哺乳動物Acot2基因的研究進展

劉理想，高 一，呂 陽，胡忠昌，肖 成，張國梁,3*

（1.吉林省農業(yè)科學院畜牧分院，吉林公主嶺 136100；2.吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，吉林長春 130000；3.吉林坤成牧業(yè)科技發(fā)展有限公司；吉林公主嶺 136100）

?；o酶A 硫酯酶2（Acyl-CoA thioesterase-2，Acot2），也稱為MTE-I、PTE2 和ARTISt/p43[1]，在哺乳動物腎臟、心臟、肝臟、腦、棕色脂肪組織、骨骼肌肉和類固醇組織內高度表達[2-4]。Acot2 能夠水解?；o酶A（CoA），生成相應的游離酸和CoA，具有維持細胞水平的游離脂肪酸和?；鵆oA（游離脂肪酸的活化形式）的潛力，其在脂質代謝方面有著重要作用。脂質代謝是體內重要且復雜的生化反應，代謝平衡能夠保證正常生理機能的運作，對生命活動具有重要意義。因此，探究Acot2 對脂質代謝的影響，不僅有助于人類了解脂質代謝疾病，而且能為改善畜禽肉品質性狀提供理論依據，提高畜牧養(yǎng)殖的經濟效益。本文對Acot2基因的定位、結構特征、生理功能及其調控進行綜述，以期對Acot2基因的進一步探究提供參考。

1 ?；o酶A 硫酯酶基因家族概述

?；o酶A 硫酯酶（Acyl-CoA thioesterases，Acots）也稱為酰基輔酶A 水解酶、?；o酶A 硫酯水解酶和棕櫚酰輔酶A 水解酶，是一組水解?；鵆oA 的酶，生成相應的游離酸和CoA[1]。水解底物包括各種脂肪酰基酯分子，如?；鵆oA（飽和，不飽和，長鏈，短鏈，支鏈）、膽酸CoA、前列腺素CoA 等。反應如下：

?；鵆oA +水→游離脂肪酸+CoA

Acots 將CoA 活化的分子水解成游離酸和CoA，而長鏈?；o酶A 合成酶將脂肪酸連接到CoA，產生CoA 酯[5-7]。反應如下：

①脂肪酸+ATP→脂肪?；?AMP +焦磷酸鹽

②脂肪?；?AMP+CoA→CoA 酯+AMP

Hunt 等[1]于2005 年對Acots基因家族的命名法進行了綜述，其修訂的命名法已被廣泛接受，根據人類、小鼠和大鼠基因命名指南，人類符號完全大寫（例如ACOT1、ACOT2等），而小鼠和大鼠符號除第1 個字母外都是小寫（例如Acot1、Acot2等）。Acots家族共有13 個成員[8]，在人類基因組上ACOT3、ACOT5、ACOT10不存在，ACOT5等效功能由ACOT4執(zhí)行，ACOT4 蛋白與小鼠Acot3 具有82%的氨基酸序列同源性，在脾、腦、睪丸和腸中表達較高[9]；在大鼠基因組上Acot10不存在。

根據酶的分子量將Acots分為I 型和II 型，ACOT（Acot）1～6 屬于I 型，ACOT（Acot）7～13 屬于II 型[10]。兩類Acots的序列相似性較低，然而每個類別中的Acots家族成員之間存在高度的序列保守性，ACOT2與ACOT1具有93%的氨基酸序列同一性，功能特征相似度較高。小鼠基因組包含6 個I 型Acot基因，它們位于小鼠染色體12 D3 上；在人類基因組中，4 個I 型ACOT位于染色體14q24.3 上[1]。

Acots在真核生物和原核生物中普遍表達，且已從多種生物中分離，包括細菌、酵母、植物和動物。在高等生物中，Acots在腦、肝、腎、心臟、肺、類固醇和棕色脂肪組織中高度表達，分布廣泛[11]。

2 Acot2 的定位

ACOT2/Acot2，也稱為MTE-I、PTE2和ARTISt/p43[1]，在哺乳動物腎臟、心臟、肝臟、腦、棕色脂肪組織、骨骼肌肉和類固醇組織內高度表達[2-4]，大鼠Acot2mRNA 編碼49.7 ku 蛋白質，其中包括45 ku 功能酶和42-氨基酸N-末端線粒體靶向信號，人類的同源基因最初被認為是過氧化物酶，直到其62-氨基酸N-端線粒體靶向信號被闡明[2]。ARTISt酶（花生四烯酸相關的硫酯酶，參與類固醇生成）最初在大鼠腎上腺的束狀帶內發(fā)現，然后在心臟組織內[12]，并被認為是一種新的硫酯酶，直到分子克隆證明與Acot2序列 100%吻合[2,13]。在大鼠腦和卵巢、小鼠睪丸、人胎盤中也檢測到該酶[2,13]。

3 Acot2 的結構特征

所有I 型Acots都含有N-末端β-夾心結構域和C-末端α/β水解酶催化結構域（圖1），該亞家族內的序列高度保守性為其他I 型Acots建模以推斷結構/功能奠定了基礎[10]。確定Acot2（蛋白質數據庫[PDB]ID：3HLK）的結構[14]對了解β-夾心結構域和C-末端α/β水解酶催化結構域之間的活性位點和相互作用具有指導作用。Acot2的N-末端結構域包含1 個7 鏈-β-夾心結構域，該β-夾心結構域由3 個短片狀的鏈和4 個較長的片狀鏈組成（圖2）[10]。雖然N-末端結構域不具有催化活性位點殘基（位于C-末端α/β水解酶結構域內），但其連接4 和5-β-鏈，有助于活性位點的結構完整性。C 末端結構域內的催化三聯(lián)體由Ser294、Asp388 和His422 組成，位于連接α-螺旋和β-鏈的環(huán)上。因此，N-末端結構域可能在調節(jié)Acot2水解底物的特異性方面產生作用。

圖1 I 型Acots 的域結構[10]

圖2 Acot2 的三級結構模型[10]

4 Acot2 的生理功能

Stavinoha 等[4]假說Acot2與解偶聯(lián)蛋白3（UCP3）協(xié)同作用，以增加大鼠心肌和骨骼肌中的β-氧化；且在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠心臟中檢測到這兩種蛋白質的增加[15]。β-氧化是脂肪酸在過氧化物酶體和線粒體內降解，為細胞的基本功能提供能量的過程，2 個細胞器各自代謝特定的活化脂肪酸。過氧化物酶體代謝極長鏈和長鏈脂肪酸、二羧酸、類二十烷酸和膽汁酸中間體，而線粒體代謝直鏈飽和和不飽和脂肪酸[16-17]。在2 個細胞器內，脂肪酰基酯經歷一系列酶促反應產生乙酰CoA 和一個少2 個碳原子的?；鵆oA[2,16]。從過氧化物酶體中所得的乙酰CoA 被轉運到線粒體，它與CoA一起進入檸檬酸循環(huán)進行進一步氧化，或者用于生產酮體，為肝外組織提供能量[2]。除β-氧化外，乙酰CoA參與脂質生物合成（通過乙酰輔酶A 羧化酶和脂肪酸合成酶的變構負調控）[18]、離子通道開放的調節(jié)、信號轉導、細胞內膜的出芽和融合以及通過核受體調節(jié)基因轉錄。

乙酰CoA 是檸檬酸循環(huán)、β-氧化和其他代謝途徑的關鍵中間體。通過調節(jié)細胞內酯化和非酯化脂肪酸（游離脂肪酸）的濃度和乙酰CoA，Acot2涉及許多必要的生物過程。

在飲食誘導的肥胖的嚙齒動物模型中，與低脂飲食組相比，喂食高脂飲食的大鼠心臟和比目魚肌中Acot1、Acot2 和Acot7 蛋白的表達顯著增加2.0～7.6 倍[19]，這些作用伴隨著肉毒堿棕櫚酰轉移酶和?；o酶A 氧化酶表達的增加。在大鼠棕色脂肪細胞分化時，隨著細胞酰基CoA 增加，細胞質Acot1下調，而隨著β-氧化能力增加，線粒體Acot2上調[20]。表明Acot2在脂肪酸β-氧化中上調，促進β-氧化。

Acot2可以通過減少脂肪酸氧化中間體在線粒體基質中的積累來增強脂肪酸氧化[21]；在骨骼肌中過表達UCP-3的小鼠中Acot2mRNA 水平升高[22]；在高脂肪飲食和非諾貝特治療的綜合作用引起的肝線粒體脂肪酸利用增加的情況下，Acot2表達被上調[23]；干預降低小鼠心臟脂肪酸氧化效率，心臟Acot2表達水平降低[4]，Acot2的適應性上調以防止細胞和組織中的脂肪酸過量供應。Acot2參與了脂質沉積性肌?。↙SM）中長鏈脂肪酸（LCFA）代謝障礙的過程，并與LSM 中的脂質沉積相關聯(lián)，為LSM 的治療提供了一個可能的靶點[24]。Acot2還作用于長鏈CoA 分子（C14～C20），并且在給予過氧化物酶體增殖劑的嚙齒動物肝臟中同樣上調[3,13]。這些結果表明Acot2在脂肪沉積中屬于負反饋調節(jié)，促進β氧化。

5 調控Acot2 的因子

5.1 底物、產物和其他化合物對Acot2活性的調節(jié)已經確定了Acot1[25-26]、Acot3[9]和ACOT8[27]具有底物抑制現象，也已證實Acot7和ACOT8等酶被高水平游離CoA 抑制，相比之下，Acot3、ACOT4、Acot5和ACOT6不受底物和產物調節(jié)[9,27-28]。有研究報道[18]游離CoA 抑制Acot2活性。尚無有關非酯化脂肪酸（游離脂肪酸）對Acot2影響的報道。

另外，Maloberti 等[29]認為，花生四烯酸釋放和代謝抑制劑（4-溴苯甲酰溴和去甲二氫愈創(chuàng)木酸）對Acot2活性有影響。

5.2 轉錄因子對Acot2表達的調節(jié) 過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）是配體激活的轉錄因子[30]，其存在PPARα、PPARδ和PPARγ3 種類型[30-31]，3 種PPARs 涉及在脂質、碳水化合物、膽汁酸和氨基酸的代謝中以及在炎癥中的調節(jié)[30-32]。PPARαmRNA 在肝臟中高度表達，同時也在心臟、腎臟、腸、骨骼肌和幾種免疫細胞中表達，PPARα調節(jié)在過氧化物酶體、線粒體、內質網和細胞質內參與β-氧化的酶表達的基因[30,33]。

激活PPARs 的外源性化合物被稱為過氧化物酶體增殖物（PPs），PPs 是多種合成化合物，如Wy-14643、增塑劑和降血脂藥物，它們激動性激活PPARα，導致嚙齒動物肝臟中過氧化物酶體和肝細胞顯著增殖[9,27,33-34]。

Yamauchi 等[35]研究認為，Acot2和Acot4的上調指示PPARα的活化；Hunt 等[27]研究報道，通過用過氧化物酶體增殖物WY-14643 處理和禁食小鼠，Acot2在mRNA 水平上的表達水平明顯上升；干預降低小鼠心臟PPARα活性，心臟Acot2的表達水平降低，在PPARα缺陷小鼠分離的心臟和比目魚肌中，Acot2的表達水平顯著降低[4]。因此，PPARα對Acot2的表達有調節(jié)作用。

5.3 激素對Acot2表達的調節(jié) Lozano 等[36]研究報道，促腎上腺皮質激素（ACTH）在刺激小鼠腎上腺皮質細胞5 min 后，Acot2活性升高；Finkielstein 等[37]研究報道，通過用ACTH 體內刺激腎上腺可誘導Acot2轉錄，ACTH 作用迅速（5 min），在15 min 時達到最大值（62%）并在30 min 時恢復到基礎水平，該作用被放線菌素D 抑制但被放線菌酮增強；Cymeryng 等[38]研究報道，ACTH 調節(jié)Acot2 蛋白水解活性。以上研究表明，ACTH 對Acot2的活性具有調節(jié)作用。

6 小結與展望

綜上所述，Acots的統(tǒng)一命名避免了同一基因因命名差異而產生混淆。據前人研究報道，Acot2 能夠水解?；鵆oA，具有維持細胞水平游離脂肪酸和?；鵆oA（游離脂肪酸的活化形式）的潛力，其在脂質代謝方面有著重要作用。Zhang 等[39]研究報道，Acot2在云嶺牛脂質代謝中屬于上調基因，在脂質沉積中存在負反饋調節(jié)機制。但其調節(jié)機制目前尚不明確，亟待探究；Acot2 活性位點對其底物的特異性有一定作用，其作用機理有待進一步探究。國內外鮮有關于Acot2基因在畜禽方面的報道，因此，深入探究Acot2基因在脂質代謝方面的影響，不僅有助于人類對脂質代謝疾病的治療，且能對改善畜禽肉品質性狀提供理論依據，提高畜牧養(yǎng)殖的經濟效益。