山羊转录因子及其功能研究进展

吕 琦，刘沛昊，李望娇，马炳洁，马鹏飞，李金泉,3，苏 蕊,3*

（1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.农业农村部肉羊遗传育种重点实验室，内蒙古呼和浩特 010018；3.动物遗传育种与繁殖自治区重点实验室，内蒙古呼和浩特 010018）

山羊作为较早被驯化的反刍动物，是一类主要的节粮型畜种。我国山羊遗传资源非常丰富，拥有超过50个优良地方山羊品种，其养殖历史悠久、饲养数量大，可为人们提供羊绒、肉、奶、毛等畜产品。然而，由于遗传分子机制复杂且多变，目前对山羊绒毛、繁殖等经济性状的基础研究不深入，对具有优良性状的山羊品种选育工作进展缓慢。

转录因子（Transcription Factors，TFs）是一类参与基因转录调控的重要蛋白质，可以识别并结合基因启动子区域的特定DNA 序列，形成一个调控基因表达的复杂系统，是多种信号通路的关键调节因子。家畜经济性状的形成受关键功能基因影响，研究转录因子调控功能基因的分子机制是解析家畜经济性状的一种重要方式，如转录因子ZGPAT（Zinc Finger CCCH-type and G-patch Domain Containing）参与牦牛蛋白质合成、加工以及分泌等过程的调控，从而实现对蛋白质表达、乳产量的调控。转录因子ZBED6（Zinc Finger BEDtype Containing 6）在哺乳动物中高度保守，在猪肝中敲除会影响胰岛素样生长因子2（Insulin-like Growth Factor 2，）表达，进而调控肝脏脂质代谢。为全面理解转录因子对山羊基因表达的精准调控作用，本文就山羊转录因子在重要经济性状中的研究进展进行系统概述。

1 山羊转录因子研究概况

转录因子是哺乳动物中的第二大基因家族，仅次于免疫球蛋白。据估计，人类约有1 600 个转录因子、小鼠约有941 个转录因子。目前国内外关于山羊的研究涉及104 个已知转录因子，数目远远少于模式动物，说明仍有大量转录因子的功能未进行研究。104 个山羊转录因子中的大多数目前无明确功能，剩余的42 个具体明确功能的转录因子与山羊绒毛生长发育、产肉、泌乳和繁殖等经济性状有关（表1）。极少数转录因子同时调控多种生物过程，如SP1 调节脂肪酸合成酶基因（Fatty Acid Synthase，）和孕酮合成。大多数山羊转录因子已知功能单一，仅调控某一特定生物过程。

表1 山羊转录因子与经济性状关系

与模式生物相比，目前对山羊转录因子功能的研究还不够深入，大部分研究关注转录因子表达与性状的关联，对转录因子结合位点及其靶基因等调控机制尚未清晰阐述，仅极个别转录因子有明确的结合位点靶基因，如MYOD1。因此，下文将从不同性状出发，针对有具体生物学功能的转录因子阐述相关研究进展。

2 转录因子对山羊绒毛生长发育的调控

皮肤毛囊包含毛囊干细胞、真皮细胞、内皮细胞、毛乳头细胞等多种细胞系，通过胞间互作促进山羊绒周期性生长。转录因子SOX9 集中表达于绒山羊毛囊干细胞中，干扰表达导致干细胞增殖严重受阻，多能因子的表达量显著降低，逐渐失去干细胞活性。转录因子组合OCT4 可诱导山羊胎儿成纤维细胞生成诱导性多能干细胞。

有研究发现转录因子的表达规律与山羊绒生长周期相似，但具体调控机制尚不清晰。转录因子基因受到光周期的诱导，在绒山羊表皮和真皮呈现周期性表达。转录因子HOXC13 和FOXN1 调控桥粒糖蛋白（Desmoglein 4，）基因，使其在不同时期的绒山羊皮肤组织中呈现差异表达；转录因子基因在绒山羊毛囊毛球部、外根鞘、内根鞘等部位的表达从休止期到生长期逐渐增加，从生长期到退行期再到休止期逐渐减少至无表达。

3 转录因子对山羊繁殖性能的调控

转录因子参与调控雌性生殖器官发育、维持颗粒细胞形态和功能以及调节激素分泌，在母羊繁殖中发挥重要作用。Runx 转录因子家族成员RUNX1 和RUNX2在调节孕酮的合成、影响山羊卵泡发育和黄体生成方面发挥重要作用。绒毛膜促性腺激素可以激活蛋白激酶C（Protein kinase C，PKC）、磷脂酰肌苷3-激酶（Phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K）和腺苷酸环化酶（Adenylate cyclase，AC），与miR-181b、miR-222 共同调节和基因的表达。转录因子FOXL2 是决定山羊性别的关键因子，在山羊、人、小鼠等胎儿卵巢中高表达，通过CHIP-seq 发现FOXL2和RUNX1 同时作用于等靶基因，共同维持胎儿卵巢颗粒前细胞的特性和功能，缺失会导致胎儿卵巢的雄性化。

卵巢颗粒细胞可以通过自分泌和旁分泌生长因子调节促性腺激素的功能。在山羊颗粒细胞线粒体中，沉默转录因子会降低转录因子TFAM 的转录活性，之后过表达导致类固醇合成急性调控蛋白（Steroidogenic Acute Regulatory Protein，）、3-羟类脱氢酶/异构酶（3beta-Hydroxysteroid Dehydr ogenase/Isomerase，）、细胞色素P450 超家族成员1（Cytochrome P450 family 19 subfamily A member 1，）等基因表达上调，促进类固醇激素的合成。在绒山羊大卵泡颗粒细胞中，转录因子SF1 通过与premi R-202 和启动子结合提高基因表达，进而促进雌二醇的分泌。转录因子基因过表达会降低山羊颗粒细胞中转录因子SP1 的相对丰度、减弱SMAD（Sma Mad）蛋白磷酸化，从而抑制雌二醇和孕酮的产生。此外，转录因子BHLHE22 可促进卵巢颗粒细胞活力、抑制卵巢颗粒细胞凋亡，而FOXC1、SP1 2 个转录因子则与之相反。

此外，转录因子ATBF1 通过结合雌激素受体（Estrogen Receptor，ER）调节孕酮信号通路，在陕北白绒山羊中，基因的12 bp 插入与第1 胎产仔数显著相关，基因的12 bp 插入与山羊产仔数显著相关。转录因子IRF2 可抑制、催产素受体基因（Oxytocin Receptor，）的表达。

转录因子在山羊雄性生殖器官发育、稳定内环境方面发挥重要作用。在奶山羊睾丸发育过程中，过表达转录因子基因促进视黄酸刺激基因8（Stimulated by Retinoic Acid 8，）和受体酪氨酸激酶（KIT Proto-Oncogene，Receptor Tyrosine Kinase，）的表达。转录因子PLZF 是锌指蛋白家族成员，其基因表达受miR-544 的靶向抑制，过表达会抑制miR146a 表达，下调将激活miR-19b-3p 诱导的Jak-Stat 信号通路，从而调控山羊精原干细胞的自我更新。转录因子DMRT1 是决定性别的重要因子，在山羊曲细精管中敲除会导致大量体细胞和生殖细胞变性、促炎因子的表达升高。

除了雌性和雄性生殖，转录因子在山羊胚胎和胎盘发育中也发挥重要作用。转录因子的表达主要分布在胚胎干细胞中，受到转录因子MZF1 的调控，可诱导山羊纤维细胞重编程为诱导性多能性干细胞。在山羊胎盘中，转录因子YY1 通过与CpG-甲基化序列结合抑制印迹基因（Pleckstrin Homology-Like Domain Family A Member 2，）的表达，进而调节胎盘发育。

4 转录因子对山羊泌乳性能的调控

山羊奶中富含短、中链脂肪酸，更易被人体消化吸收，其中脂肪酸组成和含量是影响乳品风味和品质的重要因素。转录因子SP1、PPAR、LXR、CREB1、FOXO1 和SREBP 等组成1 个紧密关联的网络，调节山羊乳脂代谢。转录因子SP1 调控催化脂肪酸合成第1 阶段，在山羊乳腺上皮细胞中过表达会诱导转录因子和基因高表达。PPAR是调控奶山羊乳腺中脂肪酸代谢的核心转录因子，其靶基因参与调控脂肪酸合成、去饱和化、脂滴形成以及甘油三酯的合成。LXR、CREB1 以及长期饲喂高精料日粮均会诱导山羊转录因子过表达，进而调控其靶基因和胰岛素受体（Insulin Receptor，）基因表达水平上调，促进肝脏脂肪合成、消耗乳脂合成的前体物，从而减少乳脂的合成；同时，的表达受到FOXO1 的抑制。在山羊乳腺上皮细胞过表达可显著上调超长链脂肪酸延伸酶（Elongase Of Very Long Chain Fatty Acids 6，）、脂肪因子（）、二酰甘油酰基转移酶1（Diacylglycerol Acyltransferase 1，）等参与脂肪酸摄取和运输的基因的转录。在山羊乳腺上皮细胞敲除后，、硬脂酰辅酶A 去饱和酶1（Stearoyl-Coenzyme A Desaturase 1，）、二酰甘油酰基转移酶2（Diacylglycerol O-Acyltransferase 2，）、甘油-3-磷酸酰基转移酶线粒体（Glycerol-3-Phosphate Acyltransferase Mitochondrial，）表达显著上调，三酰甘油合成增加。

此外，转录因子与山羊产奶性状紧密关联。在山羊乳腺上皮细胞中，转录因子FOSB 可促进基质金属蛋白酶9（Matrix metalloproteinase-9，）、家庭成员4（SMAD family member 4，）、S100 钙结合蛋白A4（S100 calcium binding protein A4，）和S100 钙结合蛋白A13（S100 calcium binding protein A13，）基因的表达；同时过表达会导致乳腺上皮细胞内Ca减少、低表达则导致Ca升高，从而影响产奶量以及乳品质。此外，研究发现转录因子STAT5A 与奶山羊的产奶量和乳密度显著相关。转录因子PITX2 调控限制性核酸内切酶和个靶基因，和的多态性与奶山羊的乳脂含量、乳糖含量和乳密度显著相关。转录因子RBPJ、INSIG1、ELF2 调节脂质形成、甘油三酯合成和酪蛋白分泌，进而影响山羊乳脂的含量、脂肪酸的分泌。

5 转录因子对山羊产肉性能的调控

羊肉品质受到多种因素的影响，其中肌内脂肪与肉的风味、嫩度存在密切相关性，进而影响肌间脂肪的蓄积等肉质性状。转录因子FGF10 调控脂肪细胞的增殖和分化，调节KLFs 转录因子家族成员的表达，沉默转录因子会影响山羊前脂肪细胞中脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，）、、前脂肪细胞因子-1（Preadipocyte Factor-1，）的表达。LXR功能丧失会抑制和表达，从而减少山羊肌内脂肪生成。

MYOD1 是成肌的驱动转录因子，通过与小脑变性相关蛋白1 反义转录物（CDR1 antisense RNA，）启动子中的CTAGACAGGTGTT 序列结合来促进的表达，显著诱导山羊肌肉分化。此外，转录因子Oct-1、C/EBP 和NKX-2.5 靶向调控山羊肌肉生长抑制素基因（Myostatin，），以调节山羊肌肉的生长发育；转录因子基因启动子CpG 岛整体甲基化状态与海南黑山羊体重显著相关。

6 小结与展望

转录因子对基因表达的调控是领域的研究热点，但是精准定位转录因子在基因组上的结合位点、解析转录因子在转录调控中发挥的分子机制一直是领域内的巨大挑战。近些年山羊转录因子的研究逐渐发展和深入，取得许多进展，但仍存在一些不足，可通过以下方面进行补充。第一，精准定位转录因子的特异性结合位点，深入解析转录因子的靶向调控基因，阐明转录因子影响山羊经济性状的分子机制；第二，除繁殖和脂代谢等方面的调控以外，还应该多关注山羊其他代谢和经济性状的分子机理；第三，我国山羊种质资源丰富，现有研究主要集中于常见的如内蒙古绒山羊、西农萨能奶山羊等几类山羊品种，但对其他具有鲜明地方特色的品种的研究还有待深入；第四，转录是由许多因子共同参与完成的复杂过程，深入研究转录调控的分子机制需要解析多个转录因子之间的相互作用。随着后基因组时代的到来，高通量基因表达数据的不断积累，可以从全基因组的层面，通过生物信息学和系统生物学手段重构山羊调控网络、深入解析转录调控的分子机制、挖掘重要的功能模块、发现关键转录因子和互作因子等。

转录因子在山羊基因的转录过程中发挥着重要调控作用，直接或间接影响山羊的生产性能和特殊经济性状，目前发现的山羊转录因子数目相对较少且其分子机制尚未深入探索，理论上还存在大部分尚未发现的转录因子，今后应对山羊转录因子展开更深入和全面的研究，充分解析其作用的分子机理，为山羊遗传改良实践提供可靠的理论依据。