脂肪酸結(jié)合蛋白7 的研究進(jìn)展

呂 陽，曹 陽，高 一，劉理想，薛佳佳，張國梁*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130118；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院，吉林公主嶺 136100）

脂肪酸結(jié)合蛋白（Fatty Acid Binding Proteins，F(xiàn)ABPs）是一種細(xì)胞內(nèi)低分子量（14～16 ku）多肽，分布于脊椎動物、非脊椎動物細(xì)胞質(zhì)中，主要有9 種脂肪酸結(jié)合蛋白，并且在大多數(shù)組織中含量豐富，是胞內(nèi)脂質(zhì)結(jié)合蛋白超家族成員[1]。FABPs 參與細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的運(yùn)輸和體內(nèi)脂肪的合成與降解，參與脂質(zhì)代謝、基因調(diào)控、細(xì)胞信號、細(xì)胞生長和分化[2]。脂肪酸結(jié)合蛋白1（FABP1）在細(xì)胞器中具有儲存、氧化、受體調(diào)節(jié)或基因調(diào)節(jié)功能。FABP1基因敲除使小鼠肝臟脂肪酸的攝取和運(yùn)輸減少[3]，并防止肥胖和肝臟脂肪變性；脂肪酸結(jié)合蛋白3（FABP3）能將脂肪酸運(yùn)輸?shù)桨l(fā)生酯化和氧化部位，使脂肪酸最終生成三磷酸腺苷（ATP），F(xiàn)ABP3基因多態(tài)性對肉牛脂肪沉積有著顯著影響[4]；脂肪酸結(jié)合蛋白4（FABP4），又稱AP2，作為脂肪代謝標(biāo)志基因，在畜牧領(lǐng)域，它被認(rèn)為是肉類大理石紋的關(guān)鍵候選基因[5]；而脂肪酸結(jié)合蛋白7（FABP7）能夠參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，并位于脂質(zhì)代謝的PPAR 經(jīng)典通路中，調(diào)節(jié)脂肪酸的攝取和胞內(nèi)運(yùn)輸，與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)。近年來，家畜脂肪沉積及脂代謝的分子機(jī)制研究廣泛，雖然在哺乳動物中已經(jīng)廣泛證實FABP 家族成員的功能，但是關(guān)于FABP7 的調(diào)節(jié)機(jī)制仍然未知。本文就FABP7基因的結(jié)構(gòu)、分布及其在脂質(zhì)代謝、神經(jīng)系統(tǒng)和癌細(xì)胞增殖方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為今后利用FABP7基因開展相關(guān)育種研究提供基礎(chǔ)材料。

1 FABP7 基因的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)

1972 年Ockner 等[6]從大鼠腸細(xì)胞液中第1 個分離出FABPs。隨著對FABPs 的研究日益增加和深入，相繼發(fā)現(xiàn)9 種類型的FABPs，并且根據(jù)其分離的不同組織部位進(jìn)行了命名[1]，包括最初由鼠的腦組織中分離的腦脂肪酸結(jié)合蛋白，又稱FABP7。Bleck[7]等在1994年確定了小鼠的FABP7基因結(jié)構(gòu)，隨后其他物種的FABP7序列相繼被克隆出來。

NCBI 數(shù)據(jù)庫中顯示，除人由5 個外顯子和4 個內(nèi)含子組成以外，小鼠、大鼠、牛、綿羊、雞、豬6 個物種均由4 個外顯子和3 個內(nèi)含子組成。FABP7基因與FABPs 家族其他成員都是低分子量的胞漿蛋白質(zhì)，分子量都在15 ku 左右。其蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與除肝臟型外的其他7 種FABPs 相同[4]，在蛋白質(zhì)的N 端均由2 個α-螺旋結(jié)構(gòu)和10 條反向平行β鏈（βA-J8 構(gòu)成）折疊形成β折疊桶組成，這對于FABPs 與脂肪酸分子結(jié)合的穩(wěn)定性起到了一定作用，有助于脂肪酸的攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)等。

2 FABP7 基因的分布及功能

FABP7基因在哺乳動物中的腦、肝臟、乳腺、腎臟、皮下脂肪、肌肉中均有表達(dá)[8]，建鯉中主要在腦、肝臟和精巢中表達(dá)[9]。FABP7基因在神經(jīng)干細(xì)胞和發(fā)育中的腦星形膠質(zhì)細(xì)胞中大量表達(dá)，多不飽和脂肪酸（PUFAs）是大腦的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)成分，對大腦的正常發(fā)育至關(guān)重要，PUFAs 的細(xì)胞運(yùn)輸和生理作用與細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)結(jié)合蛋白基因家族編碼的脂肪酸結(jié)合蛋白緊密相關(guān)，F(xiàn)ABP7是ω-3 PUFA 的強(qiáng)結(jié)合劑，表明其通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在細(xì)胞的分化和增殖中發(fā)揮作用[10-12]。

3 FABP7 基因與脂質(zhì)代謝相關(guān)調(diào)控

FABP7與脂質(zhì)代謝關(guān)系密切，主要功能是結(jié)合以及運(yùn)輸PUFAs，這些脂肪酸在生長早期的細(xì)胞分化、突觸活化以及光感受器膜的生物合成中必不可少。在北京油雞全基因組關(guān)聯(lián)分析中，通過MLM 模型和GLM模型分析發(fā)現(xiàn)，在胸肌重、胸肌率均達(dá)到全基因組極顯著水平的SNP 位點(diǎn)附近存在FABP7基因[13]，由此分析FABP7可能是影響體重以及胴體性狀的候選基因。通過分析禁食和再喂食期間雞的葡萄糖和脂質(zhì)代謝酶相關(guān)基因的表達(dá)模式發(fā)現(xiàn)，在空腹48 h 后，脂肪酸合成和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因中的FABP7基因表達(dá)受到抑制[14]。

Cui 等[15]研究降低雄性激素對雞腹部脂肪沉積的分子機(jī)制的影響發(fā)現(xiàn)，與脂質(zhì)代謝相關(guān)的FABP7基因上調(diào)，并參與PPAR 信號通路。由于對去勢增加脂肪沉積的分子調(diào)控機(jī)制尚不明確，王璟等[16]對去勢豬皮下脂肪PPAR 信號通路基因表達(dá)量的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，去勢組與非去勢組相比，PPAR 信號通路有17 個基因表達(dá)量發(fā)生上調(diào)或下調(diào)變化，其中在去勢組中FABP7上調(diào)倍數(shù)最高，這與去勢豬脂肪沉積增加一致，說明FABP7可能促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化，在脂質(zhì)代謝中發(fā)揮作用。由此可見，F(xiàn)ABP7位于脂質(zhì)代謝的PPAR 通路中，同時參與脂肪細(xì)胞的分化，可以作為分子輔助標(biāo)記。Yun 等[17]利用高通量RNA 測序技術(shù)分析延黃牛前脂肪細(xì)胞分化過程中差異表達(dá)基因發(fā)現(xiàn)，隨著延黃牛前脂肪細(xì)胞逐漸分化，F(xiàn)ABP7基因表達(dá)量呈逐漸下降趨勢。綜上可見，F(xiàn)ABP7基因可能在畜禽的脂肪細(xì)胞分化過程具有不同作用。

與野生型同窩相比，缺乏乙酰膽堿酯酶的小鼠表現(xiàn)出顯著的表型和生物化學(xué)變化、體重和體重增長延遲、身體平衡性差等現(xiàn)象，這可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育有關(guān)的脂質(zhì)代謝之間存在密切關(guān)系[18-19]。Lin 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在乙酰膽堿酯酶缺陷小鼠中FABP7和磷脂酶A2 的mRNA 表達(dá)顯著下調(diào)；并且在FABP7敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞對長鏈脂肪酸的攝取減少[21]；miRNAs 是脂質(zhì)合成、脂肪酸氧化和脂蛋白形成與分泌的關(guān)鍵調(diào)控因子[22]，在以番茄紅素對高脂飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性和脂肪酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累為對象，對miRNAs 調(diào)節(jié)的保護(hù)作用進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，通過阻斷FABP7基因表達(dá)，miR-21 上調(diào)顯著阻斷硬脂酸（SA）誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累，并且FABP7的沉默降低了Hepa1-6 細(xì)胞中SA 誘發(fā)的脂質(zhì)積累[23-24]。FABP7基因作為脂肪酸結(jié)合蛋白家族的成員，參與脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)細(xì)胞對脂肪酸的攝取及脂肪積累等過程，為后期遺傳育種工作提供基礎(chǔ)。

4 FABP7 基因?qū)Υ竽X及神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控

FABP7在大腦發(fā)育中的作用明確，并且被證明是惡性膠質(zhì)瘤生長特性和預(yù)后的關(guān)鍵決定因素[25-27]。Sharifi 等[28]檢測了FABP7基因在小鼠皮層刺傷模型中的表達(dá)以及FABP7-KO 小鼠在膠質(zhì)細(xì)胞增殖中的表型，發(fā)現(xiàn)FABP7通過控制細(xì)胞脂肪酸動態(tài)平衡參與星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖；FABP7的配體二十二碳六烯酸（DHA）通過保護(hù)神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞免于細(xì)胞變性，防止腦缺血和脊髓損傷后神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞的降解，表明FABP7在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷中具有調(diào)節(jié)作用[29]；Maximin 等[30]研究FABP7與PUFAs 對小鼠大腦早期發(fā)育的影響發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ABP7與DHA 結(jié)合具有最高親和力，并在胚胎發(fā)生的早期階段表達(dá)。FABP7是DHA 對蛋白質(zhì)合成的必要介質(zhì)，與FABP7相關(guān)的高含量DHA 對于促進(jìn)早期大腦發(fā)育至關(guān)重要；同樣，花生四烯酸（AA）和DHA 的積累對大腦發(fā)育十分重要，在哺乳期間補(bǔ)充DHA 可以維持仔豬腦中的高DHA 水平，斷奶后3 周提高DHA 飲食水平可補(bǔ)償哺乳期母體DHA 缺陷，同時FABP7基因是一種神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志物，在具有高DHA:AA 比例的6 周幼仔的大腦中下調(diào)，相對于缺乏DHA的大腦，發(fā)育的大腦DHA 水平升高會加速腦成熟[31]?？梢园l(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ABP7基因在腦發(fā)育和中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究相對深入，其在大腦的生長發(fā)育階段有著不可忽視的作用。

5 FABP7 基因?qū)Π┘?xì)胞增殖的調(diào)控

FABP7基因是一種具有組織特異性表達(dá)模式的細(xì)胞內(nèi)蛋白，F(xiàn)ABP7基因異常表達(dá)已被報道與多種類型的人類腫瘤有關(guān)。王毅君等[32]成功構(gòu)建了FABP7基因的pcDNA3.1-FABP7真核表達(dá)載體，在轉(zhuǎn)染MCF-7細(xì)胞的3 個時間段與對照組比較檢測發(fā)現(xiàn)，其對人乳腺癌細(xì)胞 MCF-7 增殖具有抑制作用。鐘桂書等[33]研究黑素瘤細(xì)胞中FABP7基因的表達(dá)及其與細(xì)胞增殖、凋亡的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，通過下調(diào)FABP7基因表達(dá)量，良性痣中FABP7表達(dá)比黑素瘤高，F(xiàn)ABP7對體外培養(yǎng)黑素瘤細(xì)胞增殖有影響；并且FABP7基因可以通過PKC 和MAPK/ERK1/2 通路在黑素瘤細(xì)胞系中通過獨(dú)立的機(jī)制進(jìn)行調(diào)控[34]。腎細(xì)胞癌（RCC）是迄今為止最致命的泌尿系惡性腫瘤。生物學(xué)功能研究表明，F(xiàn)ABP7基因能夠通過激活ERK 和Stat3 信號通路，對RCC 細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)程具有重要意義[35-36]。結(jié)腸癌是消化系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，過表達(dá)FABP7可促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖、集落形成、細(xì)胞周期進(jìn)程，抑制細(xì)胞凋亡。此外，體內(nèi)FABP7基因的下調(diào)抑制了結(jié)腸腫瘤的生長。同時，F(xiàn)ABP7通過激活MEK/ERK 信號通路，對結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和生存具有促進(jìn)作用[37]。綜上所述，F(xiàn)ABP7可能成為一種新的診斷標(biāo)志物和潛在的治療靶點(diǎn)。

6 小 結(jié)

FABP7基因具有FABPS 家族的共有特征，在細(xì)胞的分化和增殖中參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并且位于脂質(zhì)代謝的經(jīng)典通路PPAR 通路中，與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)。目前，關(guān)于FABP7基因?qū)Υ竽X發(fā)育及中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的研究較為成熟，對于家畜脂質(zhì)代謝分子機(jī)制方面的研究相對較少，而近些年來對于脂質(zhì)代謝以及相關(guān)代謝性疾病的研究越來越普遍，F(xiàn)ABP7基因又與DHA、AA、SA、PUFAs 等緊密相關(guān)，這些物質(zhì)均在脂代謝中參與重要調(diào)控過程。因此，F(xiàn)ABP7是一個值得深入挖掘其潛能的基因，有望在今后的脂質(zhì)代謝及早期育種選育工作中發(fā)揮重要作用。