亞型:PPARα(NR1C1)、PPARβ/δ(NR1C2)和PPARγ(NR1C3),它們在脂質的沉積和動員、葡萄糖代謝、形態發生和炎癥反應中起關鍵作用。PPARα在肝臟和棕色脂肪組織中的表達最高,誘導肝臟中FA氧化和生酮作用,并調節肝臟中葡萄糖的產生[3],PPARα主要通過影響FA轉運、酯化和氧化來介導其功能;PPARβ/δ在各種組織中普遍表達,參與FA氧化,但也有調節血糖水平的作用;PPARγ主要在脂肪組織(尤其是白色脂肪組織)和免疫系統中表達,參與FA轉運和脂質合成,是誘導脂肪細胞分化和脂肪代謝的重要調節因子[4]。PPARγ是一種配體激活的轉錄因子,其配體是FA,PPARγ的激活可以刺激C/EBPα缺陷的細胞進行脂肪生成,然而C/EBPα對于PPARγ缺陷細胞的脂肪生成并無促進作用[5],這進一步突顯了PPARγ在脂肪生成調控中的關鍵地位。PPAR信號通路與哺乳動物的肉質顯著相關,激活PPARγ可以顯著促進豬IMF細胞的分化,當IMF細胞經過PPARγ激活劑處理后,IMF細胞中脂質代謝相關基因硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-CoA desaturase,SCD)、乙酰輔酶A羧化酶1(acetyl-CoA carboxylase 1,ACC1)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase,FAS)、脂肪甘油三酯脂肪酶(adipose triglycerides lipase,ATGL)、激素敏感脂酶(hormone-sensitive triglyceride lipase,HSL)的表達均上調,而腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)信號通路也被顯著激活[6]。Wang等[7]的研究表明,二花臉豬背長肌中PPARγ的mRNA表達與IMF沉積呈正相關,在其他品種豬中也有同樣發現[8]。通常來說,過表達PPARγ通過激活下游脂肪合成相關基因的高表達和下調抑制脂肪生成的基因,從而促進IMF沉積。

1.2 C/EBPs

C/EBPs轉錄因子家族的成員在促進脂肪細胞分化方面起著重要作用,該家族包含6個成員,其中3個家族成員(C/EBPα、C/EBPβ和C/EBPδ)在脂肪形成過程起著重要作用。盤道興等[9]對不同品種豬PPARγ、C/EBPα基因表達量與IMF含量的相關性進行了分析,結果表明,PPARγ、C/EBPα基因的表達量與IMF含量呈正相關。C/EBPβ參與調控脂肪細胞特異性基因的表達,促進早期脂肪細胞分化過程,可以通過直接結合其啟動子激活C/EBPα和PPARγ基因的轉錄[10]。C/EBPβ和C/EBPδ在脂肪細胞分化過程中迅速被誘導,并負責激活脂肪調節因子C/EBPα和PPARγ2,它們共同激活分化脂肪細胞中表達的大多數基因[11]。

1.3 KLF

KLF是一類具有轉錄調控功能的蛋白質,得名于它們與果蠅Krüppel基因類似的DNA結合結構域,可充當轉錄激活劑或抑制因子。目前,哺乳動物中已知的KLF有18種(分別命名為KLF1～18),KLF基因家族在脂質代謝中起著重要作用。對促進脂肪細胞分化的KLF基因的研究顯示:KLF7的敲低會導致山羊肌內和皮下脂肪前細胞中成脂標志物的表達下降,從而抑制脂滴的積聚,并且KLF1、KLF5、KLF6、KLF8、KLF11、KLF12、KLF16、KLF17和C/EBPα及固醇調控元件結合蛋白1(sterol-regulatory element binding protein 1,SREBP1)啟動子區存在KLF7轉錄結合位點[12];在山羊肌內前脂肪細胞中,類維生素A X受體α(retinoid X receptor α,RXRα)增強KLF8啟動子的活性,通過直接結合KLF8啟動子上調其表達,起到促進IMF細胞分化的作用[13];KLF8是PPARγ和C/EBPα的上游調節因子,KLF8的過表達增強了PPARγ2和C/EBPα啟動子的活性[14]。對抑制脂肪細胞分化的KLF基因的研究顯示:在豬IMF細胞中,KLF3基因過表達會抑制PPARγ、C/EBPα及脂肪型脂肪酸結合蛋白(adipocyte fatty-acid binding protein,A-FABP/FABP4)的表達水平,顯著減少甘油三酯(triglycerides,TG)的沉積,并且KLF3被miR-32-5p靶向負調控,從而促進IMF沉積[15]。KLF4在不同物種中可能具有不同的作用。林森[16]研究指出,在山羊的肌內前體脂肪細胞分化的早期階段,KLF4具有抑制作用。杜宇等[17]研究表明,miR-106b-5p通過靶向調控KLF4抑制山羊IMF細胞的分化。然而,在小鼠3T3-L1細胞中,KLF4與早期生長應答因子2(early growth response 2,EGR2/Krox20)結合起來,通過激活C/EBPβ來促進脂肪生成,并且C/EBPβ通過反饋抑制機制抑制KLF4的表達[18]。研究還發現,山羊IMF細胞分化受到KLF11的負調控作用,可能是通過抑制PPARγ和C/EBPβ基因的表達來實現的[19]。山羊IMF細胞中干擾或過表達KLF12可能會促進或抑制脂滴的積聚,通過上調或下調脂蛋白脂酶(lipoprtein lipase,LPL)和C/EBPα的表達來實現。此外,KLF12的干擾或過表達會導致KLF8和KLF11的表達水平分別被抑制或上調[20]。另外,山羊中的KLF16可能通過與KLF8的拮抗作用來抑制分化標志基因PPARγ、PPARα和C/EBPβ的表達,從而阻止肌內前體脂肪細胞的分化[21]。由此可見,大多數KLF基因與PPARs、C/EBPs存在著密切的相互作用。此外,在不同動物中,KLF可能發揮著相反的作用,如在牛的脂肪沉積過程中,KLF4、KLF5、KLF6、KLF8、KLF9、KLF10、KLF11、KLF12、KLF13、KLF14和KLF15發揮正面作用,KLF2、KLF3和KLF7發揮負面作用[22]。與脂質生成有關的KLF亞型見圖1。

KLF7:Krüppel樣轉錄因子7 Krüppel-like transcription factor 7;KLF8:Krüppel樣轉錄因子8 Krüppel-like transcription factor 8;KLF3:Krüppel樣轉錄因子3 Krüppel-like transcription factor 3;KLF4:Krüppel樣轉錄因子4 Krüppel-like transcription factor 4;KLF11:Krüppel樣轉錄因子11 Krüppel-like transcription factor 11;KLF12:Krüppel樣轉錄因子12 Krüppel-like transcription factor 12;KLF16:Krüppel樣轉錄因子16 Krüppel-like transcription factor 16;C/EBPα:CCAAT/增強子結合蛋白α CCAAT/enhancer binding protein α;C/EBPβ:CCAAT/增強子結合蛋白β CCAAT/enhancer binding protein β;PPARα:過氧化物酶體增殖物激活受體α peroxisome proliferator-activated receptor α;PPARβ:過氧化物酶體增殖物激活受體β peroxisome proliferator-activated receptor β;RXRα:類維生素A X受體α retinoid X receptor α;SREBP1:固醇調控元件結合蛋白1 sterol-regulatory element binding protein 1;A-FABP:脂肪型脂肪酸結合蛋白 adipocyte fatty-acid binding protein;LPL:脂蛋白脂酶lipoprtein lipase;goat:山羊。

2 調控IMF沉積的非編碼RNA

傳統的生物基因表達調控主要以DNA為模板,通過轉錄生成mRNA分子,再通過翻譯將mRNA翻譯成蛋白質來實現,這被稱為中心法則。除了編碼蛋白質的mRNA之外,還存在著許多非編碼RNA,非編碼RNA是一類不編碼蛋白質的RNA分子,包括長鏈非編碼RNA(lncRNA)、微小RNA(miRNA)、環狀RNA(circRNA)等。這些非編碼RNA可以通過各種不同的方式,如轉錄調控、后轉錄修飾、核內轉運、蛋白質結構調整等,對基因表達進行調控,從而影響生物學過程,具有重要意義。

2.1 lncRNA

lncRNA是一種長度超過200個核苷酸的非編碼RNA,不具備蛋白質編碼能力。研究發現,lncRNA在調節脂肪生成和脂質積累過程中扮演重要角色,其中一種機制是充當miRNA海綿,從而影響脂肪代謝。lncRNA被發現可以通過與miRNA結合降低miRNA的活性,減少miRNA對其靶標基因的抑制作用,這種機制被稱為lncRNA充當miRNA海綿。除此之外,越來越多的證據表明,lncRNA可以通過競爭性內源性RNA(ceRNA)的方式調控脂肪沉積過程。

例如,Zhang等[23]發現,肌內脂肪相關lncRNA(IMFNCR)促進IMF細胞分化,深入分析表明,IMFNCR是miR-128-3p和miR-27b-3p的分子海綿,PPARγ是miR-128-3p和miR-27b-3p的直接靶標,IMFNCR作為ceRNA來吸附miR-128-3p和miR-27b-3p,導致PPARγ表達增強,從而促進雞IMF細胞分化。牛IMF生成相關lncRNA(BIANCR)的敲低抑制了細胞增殖并促進了肌內前脂肪細胞的凋亡,此外,BIANCR敲低通過調節細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2信號通路抑制IMF生成[24]。Wang等[25]研究發現,一種名為IMFlnc1的lncRNA通過海綿miR-199a-5p上調小窩蛋白-1(caveolin-1,CAV-1)的表達促進豬IMF細胞脂肪生成。另外,Yi等[26]發現,一種名為LncIMF2的lncRNA能促進豬肌內前脂肪細胞的增殖與分化,同時LncIMF2也作為miR-217的分子海綿,影響miR-217靶基因的表達。Jiang等[27]證明,miR-381a-3p通過抑制靶基因心臟型脂肪酸結合蛋白(heart fatty acid binding protein,H-FABP/FABP3)的表達來抑制豬IMF脂滴的形成和沉積,而lncRNA4789在ceRNA調控機制中解除了這種抑制作用,而且還證明了ceRNA調控機制主要是通過PPAR信號通路實現的。Sun等[28]使用lncRNA高通量測序等方法,鑒定出與脂肪合成密切相關的lnc_000414,發現該lncRNA靶向PPARγ、KLF9、信號轉導和轉錄活化蛋白2(signal transducer and activator of transcription factor 2,STAT2)、脂聯素(adiponectin,ADP)和Smad同源物4(Smad homolog 4,SMAD4),并且通過調節細胞周期相關因子的表達抑制豬IMF細胞的增殖。進一步地,Sun等[29]又通過對脂肪型八眉豬和瘦型約克郡豬IMF細胞的RNA序列進行分析,發現了一種新的lncRNA(lncIMF4),敲低lncIMF4通過減弱自噬促進豬IMF細胞脂肪生成。此外,Wang等[30]發現了一種名為IMF相關lncRNA(IRLnc)的新型功能性非編碼RNA,它通過調節轉錄因子核受體亞家族4組A成員3(nuclear receptor subfamily 4 group A member 3,NR4A3/NOR1)基因的表達來影響豬IMF的分解,因為IRLnc沉默能夠顯著降低NR4A3的蛋白表達,而NR4A3通過降低胰島素敏感性調節兒茶酚胺代謝從而減少IMF分解。此外,lncRNA還參與調控主要的脂肪生成轉錄因子,如PPARγ和C/EBPα,從而影響脂肪生成的過程[31]。不同lncRNA對動物IMF沉積的作用見表1。

表1 不同lncRNA對動物IMF沉積的作用

2.2 miRNA

miRNA是一類內源性非編碼RNA,在真核生物中普遍存在,大小通常在18～24個核苷酸,它們通過轉錄調控的方式來影響基因表達,miRNA可以與靶基因的mRNA結合,導致mRNA降解或抑制其翻譯,是脂肪細胞脂肪生成過程中重要的轉錄調節因子。miRNA通過與目標mRNA的3′-非翻譯區(UTR)結合來調節基因表達,并與PPARγ、C/EBP轉錄因子直接或間接作用來調控細胞分化,在動物IMF的生成中發揮重要作用。miRNA對IMF沉積的調控作用可分為負調控和正調控2種。負調控方面,miRNA通過下調PPARγ相關基因的表達抑制IMF的沉積。不同的miRNA通過靶向負調控KLF3[32-33]、KLF12[20]、KLF13[34]、H-FABP[27]、線粒體甘油-3-磷酸酰基轉移酶(mitochondrial glycerol-3-phosphate acyltransferase,GPAM)[35]、C1q/腫瘤壞死因子相關蛋白6(C1q and tumor necrosis factor related protein 6,CTRP6)[36]等基因的表達,下調C/EBPα、PPARγ、A-FABP、FAS、LPL、H-FABP、SREBP1、ATGL等基因的表達,從而抑制脂肪的沉積。正調控方面,miRNA通過上調C/EBPα和PPARγ等關鍵脂肪生成基因的表達來促進IMF的沉積。不同的miRNA通過靶向負調控KLF4[17]、膜聯蛋白A6(annexin A6,ANXA6)[37]等基因的表達來上調PPARγ、C/EBPα、A-FABP等基因的表達,從而促進脂肪的沉積。不同miRNA對動物IMF沉積的作用見表2,可以發現,大多數miRNA對畜禽脂肪的促進或抑制作用都是通過靶向負調控其靶基因來實現的。

表2 不同miRNA對動物IMF沉積的作用

2.3 circRNA

circRNA是一種共價閉環結構,富含miRNA結合位點,因此具有ceRNA的功能。它通過與miRNA結合的互補序列抑制這些miRNA的功能,從而消除對靶基因表達的抑制,并成為增強靶基因轉錄的關鍵調節因子。大量研究表明,circRNA在哺乳動物脂肪代謝調控中起著重要作用。例如,Du等[40]研究了與山羊IMF細胞和肌內前脂肪細胞分化相關的差異circRNA,發現2種circRNA--circ_0005870和circ_0000946,在山羊肌內前脂肪細胞的早期分化中起重要作用。此外,chi_circ_0006511在山羊肌內前脂肪細胞的早期分化中也發揮著積極作用,chi_circ_0006511的過表達促進了原代山羊肌內前脂肪細胞的脂質積累,脂肪相關基因PPARγ、C/EBPα、C/EBPβ、SREBP1、LPL的mRNA表達水平顯著上調,并且是通過新型miR-87/脂肪酸轉位酶(CD36)軸正向調控肌內前脂肪細胞的分化[41]。另外,circPPARA是一種新發現的circRNA,它通過吸附miR-429和miR-200b來調節豬IMF的沉積,circPPARA的表達與IMF含量呈強正相關,circPPARA的過表達可顯著增強豬肌內前脂肪細胞的分化,并抑制其增殖;相反,circPPARA沉默則抑制豬肌內前脂肪細胞分化并促進增殖[42]。Qi等[43]通過比較確山黑豬和大白豬中背最長肌的表達譜,鑒定出2種ceRNA調控網絡,包括circSETBP1/ssc-miR-149/PIK3CD和circGUCY2C/ssc-miR-425-3p/CFL1,在調節豬IMF細胞的增殖和分化中發揮關鍵作用。Yousuf等[44]篩選出參與豬IMF沉積的新型候選circRNA(circRNA_23437和circRNA_08840),其中,circRNA_23437包含12個,circRNA_08840包含5個與差異表達基因相互作用的miRNA結合位點,ssc-mir-370被鑒定是這2個關鍵circRNA的共同miRNA結合位點。這些發現進一步強調了circRNA在調控畜禽IMF沉積過程中的重要性,并且表明了circRNA主要作為分子海綿,通過ceRNA調控網絡控制IMF細胞的增殖和分化。

3 調控IMF沉積的關鍵信號通路

通過調節轉錄因子、酶的活性和與其調控的基因的相互作用,信號通路可以對基因表達產生廣泛的影響,從而影響脂質代謝過程。

3.1 AMPK信號通路

AMPK是細胞和全身能量平衡的關鍵調節因子,磷酸化和調節許多與營養代謝有關的蛋白質,可以促進葡萄糖攝取和FA氧化。AMPK的激活是由高AMP/ATP比例引起的,并且激活后,它的主要作用是刺激細胞通過FA氧化等方式產生ATP來恢復能量儲存,同時抑制能量消耗途徑,如脂肪生成、TG合成和糖異生,激活的AMPK通過磷酸化和抑制FA合成的限速酶乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)來進一步抑制脂肪生成,通過調節ATGL和HSL的活性來影響脂肪分解[45],此外,AMPK可通過抑制在脂質代謝穩態中起重要作用的CD36來抑制FA氧化[46]。據報道,AMPK在脂肪細胞中有抗脂解的作用,激活AMPK可抑制前脂肪細胞的分化,并且通過降低C/EBPβ的表達來進一步抑制PPARγ、C/EBPα和晚期脂肪生成標志物如FAS、A-FABP和SREBP-1c的表達,從而抑制脂肪生成[47]。研究表明,AMPK可能是促進肉牛大理石花紋生成的分子靶標,AMPK活性與肉牛背長肌IMF含量呈負相關[48]。胎兒階段是骨骼肌發育和肌內前脂肪細胞形成的關鍵時期,而AMPK在該階段的脂肪生成中發揮著關鍵作用。研究發現,在胎羊肌肉和3T3-L1細胞中,激活AMPK能夠顯著抑制PPARγ的表達,相反,抑制AMPK會增強PPARγ的表達,這表明AMPK的活性與胎羊肌肉和3T3-L1細胞中的脂肪生成呈負相關[49]。此外,多個IMF相關基因在PPAR和AMPK信號通路中顯著富集,表明AMPK/PPAR信號通路與脂質代謝緊密關聯,對調節豬IMF含量起著至關重要的作用[50]。熱應激會導致豬肌內前體脂肪細胞的脂肪生成受到抑制,在表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)干預后能夠促進脂肪生成,研究發現EGCG通過介導AMPK-沉默調節蛋白1(sirtuin 1,SIRT1)-PPARγ輔激活因子-1α(PPARγ coactivator-1α,PGC-1α)號通路來改善細胞的抗熱應激能力,從而調節脂肪沉積和脂肪代謝,AMPK被抑制后,SIRT1、PGC-1α、ATGL、HSL和LPL的mRNA表達水平顯著下調,PPARγ、脂肪酸結合蛋白2(fatty acid-binding protein 2,FABP2)、CEBPα和FAS的mRNA表達水平顯著上調[51]。

3.2 Wnt/β-連環蛋白(β-catenin)信號通路

Wnt信號通路是一種高度保守且廣泛存在于多細胞生物中的信號傳導路徑,起著重要的發育和生理功能調控作用。在激活的Wnt信號通路中,核心轉錄因子β-catenin在細胞質中積累并轉移到細胞核,與轉錄因子相互作用,激活下游基因的轉錄。Wnt信號被認為是調節脂肪生成的主要因子,Wnt信號被視為一種分子開關,在被激活時通過抑制PPARγ和C/EBPα的表達來抑制脂肪生成[52]。研究表明,Wnt/β-catenin信號通路與牛背最長肌IMF含量有關,Wnt信號阻斷誘導脂肪生成PPARγ和C/EBPα基因,從而抑制脂肪生成,β-catenin的下調促進PPARγ的表達,從而促進骨髓間充質干細胞(BMSCs)的成脂分化[53]。一項關于公牛和去勢牛的研究發現,Wnt/β-catenin信號通路在牛的IMF沉積中發揮作用,分泌型卷曲相關蛋白4(secreted frizzled-related protein 4,SFRP4)具有抑制Wnt信號傳導的功能,去勢后,SFRP4和成脂基因表達上調,Wnt/β-catenin信號通路基因被抑制,導致背最長肌中IMF沉積增加[54]。除了通過規范通路,Wnt家族成員還可以通過激活非規范通路來發揮作用,非規范Wnt途徑與規范途徑相反,通過拮抗Wnt/β-catenin信號通路來促進脂肪生成[55]。

3.3 磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶(protein kinase B,Akt)信號通路

PI3K/Akt信號通路是一條關鍵的細胞信號轉導通路,對于細胞增殖、存活、代謝和生長等多個生物學過程起著重要的調控作用。該信號通路是由PI3K和Akt組成的。PI3K是一種進化上保守的信號轉導酶家族,各種刺激能夠激活PI3K,導致其脂質產物在細胞膜中的瞬時積累。此外,PI3K具有2種主要活性,即絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶活性和磷脂酰肌醇激酶活性。Akt是一種Ser/Thr激酶,Akt在PI3K下游被激活,從而實現脂質的合成。激活的Akt能夠誘導SREBP-1和SREBP-2蛋白的合成,以及關鍵脂質生物合成調控酶FAS的表達[56]。研究表明,過表達孤兒G蛋白偶聯受體39(G protein-coupled receptor 39,GPR39)可促進磷酸化Akt(pAkt)蛋白表達,GPR39通過促進Akt磷酸化激活了PI3K/Akt信號通路,激活的PI3K/Akt信號通路可以增強豬肌內前脂肪細胞的增殖和分化[57]。在骨骼肌生長和IMF沉積中,PI3K/Akt信號通路在介導胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF1R)方面發揮著重要作用,miRNA可以通過靶向信號轉導通路調節組織發育和功能,如miR-100靶向IGF1R的3′-非翻譯區抑制IGF1R,從而介導下游的反應[58]。

4 調控IMF沉積的關鍵代謝酶和蛋白

通常情況下,酶的數量變化與基因的轉錄水平之間存在一定的相關性,酶是由基因編碼的蛋白質分子,具有催化特定化學反應的功能。基因轉錄是指基因的DNA序列被轉錄成為RNA分子的過程,而酶的數量則是指這些RNA分子被翻譯成蛋白質的數量。因此,基因轉錄水平的增加(表達增加)或減少通常會導致相應酶的數量發生變化,從而影響IMF沉積過程。不過,除此之外,轉錄后調控也可能在調節基因的酶合成和活性中起到關鍵作用。

4.1 SCD和FAS

SCD在調節脂質沉積中起著重要作用,它能催化飽和脂肪酸(saturated fatty acids,SFA)轉化為單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA),其編碼基因是調節脂質沉積的關鍵基因。研究發現,SCD的表達與SCD蛋白水平呈正相關,SCD蛋白水平較高的豬IMF含量更高,表明轉錄和翻譯水平之間存在一種保守的趨勢[59]。上調SCD的表達會增加IMF的含量,Smith等[60]的研究發現,SCD的表達與大理石花紋脂肪細胞分化密切相關,而谷物飼料會增加SCD的表達,使得細胞內MUFA(尤其是油酸)水平提高,從而脂肪細胞分化增加。在離體條件下,SCD-1的表達水平在IMF細胞中特異性高于皮下脂肪前體細胞,這一發現表明,SCD-1可能是影響肉品質的重要候選基因之一[61]。另外,研究還發現,在減少蛋白質飲食的影響下,IMF組織中的FA含量增加與SCD表達的組織特異性激活有關,減少蛋白質飲食顯著增加了肌肉中SCD蛋白的表達和活性,但在皮下脂肪組織中并沒有觀察到這種變化[62]。這些結果表明SCD-1在IMF細胞中的特異性高表達可能與肉品質有關,并且減少蛋白質攝入可能通過調節SCD的活性來影響IMF含量。然而,需要進一步研究來深入了解這一過程的機制和潛在的生理影響。FAS是脂肪合成過程中的關鍵酶,它負責將乙酰輔酶A與丙酰輔酶A逐漸連接并進行反復的加成和減成反應,最終合成長鏈FA。FAS是調節長鏈FA從頭生物合成的關鍵酶,其表達水平與脂肪組織積累和FA的組成密切相關。魏伍川等[63]發現,FAS的表達與雞肉脂肪性狀緊密相關,在很大程度上決定雞肉的風味、嫩度及多汁性。Jeong等[64]通過相關性分析發現,FAS的表達與牛IMF含量呈正相關。FAS在湖羊背最長肌中的表達有助于IMF沉積[65]。劉作華等[66]發現,FAS和HSL的mRNA比值與IMF含量呈顯著正相關,表明FAS和HSL基因在IMF沉積中共同發揮作用,與陳杰等[67]的研究結論一致。然而,在哈薩克羊和新疆細毛羊這2個羊品種中得到的結論相反,在哈薩克羊肌肉中,FAS和HSL的mRNA比值與IMF含量呈顯著負相關,而在新疆細毛羊肌肉中FAS和HSL的表達與IMF含量之間沒有明顯的相關性[68],這可能與不同物種之間IMF積累模式的差異有關。

4.2 ATGL、HSL和LPL

ATGL、HSL和LPL是脂解過程中最重要的關鍵酶,負責將TG水解為甘油和游離脂肪酸(free fatty acids,FFAs),因此ATGL和HSL、LPL的表達水平與IMF的含量密切相關。ATGL主要定位于脂滴表面,在催化TG的裂解生成二酰基甘油和FA方面發揮作用,隨后HSL將二酰基甘油水解為單酰基甘油和FA。Gong等[69]表明,ATGL的表達增加與山羊IMF沉積增加相一致。HSL是一種細胞內脂肪酶,因其活性受激素的調控而得名,是脂解反應的限速酶,能夠水解廣泛底物,例如TG、二酰基甘油、單酰基甘油、膽固醇酯和視黃醇等脂質底物[70],并將由脂肪組織釋放出的FFAs運輸到其他組織中。HSL在IMF的水解中發揮關鍵作用,在牛和豬中均發現HSL的活性與IMF含量呈負相關[66,71]。LPL是由脂肪細胞、骨骼肌細胞、心肌細胞和巨噬細胞等其他一些組織細胞合成與分泌的一種糖蛋白,IMF含量的增加主要是由于TG含量的增加,而LPL是水解富含TG的脂蛋白的限速酶,該酶結合并水解脂蛋白TG為甘油和FFAs,促進肌肉組織中IMF細胞和肌細胞對FA的攝取,在脂蛋白和FFAs代謝中起關鍵作用。LPL被認為是調節脂肪代謝的必需候選基因,PPARγ可激活LPL等脂肪細胞標志物的表達。Zappaterra等[59]通過分析FAS、SCD和LPL的mRNA及蛋白表達水平發現,它們均與IMF含量呈正相關。另有研究也表明,LPL的mRNA表達水平與雞IMF沉積呈顯著正相關[72-73]。

4.3 脂肪酸結合蛋白(fatty acid-binding proteins,FABPs)

FABPs是一類小分子質量的細胞內蛋白質,能夠結合和運輸FFAs,并調節其在細胞內的轉運、儲存和代謝,還通過調節脂質酶活性、FA的轉運和誘導FA與代謝途徑相關的酶的表達,參與調節脂質合成、氧化和存儲等過程。A-FABP和H-FABP是IMF沉積的候選基因。A-FABP通常被認為是脂肪運輸、利用和儲存的候選基因,主要在脂肪細胞中表達,可以在肌肉脂肪細胞分化過程中增強TG的沉積。Chen等[74]發現,萊蕪黑豬和魯來黑豬背長肌組織中的A-FABPmRNA表達水平與IMF含量呈正相關,但萊蕪黑豬A-FABPmRNA表達水平高于魯來黑豬,并且A-FABP蛋白表達水平與脂肪細胞數量和脂質含量之間存在正相關,表明萊蕪黑豬與雜交種(魯來黑豬)相比,可以轉運更多的FA進入細胞內。此外,A-FABP的多態性也與IMF顯著相關,Wang等[75]通過檢測A-FABP的多態性,發現在拜城油雞的腿肌中AA基因型的IMF含量顯著高于AG基因型,觀察到A-FABPmRNA的表達與IMF含量之間呈明顯的正相關關系。同樣,在湖羊和鴨上的研究也發現A-FABP的表達能夠促進IMF沉積[65,76]。H-FABP的遺傳變異及其在肌肉組織中的表達與IMF和FA組成顯著相關,是調節IMF沉積的候選者。研究表明,H-FABP基因可作為標記輔助選擇的遺傳標記,改善豬的IMF,并且H-FABP和MEF2激活基序和含有轉錄調控因子的SAP結構域(MASTR)的聯合作用是導致IMF沉積的原因[77]。對北京黑豬的研究發現,H-FABP存在錯義突變c.681A>G,該基因的不同基因型與肉色亮度(L*)值和IMF含量之間存在顯著的相關性,并且H-FABP的錯義突變可能通過影響FA的轉運而調控IMF[78]。H-FABP在其他畜禽中也有類似作用,Lang等[79]研究發現,H-FABP影響歐拉羊發育早期的IMF含量,隨著年齡增長,雄性歐拉羊IMF含量持續增加,且不同年齡間差異顯著。這種趨勢在雄性哈薩克綿羊身上也有體現,在第30～90天,H-FABP的表達水平與IMF含量呈高度正相關[80]。然而,Wang等[81]的研究發現,拜城油雞胸肌和腿肌中H-FABP豐度與IMF含量之間存在顯著的負相關關系,該研究還發現,和田黑雞心臟、胸部和腿部肌肉以及三黃雞心肌和胸肌中H-FABPmRNA表達與IMF含量也呈負相關,表明相對增加的H-FABPmRNA表達提高了脂肪代謝活性,促進了脂肪分解[82]。在如皋雞和鹿苑雞的研究中也觀察到了類似的結果[83],這可能是不同物種引起的差異,并且脂肪在不同脂肪沉積中的分布可能受到不同機制的控制,也可能受到不同基因的控制。

5 小結與展望

綜上所述,關于影響動物IMF沉積的轉錄因子、信號通路、關鍵代謝酶以及非編碼RNA等的分子機制,已經取得了一系列的研究進展,這些研究為深入理解IMF沉積的機制提供了重要線索。然而,盡管已經取得了顯著的進展,但由于IMF關鍵發育時期特異性和品種的差異,以及基因、營養、管理、環境等各因素之間的互作,IMF分化沉積調控方面仍存在一些需要進一步研究和探索的關鍵問題和挑戰,如:了解脂肪合成途徑中的關鍵酶和基因的調控機制,以及探究不同部位(如肌內脂肪、皮下脂肪、內臟脂肪)的脂肪沉積調控機制差異,增加有益的脂肪沉積和減少不必要的脂肪沉積;進一步研究FA合成和氧化代謝之間的交互作用,并探索調節這些代謝通路的分子機制;了解如何通過調控FA合成和氧化的平衡,增加IMF沉積;挖掘新的調控IMF沉積的關鍵基因和分子調控,構建更廣闊和清晰的調控網絡,以期為IMF沉積的調控提供更精準的方法。