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脂肪酸对基因表达的调控作用

发布日期:2018-12-21 作者: 点击:

脂肪酸对基因表达的调控作用


李 丽,吴雪辉, 倪天瑞,李叶青

(华南农业大学 食品学院,广州 510642)


摘要:脂肪酸是油脂的主要组成部分,对基因表达具有调控作用,这种调控作用与脂肪酸的种类、结构以及不同脂肪酸的比例有关。阐述了油脂中脂肪酸种类、结构、脂肪酸含量及比例与相关基因表达的调控效应关系,为进一步研究脂肪酸的功能和作用机制提供依据。

关键词:脂肪酸; 基因表达; 调控

中图分类号:TQ641;Q591   文献标志码:A   文章编号:1003-7969(2010)08-0024-04


Regulation effect of fatty acids on gene expression

LI Li,WU Xuehui,NI Tianrui,LI Yeqing

(College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China)


Abstract:The fatty acids are major components of fat,which have regulation roles on the gene expression. The regulation role is related to the type, structure and composition of fatty acids.The relationship of the type, structure, content of fatty acids and regulation expression of related genes were discussed,so as to provide the basis for further study of the function of fatty acids and its mechanism.

Key words:fatty acid; gene expression; regulation

    脂肪酸是生物体的供能物质和生物膜的重要组成部分,是膳食中重要的能量来源物质。根据饱和度的不同,可分为饱和脂肪酸(SFA)和不饱和脂肪酸(USFA),其中不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸(MUFA)及多不饱和脂肪酸(PUFA),根据是否跟甘油结合成酯类又可以分为结合脂肪酸和游离脂肪酸(FFA)[1]。研究人员发现脂肪酸作为一种基因表达的调控物可以直接调控一些编码代谢关键酶的基因表达,对脂肪酸的生化合成和分解代谢起独特的调控作用,对代谢、生长发育以及细胞分化发挥重要的调控作用。SFA和MUFA仅对特定的几种基因有调控作用,PUFA抑制参与脂质合成的多种基因,尤其是n-3和n-6系列PUFA与基因表达调控之间的关系最为密切,这种抑制作用与脂肪酸的种类、结构、膳食中的含量等因素有关[2,3]。

    本文探讨了脂肪酸的类型、结构以及不同的比例对基因表达调控作用的差异,旨在研究脂肪酸的结构与其对基因表达调控作用之间的构效关系,为深入了解脂肪酸的功能及其作用机制提供理论依据。

1 脂肪酸种类对基因表达的调控作用

    脂肪酸对基因表达的调控作用跟脂肪酸种类有关。研究表明,MUFA对基因表达的调控作用影响较小,PUFA对机体脂质代谢调控影响较大[4,5] 。脂肪酸合成酶(FAS)是脂肪酸合成的主要限制酶,存在于脂肪、肝脏及肺等组织中,其活性高低将直接控制着体内脂肪合成的强弱,从而影响整个机体中脂肪的含量。大量研究表明,USFA对动物FAS活性具有抑制作用。

    Clarke等[6]人用软脂酸甘油酯 (SFA)、三油酸甘油酯(MUFA,n-9)、红花籽油(PUFA,n-6)和鱼油 (PUFA,n-3)喂养大鼠,用RT-PCR法测定肝脏中FAS mRNA的基因表达。结果表明,鱼油和红花籽油使肝脏中FAS mRNA的表达降低了75%~90%,而软脂酸甘油酯和三油酸甘油酯对FAS mRNA的表达则无显著的抑制作用。

    时皎皎等[7]人通过建立SFA、MUFA和PUFA对雌性大鼠脂质代谢基因表达调控的模型,用RT-PCR法检测大鼠肝脏组织中脂质代谢关键酶FAS基因mRNA表达水平。结果表明,SFA组大鼠肝脏组织FAS mRNA的表达显著升高,随着时间的延长而作用显著。MUFA组大鼠8周时FAS mRNA的表达有所降低但无统计学差异,18周时FAS mRNA的表达显著降低;n-6 PUFA组,n-3 PUFA组、1∶ 1(n-6)/(n-3)组大鼠肝脏组织FAS mRNA的表达降低显著。另外,SFA组大鼠肝脏组织中3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMG-CoAR) mRNA的表达显著升高,MUFA组大鼠HMG-CoAR mRNA的表达均显著降低,而n-6 PUFA组、n-3 PUFA组、1∶ 1(n-6)/(n-3)组则降低显著。

    邓秀玲等[8]人研究了FFA对体外培养的大鼠胰岛β细胞磺脲受体1(SUR1)基因表达的影响。分离纯化胰岛细胞后分别与棕榈酸和油酸温育,用RT-PCR检测SUR1基因表达。结果显示,油酸显著抑制了SUR1基因的mRNA表达,比对照组降低64%,而棕榈酸组的表达较对照组降低15%。

    潘丽丽等[9]人用不同浓度及不同饱和度的FFA对离体培养人脐静脉血管内皮细胞合成一氧化氮(NO)、内皮素(ET)两种重要细胞因子的影响进行了研究,发现FFA对内皮细胞合成NO的影响与链长无关,而与饱和度有关;C18∶ 1、C18∶ 2抑制内皮细胞合成NO,同时呈浓度依赖性抑制内皮细胞合成ET。体外大鼠肝细胞培养研究表明,当向培养的肝细胞中加入脂肪酸时,中链脂肪酸不能改变线粒体中3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA合成酶(HMG-CoA)基因(该酶是脂肪酸氧化分解的关键限速酶之一)mRNA的含量,而长链脂肪酸则能将其提高2~4倍[10]。

    狄瑛[11]利用荧光素酶活性分析,检测油酸和棕榈酸对人胆固醇酰基转移-1(ACAT-1 Pl)启动子的影响。结果表明,油酸和棕榈酸对ACAT-1 Pl启动子控制下的荧光素酶报告基因表达活性(Bar2和Bar3)具有不同的影响作用。Western-Blot分析显示,棕榈酸、硬脂酸、花生四烯酸均下调ACAT-l蛋白表达量。Spector等[12]人发现进食富含USFA的食物小鼠肝细胞膜的微粒形成体的ACAT的酶活高于进食SFA的,之后该结论又被Field等[13]人验证。Seo等[14]人在细胞水平上研究了ACAT的mRNA,结果表明在肝癌细胞株中,油酸、花生四烯酸和二十碳五烯酸能使ACAT-1 mRNAs增加到正常的1.5~2.0倍。

    Clarke等[15]人在PUFA调节啮齿动物基因转录研究中发现,PUFA摄入后可在转录水平抑制大鼠肝脏中富含的FAS和S14 mRNA的表达。与亚油酸或亚麻酸相比,二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸及花生四烯酸对FAS、S14的抑制作用较强;而SFA、MUFA及反式脂肪酸对脂肪形成不产生抑制作用[16]。

    兰干球[17]在总结日粮中营养素对FAS基因表达调控时指出,脂肪酸控制基因转录的能力取决于脂肪酸的碳链长度、双键位置和数量。SFA和n-9脂肪酸不能抑制FAS基因表达,n-6和n-3是这些基因表达的强抑制剂。PUFA使FAS mRNA的表达减少70%~90%,这种减少是抑制FAS基因转录的结果,抑制效率不仅取决于n-3和n-6的量,也取决于PUFA在日粮中的添加量。因此,海生鱼油在抑制FAS基因转录上比植物油更为有效。

2 PUFA结构对基因表达的调控作用

    PUFA是包括2个及2个以上双键的长链脂肪酸,其中n-3和n-6系列的脂肪酸具有重要的生物学意义。亚油酸和亚麻酸分别是n-6和n-3脂肪酸系列中的“母体”,是动物必需脂肪酸。亚油酸主要来自于玉米油、芝麻油、葵花籽油和红花籽油等,去饱和及碳链延长而演变产生花生四烯酸;亚麻酸主要来自于大豆油亚麻籽油、低芥酸菜籽油,去饱和及碳链延长可以转化为二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,深海鱼及鱼油中富含这两种PUFA。PUFA不仅可以调节体内多种酶的活性,而且可以影响体内某些基因的表达,尤其是影响脂肪代谢中相关基因的表达,可抑制FAS基因的表达,上调脂肪氧化分解基因的表达,最终使体内的脂肪合成和存储减少[10]。这种调控作用与PUFA的结构有关,如脂肪酸结构双键的数量、位置等。

2.1 双键数量对基因表达的调控作用

    PUFA对基因表达具有调控作用,随着不饱和度的增加,其还原性增强,对基因调控的程度更大,双键数量越多,其调控作用越强。

    Iritani等[18]人在培养的肝细胞中添加富含PUFA的苏子油,发现如乙酰CoA羧化酶(ACC)、FAS、ATP-柠檬酸裂解酶、苹果酸酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶mRNA的丰度显著降低。饲喂PUFA的大鼠,肝脏中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶mRNA的含量只有无脂肪日粮的45%。结果表明,PUFA可以抑制ACC的表达,同时也可以抑制苹果酸酶的表达。

    周晓蓉[19]研究了亚麻酸对雄性Wistar大鼠脂肪酸连接蛋白(ap2)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)基因的调控,用RT-PCR方法检测ap2、PPARγ的表达水平,得到了亚麻酸可增加肥胖大鼠脂肪组织ap2、PPARγ mRNA的表达水平。结果表明亚麻酸可通过激活PPARγ上调脂肪酸连接蛋白基因的表达,改善肥胖大鼠的胰岛素抵抗,并可以通过激活PPARγ上调ap2 mRNA的表达。

2.2 双键位置对基因表达的调控作用

    脂肪酸链的双键,特别是从甲基末端起的第1个双键的位置,对FAS活性的影响具有独特的作用,当第1个双键位于n-3时,对FAS的抑制作用比n-6强。n-6 PUFA和n-3 PUFA可直接影响基因转录的速率,可以影响位于基因的启动基因区核苷酸的顺序,这可能是由于双键位置的不同具有的能量水平不同的结果[20]。

    陈行杰[21]用RT-PCR研究了鱼油 (主要含有n-3 PUFA)和大豆油(主要含有n-6 PUFA)对猪肥胖基因(Ob)转录表达调控的影响。Ob基因及其长型受体基因(Ob-Rl)在饲喂大豆油时表达水平显著高于鱼油。油脂来源和脂肪组织部位之间的作用也很显著,Ob基因和Ob-Rl基因饲喂大豆油时在背部脂肪组织中表达水平高于鱼油,在腹部和内脏脂肪组织中不同油脂来源对Ob基因和Ob-Rl基因表达没有影响。

    Clarke等[22]人研究USFA对大鼠肝脏FAS的影响时发现,USFA对大鼠肝脏FAS的活性有显著的抑制作用,在对FAS的活性抑制中,二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸比双不饱和脂肪酸即十八碳二烯酸有效。脂肪酸链的双键,特别是从甲基末端起的第1个双键的位置,对FAS活性的影响具有独特的作用。许多研究表明,当第1个双键位于n-3时,对FAS的抑制作用比n-6强,第1个双键位于n-9时,与SFA相似,对FAS的活性基本无影响[23,24]。同时,Clarke等人的试验还证明n-3脂肪酸对FAS基因转录的抑制比n-6脂肪酸有效。

3 脂肪酸不同比例对基因表达的调控作用

    不同的脂肪酸对基因表达的调控水平有差异,同时,不同的脂肪酸在膳食中的不同比例同样对基因表达具有差异,通过协同或者拮抗作用影响基因表达,这种差异性不仅表现在对功能性的影响上,还表现在对基因水平的调控作用上。

    王静等[25]人探讨了不同比例(n-6)/(n-3)PUFA对甲基亚硝基脲(MNU) 诱导的大鼠乳腺癌易感基因(BRCA1)表达的影响。研究表明,不同膳食脂肪酸构成比对MNU诱导的大鼠乳腺肿瘤发生影响不同,其中以(n-6)/(n-3)为1∶ 1膳食脂肪酸构成组的肿瘤发生率最低。通过RT-PCR和Western-Blot技术,检测了各组试验大鼠乳腺组织中BRCA1 mRNA及蛋白表达的情况,检测结果表明,各组MNU诱导的乳腺癌大鼠,其乳腺组织中BRCA1基因的表达水平随膳食中(n-6)/(n-3)比值的增大而下降,并且与正常对照组相比均有所降低,但1∶ 1(n-6)/(n-3)组BRCA1的表达较强,而n-6组明显低于1∶ 1(n-6)/(n-3)组。这表明,在MNU诱导大鼠发生乳腺癌过程中,伴随着BRCA1表达的下降, 不同比例的(n-6)/(n-3)PUFA对BRCA1的表达具有重要影响,而BRCA1基因表达的下降与乳腺癌的发生密切相关。

    韦娜等[26]人用8种不同膳食脂肪酸组成(SFA,MUFA,n-6 PUFA,n-3 PUFA,1∶ 1 (n-6)/(n-3),5∶ 1 (n-6)/(n-3),10∶ 1 (n-6)/(n-3),1∶ 2∶ 1 SFA/ MUFA/ PUFA、其中(n-6)/(n-3) 1∶ 1)喂养SD雌性大鼠,并在大鼠乳腺癌模型的基础上,RT-PCR分析组织脂质代谢调控FAS、环氧化酶-2(COX-2)和5 -脂质加氧酶(5-LOX)基因的表达。结果表明,与对喂组比,除n-3 PUFA诱癌组FAS和COX-2 mRNA表达无明显变化外,其余诱癌组均较相应对喂组上调FAS和COX-2 mRNA表达,以1∶ 1(n-6)/(n-3)诱癌组上调力度最弱。无论对喂组或诱癌组,n-3 PUFA组COX-2 mRNA表达均较明显,推测可能是这组大鼠机体反馈性调节机制所致。5-LOX mRNA只在诱癌组中有明显表达,其变化趋势与FAS和COX-2相似。膳食中各种脂肪酸构成比不同对血脂代谢、免疫功能调节以及肿瘤发生都具有不同的影响。

4 结束语

    脂肪酸影响着生物体的多种生理功能,能调节脂质代谢,与酶作用影响酶活性;与细胞核转录因子作用,修饰基因表达;影响mRNA稳定性,调节酶的表达。脂肪酸可以调控一些编码代谢关键酶的基因表达,对脂肪酸的生化合成和氧化起独特的调控作用。这充分说明了脂肪酸不仅是供能物质和生物膜的重要组成部分,而且可通过细胞膜受体信号途径和转录因子活化途径调节基因表达而发挥重要的生理功能。脂肪酸对机体的基因表达的调控作用,与脂肪酸的种类、脂肪酸的结构以及膳食中脂肪酸的不同比例有关。因此,合理的脂肪酸摄入对于身体健康是十分重要的,研究脂肪酸对基因表达调控的机制对于促进健康、预防心血管疾病以及其他慢性病的发生具有重要意义。

参考文献:

[1] 徐盛玉,吴德.脂肪酸对基因表达的影响及调控[J].饲料工业,2007,28(5):16-19.

[2] 沈同,王镜岩,赵邦悌.生物化学[M].北京:高等教育出版社,1980:533-597.

[3] 唐传核,徐建祥,彭志英.脂肪酸营养与功能的最新研究[J].中国油脂,2000,25(6):20-23.

[4] RAJAS F,GAUTIER A,BADY I,et al.Polyunsaturated fatty acyl coenzyme a suppress the glucose -6-phosphatase promoter activity by modulating the DNA binding of hepatocytenuclear factor 4[J].J Biol Chem,2002,277:15736-15744.

[5] 李丽,吴雪辉,陈春兰.调和油的配比对人类健康的影响[J].中国油脂,2008,33(12):7-12.

[6] CLARKE S D,ARMSTRONG M K,JUMP D B.Dietary polyunsaturated fats uniquely suppress rat liver fatty acid synthase and S14 mRNA content[J].J Nutr,1990,120:225-231.

[7] 时皎皎,糜漫天,韦娜,等.不同脂肪酸构成比对大鼠血脂影响的研究[J]. 第三军医大学学报,2007,29(9): 824-827.

[8] 邓秀玲,袁莉,陈璐璐. 游离脂肪酸对大鼠胰岛β细胞胰岛素分泌及磺脲受体1基因表达的影响[J].中国糖尿病杂志,2006,14(2):92-97.

[9] 潘丽丽,宋光耀, 张咏梅,等.游离脂肪酸对人脐静脉内皮细胞eNOSmRNA及ET-1mRNA表达水平的影响[J].中国老年学杂志, 2005,24(12):1519-1522.

[10] 叶华,王继文,罗辉.PUFA对脂肪代谢基因表达的影响及其作用机制[J].安徽农业科学,2006,34(15):3689-3691.

[11] 狄瑛.人酰基辅酶A:胆固醇酰基转移酶-1基因的表达调控[D].杭州:浙江大学,2002.

[12] SPECTOR A A,KADUCE T L,DANE R W.Effect of dietary fat saturation on acylcoenzyme A:cholesterol acyltransferase activity of rat liver microsomes[J]. J Lipid Res,1980,21:169-179.

[13] FIELD F J,ALBRIGHT E J, MATHUR S N.Effect of dietary n-3 fatty acids on HMG-CoA reductase and ACAT activities in liver and intestine of the rabbit[J].J Lipid Res,1987,28:50-58.

[14] SEO T,OELKERS P M GIATTINA M R,et al.Differential modulation of ACAT-1 and ACAT-2 transcription and activity by long chain free fatty acids in cultured cells[J].Biochemistry,2001,40:4756-4762.

[15] CLARKE S D, JUMP D B. Polyunsaturated fatty acid regulation of hepatic gene transcription[J].Lipids, 1996, 31: 7-11.

[16] CLARKE S D, ARMSTRONG M K, JUMP D B. Nutritional control of rat liver fatty acid synthase and S14 mRNA abundance[J]. J Nutr, 1990, 120: 218-224.

[17] 兰干球.猪体脂合成代谢的研究[J].南京农业大学学报,1990,13(1):92-97.

[18] IRITANI N,KOMIYA M,FUKUDA H,et al.Lipogenic enzyme gene expression is quickly suppressed in rats by a small amount of exogenous polyunsaturated fatty acids[J].J Nutr,1998,128:967-972.

[19] 周晓蓉.共轭亚油酸对肥胖大鼠脂肪酸连续蛋白基因表达的影响[J].营养健康新观察,2005(1):33-39.

[20] 赵林山,郑海洪,张淑芹,等.脂肪酸与基因表达[J].黑龙江畜牧兽医,2001(9):33-34.

[21] 陈行杰.日粮能量水平和油脂来源对猪脂肪Ob基因转录表达调控的研究[D]. 北京:中国农业大学,2005.

[22] CLARKE S D,HEMBREE J. Inhibition of triiodothyronine’s induction of rat liver lipogenic enzymes by dietaryfat[J]. J Nutr,1990,120:625-630.

[23] CLARKE S D. Regulation of fatty acid synthase gene expression:an approach for reducingfat accumulation[J].J Anim Sci,1993,71:1957-1965.

[24] SMITH D R,KNABE D A,SMITH S B. Depression of lipogenesis in swine adipose tissue by specific dietary fatty acids[J].J Anim Sci, 1996,74:975-983.

[25] 王静,糜漫天,韦娜,等.不同膳食脂肪酸构成对乳腺癌大鼠BRCA1表达的影响[J].实用医药杂志,2007,24(1):84-86.

[26] 韦娜,糜漫天,张乾勇.不同膳食脂肪酸对大鼠乳腺癌组织脂肪酸组成和脂代谢基因表达的影响[J].营养学报,2007,29(2):122-126.


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