脂蛋白脂酶研究进展

黄英俏,杨连玉

(吉林农业大学动物科技学院,吉林长春 130118)

脂蛋白脂酶研究进展

黄英俏,杨连玉*

(吉林农业大学动物科技学院,吉林长春 130118)

脂蛋白脂酶(LPL)是动物组织中脂肪沉积的关键酶,是甘油三酯降解为甘油和游离脂肪酸(FFA)反应的限速酶,在脂质代谢和转运过程中起着重要作用。脂蛋白脂酶基因的表达具有特异性,营养等因素能够影响动物LPL基因的表达和LPL活性。论文综述了LPL的生物学功能、LPL在脂肪沉积中的作用及其在单胃动物和反刍动物中的研究现状。

脂蛋白脂酶;脂质代谢;肌内脂肪;限速酶

脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)是Hahn于1943年在静脉注射肝素消除因摄取高脂肪食物而引起的高脂血症时发现的,推测有一种肝素释放因子存在,而后有人证实肝素的这种作用为脂蛋白脂酶所致,因其能水解脂蛋白中的甘油三酯,故命名为脂蛋白脂酶。LPL几乎在全身各主要器官、组织均有表达,广泛分布于心脏、骨骼肌、肺、骨髓、脊髓、肾、胸腺、大脑、前列腺、胰脏、脾、肝等多种组织中,其中在脂肪组织和骨骼肌组织中含量较高。LPL是哺乳类动物肥胖基因借以调节机体脂质代谢的重要功能蛋白,通过控制其在脂肪组织与其他组织器官中的表达水平直接决定脂肪组织与其他组织器官脂质底物配额的相对量,从而间接决定从食物中摄入脂类的代谢前途,即以体脂形式贮备起来或作为能源底物消耗掉,并最终对机体脂质沉积状况产生决定性影响。

1 脂蛋白脂酶的生物学功能

LPL是由脂肪细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞和巨噬细胞等其他一些组织细胞合成与分泌的一种糖蛋白,合成后的脂蛋白脂酶在肝素的作用下,释放后通过蛋白聚糖链锚定在血管内皮细胞表面上。LPL是全部脂质代谢和转运中的关键酶,LPL能够使动物机体内甘油三酯(triacylglycerol,TG)降解为甘油和游离脂肪酸,以供机体组织储存和利用[1],它参与各种脂蛋白的代谢并对其进行调控,使血浆中富含脂质的脂蛋白降解,因此与机体的脂质代谢及肥胖密切相关[2],LPL活性的高低是脂肪蓄积程度的标志。LPL对脂肪运输有重要调节作用,而脂肪在体内主要以TG的形式沉积,其运输是在血液中进行的,除游离脂肪酸是与血浆清蛋白结合形成可溶性复合物运输外,其余都是以脂蛋白的形式运输。同时LPL也调节肌肉和脂肪TG的分配,也是决定脂肪细胞大小的重要因素[3]。单胃动物脂肪酸的合成部位主要是肝脏和脂肪组织,而反刍动物脂肪酸合成的部位主要是脂肪组织,动物脂肪组织外源脂肪酸的主要来源是血浆脂蛋白甘油三酯,其降解主要受到LPL的调控。与脂肪组织一样,肌肉组织也是摄取LPL降解脂蛋白TG而产生的游离脂肪酸。

LPL是TG降解的限速酶,催化与蛋白质相联的TG的水解作用,在脂质代谢和转运过程中起重要作用。这两个重要功能是:①LPL催化血液中的乳糜微粒(chylomicron,CM)和极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)核心的TG分解为甘油和游离脂肪酸,以供各种组织氧化供能和贮存;②LPL能同时结合脂蛋白和细胞表面特异蛋白。例如,存在于细胞膜外表面的硫酸肝素糖蛋白(heparin sulphate proteo glycans,HSPG)使酶保持一种无活力的浓缩状态,然后通过一个尚未阐明的机制由肝素促使分泌,即注射肝素后刺激血浆中得到活化的LPL,分布在含TG的脂蛋白中,主要是分解CM和VLDL的TG,并结合和附着在这些脂蛋白残粒中,可能作为肝摄取这些颗粒的信号。

2 单胃动物脂蛋白脂酶的研究

Harbitz利用人的LPL基因cDNA克隆了猪的LPL cDNA并测序,结果表明推导的氨基酸序列与牛、人和鼠高度保守,同源性分别为93.1%、91.2%和88.7%。且LPL基因的各个功能位点氨基酸顺序完全一致。对比其他家畜品种,鸡的LPL基因研究的较为清楚。Cooper等将鸡的脂肪 LPL cDNA克隆从一个λ-gt11的表达文库中分离出来并测序。

脂肪的沉积在很大程度上是由于脂肪细胞内TG的堆积而导致的细胞肥大造成的,而LPL在TG水解中起关键作用。通过近年来对单胃动物LPL研究表明,营养因素在一定程度上能够影响单胃动物的LPL活性和基因的表达,而且证实了LPL的表达具有组织特异性,同时LPL还与单胃动物胴体品质有着密切的关系,对LPL的研究有望在提高畜禽瘦肉率,调节动物的体重等方面做出巨大贡献,所以其可以作为单胃动物脂肪沉积的候选基因之一。

杨恒东等[4]对兴义矮脚鸡屠宰性能、肌肉品质及LPL基因表达的研究中发现,母鸡腹脂、皮脂和肌肉的LPL基因mRNA表达量显著高于公鸡,母鸡的皮脂厚、腹脂率、肌肉脂肪含量等体脂指标也均高于或显著高于公鸡,这可能与LPL活性介导的脂肪沉积的性别差异有关,进而又在一定程度上影响了肌肉的风味。邹晓庭等[5]探讨甜菜碱对蛋鸡脂肪代谢的作用机制,发现甜菜碱可显著降低腹脂中LPL活性(P＜0.01),通过影响蛋鸡腹脂中 LPL的活性来减少腹脂的沉积,从而提高蛋鸡的生产性能。许梓荣等[6]研究了 L-肉碱对肉鸡脂肪代谢的影响中发现 L-肉碱能增加肉鸡肌肉、脂肪组织中LPL的活性及二者的活力比值,加速了甘油三酯水解释放大量脂肪酸进入血液中,使血液中脂肪酸浓度显著升高,于是增加了脂肪在肌肉内的沉积。蒋立等[7]在添加油脂填饲对骡鸭肥肝生成中脂蛋白脂酶的影响中发现,相对于添加鸭油,添加玉米油填饲骡鸭,其较低的肝素和LPL酶活性使得填饲能更好地诱导肥肝的生成,可能是通过限制TG流向脂肪组织,而增强脂肪贮存于肝,这种不同作用效果可能与动植物油中饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的含量差异有关。廉传江[8]在对脂肪源对朗德鹅产肝性能及脂肪组织LPLmRNA表达的影响的研究结果表明,填饲3周后,相同日龄朗德鹅其腹部脂肪组织中LPL mRNA的表达量存在显著差异,鹅油组显著高于豆油组和玉米油组;相同日龄的朗德鹅皮脂中LPL mRNA表达丰度组间差异不显著。可见,不同脂肪组织的LPL表达量表现出差异性。贺喜等[9]在日粮共轭亚油酸(CLA)对不同性别肉仔鸡生长性能及脂肪代谢相关酶的影响研究中发现,日粮中添加10 g/kg CLA可以显著降低各性别肉仔鸡腹脂LPL活性及其mRNA相对表达量(P＜0.05),而对肝脏LPL没有显著影响,且试验结果还表明性别和日粮CLA对肉仔鸡LPL活性和LPL mRNA相对表达量影响不存在互作关系。刘蒙等[10]在日粮代谢能水平对北京油鸡脂肪沉积和 LPL基因表达的影响研究中发现,LPL基因mRNA表达水平与腹脂率、皮脂重和皮脂率呈显著正相关。结果提示日粮代谢能水平显著影响北京油鸡体脂沉积和LPL基因mRNA表达,LPL基因表达影响北京油鸡体脂沉积状况。单体中等[11]研究表明杜×长×大猪的LPL基因表达随着体重的增加而呈现上升的趋势,可见LPL的基因表达和体重成正相关。王刚等[12]研究表明,莱芜猪和鲁莱黑猪肌内脂肪相对含量与肌肉组织LPL mRNA表达的发育性变化分别呈显著(P＜0.05)和极显著(P＜0.01)的正相关,说明肌肉组织中LPL基因的表达对于肌内脂肪的沉积有积极的影响。宋庆文等[13]研究表明提高营养水平,显著提高了荣昌猪80 kg阶段背最长肌LPL活性(P＜0.05),35、50、80 kg阶段肝脏 LPL的活性极显著升高(P＜0.01)。对于DLY猪,提高营养水平,35 kg阶段 LPL活性显著降低(P＜0.05),同时使50 kg阶段活性下降,提高营养水平可降低背膘中LPL活性。廉红霞等[14]研究营养水平对DLY猪不同生长阶段的背最长肌LPL基因表达水平分析结果表明,背最长肌LPL mRNA表达量及其肌内脂肪含量随体重增加呈上升趋势,且呈现一定的相关性。

3 反刍动物脂蛋白脂酶的研究

Senda等从牛奶中提纯出的脂蛋白脂酶,经胰蛋白酶处理得到3个多肽。Broad将羊的 LPL基因定位在第2号染色体上。反刍动物脂肪组织脂蛋白酯酶(lipoprotein lipase,LPL,EC 3.1.1.34)分子质量约为55 ku,含3%～10%碳水化合物的糖蛋白。其特性与其他动物相似,呈二聚体形式的LPL才有生物活性,二聚体分离时脂解TG活性丧失。

反刍动物肌肉LPL基因表达的报道较少,研究发现反刍动物脂蛋白脂酶基因的表达具有品种特异性,营养、光照等因素在一定程度上能够影响反刍动物的LPL基因的表达和 LPL活性,LPL基因的表达和 LPL活性与肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)含量的相关,进而影响动物生产性能。

Hocquette J F等[15]研究发现,在牛组织中LPL基因转录活性与其蛋白活性成正相关,且LPL活性通过调控肌肉或大理石纹发育过程中的可利用物质进而影响动物胴体品质。乔永等[16]对绵羊肌肉LPL基因表达的发育性变化及其对肌内脂肪含量的影响的研究发现,哈萨克羊肌肉LPL基因的表达与IMF含量的相关分析表明,LPL基因的表达量在2 d～60 d期间与IMF含量呈负相关,相关系数为-0.625(P＜0.05);新疆细毛羊LPL基因表达量与IMF含量无显著的相关性(P＞0.05),此研究结果提示,LPL的基因表达量与IMF有关,但也存在品种的特异性。Waylan A T等[17]对育肥期肉牛添加亚麻籽研究发现,肌肉中LPL表达比对照组肉牛低312%,认为在添加了亚麻籽后,肉牛肌肉对能量的需要已得到满足,所以LPL会在脂肪中表达增加,从而将多余的脂肪酸转化为肌内脂肪存储起来。饲喂亚麻酸28 d降低了 LPL在肌肉的表达,表明LPL是具有分配脂肪组织中脂肪酸的作用。试验表明饲喂亚麻籽增加了大理石花纹评分,影响到胴体品质,试验提示LPL可能调控牛肉品质。Muriel B等[18]对绵羊禁饲7 d后,发现心肌中LPL mRNA水平明显下降;接着补饲21 d后,mRNA水平又显著回升。其在脂肪组织变化趋势与心肌一致,但变化水平更明显。另外,他们还在肌肉和脂肪检测到两种不同长度的LPL mRNA,两种mRNA在肌肉和脂肪组织中的比例完全不同。Bonnet M等[19]研究结果表明,补饲显著增加绵羊皮下脂组织LPL活力(900%),而肾周组织的LPL活力仅增加250%。补饲期间绵羊肾周脂肪组织LPL mRNA(640%)显著高于大理石纹肌LPL mRNA(100%)。低水平长光照期饲养的母羊趋于增加肾周脂肪组织LPL mRNA(45%),而在补饲后则更显著增加脂肪组织LPL mRNA(162%),这可能是补饲和光照期两者的显著影响。在低水平饲养和补饲下,长光照期也趋于增加大理石纹肌LPL mRNA。Faulconnier Y等[1]对成年牛的短期催肥试验表明,催肥3周的牛肌肉中LPL蛋白活性明显增强,但mRNA水平没有明显改变。姚飞等[20]对苏尼特肥羔脂肪代谢酶活性的发育性变化及其对IMF沉积的影响的研究发现,10 kg时股二头肌(BF)LPL活性极显著低于背最长肌(LD)(P＜0.01);30 kg时BF和LD中酶活显著低于肝脏(P＜0.05)。20 kg和40 kg时不同组织间LPL活性变化差异不显著(P＞0.05)。表明体重对LPL活性产生了极显著影响,且分析表明LD和BF中LPL与IMF含量呈极显著负相关(P＜0.01)。

4 展望

综上所述,鉴于脂蛋白脂酶在调节动物脂肪沉积中的重要作用,它已经成为影响动物肉质的主要候选基因之一。随着人们生活水平的提高,人们对畜牧产品的需求已不仅仅停留在量上,对肉蛋奶等畜牧产品的质量也有了更高的要求。由于LPL的生理功能恰恰是水解富含脂质的脂蛋白中的 TG,负责脂肪的贮存。LPL在研究LPL酶与脂肪含量的关系,确定影响动物机体LPL活性和基因表达的各种营养因素,改善胴体品质,预防和治疗一些疾病上将具有重要指导意义,具有广泛的研究前景。

[1]Faulconnier Y,Bonnet M,Bocquier F,et al.Effects of photoperiod and feeding level on adipose tissue and muscle lipoprotein lipase activity and mRNA level in dry non-pregnant sheep[J].British J Nutrition,2001,85(3):299-306.

[2]Shan T Z,Wang Y Z,Li M.Cloning of lipoprotein lipase(LP L)gene of swine and the difference of LPL gene expression at different avoirdupois stages[J].J Agri Biotechnol,2006,14(2):151-155.

[3]Zechner R.T he tissue-specific expression of lipoprotein lipase:implications for energy and lipoprotein metabolism[J].Curr Opin Lipidol,1997,8(2):77-88.

[4]杨恒东,王梦芝,宋 莉,等.矮脚鸡屠宰性能、肌肉品质及LP L基因表达的研究[J].遗传育种,2009,45(13):12-14.

[5]邹晓庭,卢建军.甜菜碱调控蛋鸡脂肪代谢的机理研究[J].中国农业科学,2002,35(3):325-330.

[6]许梓荣,占秀安,毛红霞.L-肉碱对肉鸡脂肪代谢的影响[J].中国畜牧杂志,2002,38(5):20-22.

[7]蒋 立,曾凡坤,胡 茂.添加油脂填饲对骡鸭肥肝生成中脂蛋白脂酶的影响[J].江苏农业科学,2008(5):203-205.

[8]廉传江.脂肪源对朗德鹅产肝性能及脂肪组织 LPLmRNA表达的影响的研究[D].吉林长春,吉林大学,2007.

[9]贺 喜,戴求仲,张石蕊.日粮共轭亚油酸对不同性别肉仔鸡生长性能及脂肪代谢相关酶的影响[J].中国畜牧杂志,2007,43(21):25-29.

[10]刘 蒙,宋代军,齐珂珂.日粮代谢能水平对北京油鸡脂肪沉积和 LPL基因表达的影响[J].中国畜牧兽医,2009,36(5):9-13.

[11]单体中,汪以真,李 民.猪脂蛋白脂酶基因的克隆及不同体重的基因表达差异[J].农业生物技术学报,2006,14(2):151-155.

[12]王 刚,曾勇庆,武 英.猪肌肉组织 LPL基因表达的发育性变化及其与肌内脂肪沉积关系的研究[J].畜牧兽医学报,2007,38(3):253-257.

[13]宋庆文.不同饲粮营养水平相下荣昌猪和DLY猪脂肪(酸)代谢关键酶活性的发育性变化研究[D].内蒙省呼和浩特:内蒙古农业大学,2007:65-70.

[14]廉红霞,卢德勋,高 民.饲粮营养水平对猪血液生化指标、背最长肌IMF含量及LPLmRN A表达量的影响[J].中国饲料,2008(5):12-16.

[15]Hocqutte J F,Graulet B,Olivecrona T.Lipoprotein lipase activity and RNA levels in bovine tissues(Abstract)[J].Comp Biochem Phy siol,1998,121(2):201-212.

[16]乔 永,黄治国,李齐发.绵羊肌肉 LPL基因表达的发育性变化及其对肌内脂肪含量的影响[J].中国农业科学,2007,40(10):2323-2330.

[17]Waylan A T,Dunn J D,Johnson B J,et al.Effect of flax supplementation and g rowth promotants on lipoprotein lipase and glycogenin messenger RNA concentrations in finishing cattle[J].J Animal Sci,2004,82(6):1868-1876.

[18]Muriel B,Leroux C,Faulconnier Y,et al.Lipoprotein lipase activity and mRNA are up-regulated by refeeding in adipose tissue and cardiac muscle of sheep[J].Am Soc Nutri Sci,2000,130(4):749-790.

[19]Bonnet M,Faulconnier Y,Hocquette J F,et al.Nutritional status induces divergent variations of G LUT4 protein content,but not lipoprotein lipase activity,between adipose tissues and muscles in adult cattle[J].British J Nutrition,2004,92(4):617-625.

[20]姚 飞,卢德勋,姚焰础.苏尼特肥羔肌肉组织LPL和 HSL的发育性变化及其对肌内脂肪沉积的影响[J].饲料工业,2008,29(5):37-40.

Progress on Lipoprotein Lipase

HUANG Ying-qiao,YANG Lian-yu

(College of Animal Science,Jilin Agriculture University,Changchun,J ilin,130118,China)

Lipoprotein lipase(LPL)is one kind of key enzyme of animal tissue for fat deposition.It is a ratelimiting enzyme that hydrolyze triglycerides(TG)into glycerol and free fatty acids.It also plays an important role in lipide metabolism and transference.The gene expression of lipoprotein lipase show s specificity.Nutrition and other factors can effect the expression of lipoprotein lipase gene and the activity of LPL.The function of LPL,the role of LPL in fat deposition,and the study status of LPL on monogastric animals and ruminants were reviewed in this paper.

lipoprotein lipase;fatty metabolism;intramuscular fat;rate-limiting enzyme

S852.21

A

1007-5038(2010)03-0086-04

2009-11-20

黄英俏(1985-),女,吉林长春人,硕士,主要从事动物分子营养学研究。*通讯作者

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