脂聯(lián)素調(diào)節(jié)動(dòng)物糖脂代謝的機(jī)理及其營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

鄭思穎，黎力之，關(guān)瑋琨，廖曉鵬，張雁武，張海波，郭冬生

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，宜春學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，欣欣種業(yè)有限公司，江西宜春 336000）

脂聯(lián)素（APN）是白色脂肪組織分泌的一種內(nèi)源性生物活性蛋白質(zhì)，屬于可溶性膠原超家族，有全長(zhǎng)脂聯(lián)素（fAd）和球形脂聯(lián)素（gAd）2 種活性形式，廣泛存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物、禽類以及少量魚類中。APN 具有增強(qiáng)骨骼肌葡萄糖和脂肪酸利用，提高胰島素敏感性，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)和促進(jìn)脂質(zhì)氧化等作用。APN 調(diào)節(jié)糖脂代謝主要體現(xiàn)于以下2 個(gè)方面：①APN通過脂聯(lián)素受體（AdipoR）1 與磷酸酪氨酸銜接蛋白1（APPL1）結(jié)合，分別經(jīng)肝激酶B1（LKB1）和鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶激酶（CaMKK）激活一磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK），促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白（GLUT-4）從質(zhì)膜內(nèi)到質(zhì)膜的易位，增加葡萄糖攝取，增強(qiáng)胰島素敏感性，還誘導(dǎo)乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）磷酸化失活，恢復(fù)肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶（CPT）-1 活性，促進(jìn)脂肪酸氧化；②APN 通過AdipoR2 與APPL1 結(jié)合激活過氧化物酶增殖體激活受體（PPAR），增加胰島素敏感性，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)，并且上調(diào)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化基因表達(dá)，如?；o酶A 氧化酶（）和，促進(jìn)脂質(zhì)分解代謝。本文主要闡述APN 調(diào)節(jié)機(jī)體糖脂代謝的機(jī)理及動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控進(jìn)展，旨在為APN 的進(jìn)一步利用提供理論參考。

1 APN 概述

1.1 APN 結(jié)構(gòu) APN 由N 端信號(hào)肽、非同源或非螺旋可變區(qū)域、膠原結(jié)構(gòu)域和球狀羧基結(jié)構(gòu)域組成。N 端信號(hào)肽是引導(dǎo)新合成的蛋白質(zhì)向分泌通路轉(zhuǎn)移的短肽鏈。非同源或非螺旋可變區(qū)域包含1 個(gè)半胱氨酸殘基，可形成分子間二硫鍵，在不同物種中保守程度很低。膠原結(jié)構(gòu)域由22 個(gè)Gly-X-Y（X、Y 為任意氨基酸）重復(fù)序列組成，包含多個(gè)保守賴氨酸和脯氨酸殘基，通過非共價(jià)作用參與形成三聚體（LMW）。球狀羧基結(jié)構(gòu)域與X、VIII 型膠原蛋白，補(bǔ)體蛋白C1q 和腫瘤壞死因子（TNF-）家族等高度同源，具有疏水力，使APN 單體進(jìn)一步形成LMW，隨后在膠原結(jié)構(gòu)域經(jīng)糖基化和羥基化翻譯后修飾構(gòu)成中分子量多聚體（MMW）和高分子量多聚體（HMW），后兩者構(gòu)成大部分循環(huán)APN。APN 存在形式因動(dòng)物種類不同而異，雞脂肪組織和血漿中APN 為質(zhì)量大于669 ku 的獨(dú)特聚合物，而哺乳動(dòng)物APN 呈現(xiàn)LMW、MMW 和HMW3 種混合形式。

1.2 APN 生物學(xué)功能 APN 具有調(diào)節(jié)繁殖、炎癥反應(yīng)和糖脂代謝等多種生物學(xué)功能。在調(diào)節(jié)繁殖方面，APN 可維持激素穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)卵巢卵泡發(fā)育，提高動(dòng)物繁殖性能。Cheng 等研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，APN 基因敲除母鼠在發(fā)情前期血漿中雌二醇和促卵泡激素濃度顯著降低32.7%、15.4%，促黃體生成素顯著升高22.7%，卵母細(xì)胞數(shù)量和產(chǎn)仔量分別顯著減少81.3%、41.3%，返突卵泡數(shù)量顯著增加，竇前卵泡數(shù)量顯著減少，表明APN 的減少導(dǎo)致雌性小鼠雌二醇、促卵泡激素、促黃體生成素等激素分泌紊亂，繁殖能力受損。Singh 等利用5 μg/mL APN 治療多囊卵巢綜合征小鼠15 d 后，發(fā)現(xiàn)卵巢早期有腔卵泡增加24.9%，閉鎖卵泡減少33.5%，睪酮和雌二醇濃度顯著降低，促黃體生成素受體、類固醇激素合成急性調(diào)節(jié)蛋白和3-羥基類固醇脫氫酶等類固醇生成標(biāo)志物生成顯著減少。表明APN 可調(diào)節(jié)雄激素、雌激素等類固醇激素水平，促進(jìn)卵巢卵泡發(fā)育正?；?，使小鼠繁殖力恢復(fù)。在調(diào)節(jié)炎癥方面，fAd 發(fā)揮抗炎作用，而gAd 以LMW形式存在，發(fā)揮促炎作用。利用5 μg/mL gAd 處理小鼠細(xì)胞30 min 后，核轉(zhuǎn)錄因子含量顯著增加，促進(jìn)mRNA 表達(dá)和釋放；連續(xù)7 d 向患有結(jié)腸炎的小鼠注射2 μg/g 體重fAd 0.2 mL 后，小鼠結(jié)腸出血現(xiàn)象緩解，白細(xì)胞介素（IL）-1和腫瘤壞死因子（TNF-）的表達(dá)顯著降低，抵抗炎癥反應(yīng)，說明fAd 可緩解gAd引起的動(dòng)物炎癥。在調(diào)節(jié)糖脂代謝方面，APN 通過降低循環(huán)脂肪酸（FFA）含量，緩解機(jī)體胰島素抵抗作用。高脂飲食處理小鼠每隔0.5 d 注射3 μg/g 體重fAd 14 d 后，葡萄糖輸注率顯著高于對(duì)照組，骨骼肌甘油三酯（TG）、1-油酰甘油和甘油-3-磷酸酯等57 種代謝物含量顯著降低，十九烷酸和二十二碳烯酸等代謝物含量提高，表明APN 能緩解高脂飲食條件誘導(dǎo)的全身胰島素抵抗，調(diào)節(jié)糖脂代謝。此外，APN還有抗纖維化、調(diào)節(jié)骨代謝、預(yù)防癌癥等生物學(xué)功能。

2 APN 調(diào)節(jié)糖脂代謝機(jī)制

2.1 APN 介導(dǎo)AMPK 通路調(diào)節(jié)糖脂代謝 在肝細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞中，APN 通過促進(jìn)AdipoR1 與APPL1 結(jié)合使LKB1 發(fā)生去磷酸化，促進(jìn)其從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，增加細(xì)胞質(zhì)中LKB1 積累，激活細(xì)胞能量傳感器AMPK，發(fā)揮調(diào)節(jié)脂肪酸氧化、葡萄糖攝取和糖酵解等作用。與對(duì)照組相比，利用0.3 mg/kg gAd 鼻內(nèi)注射缺氧大鼠23 h 后，其AdipoR1、APPL1、細(xì)胞質(zhì)LKB1 表達(dá)和磷酸化AMPK 的表達(dá)顯著增加。APN和AdipoR1、APPL1 結(jié)合后，還可誘導(dǎo)Ca從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放和細(xì)胞外Ca內(nèi)流，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca水平升高，激活CaMKK，活化AMPK。Ding 等研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，1 μg/mL fAd 灌注大鼠腺體10 min 后其寬度增加105.35%，磷酸化LKB1 無顯著性變化，而腺體中磷酸化CaMKK水平增加162.83%，腺體中的磷酸化AMPK 水平增加230.41%，表明APN 促使細(xì)胞膜緊密連接開放調(diào)節(jié)Ca，激活CaMKK，活化AMPK。因此，APN 分別通過提高細(xì)胞質(zhì)中LKB1 和細(xì)胞內(nèi)Ca，磷酸化AMPK。

AMPK 活化后增加磷酸果糖激酶（PFK）和GLUT-4的活性和表達(dá)，提高葡萄糖攝取和糖酵解速率。與對(duì)照組相比，20 ng/mL APN 處理大鼠海馬神經(jīng)元15 min后，米氏常數(shù)減少65.4%，處理30 min 后糖酵解速率最大值增加141.8%，45 min 后PFK 活性提高。表明APN 通過增加PFK 活性，提高葡萄糖攝取能力和糖酵解速率。利用5 μg/mL HMW 預(yù)處理小鼠脂肪細(xì)胞2 h后，進(jìn)行胰島素刺激，發(fā)現(xiàn)mRNA 表達(dá)增加，葡萄糖攝取顯著增加，細(xì)胞糖脂毒性減弱，表明HMW可以抵抗糖脂毒性對(duì)葡萄糖攝取的影響，使脂肪細(xì)胞對(duì)胰島素反應(yīng)正常，并具有胰島素增敏作用。同時(shí)，AMPK 活化會(huì)誘導(dǎo)ACC 磷酸化失活，使細(xì)胞丙二酰輔酶A 水平下降，CPT 活性提高，促進(jìn)長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體內(nèi)氧化，降低脂質(zhì)含量。研究發(fā)現(xiàn)，較對(duì)照組，重組腺病毒載體編碼處理雞脂肪細(xì)胞1 d 后，APN 表達(dá)增加80%，磷酸化AMPK 水平升高，ACC2磷酸化增加，CPT-1 表達(dá)提高；經(jīng)過8 d 處理后脂滴形成受到抑制，細(xì)胞膜二脂酰甘油含量下降30%。表明APN 表達(dá)提高利于脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)，加速脂肪酸氧化。同時(shí)，APN 增加使小鼠胰島素敏感性提高，促進(jìn)脂質(zhì)分解。Li 等研究發(fā)現(xiàn)12 周高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠連續(xù)皮下注射2.5 μg/d gAd 14 d 后，其血漿APN 濃度增加，骨骼肌中AMPK、ACC 磷酸化顯著增加，血漿、肝臟和肌肉中的TG 濃度分別顯著降低35%、45% 和60%，血漿葡萄糖和胰島素濃度分別降低10% 和65%。綜上所述，APN 釋放增強(qiáng)AdipoR1 與APPL1 的相互作用，分別通過LKB1 和Ca/CaMKK 2 種上游激酶誘導(dǎo)激活A(yù)MPK。隨后AMPK 磷酸化一方面增加PFK 和GLUT-4 的表達(dá)和活性，增強(qiáng)胰島素敏感性，提高葡萄糖攝取和糖酵解，另一方面誘導(dǎo)ACC 磷酸化失活，導(dǎo)致細(xì)胞丙二酰輔酶A 水平下降，CPT-1 活性恢復(fù)，提高脂肪酸氧化速率，降低脂質(zhì)含量。

2.2 APN 介導(dǎo)PPAR通路調(diào)節(jié)糖脂代謝 在肝臟和棕色脂肪組織中，APN 通過促進(jìn)AdipoR2 與APPL1 結(jié)合，激活核受體PPAR。與對(duì)照組相比，利用1.0 μg/mL APN孵育大黃魚原代肌細(xì)胞24 h 后，AdipoR2、APPL1 表達(dá)顯著增加。小鼠脛骨前肌AdipoR2 過度表達(dá)后，APN 水平增加6～7 倍，及其下游靶基因mRNA提高2 倍。說明APN 和AdipoR2 結(jié)合后，與APPL1 互作使PPAR活化。PPAR活化后降低機(jī)體胰島素抵抗，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)。Aye 等研究發(fā)現(xiàn)，與注入賦形劑的肥胖小鼠相比，飼喂高脂高糖飲食的肥胖母鼠在胚胎發(fā)育14.5 d 連續(xù)輸注0.62 μg/g 體重APN 4 d 后，體內(nèi)總APN 增加48.6%，提高胎盤PPAR磷酸化，血清胰島素水平恢復(fù)正常，胰島素受體底物-1 激活程度緩解，其滋養(yǎng)細(xì)胞質(zhì)膜GLUT3 和GLUT1 表達(dá)降低，胎兒血糖水平恢復(fù)正常。表明APN激活PPAR提高胰島素敏感性，調(diào)節(jié)動(dòng)物的葡萄糖攝取利用，維持糖代謝平衡。

同時(shí)，APN 激活PPAR后，與視黃醛X 受體結(jié)合形成復(fù)合物，進(jìn)而識(shí)別靶基因PPAR 響應(yīng)元件上序列特定區(qū)域的DNA，增加脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和氧化基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)脂肪酸分解，并降低脂肪酸合成基因轉(zhuǎn)錄抑制脂肪酸合成。Chen 等發(fā)現(xiàn)，64 ng/mL APN處理牛肝細(xì)胞4 h 后，PPAR的轉(zhuǎn)錄活性和蛋白表達(dá)水平增加，脂質(zhì)氧化基因、肝脂肪酸結(jié)合蛋白（）、和?；o酶A 合成酶長(zhǎng)鏈1（）mRNA 水平顯著升高，脂質(zhì)合成基因、脂肪酸合酶（）和硬脂酰輔酶A 去飽和酶1（）的表達(dá)水平均顯著降低，TG 含量顯著減少?？梢夾PN 通過調(diào)控脂質(zhì)氧化基因和脂肪生成基因的表達(dá)水平，降低細(xì)胞內(nèi)TG 含量。此外，10 周齡雌雄APN 基因敲除小鼠肌肉和肝臟中基因表達(dá)顯著降低，血漿TG、TNF-和FFA 濃度顯著增加，葡萄糖耐量受損，仔鼠具有更高的胰島素抵抗，表明APN 的存在能激活PPAR促進(jìn)脂質(zhì)氧化和改善胰島素抵抗。綜上所述，APN 通過AdipoR2 與APPL1 結(jié)合激活PPAR通路，一方面增加胰島素敏感性維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)糖代謝平衡；另一方面提高脂肪分解相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，如和，減少脂肪酸合成基因轉(zhuǎn)錄，如和，降低TG 和FFA 濃度維持脂代謝平衡。

3 營(yíng)養(yǎng)手段調(diào)控APN 提高動(dòng)物生產(chǎn)性能

目前可采取添加共軛亞油酸、益生菌和-羥基--甲基丁酸等多種營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段提高APN 表達(dá)，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。在調(diào)控動(dòng)物腸道功能方面，共軛亞油酸和干乳酪桿菌提高APN 表達(dá)，可促進(jìn)腸道發(fā)育，增加腸道相關(guān)指標(biāo)，增強(qiáng)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)能力。Uken 等對(duì)新生犢牛補(bǔ)充10 g/d 共軛亞油酸后，發(fā)現(xiàn)其血漿中APN 濃度升高，回腸絨毛高度與隱窩深度比值提高。提示APN提高新生犢牛消化吸收能力，改善動(dòng)物健康狀態(tài)。此外，Zhang 等發(fā)現(xiàn)誘變劑誘導(dǎo)的小鼠體內(nèi)炎癥和增生顯著增加，添加干酪乳桿菌后APN 水平升高，緩解粒細(xì)胞浸潤(rùn)和增生，疣微菌、高山姬鼠螺桿菌和倉(cāng)鼠螺桿菌等致病微生物數(shù)量減少，顯著降低小鼠肝臟核因子-B 表達(dá)，結(jié)腸組織緊密連接蛋白15、氯化物細(xì)胞內(nèi)通道（CLCN）4 和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子的表達(dá)顯著提高，顯著增加盲腸丁酸和乙酸分泌，改善腸道內(nèi)環(huán)境。在改善動(dòng)物脂代謝方面，-羥基--甲基丁酸和槲皮素促使APN 水平上升，可增加脂質(zhì)氧化基因表達(dá)，降低體脂含量，改善家禽家畜屠體性狀。Duan 等在育肥豬飼料中添加0.62%-羥基--甲基丁酸后，發(fā)現(xiàn)脂肪組織APN，IL-15 和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21等濃度顯著增加，激素敏感性脂肪酶和甘油三酯脂肪酶表達(dá)上升，減少腎周脂肪和總脂肪質(zhì)量，改善育肥豬胴體性狀。對(duì)肉雞補(bǔ)充0.06% 槲皮素后，發(fā)現(xiàn)其回腸APN 含量增加，酒精脫氫酶和基因顯著上調(diào)，血清中TG、TC 和低密度脂蛋白含量顯著降低，胸肌率增加，腹脂率顯著降低。因此，APN 通過參與調(diào)控腸道微生物結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道消化吸收，降低炎性因子表達(dá)，在防控動(dòng)物慢性腸道炎癥，維持腸道健康，提高動(dòng)物胴體性狀（如胸肌率、腹脂率）中發(fā)揮重要作用。目前，APN 在營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方面的應(yīng)用多集中于提高機(jī)體脂肪氧化能力，減少家禽家畜脂肪沉積，改善其胴體性狀，但APN 的添加劑能否提高水產(chǎn)動(dòng)物肉品質(zhì)以及反芻動(dòng)物免疫功能方面還有待進(jìn)一步探究。

4 小結(jié)和展望

APN 主要通過AdipoR1、AdipoR2 與APPL1 結(jié)合激活A(yù)MPK 和PPAR通路：①APN 和AdipoR1 結(jié)合后與APPL1 互作，分別通過LKB1 和Ca/CaMKK 2種上游激酶誘導(dǎo)激活A(yù)MPK，增加PFK 和GLUT-4 的表達(dá)和活性，同時(shí)使ACC 磷酸化失活，細(xì)胞丙二酰輔酶A 水平下降，CPT-1 活性恢復(fù)，胰島素敏感性增強(qiáng)，葡萄糖攝取和糖酵解增加，脂質(zhì)含量降低；②APN 和AdipoR2 結(jié)合后與APPL1 互作，磷酸化PPAR，胰島素敏感性提高，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)，同時(shí)增加脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化和減少脂肪酸合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)脂質(zhì)氧化，抑制脂質(zhì)合成。目前，APN 在調(diào)節(jié)糖脂代謝方面研究逐漸增多，其在動(dòng)物生產(chǎn)方面的潛力越發(fā)明顯。但APN 介導(dǎo)的PPAR通路具體如何調(diào)控糖代謝的機(jī)制研究較少，其在不同物種間介導(dǎo)AMPK 和PPAR通路調(diào)節(jié)糖脂代謝差異性，且作為分子標(biāo)記基因，APN 基因主要用于家禽家畜的肉質(zhì)性狀和胴體性狀，而繁殖性狀和能量平衡方面還需進(jìn)一步探究。