符一鳴 郎立敏 江青艷 王松波
(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,廣東省動(dòng)物營養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,優(yōu)百特脂立方功能性脂肪酸研究中心,廣州510642)
畜牧業(yè)中,動(dòng)物脂肪沉積與其產(chǎn)品品質(zhì)和健康密切相關(guān),而機(jī)體脂肪代謝和沉積的首要步驟是脂肪酸的攝取[1]。脂肪酸攝取涉及多種蛋白參與,包括小窩蛋白、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[2]、脂肪酸結(jié)合蛋白[3]和CD36等。CD36是一種廣泛表達(dá)的膜蛋白,是促進(jìn)脂肪酸攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)和脂肪沉積的重要載體[4]。CD36促進(jìn)脂肪酸的攝取功能受到多種因素的調(diào)節(jié),其中CD36的棕櫚?;谡{(diào)控CD36的脂肪酸攝取功能中發(fā)揮著重要作用。因此,本文在介紹棕櫚酰化生理功能的基礎(chǔ)上,總結(jié)了CD36的棕櫚?;瘜?dòng)物脂肪、心臟和肝臟等不同組織器官中脂肪沉積的調(diào)控作用及其可能機(jī)制,為深入了解棕櫚酰化修飾調(diào)控動(dòng)物機(jī)體脂肪沉積的作用及其應(yīng)用提供參考依據(jù)。
CD36在脂肪酸攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮著重要的作用。CD36屬于B類清道夫受體,在各種細(xì)胞中廣泛表達(dá),包括心肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞和乳腺上皮細(xì)胞等[5]。CD36可促進(jìn)長鏈脂肪酸的攝取,并參與細(xì)胞中脂質(zhì)沉積及利用。例如,脂肪組織中敲除CD36,會(huì)抑制褐色脂肪組織合成脂質(zhì),并使小鼠耐寒性降低[6];肌肉中敲除CD36,會(huì)破壞組織的脂肪酸攝取,使血液中甘油三酯的含量增加[7];腸上皮細(xì)胞敲除CD36,會(huì)導(dǎo)致脂肪酸和膽固醇攝取缺陷[8]。以上結(jié)果表明,CD36在脂肪酸攝取和脂肪沉積中發(fā)揮重要作用。
CD36促進(jìn)脂肪酸攝取功能的發(fā)揮依賴于其在質(zhì)膜上的定位,而質(zhì)膜的定位與棕櫚?;芮邢嚓P(guān)。CD36的氨基酸序列分析顯示,在其N-末端和C-末端含有4個(gè)棕櫚?;稽c(diǎn),這些棕櫚?;稽c(diǎn)可能調(diào)節(jié)CD36的質(zhì)膜定位[9]。這些結(jié)果提示,CD36的棕櫚?;揎椏赡軐χ舅釘z取和脂肪沉積具有重要調(diào)控作用。
棕櫚酰化是棕櫚酸與蛋白質(zhì)的氨基酸殘基相結(jié)合的過程。相對于其他翻譯后修飾,棕櫚?;且环N普遍的翻譯后修飾,也是目前研究較多的一種脂質(zhì)?;磻?yīng)。
根據(jù)棕櫚酸結(jié)合的氨基酸殘基不同,可將棕櫚?;瘎澐譃镺-棕櫚酰化、N-棕櫚?;?、ε-N-棕櫚酰化及S-棕櫚?;?圖1)[10]。O-棕櫚?;亲貦八狨ヅc蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基相連;N-棕櫚?;ㄟ^酰胺鍵結(jié)合于半胱氨酸殘基;ε-N-棕櫚酰化結(jié)合的蛋白質(zhì)殘基為賴氨酸;S-棕櫚酰化是棕櫚酸酯結(jié)合于半胱氨酸殘基上的一種可逆的酶促反應(yīng),棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶DHHC(Asp-His-His-Cys)催化該過程的發(fā)生。而?;鞍琢蛑?acylprotein thioesterase,APT)參與去棕櫚酰化的過程,水解半胱氨酸殘基與脂肪酸結(jié)合的硫酯鍵[11]。由于S-棕櫚?;目赡嫘裕蛊湎鄬τ谄渌鞍踪|(zhì)翻譯后修飾較為獨(dú)特,并在細(xì)胞蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[12]。
Lpcat1:溶血卵磷脂?;D(zhuǎn)移酶1 lysophosphatidylcholine acyltransferase 1;Porcn:豪豬酰基轉(zhuǎn)移酶 porcupine;Hhat:刺猬酰基轉(zhuǎn)移酶 hedgehog acyltransferase。
蛋白質(zhì)的S-棕櫚酰化可以參與調(diào)節(jié)亞細(xì)胞定位、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性等。目前,已有研究表明某些蛋白質(zhì)向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)需要發(fā)生蛋白質(zhì)的S-棕櫚酰化,而無法進(jìn)行S-棕櫚?;牡鞍踪|(zhì)則會(huì)滯留在蛋白質(zhì)合成途徑的早期細(xì)胞器中,從而無法靶向質(zhì)膜[13]。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的S-棕櫚?;粌H可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn),同時(shí)還可以介導(dǎo)蛋白質(zhì)在不同細(xì)胞器之間的轉(zhuǎn)運(yùn)[14]。此外,棕櫚?;€能維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,防止蛋白質(zhì)發(fā)生降解。
Tao等[9]研究發(fā)現(xiàn),CD36能夠發(fā)生S-棕櫚?;?,并存在4個(gè)棕櫚?;稽c(diǎn)——Cys3、Cys7、Cys464和Cys466。飲食來源的分子通過改變組織中蛋白質(zhì)的棕櫚?;绊懘x,而胰島素則作為重要的營養(yǎng)信號調(diào)控碳水化合物和脂質(zhì)代謝。高脂飼糧飼喂小鼠,小鼠的體重顯著增加,血糖水平顯著上升,機(jī)體內(nèi)胰島素敏感性降低,導(dǎo)致動(dòng)物體內(nèi)糖脂代謝紊亂,這些癥狀和CD36的棕櫚?;缴呙芮邢嚓P(guān)[15]。反之,通過突變棕櫚?;稽c(diǎn)能夠抑制CD36的棕櫚酰化,提高機(jī)體胰島素的敏感性,從而改善動(dòng)物的糖脂代謝狀況[15]。此外,哺乳動(dòng)物線粒體中高水平的去棕櫚?;砻髁酥|(zhì)代謝可能與蛋白質(zhì)棕櫚?;o密相關(guān),并揭示了這種翻譯后修飾在調(diào)節(jié)線粒體脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中的作用[16]。在動(dòng)物疾病模型——非酒精性脂肪肝炎(NASH)小鼠肝臟中CD36的棕櫚?;缴撸@導(dǎo)致機(jī)體脂肪酸攝取和消耗的不平衡[17]。相反,抑制棕櫚?;瘯?huì)限制細(xì)胞質(zhì)中CD36的分布,從而減少對脂質(zhì)的攝取,恢復(fù)機(jī)體的脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)[17]。總而言之,CD36發(fā)生S-棕櫚?;@一過程對維持機(jī)體糖脂代謝穩(wěn)態(tài)具有重要調(diào)控作用。
S-棕櫚?;鳛榉g后修飾中重要的脂質(zhì)修飾,能夠影響蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位。研究報(bào)道,CD36在脂肪、心臟和肝臟等不同組織器官的細(xì)胞中都發(fā)生S-棕櫚?;?。CD36的棕櫚?;苡绊懫滟|(zhì)膜的定位和隨后的內(nèi)吞作用,質(zhì)膜定位和內(nèi)吞作用又與CD36的脂肪酸攝取密切相關(guān)。接下來將闡述CD36的棕櫚酰化對上述不同組織脂肪酸攝取和脂肪沉積的調(diào)控作用。
在脂肪細(xì)胞的研究中,CD36是主要的棕櫚?;悬c(diǎn)[18],CD36的棕櫚?;山閷?dǎo)脂肪酸攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)以及脂肪沉積。研究表明,飼喂不同能量水平的飼糧能調(diào)控小鼠體內(nèi)脂肪沉積并影響CD36的棕櫚?;痆19]。相比于普通飼糧,飼喂高脂飼糧能增加小鼠體重,并伴隨有脂肪組織CD36棕櫚?;降纳摺M瑯?,棕櫚酸能使CD36的棕櫚?;黾?,促使脂筏中CD36的融入和脂滴的形成。但是,棕櫚?;稽c(diǎn)突變或棕櫚酰化抑制劑2-溴棕櫚酸酯(2BP)會(huì)破壞這種效應(yīng)。慢病毒轉(zhuǎn)染棕櫚酰化位點(diǎn)突變會(huì)使CD36的棕櫚?;揎棾潭冉档?,從而導(dǎo)致CD36融入脂筏的效率降低。棕櫚?;种苿?BP也可阻斷CD36的棕櫚?;?,抑制脂滴的形成[19]。
最新研究表明,棕櫚?;D(zhuǎn)移酶DHHC4在脂肪細(xì)胞的高爾基體中棕櫚?;疌D36,而DHHC5在脂肪細(xì)胞的質(zhì)膜上維持CD36的棕櫚?;@2種酶能夠促進(jìn)CD36脂肪酸攝取活性。脂肪細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)DHHC4和DHHC5可促進(jìn)CD36的棕櫚?;椭舅岬臄z取。相反,敲除DHHC4和DHHC5,會(huì)破壞CD36的棕櫚?;推渌閷?dǎo)的脂肪酸攝取[20]。
有報(bào)道顯示,CD36的棕櫚?;腿プ貦磅;h(huán)能調(diào)控脂肪沉積[21]。DHHC5的活性在該循環(huán)中發(fā)揮重要作用,Try91位點(diǎn)磷酸化能使DHHC5失活,從而阻斷CD36的棕櫚酰化及隨后的內(nèi)吞作用,破壞質(zhì)膜上脂肪酸與CD36的結(jié)合;相反,Try91位點(diǎn)突變能恢復(fù)DHHC5的活性,促進(jìn)CD36在質(zhì)膜上發(fā)生棕櫚?;约爸舅岬臄z取和脂肪沉積[22]。下游激酶酪氨酸激酶(tyrosine kinase,LYN)和非受體型酪氨酸激酶(non-receptor tyrosine kinase,SYK)的抑制劑處理細(xì)胞,均可促使CD36發(fā)生去棕櫚?;?,從而阻斷CD36的內(nèi)吞作用和CD36介導(dǎo)的脂肪酸攝取及隨后的脂肪沉積[21]。反之,?;鞍琢蛑敢种苿㎝L348能抑制CD36的去棕櫚?;瑥亩謴?fù)脂肪酸的攝取和脂肪的沉積[21]。綜上所述,在脂肪細(xì)胞中,CD36的棕櫚?;瘜χ舅釘z取和脂肪沉積具有重要調(diào)控作用。
CD36的棕櫚酰化在胰島素短期調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的脂肪酸攝取中發(fā)揮重要作用。CD36的棕櫚酰化影響胰島素所介導(dǎo)的蛋白質(zhì)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)[22]。胰島素可刺激CD36的棕櫚?;黾樱瑥亩笴D36靶向心肌細(xì)胞膜,促進(jìn)長鏈脂肪酸的攝取[23]。相反,棕櫚?;种苿\藍(lán)霉素(cerulenin)會(huì)抑制CD36的棕櫚?;?,從而阻斷胰島素的內(nèi)化,減緩其對脂肪酸攝取的刺激作用。
研究發(fā)現(xiàn),棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶DHHC5在心肌細(xì)胞中大量存在[24]。DHHC5還作為CD36的棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)其內(nèi)吞作用,促進(jìn)脂肪酸的攝取[21]。藥物抑制DHHC5可導(dǎo)致心肌細(xì)胞脂肪酸攝取和脂質(zhì)堆積減少[25]。CD36不僅是長鏈脂肪酸攝取的主要受體,還是DHHC5棕櫚?;牡孜?。因此,CD36缺失不僅會(huì)破壞脂肪酸的攝取,而且還會(huì)抑制棕櫚?;?。此外,棕櫚酰化可調(diào)控CD36在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)分選和轉(zhuǎn)運(yùn),因此棕櫚?;D(zhuǎn)移酶的底物棕櫚酰輔酶A也可作為新合成脂質(zhì)分子的一個(gè)重要傳感器,破壞這一傳感器也會(huì)影響CD36對脂肪酸的攝取及其棕櫚酰化水平[26]。綜上表明,CD36的棕櫚?;谡{(diào)控心臟內(nèi)脂肪酸的攝取和脂肪沉積中發(fā)揮著重要作用。
肝細(xì)胞中CD36的棕櫚?;茉黾悠鋵χ|(zhì)的攝取活性[27]。例如,高脂飼糧會(huì)導(dǎo)致小鼠肝臟中CD36的棕櫚酰化水平升高,脂滴累積明顯增加。此外,棕櫚酸也可顯著提高肝細(xì)胞內(nèi)CD36的棕櫚酰化水平和肝細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的累積。但是,棕櫚?;稽c(diǎn)突變會(huì)顯著降低CD36的棕櫚酰化水平,從而減少肝臟內(nèi)脂質(zhì)累積[19]。
多項(xiàng)研究表明,CD36在脂筏中的正確定位對脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)相當(dāng)重要[28-29]。棕櫚?;腃D36位于細(xì)胞膜脂筏中,并介導(dǎo)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸附[26]。但是,當(dāng)CD36的棕櫚?;稽c(diǎn)突變,無論在肝組織或細(xì)胞中,CD36位于脂筏區(qū)的分布明顯降低,脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)減少。同時(shí),棕櫚?;种苿?BP與棕櫚酸共同作用,也會(huì)表現(xiàn)出相似的情況[19]。這說明,抑制CD36的棕櫚?;軠p少CD36在脂筏區(qū)的分布,并影響其所介導(dǎo)的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)。
此外,CD36還可通過調(diào)控脂肪酸的β-氧化來影響肝臟脂肪的沉積[30],通過棕櫚酸依賴性耗氧率來反映CD36的棕櫚?;瘜χ舅幡?氧化的影響。相比于WT-CD36-HepG2細(xì)胞,棕櫚酰化位點(diǎn)突變的AA-SS-HepG2細(xì)胞具有更高的棕櫚酸依賴性耗氧量,表明后者的脂肪酸氧化得到了改善[17]。同樣,棕櫚?;种苿?BP也可使脂肪酸氧化顯著增加[17]。因此,肝細(xì)胞中抑制CD36的棕櫚?;瘯?huì)促進(jìn)脂肪酸β-氧化,減少脂肪沉積??傊?,CD36的棕櫚?;赏ㄟ^調(diào)控脂肪酸攝取和脂肪酸氧化來調(diào)節(jié)肝細(xì)胞中脂質(zhì)積累,這可作為肝臟脂質(zhì)沉積調(diào)控的潛在靶點(diǎn)。
CD36的棕櫚?;瘜χ舅釘z取和脂肪沉積具有重要調(diào)控作用,可能涉及的機(jī)制包括CD36的棕櫚?;軌蛘{(diào)節(jié)其質(zhì)膜定位、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和下游信號通路3個(gè)方面。
CD36的棕櫚?;揎棔?huì)調(diào)控其向質(zhì)膜和高爾基體的定位與靶向。研究表明,CD36的2個(gè)棕櫚?;D(zhuǎn)移酶DHHC4和DHHC5參與調(diào)控CD36靶向質(zhì)膜,任意一種棕櫚?;D(zhuǎn)移酶的失活都會(huì)導(dǎo)致CD36無法定位質(zhì)膜進(jìn)而抑制脂肪酸的攝取[20]。其可能的調(diào)控機(jī)制:棕櫚?;D(zhuǎn)移酶DHHC4在高爾基體中棕櫚?;疌D36,使其靶向質(zhì)膜;而棕櫚?;D(zhuǎn)移酶DHHC5幫助維持棕櫚?;腃D36在質(zhì)膜上定位,從而促進(jìn)膜上的CD36與脂肪酸結(jié)合[20](圖2)。在脂質(zhì)誘導(dǎo)胰島素抵抗方面,藥物抑制DHHC4和DHHC5可減少CD36的棕櫚?;捌湎嚓P(guān)易位,從而減少脂肪酸攝取和脂質(zhì)的堆積,蛋白質(zhì)棕櫚酰化的機(jī)制可能為對抗脂質(zhì)誘導(dǎo)的心肌病提供新的靶點(diǎn)[25]。
FFAs:游離脂肪酸 free fat acids;PM:質(zhì)膜 plasma membrane;Lipid droplets:脂滴;ER:內(nèi)質(zhì)網(wǎng) endoplasmic reticulum;Golgi apparatus:高爾基體;Palmitoyl groups:棕櫚?;鶊F(tuán)。
CD36的棕櫚?;€可以通過提高CD36的疏水性來促進(jìn)其在質(zhì)膜上的定位,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞對脂肪酸的攝取[28]。研究發(fā)現(xiàn),小鼠肝細(xì)胞上CD36的過度棕櫚酰化會(huì)促進(jìn)CD36向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)并導(dǎo)致肝細(xì)胞過度攝取脂肪酸,從而引發(fā)小鼠肝臟脂質(zhì)沉積增加和非酒精性脂肪肝[31]。
棕櫚?;揎椏梢跃S持CD36的穩(wěn)定性和細(xì)胞對脂肪酸的攝取,棕櫚?;稽c(diǎn)的突變會(huì)阻斷CD36棕櫚?;陌l(fā)生,從而破壞其穩(wěn)定性和細(xì)胞對脂肪酸的攝取。例如,CD36的棕櫚?;龠M(jìn)其在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中加工和成熟,并進(jìn)一步運(yùn)輸至高爾基體內(nèi)[29]。CD36的棕櫚?;稽c(diǎn)突變時(shí),棕櫚酰化受到抑制,其成熟度降低并伴隨著穩(wěn)定性的降低,從而導(dǎo)致進(jìn)入心臟的脂肪酸減少;此外,胰島素刺激可提高CD36的棕櫚?;?,增強(qiáng)其穩(wěn)定性,導(dǎo)致進(jìn)入心臟的脂肪酸過度增加[32]。
研究表明,CD36的棕櫚?;€與其他的翻譯后修飾之間存在相互作用[33]。棕櫚酰化遭破壞時(shí),會(huì)增加泛素化和CD36的降解,阻斷其所介導(dǎo)的脂肪酸攝取。因此,CD36的棕櫚?;赏ㄟ^其穩(wěn)定性的變化來調(diào)控脂質(zhì)沉積。
CD36的棕櫚?;€通過影響下游信號通路調(diào)控脂肪酸攝取和脂肪沉積。脂肪酸與CD36的結(jié)合激活下游通道激酶LYN,并進(jìn)一步磷酸化DHHC5使其失活。反之,CD36的去棕櫚?;瘯?huì)募集其他激酶磷酸化,促使負(fù)載脂肪酸的CD36發(fā)生內(nèi)在化,這一系列過程有利于脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的貯存(圖3)[21]。
FAs:脂肪酸 fat acids;PM:質(zhì)膜 plasma membrane;Caveolae:小窩結(jié)構(gòu);CAV1:小窩蛋白1 caveolin 1;LYN:酪氨酸激酶 tyrosine kinase;APT1:?;鞍琢蛑? acylprotein thioesterases;PY:磷酸化 phosphorylation;SYK:非受體型酪氨酸激酶 non-receptor tyrosine kinase;LDs:脂滴 lipid droplets。
NASH小鼠模型中,CD36過度棕櫚?;笴D36與酪氨酸激酶——原癌基因酪氨酸蛋白激酶(proto-oncogene tyrosine-protein kinase,F(xiàn)YN)和LYN之間的結(jié)合能力增強(qiáng),形成的三元復(fù)合物CD36/FYN/LYN會(huì)抑制腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)的激活,導(dǎo)致肝臟中脂肪酸β-氧化降低,脂質(zhì)異常堆積。反之,抑制CD36的棕櫚酰化能激活A(yù)MPK,進(jìn)而增強(qiáng)脂肪酸氧化,減少肝臟內(nèi)的脂質(zhì)堆積[30]。綜上所述,CD36的棕櫚?;赏ㄟ^調(diào)節(jié)下游信號通路來影響脂質(zhì)的沉積。
本文在介紹蛋白質(zhì)棕櫚?;砉δ艿幕A(chǔ)上,綜述了在脂肪、心臟和肝臟等不同細(xì)胞中CD36的棕櫚?;瘜χ境练e的調(diào)控作用及可能機(jī)制,可為深入了解CD36的棕櫚?;揎椪{(diào)控動(dòng)物機(jī)體脂肪沉積的作用及其在調(diào)控動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)和健康中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。在飼糧中添加棕櫚酸能促使CD36發(fā)生棕櫚?;?,進(jìn)而調(diào)控脂質(zhì)沉積有利于提高畜禽胴體品質(zhì),達(dá)到改善肉質(zhì)的需求。此外,當(dāng)前有關(guān)棕櫚?;芯康闹饕魬?zhàn)是蛋白質(zhì)棕櫚酰化檢測技術(shù),目前所研發(fā)出的檢測方法仍存在一些缺陷,需要進(jìn)一步改進(jìn)。當(dāng)前研究報(bào)道,大多偏向于棕櫚?;瘜ρ装Y和疾病等病理方面的調(diào)控,對脂肪沉積與代謝生理相關(guān)方面的研究還較少。因此,后續(xù)需要研發(fā)簡單、準(zhǔn)確的新型棕櫚酰化檢測技術(shù),同時(shí)有待更加系統(tǒng)和深入地研究蛋白質(zhì)棕櫚酰化對機(jī)體脂肪沉積的調(diào)控作用及可能機(jī)制。