脂肪酸結合蛋白生物學特性及對脂肪代謝調控的研究進展

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　　20世紀70年代美國加州大學的Ocker等在研究大鼠的小腸脂肪酸吸收的調節時，在腸粘膜發現了脂肪酸結合蛋白(FABP)。它是一族同源性的小分子細胞內蛋白質，廣泛存在于動物腸、心、腦、脂肪、骨骼肌等多種細胞內，占細胞內可溶性蛋白總量的3%～8%。主要參與細胞內脂肪酸的運輸，可將脂肪酸從細胞膜上運送到甘油三酯和磷脂合成的位點。至今為止，已發現至少存在9種類型的FABP，并以分離或鑒定的第一種組織命名。分別為心型(H)、脂肪細胞型(A)、肝型(L)、腸型(I)、腦型(B)、回腸型(I1)、上皮細胞型(E)、髓磷脂型(My)、睪丸型，其中一些類型只存在于一種組織，如I、 A、My、B、睪丸型;H型則存在于許多組織器官中，如心臟、骨胳肌、平滑肌、主動脈、腎臟、腦等;一些組織器官如腎、胃、卵巢含多種類型FABP，在腸上皮的細胞內就含有不同類型的FABP(I、L)?！　? 脂肪酸結合蛋白生化結構特點、類型、分布
　　1.1 結構特點
　　FABPs一般含有126-137個氨基酸，分子量在 14-16 kDa之間，表現出 38%-70%的氨基酸序列的相似性，該族基因大都含有4個外顯子和3個內含子，只是不同類型FABPs基因的內含子大小有差別(1.2-8.4kb)。通過各種生物物理技術研究表明，FABP家族在三級結構上具有共同的特點：在核苷酸鏈的N端附近有兩條短的α-螺旋，緊接著是10條反平行的β-鏈，然后它們組裝成兩個幾乎正交的β-折疊。
　　1.2 類型與分布
　　通過不同的方法(如凝膠過濾、離子交換、親和色譜以及電泳技術等)研究，人們發現：除細胞外液以及特定的細胞類型(如紅細胞和Kupfer細胞)，哺乳動物的所有組織中都存在該種蛋白。此外，FABPs 還存在于鳥類、魚類以及昆蟲的與脂肪代謝相關的組織中。細胞的脂類結合蛋白中，該蛋白家族的濃度顯著高于其它一些蛋白(如非特異性的脂類轉運蛋白、磷脂轉運蛋白、酰基CoA結合蛋白等)。FABPs類型表現出組織和細胞的特異性，其命名也是根據分離出的第一種組織來確定的。在某些組織里，一種FABP類型局限于特定的細胞，如肝細胞里的肝FABP，而某些組織里許多FABP類型存在于不同的或相似的細胞類型里。4種FABP在胃里表達，但是存在細胞類型和發展階段的差異;肝臟和心臟的FABP是在腎臟的不同位置;在空腸和回腸的腸細胞里都可以發現肝和腸FABP;心臟FABP是最普遍的一種類型，除了心臟和骨骼肌，還有許多組織含有這種蛋白;腸型、脂肪細胞型、髓磷脂型和表皮的FABP類型局限于一種組織或器官中。
2 脂肪酸結合蛋白生物學功能
　　2.1 結合長鏈脂肪酸
　　在FABPs分子中心有高親和力的結合位點，與長鏈FA以非共價鍵結合。它還能結合長鏈脂酰CoA、膽固醇、膽固醇酯及花生四烯酸。FABPs這種結合特性可以緩解不飽和脂肪酸對細胞的損傷作用。
　　2.2 參與脂肪酸的攝取和轉運，調節脂類代謝
　　脂肪酸通過各種細胞質膜的轉運一般認為是簡單擴散和脂類分離的被動過程。這種轉運隨之就結合到細胞質FABPs上，然后運輸到細胞器里，或者沿著細胞內膜繼續移動。FABPs能夠加強脂肪酸的轉運擴散，促進細胞膜吸附脂肪酸。它不僅能結合囊泡和脂質體中的脂肪酸，還能結合線粒體膜和脂單層中的脂肪酸。FABPs通過對FA的攝取、運載、酯化和β氧化等環節，調節FA的氧化供能及磷脂、甘油三酯的代謝。
　　2.3 調節細胞內脂肪酸的濃度，調控多種細胞內的生化反應過程
　　在多酶系統中進行的有關FABPs在脂肪酸及其CoA濃度調控中作用的研究結果表明：FABPs可能影響脂類代謝的酶，還阻斷或逆轉脂肪酸及其?；?CoA對其它酶及細胞膜的作用。大量的FABPs使細胞擁有一個細胞內的脂肪酸池，能夠在一個較大的濃度范圍內將游離脂肪酸的濃度維持在較低的水平。此外，FABPs在長鏈脂肪酸的攝入以及維持機體代謝內環境平衡中的重要作用已經通過基因破壞實驗得到證明。
　　2.4 參與細胞內脂肪酸隔室化分布
　　Ockner用3H-油酸灌胃，同時靜脈注射14C-油酸，結果發現3H-油酸的成分摻入到胞漿中的甘油三酯、脂肪酸衍生物，進而被氧化組成磷脂分子。提示小腸上皮細胞的FABP參與了脂肪酸隔室化分布。此外，FABPs的功能還表現在調節細胞增殖和生長，調節基因轉錄、信號轉導，增加疏水配基在腦漿中溶解，促進跨膜轉運等方面。
　　3 脂肪酸結合蛋白對脂肪代謝調控機制
　　3.1 FABP對脂肪酸吸收的影響
　　轉染H-FABP cDNA的3T3前脂肪細胞和COS-7細胞不改變對脂肪酸的吸收;小鼠缺乏A-FABP不影響脂肪組織吸收脂肪酸，但影響甘油三酯的合成和分泌，影響營養性肥胖誘導的胰島素抗性的產生。A-FABP可能參與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)基因的表達。經A-FABP轉染的中國倉鼠卵巢細胞對油酸的吸收提高了1.5～2倍，并發現了脂肪酸的較高酯化;經L-FABP cDNA和I-FABP cDNA轉染的成纖維細胞中，油酸的酯化增加;轉染大鼠H-FABP cDNA的成肌細胞也顯著提高了對脂肪酸的吸收和酯化;而牛H-FABP在酵母的表達不影響脂肪酸、磷脂的合成。這些報道說明FABP對脂肪酸吸收的影響與FABP類型和細胞類型有關。
3.2 FABP對脂肪酸代謝的調節
　　FABP對脂肪酸及其CoA衍生物親和力的差異可能使細胞在不同條件下能夠靈活地調節脂肪酸的代謝。據一些實驗推測，調節作用包括：影響細胞內信號轉導和基因轉錄;改變細胞內氧化還原電位;改變細胞內與代謝相關酶的活性;增加脂肪酸在膜間的擴散。有實驗表明，FABP可保護膜內多不飽和脂肪酸，防止其被過氧化。這個實驗還提示FABP通過降低脂氧合酶的活性，使脂肪酸不易被氧化，進而達到調節的目的。但也有相反的報道，鼠被禁食12～48h后 FABP在紅肌纖維的含量增加60%，而在白肌纖維的含量幾乎沒有改變。兩種骨骼肌FABP的含量有顯著差異。紅肌纖維有較強的氧化脂肪酸的能力，說明 FABP與脂肪酸在紅肌纖維內的利用有關。FABP可能誘導脫氫酶的活性，使脂肪酸代謝加快。這一結果與上述的降低酶活性似有矛盾，但正是這種不同組織、不同條件下FABP有不同的活性，才能使脂肪酸的代謝有序進行。
　　3.3 豬脂肪酸結合蛋白基因的表達與調控
　　H-FABP主要在心肌、骨骼肌表達，豬的H-FABP基因最早由Fournier等分離，Gerbens等通過與人H-FABP cDNA噬斑雜交，含有豬H-FABP基因的λ噬菌體被分離出來，確定了其基因序列含有1.6kb的5′-上游調控區域和0.2kb的3′-非轉錄區。 Gerbens等利用限制性內切酶對850bp和700bp兩個PCR產物進行分析，發現了3種位于H-FABP基因的限制性長度多態性片段(RFLP) 存在差異，其中一種位于5′-上游調控區域，兩種位于第2內含子內。Gerbens等以杜洛克豬為供試群體，試驗結果表明，在Hinf I-RFLP同型的單倍體之間，IMF含量顯著，約達0.3%。Gerbens等報道豬H-FABP基因RFLP多態性對IMF含量有顯著關系(0.4%，P<0.05)，對生長也相關(2.4kg，P<0.1)，豬H-FABP基因定位在第6號染色體上，位于磷酸葡糖酸脫氫酶(PGD)基因附近，在這個染色體區域的基因對豬的一些特性有調節作用，如在杜洛克豬中，PGD基因與豬肉的緊密評分有關，還與平均日增重有關，目前還沒有人報道在第6號染色體上有基因或標記影響IMF含量。不過Leptin受體基因(LEPR)也位于第6號染色體上，這個基因也可能是一個與肥胖變化有關的潛在候選基因。但Gerbens等認為影響IMF主要還是歸因于H-FABP本身。
　3.4 FABP基因的脂肪酸調控
　　在細胞內，脂肪酸變化與FABP表達有明顯的關系。比如小腸的FABP明顯受采食的脂肪調控，在大鼠從哺乳到斷奶的過渡時期，即當高碳食物代替高脂食物時，腸的L-FABP mRNA下降一半，而I-FABP沒有大幅度下降;通過對大鼠進食高脂食物和禁食3d分別進行測定，后者I-FABP和L-FABP mRNA含量增加了2倍，相反采食高脂食物的大鼠，其I-FABP mRNA含量僅略有增加，表明采食的脂肪酸水平對I型、L型基因在鼠小腸的表達有調控作用。研究表明，長鏈脂肪酸對A-FABP基因的表達具有誘導作用。其誘導機制有兩種：一是長鏈脂肪酸能加強A-FABP基因的轉錄增強子結合蛋白Fral的基因轉錄，進而間接促進A-FABP基因轉錄;二是長鏈脂肪酸能增加Fral mRNA和A-FABP mRNA的穩定性，如油酸能使前脂肪細胞內Fral和A-FABP的mRNA水平升高20倍，其它脂肪酸也有誘導作用，而短鏈和中鏈脂肪酸則無誘導作用。
　　4 問題與展望
　　盡管FABP已發現多年，但它的確切功能、轉運脂肪酸的機制還不完全清楚，尤其是有關FABP基因影響肌內脂肪沉積的研究還剛剛起步，其作用機制也有待進一步研究。FABP還與心臟病、糖尿病、癌癥等一些疾病有關，但其作用機制尚不清楚，仍在研究之中。總之，弄清FABP的功能對動物營養和人類健康都具有重要的現實意義。

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