乙酰輔酶A羧化酶在動物中的研究進展

鄭貴花 夏廣軍 尹寶珍

【摘? ?要】 乙酰輔酶 A羧化酶 （ ACC）是一種生物素酶，分為同質(zhì)型和異質(zhì)型兩種類型，可以催化脂肪酸合成 ，是脂肪酸合成過程中的限速酶，廣泛存在于生物界中。動物中的乙酰輔酶A羧化酶屬于同質(zhì)型，分為ACC1和ACC2兩種亞型。本文綜述了動物中ACC的結(jié)構(gòu)功能及ACC在動物中的研究進展 ，并對其未來發(fā)展作了展望。

【關(guān)鍵詞】 乙酰輔酶A羧化酶;動物;研究進展

乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-Coa car boxylase，ACC ，ACCase）是一種生物素酶，是WAKIL S J[1]等從乙酰 CoA 合成長鏈脂肪酸的酶系統(tǒng)中分離出的第一個中間產(chǎn)物，是生物體內(nèi)脂肪代謝的關(guān)鍵酶，動物、植物以及絕大多數(shù)的微生物都含有ACC[2]。大腸桿菌和植物中的乙酰輔酶A羧化酶可以區(qū)別為催化反應和聯(lián)合生物素的兩種類型的蛋白質(zhì)，該酶在動物和酵母中則不能區(qū)分開。動物體中的ACC是一種變構(gòu)酶，沒有活性，但其聚合而成的多聚體顯現(xiàn)活性。乙酰輔酶A羧化酶可以調(diào)節(jié)動物因養(yǎng)分、激素的不同所導致的脂肪酸合成速度的變化。乙酰輔酶A羧化酶分為同質(zhì)型和異質(zhì)型，而動物體內(nèi)的乙酰輔酶A羧化酶屬于同質(zhì)型，主要用于組成功能蛋白，參與脂肪酸的合成，從而進一步的影響肉類的生產(chǎn)。

1? 乙酰輔酶A羧化酶的結(jié)構(gòu)與功能

乙酰輔酶A羧化酶是生物體內(nèi)脂肪代謝的關(guān)鍵酶，是脂肪酸合成過程中的第一限速酶，該酶利用ATPCO2固定在其結(jié)合的生物素上并將其轉(zhuǎn)移給乙酰輔酶A從而生成丙二酸單酰輔酶A，丙二酰單酰輔酶A作為脂肪酸合成酶的催化底物與乙酰輔酶A發(fā)生縮合反應生成多不飽和脂肪酸（PUFA）[3-4]。在動物體內(nèi)，ACC分布于細胞液中，分為ACC1和ACC2兩種亞型，ACC1與ACC2具有高度的相似性，互為同工酶。ACC1主要分布于脂肪合成活躍的組織如肝臟組織、脂肪組織和乳腺組織，產(chǎn)生丙二酰輔酶A，催化長鏈脂肪酸的合成，ACC1包括生物素羧化酶亞基（BC）、生物素羧基載體蛋白質(zhì)（BCCP）、羧基轉(zhuǎn)移酶（CT）的1-CT亞基三個功能域，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易解離，由乙酰輔酶A羧化酶α基因（ACACA基因）編碼。ACC2主要存在于脂肪分化活躍的組織，如骨骼肌和心肌組織，其作用是催化脂肪酸的氧化。ACC2由BC、BCCP、1-CT亞基和2-CT亞基4個亞基組成，可能以（BC）2（BCCP）4（CTα，CTβ）2的形式存在，其構(gòu)造不穩(wěn)定，易解離，由乙酰輔酶A羧化酶β基因（ACACB基因）編碼[5]。小鼠，雞和人的ACC1的氨基酸序列尤其相似，相似度約為90%。在家禽體內(nèi)無論任何組織中，ACC2均為優(yōu)勢亞型。

2? 乙酰輔酶A羧化酶在動物中的應用

因為乙酰輔酶A羧化酶在脂肪代謝中的獨特地位，抑制ACC可減少脂肪的生成，有利于脂質(zhì)氧化，從而防止有害脂質(zhì)在肌肉、心臟和肝臟等氧化組織中的積累[6-7]。近年來，ACC酶作為用于減少組織脂肪酸和治療代謝障礙（例如肥胖、糖尿病和高脂血癥）的合適靶標的使用，被人們廣泛關(guān)注。這些發(fā)現(xiàn)使我們傾向于認為，ACC或其編碼基因的修飾可能會減少肌肉中脂肪酸的積累，改善肉質(zhì)[8]。

2.1? 乙酰輔酶A羧化酶在反芻動物中的研究進展

近年來，羊肉和牛肉在肉制品消費中的百分比漸漸提升，然而羊肉中脂肪含量較高，且40%的脂肪為飽和性脂肪，而飽和性脂肪與肥胖癥、高血壓、冠心病及各類癌癥有關(guān)。因而，減少羊肉的脂肪含量，增添脂肪中共軛亞油酸（CLA）等功能性脂肪酸的比例，對于增進消費者的身體康健具有重要意義。而反芻動物產(chǎn)品是人類飲食中最主要的CLA來源，CLA是由反式油酸（VA）經(jīng)SCD脫氫形成的。

動物體內(nèi)ACC酶的活性受多種元素的調(diào)控，史曉雪[9]等人通過在綿羊日糧中添加SCD的促進劑（羅格列酮）及抑制劑（梧桐子油）來探討FAS、LPL、ACC和SCD在綿羊背最長肌及皮下脂肪中活性的影響，結(jié)果顯示添加羅格列酮對ACC的活性無影響;添加梧桐子油可抑制背最長肌ACC的活性，多是因為梧桐子油富含多不飽和脂肪酸抑制了ACC基因的表達，進而導致ACC活性的降低。在動物日糧中添加富含不飽和脂肪酸的植物油可以降低動物組織中FAS、ACC 和SCD基因的表達。袁倩[10]等以放牧和舍飼兩種飼養(yǎng)條件下12月齡蘇尼特羊股二頭肌為試驗材料，利用酶聯(lián)免疫吸附測定法和實時熒光定量聚合酶鏈式反應法測定肌內(nèi)脂肪沉積動態(tài)平衡中AMPK-ACC-CPT1信號通路相關(guān)指標、肌內(nèi)脂肪含量。結(jié)果表明：放牧飼養(yǎng)組羊股二頭肌ACC活性、ACC mRNA表達量、肌內(nèi)脂肪含量顯著低于舍飼飼養(yǎng)組（P<0.05）。由此可見，放牧飼養(yǎng)可以一定程度上激活AMPK-ACC-CPT1通路，從而減少肌內(nèi)脂肪沉積。路新星[11]等人研究早期營養(yǎng)限飼與后期快速補償對蒙古羔羊胸脂脂肪因子基因表達的影響，結(jié)果表明限制組（羔羊維持水平飼養(yǎng)，限制60天后兩組飼喂相同日糧）羔羊胸脂PPAR-γ和ACC基因表達量顯著低于對照組（正常飼喂）（P<0.05）。

2.2? 乙酰輔酶A羧化酶在其他動物中的研究進展

錢寶英[12]在研究35天饑餓過程中乙酰輔酶A羧化酶在大黃魚肌肉和肝組織中mRNA表達水平和酶活性的變化時發(fā)現(xiàn)饑餓可以明顯降低大黃魚肌肉和肝組織中脂肪含量，以及ACC mRNA表達水平（P<0.05）;饑餓脅迫對肌肉和肝組織中ACC酶活性有顯著影響（P<0.05），肌肉組織ACC酶活性（r=0.6777）與其mRNA表達水平呈正相關(guān)（0.5

在飛禽和哺乳動物中，ACC的活性被養(yǎng)分情況所調(diào)控，食品對ACC濃度的影響主要是由于食品中碳水化合物含量的變化。在角雉、幼鼠、禁飼的雞和鼠中ACC的濃度很低，分別飼喂含高碳水化合物和低脂肪食物后，動物體內(nèi)ACC 的濃度增加8～20倍[15]。Ryu[16-19]等人將小鼠分為兩組，一組正常飼喂，一組禁飼，實驗發(fā)現(xiàn)禁飼組小鼠的ACCmRNA表達量明顯減少，說明養(yǎng)分通過調(diào)控ACC基因的轉(zhuǎn)錄速度來影響ACC的濃度;而正常飼喂組小鼠體內(nèi)ACC濃度的提升主要依托于食物中的碳水化合物，動物體內(nèi)如果缺乏碳水化合物，給其飼喂食物也不會引起體內(nèi)ACC濃度的改變。禁飼組的小鼠再分別飼喂高蔗糖和高脂肪食物也能顯著提高肝細胞中ACCmRNA的表達量[20]。Travers[21]等人研究認為，食物中不飽和脂肪酸（PUFA）的含量與ACC 的表達水平成反比。趙圣劍[22]等人研究發(fā)現(xiàn)虎杖苷可以上調(diào)高脂血癥大鼠肝臟CPT-I 和CPI-II的表達水平，下調(diào)FAS和ACC酶水平，說明虎杖苷既可以減少脂肪酸合成，也能能促進脂肪氧化分解，從而減少脂肪積累。

2.3? 乙酰輔酶A羧化酶調(diào)控基因的研究進展

研究表明綿羊和山羊的ACACA基因分別位于第11和第19號染色體上[23]，牛的ACACA基因位于第19號染色體上，長度為289Kbp[24]，雞ACACA基因位于19號染色體，全長6975 bp，編碼2324個氨基酸，分子量為262，706D[25]。B. Moioli[26]等人通過對3個不同品種的264只綿羊中10個SNPs位點的分析，發(fā)現(xiàn)位于PIII基因轉(zhuǎn)錄激活區(qū)的ACACA基因中有一個SNP與乳脂含量的變化有顯著的相關(guān)性。王金鳳[27]等人使用高效液相色譜法（DHPLC）和直接測序法，檢測了174只嶗山奶山羊泌乳母羊的ACACA基因啟動子PIII位點多態(tài)性，結(jié)果顯示，ACACA 基因啟動子 PⅢ序列3個SNPs（第1206位的B/D，1255位的A/C和1322位的M/N）在不同育種群體中，對乳蛋白率、乳糖率、非脂肪物、乳密度、300 d 產(chǎn)奶量的影響存在不同水平的差異。Signorellietal[28]等發(fā)現(xiàn)在意大利當?shù)厣窖蚝退_能奶山羊群體中的ACACA基因第3啟動子片段中有3個SNPs，其中有兩個突變位點的等位基因可以提高山羊的乳脂率。張巧娥[29]研究結(jié)果表明，沙蔥水溶性提取物能夠顯著提高40 kg綿羊背最長肌中 MUFA、PUFA、IMF 含量，且高于沙蔥脂溶性提取物組及沙蔥粉組，推測可能是沙蔥水溶性提取物上調(diào)ACACA、SCD、SREBF1 這3個脂肪酸合成相關(guān)基因的表達，從而改善肉羊背最長肌中脂肪酸的組成，提高肌內(nèi)脂肪含量。范澤軍等人[30]研究發(fā)現(xiàn)沙蔥及其提取物可以上調(diào)脂代謝關(guān)鍵基因（ ACACA、SCD、SREBF1） 的表達，從而調(diào)節(jié)杜寒雜交羊肌肉脂肪酸組成與含量。

胡言[31]在中國荷斯坦牛ACACA基因片段檢測到兩個SNPs位點，分別為g.43569T>C和g.43617T>G，兩個位點顯著影響乳脂率，特別是H1H1（CG-CG）個體，顯著影響中國荷斯坦牛的乳脂率。而丹妮[32]研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒干擾PPARG基因后，ACACA基因的表達量明顯減少，乳脂含量也減少;而過表達PPARG基因后，ACACA基因的表達量升高，奶牛的乳脂含量增加。田衛(wèi)華[25]等人通過對產(chǎn)蛋前期（20周齡）母雞和產(chǎn)蛋高峰期（30周齡）母雞的肝臟組織進行轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)蛋高峰期的母雞肝臟組織中ACACA基因的表達量顯著升高，ACACA基因可能參與產(chǎn)蛋期母雞肝臟組織中的脂質(zhì)代謝過程，這與Li H[33]的研究結(jié)果相同。且研究表明，在日糧中添加雌激素或8%的大豆油可促進ACACA基因在雞肝臟細胞和雞胚肝臟原代細胞中的表達，從而影響雞脂類的合成代謝和脂肪沉積。Tian[34]等人研究表明雞ACACA 基因編碼區(qū)SNPs對腹脂重、腹脂率及血漿中 VLDL 濃度顯著相關(guān);而史銘欣[35]等以東北農(nóng)業(yè)大學肉雞高、低腹脂雙向選擇品系為研究對象，分析高低脂品系肉雞肝臟組織中與脂肪合成代謝相關(guān)的基因之間的表達差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACACA基因在高脂系雞肝臟中的表達量顯著高于低脂系，這與劉暢[36]等人的研究結(jié)果一致。

3? 乙酰輔酶A羧化酶的未來展望

綜上所述，乙酰輔酶A羧化酶主要存在于細胞液中，參與脂肪酸的合成與分解，是治療糖尿病、非酒精性脂肪肝等慢性代謝疾病的直接作用靶點，備受國內(nèi)外學者的關(guān)注[37-40]。當乙酰輔酶A羧化酶濃度升高時，有利于脂肪酸的形成;當其水平降低時，脂肪酸的合成受到抑制。人們對乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACC）的生理功能和在動物上作用的研究已經(jīng)取得了重要的進展，但是隨著遺傳和分子生物學研究的迅速發(fā)展，基因克隆和編輯技術(shù)已經(jīng)成為實驗中常用的技術(shù)手段，而有關(guān)動物體中ACC的克隆還很少見，未來可以構(gòu)建 ACC的表達載體，編輯ACC基因，從而達到改善肉質(zhì)、治療疾病的目的。