脂联素基因及其在动物生产中的研究进展

吴 芸，彭 珊，陈 瑶，张素英

（1.遵义师范学院生物系，贵州遵义563002；2.贵阳市农业委员会，贵州贵阳550081；3.遵义师范学院化学系，贵州遵义563002）

脂联素基因及其在动物生产中的研究进展

吴 芸1，彭 珊2，陈 瑶1，张素英3

（1.遵义师范学院生物系，贵州遵义563002；2.贵阳市农业委员会，贵州贵阳550081；3.遵义师范学院化学系，贵州遵义563002）

脂联素是脂肪细胞所分泌的细胞因子，是迄今为止所发现的唯一与肥胖呈负相关的脂肪细胞因子，具有调节葡萄糖、脂肪酸代谢及调控生物体能量稳态等功能。现就脂联素的基因结构、生物学功能及其在动物生产中的研究进展作一综述，以期为动物分子育种研究提供新的思路。

脂联素；脂质代谢；动物生产

在动物生产中，动物摄入能量用于维持和生产，剩余的部分便以脂肪的形式储存，过多的脂肪沉积会使动物肉产品不受消费者欢迎，也会对消费者的健康造成不利影响。随着人们生活水平的提高，消费者面临多种食物选择的机会，对动物肉产品的需求也正悄然发生变化，人们希望消费优质的动物肉产品。影响肉品质的因素很多，但遗传和营养因素是最主要的。影响动物脂肪沉积的基因目前成为国内外动物遗传育种学者研究的热点之一。

长久以来，脂肪组织一直被认为是被动的、不活跃的组织。脂肪细胞内分泌功能的发现是近年内分泌学科领域的突破性进展之一，打破了脂肪组织仅仅作为能量储存组织的传统观念。脂肪组织不仅能够储存能量，还参与能量代谢和平衡[1]。脂肪组织以内分泌、旁分泌和自分泌的形式分泌大量的生物活性物质——脂肪细胞因子，如：瘦素、血浆抵抗素、肿瘤坏死因子、白介素-6、胰岛素样生长因子-1、脂联素等[2]。脂联素是脂肪细胞所分泌的若干细胞因子中含量最高的，是迄今为止所发现的唯一与肥胖呈负相关的细胞因子，它以内分泌方式循环于血液中，参与调节葡萄糖、脂肪酸代谢及抵抗炎症反应等生命活动。现将脂联素的基因结构、生物学功能、目前在动物研究上的进展作一综述，以期为改善动物胴体品质、生长性能及动物脂联素基因与脂肪沉积的分子育种研究提供理论依据。

1 脂联素的来源

脂联素是脂肪组织特异性分泌的一种胶原样细胞因子，是由4个小组分别用不同的方法发现的。1995年，Scherer等[3]对小鼠3T3-L脂肪细胞mRNA反转录cDNA进行自由测序，发现了一段新序列，该序列编码一种新的蛋白，结构类似于补体因子C1q，故命名为脂肪细胞补体相关蛋白30即Acrp30。此后，Hu等用mRNA差异显示技术从鼠脂肪中分离并克隆出该基因，命名为AdipoQ；Maeda等从人脂肪组织 cDNA文库中随机测序出 ACRP30及AdipoQ的类似物，因其与胶原质X、Ⅷ和补体因子C1q有高度相似，并且在脂肪组织中基因转录产物最丰富，故称为ApM1；随后Nakano等人也发现了这一蛋白，命名为GBP28。Acrp30、AdipoQ是在小鼠身上发现的，而ApM1、GBP28则为人所分泌的，统称脂联素。Arita等将其命名为脂联素(adiponectin)并建立了测定人血浆脂联素浓度的方法。

2 脂联素的结构

脂联素是一种胶原样细胞因子，属于胶原样血浆蛋白，是脂肪组织高度表达产物。主要由白色脂肪组织分泌，近年来发现棕色脂肪及肝细胞亦可分泌。目前GenBank已经登录了人和家鼠、猪、牛、鸡等物种的脂联素基因序列，部分物种该基因已被定位于具体的染色体上。不同物种脂联素基因的调控区及内含子存在差异，使其全长不一致。

人脂联素基因位于染色体3q27[4]，全长约16kb。人和哺乳动物脂联素基因包含有3个外显子和2个内含子。小鼠脂联素基因位于16号染色体的B3-B4[5]，全长约20kb，包括3个外显子2个内含子。猪脂联素基因全长约10kb，位于染色体的13q36-41，包含有3个外显子，2个内含子。人、鼠及猪等哺乳动物的脂联素基因同源性较高，达80%以上，均由3个外显子和2个内含子构成[6,7]，而禽类脂联素基因结构与哺乳动物有较大的区别，鸡和鸭的脂联素基因仅包含2个外显子和1个内含子[8]。

脂联素属于可溶性防御性胶原家族成员，是具有247个氨基酸残基的多肽。包括氨基端的一个分泌信号序列，一个小的非螺旋区，一段22个胶原样的重复序列及羧基端一个球形结构域[9]。蛋白质从第2个外显子开始编码，基因的第3个外显子3′-端含有一大段未翻译序列，其包括多个Alu的重复。外显子/内含子组织形式符合GT/AG规则。已报道动物的全序列分析结果显示脂联素基因的调控序列包含了公认的启动子，但不是典型的TATA盒。

脂联素单体只存在于脂肪细胞中，单体只有形成多聚体后才能被分泌至细胞外，发挥生物学活性。研究发现，在每个单体的22位及138位各有一个巯基，其中22位的巯基对各种多聚体的形成起关键作用。2个脂联素单体通过22位的巯基所形成的二硫键结合成二聚体，再与一个单体通过非共价键组成三聚体，2到6个三聚体通过分子间的非共价键作用形成六聚体或高分子量多聚体[10]。在胶原区域，脂联素的一些保守脯氨酸和赖氨酸残基通常羟基化，有利于形成稳定的胶原三聚体。球状区域也能形成三聚体，但胶原区域是形成更高级的关键区域。

3 脂联素的生物学功能

目前利用基因敲除和转基因技术已建立各种脂联素水平的动物模型，极大地推进了对脂联素功能的研究。脂肪组织作为胰岛素作用的靶器官之一，人们已经认识到它不仅是机体能量储存和利用的场所，而且还能分泌一些脂肪细胞因子来影响组织代谢。在哺乳动物中，脂联素通过与受体结合发挥作用，在肝脏、脂肪与骨骼肌中调控糖代谢和脂肪酸代谢，影响机体组织对糖的利用、胰岛素敏感性、脂质合成和能量平衡。最近研究发现，脂联素还可以促进血管形成，降低血压[11]。

脂联素能够影响机体处理糖类和脂肪的能力。在脂联素高表达的转基因大鼠中，胰岛素处理血糖的能力明显提高。而在人类直接输注脂联素也可引起血糖下降，推测是通过增加胰岛素的敏感性起作用的。球状结构域部分较全长形式的脂联素有更广泛的生物学活性。但只有全长型的脂联素能抑制肝细胞糖原异生和葡萄糖释放。通过增加组织脂肪酸氧化，降低餐后脂肪酸、甘油三酯水平在肝脏、肌肉细胞内含量来增加胰岛素敏感性。研究证实，脂联素主要通过活化腺苷酸激活蛋白激酶的途径，刺激葡萄糖的利用和脂肪酸的氧化，提高胰岛素敏感性[12]。

还有一些动物实验也证明，给实验动物注射重组脂联素可以降低血脂、血糖，增加脂肪酸β氧化，降低骨骼肌中的甘油三酯含量，提高胰岛素敏感性和降低体重。这些结果都提示提高脂联素水平能改善机体的胰岛素敏感性。反之，脂联素水平降低对胰岛素抵抗的发生发展具有一定的促进作用。

据目前研究所知，血浆脂联素水平与胰岛素抵抗程度呈明显负相关。在肥胖和糖尿病动物模型中，脂联素治疗可以降低体重，增加胰岛素敏感性，改善糖耐量，这些结果提示了脂联素可作用于骨骼肌增加脂肪酸氧化作用，同时还能作用于肝脏增加胰岛素拮抗糖异生作用[13]。单一注射融合脂联素蛋白或者球状区脂联素蛋白能显著降低糖尿病大鼠的血糖浓度。在肝脏中研究发现，完整的脂联素在转录水平上抑制肝糖原合酶的合成，间接抑制糖生成作用。有研究表明，脂联素未影响葡萄糖吸收、糖酵解及糖原合成速度，这表明循环中脂联素水平的快速上升可降低肝糖输出而不影响外周葡萄糖吸收[14]。

Kubota等[15]发现脂联素在外周组织和神经中枢中发挥不同的作用。它既能激活外周组织的AMP激活蛋白激酶促使脂肪酸氧化，提高胰岛素敏感性。还可以结合下丘脑弓状核中AdipoR1，提高中枢的蛋白激酶活性，从而促进进食。脂联素除直接作用于外周组织，也通过作用于脑来提高葡萄糖代谢和减轻体重，能够通过循环进入脑脊髓液而作用于神经元细胞。这些中央释放的脂联素能够提高能量消耗使老鼠的体重减轻，脂肪减少。gAcrp30是脂联素的蛋白水解产物，属于其球形单位，药理学研究结果发现，gAcrp30可通过线粒体刺激肌肉游离脂肪酸的氧化来调节能量平衡，这可能是β氧化或氧化磷酸化途径相关酶表达增加的缘故。脂联素可以增加脂肪酸氧化，降低肌肉与肝脏中甘油三酯含量，改善脂代谢。

在人、猴子、小鼠中研究发现，当脂肪过度沉积时，脂联素基因在脂肪组织中的表达量及血液脂联素水平均降低；而体重下降时，脂联素的表达量和血液脂联素水平均升高，ADP通过蛋白激酶促进骨骼肌脂肪酸的氧化，降低脂质在骨骼肌的堆积，减少游离脂肪酸进入肝脏，改善肝脏胰岛素抵抗，降低肝糖的生成和极低密度脂蛋白的合成。另外，ADP还可抑制肿瘤坏死因子α促脂解作用，减少脂肪酸入血，促进血中的游离脂肪酸进入骨骼肌细胞中氧化，从而显著降低血脂水平。

Milan等[16]发现肥胖大鼠 Zucker的腹内脂肪组织脂联素水平低于正常大鼠，而皮下脂肪组织无此改变。提示脂联素水平主要受内脏脂肪的影响，其水平降低可能与腹内脂肪积聚伴有更严重的胰岛素抵抗有关。

4 脂联素在动物生产中的研究进展

随着生活水平的提高，人们越来越关注肉产品的质量，动物体内脂肪沉积及脂肪含量是影响肉品质的重要因素，动物产品脂肪含量过高不仅影响消费者的健康，而且降低饲料利用率。因此，许多研究者对畜禽中的脂联素进行了研究。

Wang等[17]克隆得到猪脂联素基因片段，发现其mRNA在猪脂肪组织中的含量非常丰富且在不同脂肪细胞中含量有差异。Ding等[18]克隆得到猪脂联素基因cDNA，并检测其在心脏、肝脏、脾脏、背最长肌及皮下脂肪组织的分布和表达情况，提出Z脂联素可能通过其受体在猪不同组织中发挥其生理功能。张国栋构建了猪脂联素mRNA的同源竞争模板，成功对长白猪脂联素mRNA进行定量，使之能大量制备不同品种猪体内脂联素，为测定其表达量提供了快速、简便、灵敏的方法。Cepica[19]利用反向PCR技术扩增得到一个长为3326bp的脂联素基因片段，该片段包括外显子2、外显子3、内含子2和部分内含子1，并检测到内含子2上有1个HindⅢ限制性内切酶多态位点。

戴丽荷等对大白猪、梅山猪脂联素基因内含子2进行突变检测，发现内含子2中985位的A/G突变，在其F2资源家系群体中性状关联分析表明，A等位基因有利于增加眼肌面积和瘦肉率，减少背膘厚。长白猪、蓝塘猪脂联素基因启动子区甲基化与其mRNA的表达分析表明，甲基化与去甲基化过程主要发生在某些特定CpG位点[20]。脂联素基因在猪肌肉组织中以高度甲基化状态为主，随个体发育，脂联素基因的甲基化状态随基因表达的波动呈现动态过程，表现出与基因表达量波动基本一致的波动趋势。

张辉等用RT-PCR方法提取成牛肝脏外部脂肪和犊牛大网膜前脂肪细胞培养物总RNA，克隆后测序，为后续研究奠定基础。在秦川牛脂联素基因SNPs位点检测，发现有5种基因型，其中两种基因型个体在脂联素基因第2外显子、第3外显子的突变导致谷氨酸转化为谷氨酰胺，丝氨酸转化为亮氨酸。而与部分胴体及肉质性状的相关性分析，则认为脂联素基因该位点可能是影响秦川牛胴体及肉质性状的主效数量性状基因座或与之紧密连锁，因此，可作为秦川牛高档牛肉生产的候选分子标记[21]。

Sreenivasa等[22]对鸡脂联素cDNA序列分析表明，与自由采食相比，在禁食48h后，鸡脂肪组织、肝脏和腺垂体中脂联素mRNA量明显减少。宾夕法尼亚州立大学的科研人员对鸡脂联素蛋白特性，以及鸡血清中的脂联素水平进行 了研究。结果显示，鸡脂联素羟基蛋白中存在脯氨酸，且这些残基的糖基化多样。ELISA检测结果证实，4周龄公鸡体内的脂联素水平要高于8周龄，其水平与腹部脂肪沉积情况刚好相反。刘大林等[23]研究了京海黄鸡脂联素基因第1内含子1个突变位点的多样性及其对屠体性状的遗传效应，提出脂联素基因可能是调控脂肪性状的主效基因或与主效基因连锁。而对鸭脂联素基因序列分析发现禽类的脂联素基因结构与人和哺乳动物不同，只包含了2个外显子和1个内含子[24]。检测分析发现鸭脂联素基因不同品种中具有丰富的单核苷酸多态性。鹅脂联素基因的克隆、序列分析及其组织表达研究提示，鹅脂联素基因的表达量在不同组织、内脏中有所不同，且存在品种差异[25]。

5 结语

脂肪性状是高遗传力性状，近年来随着生活水平的提高，人们保健意识的增强，人和动物体内脂肪的数量受到人们越来越多的关注。体内脂肪反应体内能量分配、储存及消耗的状态。人脂肪过多产生肥胖，不仅影响人的体型，也导致一些肥胖相关疾病，影响健康。动物生产中，若动物体内脂肪沉积过多，不但降低饲料利用率，增加养殖成本，而且影响肉产品品质。脂联素基因在脂肪性状中扮演着重要作用，大多数研究集中在其与人类肥胖和疾病的相关研究领域，而在畜禽上的研究较少。随着对动物脂联素基因的进一步研究，提示该基因可能是控制畜禽脂肪性状的主效基因或与控制该性状的主效基因连锁，可应用该基因作为畜禽脂肪性状新的候选基因，并可能在动物分子育种实践中成为一个新标记。

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（责任编辑：朱 彬）

Research progress on adiponectin and its using of animal production

WU Yun1，PENG Shan2，CHEN Yao1，ZHANG Su-Ying3
(1.Biology Department,Zunyi Normal College,Zunyi 563002,China;2.Guiyang Agriculture Commission,Guiyang 550081, China;3.Chemistry Department,Zunyi Normal College,Zunyi 563002,China)

Adiponectin,an adipokine secreted from adipose tissue.Up to now,it was found to be the only one adipikine that was negative correlation with obesity and as a regulator of glucose homeostasis,lipid metabolism and energy homeostasis.Adiponectin genetic structure,biological function and its for animal production was expounded in this article.

adiponectin;lipid metabolism;animal production

S813.3

A

1009-3583（2010）-02-0064-04

2009-11-15

贵州省教育厅自然科学研究项目（黔教科20090055）

吴芸，女，重庆人，遵义师范学院生物系助教，硕士，主要从事动物分子遗传方面研究。