秦昆鵬 李 響 尹 月 趙玉蓉
(湖南農業(yè)大學動物科學技術學院,湖南畜禽安全生產協(xié)同創(chuàng)新中心,長沙 410128)
家禽的胴體質量是影響?zhàn)B禽業(yè)經濟效益的主要指標之一,而腹部、皮膚和肌肉內脂肪是影響雞胴體質量的三大決定因素。過多的脂肪沉積會降低飼料利用率、提高生產成本、降低肉品質等[1]。因此,研究雞的脂肪生成及調控機制對提高養(yǎng)雞業(yè)經濟效益具有重要意義。除此以外,基因組序列比對結果表明,雞的基因組與人類存在相似性,60%的雞基因與人類基因高度相似[2]。因此,研究雞的脂肪代謝與調控機制對預防人類肥胖及肥胖并發(fā)疾病也有參考意義。本文對雞體內的脂肪生成過程及分子水平上的調控機制進行綜述,以期為雞脂肪代謝研究提供參考。
動物機體內的脂肪生成是脂肪酸的從頭合成到以甘油三酯(TG)形式在機體內沉積的過程。對大多數(shù)哺乳動物而言,脂肪組織是脂肪酸從頭合成的主要場所,但家禽與哺乳動物不同,其脂質(脂肪酸、TG、膽固醇等)生成的主要場所在肝臟[3]。所以,雞的脂肪生成過程主要包括了雞肝臟內脂肪酸的從頭合成、肝臟內TG的合成、脂蛋白的分泌和降解以及TG再合成(圖1)。
肉雞飼糧中攝入的碳水化合物是肝臟內脂肪酸從頭合成原料的主要來源[4]。攝入的碳水化合物(葡萄糖)經糖代謝途徑可以轉化為乙酰輔酶A,作為原料合成脂肪酸[5-6]。脂肪酸合成之后,在雞的肝臟內主要通過甘油-3-磷酸(G3P)途徑合成TG[3]。合成的TG不溶于水,其在血液運輸過程中無法以游離態(tài)存在,所以需要通過與載脂蛋白結合起來,以脂蛋白的形式在血液中運轉。與哺乳動物一樣,在雞肝臟細胞內從頭合成的TG通過與載脂蛋白結合形成極低密度脂蛋白(VLDL)分泌到血漿[7]。雞肝臟細胞內分泌的脂蛋白進入血漿后會流經脂肪和肌肉等組織,胰島素可以激活毛細血管內皮細胞上的脂蛋白脂肪酶(LPL)水解VLDL中的TG,釋放出脂肪酸進入組織細胞中[8]。在組織細胞中,脂肪酸與甘油-3-磷酸再次合成TG并沉積[7]。
雞的脂肪生成與機體多種代謝活動密切相關,具有復雜的分子調控網絡。大量的基因、轉錄因子、轉錄后水平調控的miRNA、一些脂肪代謝相關的激素以及體外營養(yǎng)因素都對雞的脂肪生成過程具有調控作用。
TG:甘油三酯 triglyceride;GPAT:磷酸甘油轉?;?glycerol-3-phosphate acvltransferase;LPA:溶血磷脂酸 lysophosphatidic acid;AGPAT:?;姿岣视娃D酰基酶 1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferase:PA:磷脂酸 phosphatidic acid;PAP:磷脂酸磷酸酶 phosphatidic acid phosphohydrolase;DAG:二?;视?diacylglycerol;DGAT:二?;视王;D移酶 diacylglycerol acyltransferase;VLDL:極低密度脂蛋白 very low density lipoprotein;FFA:游離脂肪酸 Free fatty acid;LPL:脂蛋白脂肪酶 lipoprotein lipase;G3P:甘油-3-磷酸 glycerol-3-phosphate。
脂肪生成的各個階段均存在許多基因編碼的酶和蛋白參與調控。編碼乙酰輔酶A羧化酶(ACC,基因名ACACA)、脂肪酸合酶(FAS,基因名FASN)、硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD,基因名SCD)、超長鏈脂肪酸延伸酶6(ELOVL6,基因名ELOVL6)和檸檬酸裂解酶(ACLY,基因名ACLY)的基因在雞的脂肪酸從頭合成中發(fā)揮了重要調控作用[9-13]。雞脂肪酸從頭合成的2個最關鍵的調控基因是ACACA和FASN,前者編碼的ACC可以催化乙酰輔酶A活化,轉化為丙二酰輔酶A才能作為底物參與脂肪酸的從頭合成[14];而后者編碼的FAS則催化底物丙二酰輔酶A進入脂肪酸合成反應,每進行1次合成反應可以在乙?;幕A上實現(xiàn)2個碳原子的延長,經7次循環(huán)后最終生成棕櫚酸[15]。由于FAS對碳鏈長度的專一性,在雞體內脂肪酸的合成步驟僅限于生成棕櫚酸,脂肪酸碳鏈的延長需要超長鏈脂肪酸延伸酶(ELOVL)基因的參與。ELOVL基因家族共有7個成員組成,分別為ELOVL1~7。ELOVL6基因編碼的ELOVL6是唯一參與脂肪酸從頭合成的延伸酶[16],其為長鏈脂?;娱L反應的關鍵限速酶,可以促進C12、C14、C16脂肪酸的延長,并且負責飽和脂肪酸合成的最后一步,最后形成C16棕櫚酸或C18硬脂酸。組織中對胰島素敏感性尤其重要的C18與C16脂肪酸的比率也由其活性控制[16-17]。另外,ELOVL5在雞體內長鏈不飽和脂肪酸的合成中具有重要作用,參與ω-3和ω-6多不飽和脂肪酸(PUFA)的合成,所以雞肉也被視為ω-3PUFA中二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的重要來源[3]。SCD基因編碼的SCD也是脂肪酸合成的關鍵調節(jié)酶,控制著機體不飽和脂肪酸的合成。機體內產生的不飽和脂肪酸主要為棕櫚油酸和油酸,兩者是棕櫚酸和硬脂酸在SCD作用下脫飽和而產生[11]。
脂肪酸在雞肝臟內合成之后還需要經過脂肪酸的激活、TG的合成、脂蛋白的組裝等一系列反應才能以脂蛋白形式分泌出去。在這些反應中,長鏈脂酰輔酶A合成酶(ACSL)基因家族、磷酸甘油轉?;?GPAT)基因家族、酰基磷酸甘油轉?;?AGPAT)基因家族、磷脂酸磷酸酶(PAP)基因家族、二?;视王;D移酶(DGAT)基因家族和微粒體甘油三酯轉移蛋白(MTP)基因家族等均發(fā)揮了重要調控作用。脂肪酸在與甘油-3-磷酸合成TG之前需先進行活化,也就是脂肪酸激活,催化這一過程的是ACSL基因家族編碼的ACSL。目前的研究表明,ACSL有5個成員(ACSL1、ACSL3~6)[18],各個成員在不同的組織發(fā)揮特定作用。在雞的肝臟中主要由ACSL1參與到脂肪酸的活化,催化長鏈脂肪酸轉化為脂酰輔酶A,參與TG的合成[19]。GPAT基因家族、AGPAT基因家族、脂素(LPIN)基因家族、DGAT基因家族則通過編碼對應的酶直接調控雞肝臟內TG的合成[20-21]。GPAT共有4個亞型(GPAT1~4),其中GPAT1、2位于線粒體外膜,GPAT3、4則位于內質網上,調控磷酸甘油途徑的第1步,催化脂酰輔酶A和甘油-3-磷酸合成為溶血磷脂酸(LPA)[21]。TG合成的第2步主要由AGPAT調控。AGPAT也有多個亞型,其中AGPAT1~5位于內質網上,可以催化脂酰輔酶A和LPA合成磷脂酸(PA)[22-23]。磷脂酸需要在位于內質網上的PAP(包括PAP1~3)[24]催化下脫磷酸生成二?;视?DAG),DAG再經內質網上DGAT(包括亞型DGAT1、2)催化下與脂酰輔酶A合成TG[25](圖2)。MTP基因編碼的MTP則負責內質網囊泡中新生成TG的轉運。內質網囊泡中生成的TG需要在MTP的幫助下進行轉運才能與載脂蛋白結合。目前的研究表明,MTP協(xié)助脂質分子在囊泡間的轉運是通過其穿梭機制實現(xiàn)的,其結構內包含與脂質高親和及低親和的2個結合位點,脂質高親和位點為脂質轉運區(qū),可與脂質結合;脂質低親和位點則與內質網膜相關聯(lián),參與MTP在囊泡間的轉運,為膜上關聯(lián)區(qū);囊泡內新生的TG先與MTP結合,通過其囊泡穿梭機制轉移出囊泡,然后被釋放至內質網腔中,與內質網腔中的新生載脂蛋白B(ApoB)結合組成VLDL釋放[26]。
脂蛋白結合的TG在LPL的作用下水解,釋放出脂肪酸,組織細胞需要將這些釋放的脂肪酸攝入胞內重新激活,然后與甘油-3-磷酸合成TG并沉積于組織中[7]。水解生成的脂肪酸在ACSL的作用下再次激活,其需要經脂肪酸轉運蛋白的協(xié)助下才能被組織細胞攝入。雞體內編碼雞脂肪酸轉運蛋白的主要基因為脂肪酸結合蛋白(FABP)基因家族,這些基因編碼的FABP通過調控脂肪酸的轉運來調控脂肪生成的過程[27]。目前已知的FABP家族成員至少有10個(FABP1~9、12),其主要功能是參與脂肪酸轉運、脂質運輸及應答。脂肪酸是疏水性物質,不能直接進入組織細胞中被利用,必須與細胞中特殊蛋白質組成親水分子基團才能在細胞內運輸,而FABP可以與脂肪酸疏水配體結合,將脂肪酸攝入組織細胞并運輸至胞內內質網重新酯化成TG或磷脂[28]。其中,F(xiàn)ABP5與脂肪酸結合后還可以從胞質轉移到細胞核,激活調控脂肪代謝的轉錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)β/δ,從而促進雞脂肪細胞向成熟脂肪細胞的轉化[29]。
在動物機體的代謝活動中,一些特定轉錄因子對代謝過程具有非常重要的調控作用。在雞的脂肪生成過程中,甾醇調節(jié)元件結合蛋白(SREBP)、過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)、肝臟X受體(LXR)是參與脂肪生成過程調控的主要轉錄因子[30-31]。
SREBP屬于堿性螺旋環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈(basic helix-loop-helix leucine-zipper,bHLH-LZ)轉錄因子,是一個轉錄因子家族,通過控制內源性膽固醇、脂肪酸、TG和磷脂合成所需的一系列酶的表達來調節(jié)脂質穩(wěn)態(tài)[32]。SREBP主要在肝臟以及脂肪組織表達,目前已知的成員有3個,即SREBP-1a、SREBP-1c、SREBP-2。其中SREBP-2主要調控膽固醇代謝,在雞肝臟內調節(jié)脂肪生成的關鍵轉錄因子為SREBP-1a和SREBP-1c,但SREBP-1a表達量很低,所以SREBP-1c起主要調控作用[30]。其調控機制為:當雞肝細胞受到其內源性激活劑膽固醇的刺激,SREBP與SREBP裂解結合蛋白(SREBP-cleavage activating protein,SCAP)結合生成SCAP/SREBP復合物,SCAP可與胰島素誘導基因(Insig)相互作用,后者將SCAP/SREBP復合物保留在內質網隔室中。在適當?shù)臈l件下(低膽固醇或胰島素濃度刺激),Insig和SCAP之間的相互作用減少,SCAP/SREBP復合物進入到高爾基體,經位點1蛋白酶(S1P)和位點2蛋白酶(S2P)切割后,位于氨基(NH2)末端SREBPs結構域(nSREBPs)被釋放。這個包含bHLH-LZ區(qū)域的結構然后被轉移到細胞核,在那里它將作為同源二聚體結合靶基因啟動子的甾醇調節(jié)元件(SRE)或E-box序列,從而調控其表達[33]。目前的研究指出,脂肪合成的相關基因如ACC、FAS、SCD等都為SREBP-1c調控的靶基因(圖3);由此可見,SREBP-1c通過直接靶向調控脂肪合成基因表達的方式,參與雞肝臟內脂肪合成的調控[33-34]。
TG:甘油三酯 triglyceride;GPAT:磷酸甘油轉?;?glycerol-3-phosphate acvltransferase;LPA:溶血磷脂酸 lysophosphatidic acid;AGPAT:?;姿岣视娃D?;?1-acylglycerol-3-phosphate acyltransferase:PA:磷脂酸 phosphatidic acid;PAP:磷脂酸磷酸酶 phosphatidic acid phosphohydrolase;DAG:二?;视?diacylglycerol;DGAT:二酰基甘油?;D移酶 diacylglycerol acyltransferase;VLDL:極低密度脂蛋白 very low density lipoprotein;FFA:游離脂肪酸 Free fatty acid;LPL:脂蛋白脂肪酶 lipoprotein lipase;G3P:甘油-3-磷酸 glycerol-3-phosphate;ACLY:檸檬酸裂解酶 citrate lyase;ACC:乙酰輔酶A羧化酶 acetyl-CoA-carboxylase;FAS:脂肪酸合酶 fatty acid synthase;ELOVL:超長鏈脂肪酸延伸酶 elongase of verylong chain fatty acid;SCD:硬脂酰輔酶A去飽和酶 stearoyl-CoA desaturease;MUFA:單不飽和脂肪酸 monounsaturated fatty acid;PUFA:多不飽和脂肪酸 polyunsaturated fatty acids;ACSL:長鏈脂酰輔酶A合成酶 long-chain acyl-CoA synthetase;MTP:微粒體甘油三酯轉移蛋白 microsomal triglyceride transfer protein;ApoB:載脂蛋白B apolipoprotein B;FABP:脂肪酸轉運蛋白 fatty acid-binding protein。
PPAR為Ⅱ型核受體超家族一員,是一類可由配體激活的核受體,其包括3個亞型,分別為PPARα、PPARβ/δ、PPARγ。PPARα在肝臟、腎臟、心臟等組織高表達,PPARβ/δ在機體內各組織分布廣泛,PPARγ則在脂肪組織內高表達[30]。PPAR具有A、B、C、D、E、F 6個結構域,共4個功能區(qū),其中A、B為N端轉錄活化區(qū),活化區(qū)內含非配體依賴性轉錄激活域-1(AF-1),其內有1個絲氨酸磷酸化位點,其磷酸化可以調節(jié)PPAR的活性。C區(qū)則包含2個鋅指結構,由70多個氨基酸殘基形成,為DNA結合區(qū)(DBD)。DBD也是與PPAR共激活受體相結合的部位,如維甲酸X受體(RXR),兩者結合可形成異源二聚體。D區(qū)為鉸鏈區(qū),可以與轉錄輔助因子互作后改變其構象,從而調節(jié)其轉錄活性。E、F為配體結合區(qū)(LBD),在PPAR發(fā)揮其轉錄活性的過程中起關鍵作用。LBD可以與配體特異性結合,激活PPAR轉錄活性[35]。PPAR發(fā)揮調控作用的機制為:DBD先與共激活受體結合形成異二聚體,在配體與LBD結合后,異二聚體構象發(fā)生改變,與靶基因啟動子區(qū)PPAR響應原件(PPRE)結合,從而調控靶基因轉錄[36](圖3)。PPAR對脂肪生成過程中的多個調控基因具有靶向調控的作用。研究表明,PPARα在細胞脂肪酸β氧化、攝取、激活中起到關鍵作用,其主要通過調控脂肪酸攝取和激活相關基因的表達來調控雞脂肪生成[3]。PPARα可以靶向調控肝細胞質脂肪酸結合蛋白(L-FABP)、脂肪酸轉運蛋白(FATP)、ACSL的表達,從而對脂肪生成起重要調控作用[37]。關于PPARβ/δ的研究表明,其主要刺激脂肪酸氧化并以三磷酸腺苷(ATP)形式和解偶聯(lián)形式產生的能量增加,雖然其對雞的脂肪合成過程沒有直接調控,但PPARβ/δ促進雞脂肪細胞向成熟脂肪細胞轉化,是脂肪形成過程中脂質積累所必須的[29]。PPARγ則是脂肪代謝調控的必要轉錄因子,其不僅是脂肪細胞分化過程所必須的轉錄調控因子,還可通過調控FAS、SCD、FABP、LPL、ACS、FATP、PAP等一系列脂肪代謝特異性基因的表達來影響雞脂肪生成過程[38]。
LXR也是參與脂質代謝調節(jié)的重要核受體,共具有2種亞型,分別為LXRα和LXRβ。LXR也是由結構域組成,含A、B、C、D、E 5個結構域;其中N端為A、B區(qū),含1個非配體依賴性的AF-1,可調控LXR轉錄活性;C區(qū)為DBD,介導LXR與DNA的結合;D區(qū)為鉸鏈區(qū),C區(qū)和D區(qū)之間存在核定位信號肽;C端為E區(qū),為LBD,介導配體和LXR的結合[39]。LXR的激活同樣也需要與RXR形成異二聚體,然后再被配體激活發(fā)揮轉錄活性,其作用機制為:LXR在激活過程中DBD先與RXR結合成異二聚體,之后配體與LBD特異性結合,異二聚體構象改變,與LXR靶基因調控區(qū)的肝臟X受體響應元件(LXRE)相互作用,與LXRE相互作用后,與異二聚體結合的輔助抑制因子釋放,而輔助激活因子聚集,從而介導靶基因轉錄[40](圖3)。LXR在機體內對脂肪代謝的調控具有重要作用,其對雞脂肪生成過程的調控體現(xiàn)在對雞肝臟內膽固醇轉化為脂肪酸及脂肪合成過程的調控。LXR一方面可以促進機體逆向運輸?shù)礁闻K的膽固醇轉化為脂肪酸,另一方面可以促進肝臟內SREBP-1c、ACC、FAS、SCD的表達從而促進脂肪的合成,為膽固醇的酯化提供基板[41]。
SREBP:甾醇調節(jié)元件結合蛋白 sterol regulatory element binding protein;SCAP:甾醇調節(jié)元件結合蛋白裂解結合蛋白 SREBP-cleavage activating protein;bHLH-LZ:堿性螺旋環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈 basic helix-loop-helix leucine-zipper;S1P:位點1蛋白酶 site 1 protease;S2P:位點2蛋白酶 site 2 protease;RXR:維甲酸X受體 retinoid X receptor;LXR:肝臟X受體 liver x receptor;PPAR:過氧化物酶體增殖物激活受體 peroxisome proliferator-activated receptors;SRE:甾醇調節(jié)元件 sterol regulatory element;Insig:胰島素誘導基因 insulin inducible gene;AF-1:轉錄激活域-1 activation function-1。
隨著對動植物基因組的了解深入,研究發(fā)現(xiàn),動植物的基因組中存在一系列編碼大小為22 bp左右的非編碼RNA,稱為miRNA,其可以與靶mRNA互補序列配對,通過抑制mRNA轉錄或使其降解,從而在轉錄后水平對基因的表達進行調控[42-44]。研究表明,在雞的脂肪生成過程中也有許多miRNA參與了調控(表1),但對于調控miRNA表達及其在機體不同生理階段發(fā)揮調控作用的上游信號傳導還有待探究。
表1 調控雞脂肪生成的主要miRNA
雞肝臟內miRNA通過調控脂肪生成過程中不同靶基因的表達來發(fā)揮其特定的調控作用。miR-122是雞肝內表達量最高的miRNA,其在脊椎動物中高度保守,在膽固醇和脂肪合成中起重要調節(jié)作用[44]。研究表明,miR-122可以下調雞肝臟泛酰巰基乙胺酶1基因(VNN1)的表達,后者為PPARα靶基因,對肝臟脂肪代謝有重要作用;miR-122通過負調節(jié)VNN1的表達參與到雞肝臟脂肪代謝[45]。另外,miR-122通過直接或間接調控肝臟內脂肪合成相關酶的表達,如:丙酮酸激酶、FABP5、FAS、SCD、ACC等,對雞肝臟脂肪合成進行調控[46]。miR-33家族為熟知的脂肪代謝調控miRNA,在對胚胎小雞肝臟發(fā)育階段中肝臟miRNA表達的研究發(fā)現(xiàn),新型miR-33(nc-miR-33)是參與肝臟FAS基因表達調控的miRNA之一[47]。另外,miR-33還可以靶向脂肪酸氧化的相關基因來減少脂肪酸降解[48]。miR-5也是胚胎小雞肝臟中表達的miRNA之一,可以靶向環(huán)磷酸腺苷反應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)調節(jié)CREB介導的肝細胞生長,還可以作為PPARα共激活劑,從而對雞脂肪生成過程進行調控[47]。對蛋雞肝臟內miRNA分析發(fā)現(xiàn),miRNA-22-3p可以靶向參與脂肪酸代謝的幾個基因,包括ACSL5、ELOVL6和脂滴包被蛋白2(PLIN2),從而調控雞的脂肪生成過程[49]。miR-146b-5p是另一種雞肝臟脂質代謝調控的miRNA,研究表明,相較于產蛋前期(20周齡)蛋雞,脂肪生成更旺盛的產蛋高峰期(30周齡)蛋雞miR-146b-5p的表達量是產蛋前期的8.5倍[49];另有報道指出miR-146b-5p可以促進雞胸肌肉內脂肪生成,所以miR-146b-5p也是調控雞脂肪生成的miRNA之一[50]。miR-218-5p也是調控雞脂肪生成過程的一種重要miRNA,Zhang等[51]報道,與產蛋前母雞相比,ELOVL5在產蛋高峰期母雞的肝臟中高表達;而miR-218-5p的表達水平與母雞肝臟中ELOVL5的mRNA表達水平呈負相關,說明ELOVL5為miR-218-5p的靶基因之一。還有研究指出,在長鏈多不飽和脂肪酸生物合成過程中發(fā)揮重要作用的脂肪酸去飽和酶1(FADS1)也是miR-218-5p的靶基因,miR-218-5p通過對ELOVL5和FADS1等基因表達的調控來調控雞脂肪生成[49]。除上述miRNA之外,miR-101-2-5p也被報道在蛋雞肝臟中的表達與ApoB的表達呈負相關,在產蛋前期和產蛋后期,蛋雞肝臟內miR-101-2-5p和ApoB的表達分別顯著下調和上調[51]。ApoB是參與TG裝配和分泌的重要載脂蛋白,miR-101-2-5p可能通過負調控參與脂質代謝中ApoB的表達,從而影響雞脂肪生成[52]。
在雞脂肪生成的復雜調控網絡中,激素也是其中非常重要的一環(huán)。研究表明,胰島素、生長激素(GH)、雌激素等在雞的脂肪生成過程中均發(fā)揮著重要的調控作用(圖4)。
SREBP-1c:甾醇調節(jié)元件結合蛋白-1c sterol regulatory element binding protein-1c;FAS:脂肪酸合酶 fatty acid synthase;ACC:乙酰輔酶A羧化酶 acetyl-CoA-carboxylase;SCD:硬脂酰輔酶A去飽和酶 stearoyl-CoA desaturease;LXR:肝臟X受體 liver X receptor;GH:生長激素 growth hormone;GHR:生長激素受體 growth hormone receptor;JAK:Janus激酶 Janus kinases;STAT:信號傳導及轉錄激活蛋白 signal transducer and activator of transcription;PI3K:磷酯酰肌醇-3-激酶 phosphatidylinositol 3 kinase;apoVLDL-Ⅱ:載脂蛋白極低密度脂蛋白-Ⅱ apolipoprotein VLDL-Ⅱ;FABP1:脂肪酸結合蛋白1 fatty acid binding protein 1;PAP1:磷脂酸磷酸酶1 phosphatidic acid phosphohydrolase 1;ELOVL5:超長鏈脂肪酸延伸酶5 elongase of verylong chain fatty acid 5。
對于動物來說,胰島素是調控體內血糖水平的重要激素,但其對機體脂肪代謝也有重要調控作用[53]。胰島素不僅可以激活LPL將脂蛋白中的TG水解釋放出脂肪酸[14],還參與了雞脂肪生成的調控。Zhang等[54]報道,胰島素可以通過誘導SREBP-1c磷酸化來調控SREBP-1c的活性,胰島素可以在翻譯后水平增加雞胚細胞中SREBP-1c的核形式表達量,影響SREBP-1c下游基因的表達,從而影響雞的脂肪生成。Alvarenga等[7]報道,胰島素可以刺激編碼雞脂肪生成中的重要酶基因表達,包括SCD、FASN和LPL等。此外,胰島素可以調控禽類肝臟TG合成。符自英[55]報道,50~150 nmol/L胰島素處理可以使四川鵝和朗德鵝肝臟原代細胞以胰島素劑量依賴式增加SREBP-1c、FAS、ACC和LPL的mRNA相對表達水平,從而增加TG集聚。從上述研究可知,胰島素通過調控肝臟內TG合成相關基因的表達在雞的脂肪生成過程中具有重要的調控作用。
GH也是調控雞肝中脂肪合成的重要激素。GH由垂體前葉分泌,主要調控動物生長發(fā)育,對動物脂肪代謝也有重要影響[56]。由于與GH結合的生長激素受體(GHR)自身不具備酪氨酸激酶活性,因此GH自垂體前葉分泌與靶細胞GHR結合后,還需通過募集非受體酪氨酸激酶來介導GHR磷酸化,從而激活其下游通路;如Janus激酶2(JAK2),JAK2的募集可以使GHR磷酸化從而激活信號傳導及轉錄激活蛋白(STAT)、磷酯酰肌醇-3-激酶(PI3K)等通路,二者是調控胰島素信號傳導的重要通路[57-58]。另外,GH通過調節(jié)靶向脂質代謝相關基因的miRNA表達,可以調節(jié)雞肝臟中的脂肪生成。Wang等[48]用500 ng/mL GH處理雌雞肝臟原代細胞,RNA測序(RNA-seq)分析結果表明,GH處理顯著增加肝細胞中脂肪合成相關基因FABP1和LPIN1的表達,上調gga-miR-455-3p、gga-miR-193a、gga-miR-190、gga-miR-15b和下調gga-miR-1724等與雞肝臟原代細胞脂肪生成密切相關的miRNA表達水平。
研究表明,性激素在雞的脂肪生成調節(jié)中至關重要,其中雌激素對雞脂肪生成過程中的很多重要基因都有重要調控作用[59]。田衛(wèi)華等[60]報道,分別用不同濃度(0.5、1.0、2.0 mg/kg)17β-雌二醇給10周齡盧氏綠殼蛋雞注射和用不同濃度(20、50、100 nmol/L)17β-雌二醇處理蛋雞肝臟原代細胞,可以顯著提高蛋雞肝臟內和原代細胞內脂肪合成的關鍵酶ACC和FAS的表達。任俊曉[61]報道,雌激素處理顯著增加雞肝臟組織內的ApoB和載脂蛋白極低密度脂蛋白-Ⅱ(apoVLDL-Ⅱ)的表達。Li等[62]報道,apoVLDL-Ⅱ啟動子內具有雌激素反應元件,雌激素可以直接調控其表達量。apoVLDL-Ⅱ是母雞體內特殊脂蛋白卵黃蛋白的前體之一,卵黃蛋白的另一個前體物質卵黃蛋白原(VTG)的表達也受雌激素的調控;卵黃蛋白可將肝臟內形成的脂肪直接運輸?shù)铰殉残纬傻包S[13]。也有研究表明,雌激素可以通過調控miRNA的表達來調控雞肝臟脂肪生成,如雌激素通過下調產蛋雞肝臟中miR-218-5p的表達增加其靶基因ELOVL5的表達,從而增強肝臟n-3和n-6長鏈多不飽和脂肪酸(LCPUFA)的合成[51]。
除了機體自身對脂肪生成存在調控網絡外,外部營養(yǎng)因素對雞脂肪生成同樣具有重要調控作用。國內外也有許多關于不同營養(yǎng)物質水平對雞脂肪代謝影響的研究,包括不同碳水化合物水平、蛋白質水平、脂肪酸組成及油脂種類等多種營養(yǎng)調控手段。
在雞飼糧中,碳水化合物是最主要的組成部分,也是雞能量供給的主要來源。飼糧中碳水化合物水平的變化對脂肪生成具有重要影響[63]。碳水化合物作用的轉錄調控因子碳水化合物反應元件結合蛋白(ChREBP)是調控糖脂代謝的重要轉錄因子,在肝臟內大量表達。ChREBP可以被葡萄糖激活,直接調控參與糖酵解途徑和脂肪合成基因的表達,如肝型丙酮酸激酶(L-PK)、FAS、ACC等,將肝臟攝入過多的碳水化合物通過糖酵解和脂肪合成途徑轉變?yōu)橹綶64]。相關的研究也表明,飼糧高碳水化合物水平可以促進脂肪合成的關鍵酶FAS、ACC的表達。Dankel等[63]報道,高碳水飲食的大鼠肝臟FAS和ACC的表達強烈上調,并且表現(xiàn)出高8倍的FAS活性和高1倍的ACC活性。Wang等[65]報道高碳水化合物水平營養(yǎng)條件下,生長雞肝臟ACC的表達顯著上調,脂肪合成增加。綜上所述,當雞飼糧中碳水化合物的水平過高時,其促進肝臟脂肪合成的可能機制為:飼糧高碳水化合物水平條件下,雞肝臟內攝入的葡萄糖增加,肝臟內葡萄糖含量的上升可以激活ChREBP從而調控下游L-PK、FAS、ACC的表達,使肝臟內糖酵解反應和脂肪合成增強。
飼糧蛋白質水平對雞的生長和體脂含量也具有重要影響,飼糧高蛋白質水平可以使肉雞腹部脂肪含量減少,體重增加,胸肌產量增加[1]。Jlali等[66]報道,飼糧高水平蛋白質(23%)可以提高雞的生長性能,降低腹脂沉積;低蛋白質水平(17%)相較于高蛋白質水平腹脂沉積顯著增加。Mohiti-Asil等[67]報道,蛋雞飼糧高蛋白質水平(17.4%)相較于低蛋白質水平(14.5%),可以顯著降低蛋雞腹部脂肪沉積及肝臟和血漿中TG含量,并且使蛋雞血漿中蘋果酸酶活性降低18.5%,肝臟血漿中蘋果酸酶活性降低11.8%。蘋果酸酶在脂肪合成的過程中具有重要作用,可以通過控機體脂質合成的最主要還原劑煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的生成,其活性降低可以抑制機體脂質合成[68]。Adams等[69]報道,雞肝臟蘋果酸酶活性隨飼糧蛋白質水平的變化而變化,給肉雞飼喂低蛋白質水平(13%)飼糧,自由采食6、24 h后,檢測到雞肝臟內蘋果酸酶活性、mRNA表達量和總脂含量相較于高蛋白質水平(40%)飼糧組、基礎蛋白質水平飼糧(22%)組顯著升高;自由采食24 h后,基礎蛋白質水平(22%)飼糧組肝臟蘋果酸酶活性、mRNA表達量和總脂含量顯著高于高蛋白質水平(40%)飼糧組。飼糧蛋白質水平改變對雞脂肪生成的直接調控機制尚未有研究報道,其對肝臟內蘋果酸酶的表達和活性的影響可能是飼糧蛋白質水平改變影響雞脂肪生成的重要原因。
肉雞飼糧脂肪水平較低,但其對及脂肪代謝存在重要影響,這可能歸因于不同飼糧脂肪來源的脂肪酸組成不同[65]。不同油脂種類(脂肪來源)的脂肪酸組成存在差異,主要包括飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸2種類型,這2種脂肪酸的占比對于肉雞的脂肪生成有顯著影響。簡宗輝等[1]報道,蛋雞飼糧中添加飽和脂肪酸可以促進蛋雞脂肪合成及腹脂沉積,并形成脂肪肝。而飼糧中添加富含不飽和脂肪酸的脂肪來源時,可以減少雞的脂肪沉積,降低腹脂重。Sanz等[70]報道,肉仔雞飼糧中使用葵花籽油(富含不飽和脂肪酸)較于飼糧中使用牛油或豬油(富含飽和脂肪酸),肉仔雞腹脂重顯著降低。另外,F(xiàn)errini等[71]報道雞飼糧中添加亞麻籽油(不飽和脂肪酸)相較于添加牛油,可以使雞的腹脂沉積減少,脂肪β氧化增強。由此可見,不同油脂種類及其脂肪酸飽和程度也是調控雞脂肪生成的關鍵因素。一方面,與脂肪酸飽和程度影響脂肪消化率及氧化率相關,飼糧中富含不飽和脂肪酸可以使機體脂肪氧化率變高,使充當脂肪合成原料的脂肪酸減少[72];另一方面,脂肪酸本身充當脂肪代謝介質,對脂肪代謝活動有重要調控作用[67]。目前,不同脂肪酸直接調控雞脂肪生成的分子機制還不明確,有待進一步研究。
綜上所述,雞的脂肪生成具有復雜的調控網絡,在基因、轉錄因子、轉錄后miRNA、激素水平、營養(yǎng)調控方面都涉及到復雜的調控機制。我國家禽養(yǎng)殖業(yè)體量日漸增加,如何降低雞非必要脂肪沉積、提高產業(yè)經濟效益等問題愈發(fā)受到行業(yè)關注。在此背景下,研究雞脂肪生成過程的代謝調控機制,可以對如何降低雞的腹脂沉積、提高飼料利用率等行業(yè)關注問題提供理論指導?,F(xiàn)有的研究已經構建了雞脂肪生成的調控網絡,但還有許多需要深入研究的方面:1)隨著對脂肪代謝調控的研究,一些脂肪生成相關的調控基因和miRNA新成員陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),針對這些新成員的功能特性和調控機制需要進一步探究;2)雞的物種多樣性較為豐富,不同品種雞的脂肪代謝基因組成和序列存在差異,脂肪合成的相關蛋白和酶的表達也存在差異,建立和完善不同品種雞的基因庫對雞脂肪代謝的研究具有重要意義;3)激素的調節(jié)相較于酶對雞脂肪生成的調控更加復雜,涉及許多信號通路的激活,其調控網絡的構建還需更多的相關研究進行探究;4)目前對雞脂肪生成營養(yǎng)調控的研究較為表觀,探究營養(yǎng)調控手段對雞脂肪生成的直接調控機制還需進一步系統(tǒng)和深入地探究。