CIDEA在脂代謝中的功能研究進(jìn)展

趙欣，姚大為，趙淑穎，陳成彬，馬毅

（1.南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津 300071；2.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，天津 300381；3.天津農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)學(xué)院，天津 300384）

牛奶作為一種營養(yǎng)豐富的食物來源，是新生哺乳動物生長和發(fā)育所必需的[1]。牛奶中含有維生素、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，其中乳蛋白含有人體所需的全部必需氨基酸，乳脂肪是機體獲取必需脂肪酸的主要來源，多為短鏈和中鏈脂肪酸[2]。在牛奶所有的營養(yǎng)成分中，乳脂的經(jīng)濟(jì)價值最高，而乳脂肪酸占乳脂重量的90%[3]。闡明牛奶脂肪酸的代謝機制對于提高牛奶的營養(yǎng)價值、改善牛奶中有益脂肪酸的構(gòu)成具有重要意義。

CIDEA（細(xì)胞死亡誘導(dǎo)DFFA樣效應(yīng)蛋白A）是一種脂滴相關(guān)蛋白，在脂肪組織中高度表達(dá)，靶向脂肪細(xì)胞中的脂滴，抑制甘油三酯水解并促進(jìn)脂質(zhì)儲存。目前多數(shù)研究表明，CIDEA在調(diào)節(jié)脂肪酸代謝中起重要作用。有研究表明，在哺乳期小鼠乳腺中檢測到CIDEA高水平表達(dá)，并且與脂質(zhì)分泌相關(guān)。此外，泌乳奶牛乳腺組織中高表達(dá)的CIDEA表明該蛋白也可能參與牛乳腺中脂質(zhì)的合成和分泌，對于CIDEA在奶牛乳腺脂代謝中的具體功能還需要進(jìn)一步的研究。

1 脂代謝

脂肪酸是一類脂肪族有機物，是人體健康不可或缺的成分，是人體膳食七大營養(yǎng)物質(zhì)中的一類[4]。脂肪酸的特性包括廣泛的生理活性和生物學(xué)效應(yīng)，對維護(hù)細(xì)胞膜完整性、促進(jìn)中樞神經(jīng)發(fā)育、產(chǎn)生能量、氧氣傳遞及調(diào)節(jié)發(fā)炎機制具有重要作用[4]。

反芻動物乳腺內(nèi)脂肪的合成有兩個途徑：一是通過血液循環(huán)攝取中長鏈脂肪酸作為前體，乳腺外源轉(zhuǎn)化脂肪酸；二是脂肪酸的從頭合成，即乳腺內(nèi)脂肪酸的合成，這一途徑以瘤胃內(nèi)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的乙酸和β-羥丁酸為前體物合成短鏈和中鏈脂肪酸[2]。反芻動物乳脂合成的前體并不主要來自淀粉分解產(chǎn)生的葡萄糖，這與單胃動物相比有顯著差異，反芻動物能夠通過瘤胃發(fā)酵，將木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等發(fā)酵的乙酸、丁酸經(jīng)過瘤胃壁的糖異生氧化形成β-羥丁酸，進(jìn)而乳腺上皮細(xì)胞利用β-羥丁酸作為前體合成脂肪酸，最終生成甘油三酯[5]。脂肪代謝的基本過程已有較多研究，但脂肪酸代謝的調(diào)控機理，尤其是基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)控機理尚不明確。

2 CIDE蛋白家族

2.1 CIDE蛋白家族的組成與分布

細(xì)胞死亡誘導(dǎo)DFF 45樣效應(yīng)子家族蛋白（CIDE）包括CIDEA、CIDEB和CIDEC在許多不同的組織中表達(dá)，被稱為脂滴（LD）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）相關(guān)蛋白[6]。CIDE家族三個蛋白都具有特異性的CIDE-N端結(jié)構(gòu)域和CIDE-C端結(jié)構(gòu)域。CIDE家族蛋白的N端由一個堿性保守結(jié)構(gòu)域連接一個酸性區(qū)域，N端結(jié)構(gòu)域間可以自身或與其他蛋白相互作用，如CIDEC的N端可以與脂滴特異性蛋白（Plin1，As160）相互作用促進(jìn)脂滴融合。CIDE蛋白的C端含有一個疏水區(qū)域負(fù)責(zé)脂滴定位功能，中間保守的堿性氨基酸（KKR）或KRR可以與磷脂酸（PA）結(jié)合，是CIDE蛋白融合的關(guān)鍵位點，一旦突變則喪失融合功能。其中CIDE-N端結(jié)構(gòu)域作為調(diào)控區(qū)域，可以與其他蛋白進(jìn)行互作，而CIDE-C端結(jié)構(gòu)域?qū)τ诩?xì)胞定位和引起細(xì)胞凋亡起到非常重要的作用[7]。

CIDE家族蛋白在不同的組織中表達(dá)，Zhou等[8]已證明CIDEA在棕色脂肪組織（BAT）、白色脂肪及腦、乳腺中表達(dá)較高；CIDEB在各組織的表達(dá)水平基本一致；而CIDEC高效表達(dá)于鼠白色脂肪組織（WAT）和棕色脂肪組織（BAT），在WAT中的表達(dá)量大約是在BAT的7.5倍[9]。據(jù)報道，在脂肪肝中檢測到CIDEA和CIDEC的mRNA，脂肪肝中有大量的脂質(zhì)積累且形成較大的脂滴[10,11]。

2.2 CIDE蛋白家族在脂代謝中的作用

雖然CIDE家族蛋白質(zhì)最初被鑒定可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，但許多研究也發(fā)現(xiàn)它們在調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)、衰老和代謝疾病如肥胖和糖尿病的發(fā)展中起著重要作用。研究證明CIDE蛋白是各種脂質(zhì)代謝途徑的重要調(diào)節(jié)劑，包括胰島素敏感性、脂質(zhì)儲存、脂解和脂質(zhì)分泌[6]。

脂質(zhì)合成是一個復(fù)雜的生物過程，部分由基因表達(dá)調(diào)節(jié)[12]。脂滴（LD）是一種包含磷脂單層結(jié)構(gòu)和中性脂質(zhì)核心的亞細(xì)胞器，是脂質(zhì)儲存的主要部位，在控制脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用[13～16]。近年來，細(xì)胞脂滴上發(fā)現(xiàn)了很多蛋白質(zhì)，比如CIDEA、CIDEC、ER、脂肪誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄物1（FIT1）和脂肪誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄物2（FIT2）等都可以誘導(dǎo)脂滴形成。CIDEA通過調(diào)節(jié)脂肪分解和產(chǎn)熱來控制BAT中的能量穩(wěn)態(tài)，并且人肥胖與CIDEA調(diào)節(jié)人脂肪細(xì)胞脂解作用有關(guān)[17]。與CIDEA類似，CIDEB在新陳代謝中也有重要作用。據(jù)報道，CIDEB通過控制肝臟中的脂肪生成和脂肪酸氧化來調(diào)節(jié)飲食誘導(dǎo)的肥胖、肝臟脂肪變性和胰島素敏感性[18]。此外，發(fā)現(xiàn)CIDEC與脂滴有關(guān)，并促進(jìn)分化的前脂肪細(xì)胞（3T3-L1）中甘油三酯的儲存[19,20]。所有這些研究表明，CIDE蛋白家族在調(diào)節(jié)脂代謝中起著重要作用[21]。

CIDEA在皮脂腺中的作用也是調(diào)節(jié)脂的含量、影響皮脂分泌，敲除CIDEA后可導(dǎo)致小鼠皮脂中的脂滴顯著減小，甘油三酯的含量降低，出現(xiàn)皮膚干燥和脫毛現(xiàn)象[22]。研究表明，小鼠體內(nèi)的CIDEA可以與解偶聯(lián)蛋白-1（UCP1）特異性結(jié)合，直接抑制UCP1的解偶聯(lián)活性，從而調(diào)控小鼠脂肪水解、肥胖和熱量產(chǎn)生，調(diào)節(jié)小鼠體內(nèi)脂肪代謝[23]。除了UCP1之外，CIDEA還被用作另一種BAT特異性標(biāo)記。由此可見，CIDEA在小鼠乳腺脂代謝及皮脂腺皮脂分泌中發(fā)揮重要作用，對于CIDEA在奶牛乳腺上皮細(xì)胞中的具體功能還有待進(jìn)一步研究。

CIDEB缺乏的小鼠患肥胖癥的概率降低，全身代謝速率增加，血清水平甘油三酯（TAG）和非酯化脂肪酸（NEFA）降低，并且對高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的肝脂肪變性有抵抗力[18]。與CIDEA在控制棕色脂肪細(xì)胞中的LDs大小的作用一致，CIDEB缺乏的肝細(xì)胞LDs更小，并且出現(xiàn)了肝脂肪酸氧化[18]。通過對CIDEB缺陷小鼠的研究表明，CIDEB可能通過與載脂蛋白ApoB相互作用以及腸內(nèi)乳糜微粒TAG的分泌，在控制肝臟VLDL-TAG分泌方面發(fā)揮替代作用[24,25]。當(dāng)受到高膽固醇飲食的刺激時，由于低密度脂蛋白受體（LDLR）的表達(dá)增加，CIDEB缺陷小鼠血漿和心臟中的膽固醇和LDL水平降低，但肝臟中的膽固醇水平升高[26]。綜上所述，CIDEB在維持TAG和膽固醇穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。

在CIDEC缺陷的WAT中，脂解、線粒體活性和線粒體相關(guān)基因的表達(dá)水平均增加。在全身缺碘癥小鼠和脂肪細(xì)胞特異性缺碘癥小鼠中，脂肪組織和全身炎癥減少[27,28]。此外，在CIDEC缺陷人類患者的WAT中也觀察到線粒體密度增加、多房脂滴和較小的冠狀炎癥的存在[29]。PPARγ激動劑和高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)形成的小鼠脂肪肝、肥胖病和人類脂肪肝都與CIDEC有關(guān)[30]。因此，CIDEC在控制脂質(zhì)儲存、LD生長、脂解、代謝活性和炎癥方面也起著主導(dǎo)作用。

3 CIDEA在奶牛脂代謝方面的功能

乳脂合成是一個復(fù)雜的過程，受基因表達(dá)變化的高度調(diào)節(jié)。研究表明，通過定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)對哺乳不同階段的牛乳腺上皮細(xì)胞CIDEA的表達(dá)水平進(jìn)行定量分析得知，CIDEA的表達(dá)在泌乳高峰期明顯高于干奶期和非妊娠期，在泌乳高峰期和泌乳后期的表達(dá)水平分別比非妊娠期高4.59倍和2.94倍[31]。此外，研究證明生理濃度的胰島素可以抑制牛乳腺上皮細(xì)胞中CIDEA的表達(dá)[31]。因此，CIDEA可能通過調(diào)節(jié)泌乳乳腺的營養(yǎng)和激素水平在脂代謝和能量消耗中發(fā)揮重要作用。

據(jù)報道，CIDEA可提高臨床患酮病奶牛的乳脂含量[32]。酮病是泌乳早期奶牛的主要代謝性疾病，這種疾病表現(xiàn)為牛奶產(chǎn)量逐漸減少，同時乳脂率增加，乳蛋白率減少。泌乳早期由于負(fù)能量平衡引起的身體脂肪動員導(dǎo)致奶牛體內(nèi)非酯化脂肪酸（NEFA）的血漿濃度增加。在反芻動物中，循環(huán)脂蛋白和NEFA被乳腺吸收，并直接用于乳脂合成。臨床酮病奶牛的乳腺中CIDEA的豐度顯著增加，并且體外數(shù)據(jù)顯示NEFA通過CIDEA增加乳腺上皮細(xì)胞中乳脂的合成和分泌[32]。綜上所述，CIDEA高表達(dá)于奶牛泌乳高峰期，能夠促進(jìn)脂質(zhì)的合成和分泌，在奶牛乳腺上皮細(xì)胞脂代謝中發(fā)揮重要作用。

4 總結(jié)

牛奶中總脂肪含量高，含有豐富的脂肪酸，其中的不飽和脂肪酸對心血管及高血脂等疾病起到預(yù)防的作用[33,34]。近年來共軛亞油酸引起了廣泛關(guān)注，它具有抗動脈粥樣硬化、減少脂代謝對免疫刺激影響及促進(jìn)生長的特性，并能減少身體脂肪，牛奶因其富含共軛亞油酸，因而從該角度上再次被認(rèn)可為營養(yǎng)、保健的天然飲品[35]。近年來，牛奶品質(zhì)與乳脂肪含量和組成之間的內(nèi)在聯(lián)系成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點問題。在脂肪酸攝入、合成和分泌的過程中，脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)緊密構(gòu)成了一個復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。脂肪組織和肝臟組織中脂代謝調(diào)控方面已經(jīng)取得較大研究進(jìn)展，目前通過篩選鑒定并完成了多個關(guān)鍵調(diào)控基因的功能驗證。但是在反芻動物中多數(shù)研究僅表明，CIDEA在脂代謝過程中發(fā)揮著重要的作用。因此，深入研究CIDEA在奶牛乳腺上皮細(xì)胞脂代謝中的功能具有重要意義。