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趙 艷 董艷梅綜述 孫長(cháng)顥審校哈爾濱醫科大學(xué)公共衛生;學(xué)院營(yíng)養與食品衛生教研室，哈爾濱 １５００８６
１ 概述
隨著(zhù)心腦血管疾病、高血壓、糖尿病、肥胖等與脂類(lèi)密切相關(guān)的一些慢性病發(fā)病率的逐年增加，使人們逐漸認識到過(guò)多攝入脂肪將危害人體健康，因此出現“脂肪恐慌”、“談脂色變”等現象。但隨著(zhù)研究的深入，發(fā)現并不是所有的脂肪都對健康有害，其中ｎ３ 多不飽和脂肪酸就有益于人體健康。這引起了研究者極大的興趣，于是再次掀起了脂肪研究的熱潮。
脂肪又稱(chēng)甘油三酯，由甘油和脂肪酸構成。脂肪因其所含脂肪酸鏈的長(cháng)度、飽和程度和空間結構不同，而呈現出不同的特性和功能。按其飽和程度可分為飽和脂肪酸ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＳＦＡ；單不飽和脂肪酸ｍｏｎｏｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＭＵＦＡ，碳鏈中只含一個(gè)不飽和雙鍵；多不飽和脂肪酸ｐｏｌｙｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＰＵＦＡ，碳鏈中含兩個(gè)以上雙鍵。目前認為營(yíng)養學(xué)上對人體健康最重要的是ｎ３或ω３系列和ｎ６或ω６系列ＰＵＦＡ。在１９６９年Ａｌｌｍａｎｎ 和 Ｇｉｂｓｏｎ報道ＰＵＦＡ能調節脂類(lèi)代謝之前１，人們一直認為脂肪組織是提供能量和構成生物膜的物質(zhì)。脂肪的內分泌功能，及對脂類(lèi)代謝中各種酶的活性和基因表達的直接調節作用是在近年才被發(fā)現的。這種營(yíng)養素－基因之間的作用在代謝、生長(cháng)發(fā)育以及細胞分化過(guò)程中具有重要的影響。
由于脂肪在慢性病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起著(zhù)重要的作用，因此闡明膳食脂肪作用于基因組的分子機制對于了解脂肪在人類(lèi)健康中的作用很重要。脂肪酸調節的靶基因如表１所示。
２ 脂肪酸對細菌和酵母基因表達的調控
生物的發(fā)展經(jīng)歷了由低等到高等的過(guò)程，原核生物基因表達的調節常常為真核生物調節途徑和調節分子的存在提供重要線(xiàn)索。大腸桿菌存在吸收和氧化脂肪酸的誘導系統。ＦａｄＲ是脂肪酸轉運和β氧化所需基因的轉錄抑制因子，ＦａｄＲ的基因產(chǎn)物調節參與脂肪酸合成和降解的幾種非偶聯(lián)基因和操縱子，這些基因包括ｆａｄＬ、ｆａｄＤ、ｆａｄＥ、ｆａｄＢＡ、ｆａｄＨ以及不飽和脂肪酸生物合成必需的轉錄活化因子ｆａｂＡ２。ＦａｄＲ與油基ＣｏＡ有很大的親和力１２ｎＭ，二者結合后能調節ＦａｄＲ與ＤＮＡ的結合。游離脂肪酸不影響ＦａｄＲ的結合。
ＯＬＥ １Ｐ是一種Δ９脂肪酸去飽和酶，它使釀酒酵母飽和乙酰ＣｏＡ前體物生成不飽和脂肪酸。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸對ＯＬＥ１ ｍＲＮＡ水平具有不同的調節作用３。飽和脂肪酸誘導ＯＬＥ１基因轉錄６０％，而不飽和脂肪酸抑制ＯＬＥ１基因轉錄６０倍。不飽和脂肪酸也能增加ＯＬＥ１ ｍＲＮＡ的代謝更新。
高等生物中也存在同樣的機制。但與單細胞生物不同，在高等生物中營(yíng)養素調節基因表達是通過(guò)與內分泌、旁分泌、自分泌途徑進(jìn)行的。這些作用可以激活和抑制基因表達，進(jìn)而引起細胞代謝、生長(cháng)和分化的變化。
３ 脂肪酸調節哺乳動(dòng)物基因表達的主要途徑
實(shí)際上，發(fā)揮調節基因表達作用的主要是細胞內游離的脂肪酸或脂酰ＣｏＡ硫酯（ＦＡＣｏＡ），而且脂肪酸氧化和代謝中的各種酶均受其調節，尤其是ｎ３和ｎ６系列的多不飽和脂肪酸ＰＵＦＡ與基因調節之間的關(guān)系最為密切。它們可能是以特異性轉錄因子配體的形式調節相關(guān)基因的表達。
３．１ 細胞表面Ｇ蛋白偶聯(lián)受體途徑
脂肪酸主要的代謝途徑是在線(xiàn)粒體和過(guò)氧化物酶體發(fā)生氧化反應。一些氧化步驟產(chǎn)生參與細胞信號傳導的調節分子，如脂肪酸磷脂酶Ａ２催化膜磷脂Ｓｎ２位點(diǎn)釋放花生四烯酸，環(huán)氧酶和脂加氧酶催化花生四烯酸２０４ ｎ６產(chǎn)生前列腺素、血栓素和白三烯。這些脂類(lèi)生物活性調節因子可通過(guò)自分泌或旁分泌過(guò)程作用于細胞表面的Ｇ蛋白偶聯(lián)受體。Ｇ蛋白活化后使細胞內ｃＡＭＰ和鈣離子濃度發(fā)生改變，作為第二信使激活信號傳導機制，使轉錄因子功能上調。
３．２ 間接途徑
脂肪酸可調節細胞的內源性氧化還原狀態(tài)，促進(jìn)氧化還原酶如過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、超氧化物岐化酶等的表達，抑制炎性細胞因子和粘附分子的表達，然后激活并結合細胞核內轉錄因子如ＮＦκＢ及其抑制蛋白ＩκＢ，此機制對應激反應性基因的調節很重要。
３．３ 細胞膜激素受體途徑
脂肪酸能夠改變細胞膜磷脂中脂肪酸的構成，從而影響細胞膜激素受體信號傳導，進(jìn)而影響基因的表達調控。
３．４ 核受體途徑
脂肪酸對基因表達的調節作用除以往所知的上述３種途徑外，近年發(fā)現更為重要的途徑是細胞內的核受體途徑。核受體是細胞內的轉錄因子，與親脂分子作用后能直接調節靶基因的表達，影響生殖、發(fā)育和一般代謝等多種生理過(guò)程。自從４０多年前發(fā)現第一個(gè)類(lèi)固醇激素受體以來(lái)，核受體已不僅局限于典型的內分泌受體，它還包括大量孤兒受體（最初其配體、靶基因和生理功能都不清楚），如類(lèi)視黃醇Ｘ受體ｒｅｔｉｎｏｉｄ Ｘ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＲＸＲ、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體ｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｏｒａｃｔｉｖａｔｅｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＰＰＡＲ、肝臟Ｘ受體ｌｉｖｅｒ Ｘ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＬＸＲ、肝核因子４α ｈｅｐａｔｉｃ ｎｕｃｌｅａｒ ｆａｃｔｏｒ ４α ＨＮＦ４α等４。
ＰＵＦＡ作為配體對核受體的作用主要是調節轉錄因子的ＤＮＡ結合活性如ＰＰＡＲ、ＬＸＲ、ＨＮＦ４α ，此外ＰＵＦＡ還可通過(guò)調節細胞核內轉錄因子的含量，如固醇調節元件結合蛋白 ｓｔｅｒｏｌ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ ＳＲＥＢＰ對代謝途徑產(chǎn)生影響，這些基因編碼脂類(lèi)和葡萄糖代謝的關(guān)鍵調節蛋白。ＰＰＡＲ、ＳＲＥＢＰ、ＬＸＲ、ＨＮＦ４α等轉錄因子是脂肪酸直接或間接作用的靶點(diǎn)，ＰＵＦＡ對ＰＰＡＲ和ＳＲＥＢＰ的調節作用已經(jīng)闡明５，但對ＬＸＲ和ＨＮＦ４α的調節作用尚需深入研究。下面就以ＰＰＡＲ為例來(lái)說(shuō)明ＰＵＦＡ對核受體的作用。
ＰＰＡＲ因能夠被過(guò)氧化物酶體增殖物激活而得名，在Ｇｏｔｔｌｉｃｈｅｒ等（１９９２）報道脂肪酸可活化ＰＰＡＲ之前，ＰＰＡＲ一直被稱(chēng)為孤兒受體。ＰＰＡＲｓ 存在３種亞型：ＰＰＡＲα、ＰＰＡＲδ（也稱(chēng)ＰＰＡＲβ）和ＰＰＡＲγ，具有多種生物學(xué)效應，可促進(jìn)脂肪細胞分化和抑制或促進(jìn)脂肪生成，在脂類(lèi)代謝中發(fā)揮重要作用６。脂肪酸及其代謝產(chǎn)物等營(yíng)養素都是ＰＰＡＲ的主要激活劑或配體，都能夠有效地激活ＰＰＡＲ。下列物質(zhì)在１００μｍｏｌ濃度下，對ＰＰＡＲ調節作用的相對活性順序為：ＷＹ１４６４３＞亞油酸＞花生四烯酸＞油酸＝硬脂酸＞月桂酸＝己酸。這一發(fā)現首次提出脂肪酸對基因的調節作用可能是通過(guò)特異的核受體來(lái)實(shí)現的。ＰＰＡＲ調節基因轉錄的大致過(guò)程如下：
首先ＰＰＡＲ與９順視黃酸激活的ＲＸＲ形成異源二聚體，此時(shí)只具有轉錄活性。無(wú)配體時(shí)，異源二聚體與輔助抑制蛋白形成具有高親和力的復合物，靶基因不進(jìn)行轉錄。結合脂肪酸等配體后構象發(fā)生改變，輔助抑制蛋白解離，在類(lèi)固醇受體輔助激活蛋白１ｓｔｅｒｏｉｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｃｏａｃｔｉｖａｔｏｒ１ ＳＲＣ１和ＰＰＡＲ結合蛋白ＰＰＡＲｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ ＰＢＰ等輔助激活因子的共同參與下，異源二聚體與靶基因調節區內特異的識別位點(diǎn)——ＰＰＡＲ調節元件ＰＰＡＲ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ＰＰＲＥ結合，然后激活或抑制靶基因轉錄。
４ 脂肪酸調節哺乳動(dòng)物基因表達的水平
４．１ 轉錄水平的調節
早在１９９２年以前，人們一直認為膳食脂肪酸影響膜磷脂的變化，或產(chǎn)生信號傳導分子如二十烷酸類(lèi)，從而影響基因的表達。直到１９９２年Ｇｏｔｔｌｉｃｈｅｒ等９發(fā)現ＰＵＦＡ能夠抑制脂肪組織中脂類(lèi)生成基因的表達后，才認識到脂肪酸能夠直接調節基因表達。脂肪酸的類(lèi)型、數量和持續時(shí)間不同，其生理作用也不同，鑒于ｎ３和ｎ６ ＰＵＦＡ對人體的有益作用，在此將重點(diǎn)介紹ＰＵＦＡ對基因表達的調節。
膳食ｎ３和ｎ６ ＰＵＦＡ能夠快速抑制生脂基因的轉錄，同時(shí)又能誘導編碼脂類(lèi)氧化和生熱蛋白的基因進(jìn)行轉錄。ＰＵＦＡ在轉錄水平調節基因表達的特點(diǎn)如下：（１）影響極其迅速。大鼠攝入多不飽和脂肪酸后，肝臟脂肪酸合成酶的ｍＲＮＡ水平很快下降，說(shuō)明脂肪酸合成酶基因的轉錄過(guò)程受到抑制。將ＰＵＦＡ從飼料中撤離后，脂肪酸合成酶的ｍＲＮＡ水平又很快恢復到原有水平。（２）抑制作用與鏈長(cháng)度和所含雙鍵數目有關(guān)，與碳水化合物的攝入量無(wú)關(guān)。魚(yú)油中多不飽和脂肪酸的抑制作用最為明顯，飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸無(wú)明顯的抑制作用。（３）對多種基因的表達具有調節作用，如Ｓ１４（一種對脂肪酸合成酶和許多糖代謝酶ｍＲＮＡ轉錄有調節作用的基因）、β肌動(dòng)蛋白和低密度脂蛋白受體等。
４．２ 轉錄后水平的調節
目前對脂肪酸轉錄后水平的調節作用研究得較少。例如，ＰＵＦＡ能夠抑制葡萄糖６磷酸脫氫酶的活性，調節轉錄后的共價(jià)修飾如磷酸化等，從而影響脂類(lèi)代謝，這是通過(guò)轉錄后機制進(jìn)行調節的。ＰＵＦＡ可降低３Ｔ３Ｌ１脂肪細胞中硬脂酰ＣｏＡ去飽和酶１ｓｔｅａｒｏｙｌＣｏＡ ｄｅｓａｔｕｒａｓｅ１ ＳＣＤ１ｍＲＮＡ的穩定性，抑制ＳＣＤ１基因的表達。
５ 實(shí)際意義
通過(guò)脂肪酸對基因表達調控的研究，拓寬了人們對脂肪酸生理功能的認識。脂肪酸除了以往眾所周知的功能外，隨著(zhù)其特異調節轉錄因子的發(fā)現，又認識到其增加胰島素敏感性、增加免疫功能、誘導細胞增殖分化等許多重要功能。而且通過(guò)研究脂肪酸對基因表達的作用機制，也為營(yíng)養研究開(kāi)創(chuàng )了新視角，可以模擬脂肪酸的結構合成一些特異的配體或尋找出特異的靶分子，這將有助于開(kāi)發(fā)出預防和治療與膳食密切相關(guān)的慢性病高血脂、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖和癌癥等的藥物。目前，以細胞受體轉錄因子為靶點(diǎn)來(lái)治療某些疾病已成為現代醫藥工業(yè)的發(fā)展方向。因此，研究脂肪酸對基因表達的調節作用及其機制具有十分重要的意義和應用價(jià)值。
綜上所述，這種營(yíng)養素和基因之間的相互作用與其它信號網(wǎng)絡(luò )密切相關(guān)，在膳食和細胞內的調節機制之間建立了綜合的細胞調控機制。受脂肪酸調節的轉錄因子或者直接與ＤＮＡ結合，或者蛋白與蛋白之間通過(guò)啟動(dòng)子內特定區域相互作用，但其它轉錄因子在此過(guò)程中的作用尚待闡明，ＰＵＦＡ的調節作用與細胞內參與調節各種轉錄因子的信號傳導途徑之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步探討。這些問(wèn)題的解決將為膳食相關(guān)疾病的預防和治療提供一個(gè)全新的方向。
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