脂联素调节动物糖脂代谢的机理及其营养调控

郑思颖，黎力之，关玮琨，廖晓鹏，张雁武，张海波，郭冬生

（宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，宜春学院继续教育学院，欣欣种业有限公司，江西宜春 336000）

脂联素（APN）是白色脂肪组织分泌的一种内源性生物活性蛋白质，属于可溶性胶原超家族，有全长脂联素（fAd）和球形脂联素（gAd）2 种活性形式，广泛存在于大多数哺乳动物、禽类以及少量鱼类中。APN 具有增强骨骼肌葡萄糖和脂肪酸利用，提高胰岛素敏感性，维持葡萄糖稳态和促进脂质氧化等作用。APN 调节糖脂代谢主要体现于以下2 个方面：①APN通过脂联素受体（AdipoR）1 与磷酸酪氨酸衔接蛋白1（APPL1）结合，分别经肝激酶B1（LKB1）和钙调素依赖性蛋白激酶激酶（CaMKK）激活一磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK），促进葡萄糖转运体蛋白（GLUT-4）从质膜内到质膜的易位，增加葡萄糖摄取，增强胰岛素敏感性，还诱导乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）磷酸化失活，恢复肉碱棕榈酰转移酶（CPT）-1 活性，促进脂肪酸氧化；②APN 通过AdipoR2 与APPL1 结合激活过氧化物酶增殖体激活受体（PPAR），增加胰岛素敏感性，维持葡萄糖稳态，并且上调脂肪酸转运、氧化基因表达，如酰基辅酶A 氧化酶（）和，促进脂质分解代谢。本文主要阐述APN 调节机体糖脂代谢的机理及动物营养调控进展，旨在为APN 的进一步利用提供理论参考。

1 APN 概述

1.1 APN 结构 APN 由N 端信号肽、非同源或非螺旋可变区域、胶原结构域和球状羧基结构域组成。N 端信号肽是引导新合成的蛋白质向分泌通路转移的短肽链。非同源或非螺旋可变区域包含1 个半胱氨酸残基，可形成分子间二硫键，在不同物种中保守程度很低。胶原结构域由22 个Gly-X-Y（X、Y 为任意氨基酸）重复序列组成，包含多个保守赖氨酸和脯氨酸残基，通过非共价作用参与形成三聚体（LMW）。球状羧基结构域与X、VIII 型胶原蛋白，补体蛋白C1q 和肿瘤坏死因子（TNF-）家族等高度同源，具有疏水力，使APN 单体进一步形成LMW，随后在胶原结构域经糖基化和羟基化翻译后修饰构成中分子量多聚体（MMW）和高分子量多聚体（HMW），后两者构成大部分循环APN。APN 存在形式因动物种类不同而异，鸡脂肪组织和血浆中APN 为质量大于669 ku 的独特聚合物，而哺乳动物APN 呈现LMW、MMW 和HMW3 种混合形式。

1.2 APN 生物学功能 APN 具有调节繁殖、炎症反应和糖脂代谢等多种生物学功能。在调节繁殖方面，APN 可维持激素稳态，促进卵巢卵泡发育，提高动物繁殖性能。Cheng 等研究发现，与野生型小鼠相比，APN 基因敲除母鼠在发情前期血浆中雌二醇和促卵泡激素浓度显著降低32.7%、15.4%，促黄体生成素显著升高22.7%，卵母细胞数量和产仔量分别显著减少81.3%、41.3%，返突卵泡数量显著增加，窦前卵泡数量显著减少，表明APN 的减少导致雌性小鼠雌二醇、促卵泡激素、促黄体生成素等激素分泌紊乱，繁殖能力受损。Singh 等利用5 μg/mL APN 治疗多囊卵巢综合征小鼠15 d 后，发现卵巢早期有腔卵泡增加24.9%，闭锁卵泡减少33.5%，睾酮和雌二醇浓度显著降低，促黄体生成素受体、类固醇激素合成急性调节蛋白和3-羟基类固醇脱氢酶等类固醇生成标志物生成显著减少。表明APN 可调节雄激素、雌激素等类固醇激素水平，促进卵巢卵泡发育正常化，使小鼠繁殖力恢复。在调节炎症方面，fAd 发挥抗炎作用，而gAd 以LMW形式存在，发挥促炎作用。利用5 μg/mL gAd 处理小鼠细胞30 min 后，核转录因子含量显著增加，促进mRNA 表达和释放；连续7 d 向患有结肠炎的小鼠注射2 µg/g 体重fAd 0.2 mL 后，小鼠结肠出血现象缓解，白细胞介素（IL）-1和肿瘤坏死因子（TNF-）的表达显著降低，抵抗炎症反应，说明fAd 可缓解gAd引起的动物炎症。在调节糖脂代谢方面，APN 通过降低循环脂肪酸（FFA）含量，缓解机体胰岛素抵抗作用。高脂饮食处理小鼠每隔0.5 d 注射3 µg/g 体重fAd 14 d 后，葡萄糖输注率显著高于对照组，骨骼肌甘油三酯（TG）、1-油酰甘油和甘油-3-磷酸酯等57 种代谢物含量显著降低，十九烷酸和二十二碳烯酸等代谢物含量提高，表明APN 能缓解高脂饮食条件诱导的全身胰岛素抵抗，调节糖脂代谢。此外，APN还有抗纤维化、调节骨代谢、预防癌症等生物学功能。

2 APN 调节糖脂代谢机制

2.1 APN 介导AMPK 通路调节糖脂代谢 在肝细胞和骨骼肌细胞中，APN 通过促进AdipoR1 与APPL1 结合使LKB1 发生去磷酸化，促进其从细胞核转移到细胞质，增加细胞质中LKB1 积累，激活细胞能量传感器AMPK，发挥调节脂肪酸氧化、葡萄糖摄取和糖酵解等作用。与对照组相比，利用0.3 mg/kg gAd 鼻内注射缺氧大鼠23 h 后，其AdipoR1、APPL1、细胞质LKB1 表达和磷酸化AMPK 的表达显著增加。APN和AdipoR1、APPL1 结合后，还可诱导Ca从内质网释放和细胞外Ca内流，导致细胞内Ca水平升高，激活CaMKK，活化AMPK。Ding 等研究发现，与对照相比，1 μg/mL fAd 灌注大鼠腺体10 min 后其宽度增加105.35%，磷酸化LKB1 无显著性变化，而腺体中磷酸化CaMKK水平增加162.83%，腺体中的磷酸化AMPK 水平增加230.41%，表明APN 促使细胞膜紧密连接开放调节Ca，激活CaMKK，活化AMPK。因此，APN 分别通过提高细胞质中LKB1 和细胞内Ca，磷酸化AMPK。

AMPK 活化后增加磷酸果糖激酶（PFK）和GLUT-4的活性和表达，提高葡萄糖摄取和糖酵解速率。与对照组相比，20 ng/mL APN 处理大鼠海马神经元15 min后，米氏常数减少65.4%，处理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 通过增加PFK 活性，提高葡萄糖摄取能力和糖酵解速率。利用5 μg/mL HMW 预处理小鼠脂肪细胞2 h后，进行胰岛素刺激，发现mRNA 表达增加，葡萄糖摄取显著增加，细胞糖脂毒性减弱，表明HMW可以抵抗糖脂毒性对葡萄糖摄取的影响，使脂肪细胞对胰岛素反应正常，并具有胰岛素增敏作用。同时，AMPK 活化会诱导ACC 磷酸化失活，使细胞丙二酰辅酶A 水平下降，CPT 活性提高，促进长链脂肪酸转运至线粒体内氧化，降低脂质含量。研究发现，较对照组，重组腺病毒载体编码处理鸡脂肪细胞1 d 后，APN 表达增加80%，磷酸化AMPK 水平升高，ACC2磷酸化增加，CPT-1 表达提高；经过8 d 处理后脂滴形成受到抑制，细胞膜二脂酰甘油含量下降30%。表明APN 表达提高利于脂肪酸转运，加速脂肪酸氧化。同时，APN 增加使小鼠胰岛素敏感性提高，促进脂质分解。Li 等研究发现12 周高脂饮食喂养的小鼠连续皮下注射2.5 μg/d gAd 14 d 后，其血浆APN 浓度增加，骨骼肌中AMPK、ACC 磷酸化显著增加，血浆、肝脏和肌肉中的TG 浓度分别显著降低35%、45% 和60%，血浆葡萄糖和胰岛素浓度分别降低10% 和65%。综上所述，APN 释放增强AdipoR1 与APPL1 的相互作用，分别通过LKB1 和Ca/CaMKK 2 种上游激酶诱导激活AMPK。随后AMPK 磷酸化一方面增加PFK 和GLUT-4 的表达和活性，增强胰岛素敏感性，提高葡萄糖摄取和糖酵解，另一方面诱导ACC 磷酸化失活，导致细胞丙二酰辅酶A 水平下降，CPT-1 活性恢复，提高脂肪酸氧化速率，降低脂质含量。

2.2 APN 介导PPAR通路调节糖脂代谢 在肝脏和棕色脂肪组织中，APN 通过促进AdipoR2 与APPL1 结合，激活核受体PPAR。与对照组相比，利用1.0 μg/mL APN孵育大黄鱼原代肌细胞24 h 后，AdipoR2、APPL1 表达显著增加。小鼠胫骨前肌AdipoR2 过度表达后，APN 水平增加6～7 倍，及其下游靶基因mRNA提高2 倍。说明APN 和AdipoR2 结合后，与APPL1 互作使PPAR活化。PPAR活化后降低机体胰岛素抵抗，维持葡萄糖稳态。Aye 等研究发现，与注入赋形剂的肥胖小鼠相比，饲喂高脂高糖饮食的肥胖母鼠在胚胎发育14.5 d 连续输注0.62 μg/g 体重APN 4 d 后，体内总APN 增加48.6%，提高胎盘PPAR磷酸化，血清胰岛素水平恢复正常，胰岛素受体底物-1 激活程度缓解，其滋养细胞质膜GLUT3 和GLUT1 表达降低，胎儿血糖水平恢复正常。表明APN激活PPAR提高胰岛素敏感性，调节动物的葡萄糖摄取利用，维持糖代谢平衡。

同时，APN 激活PPAR后，与视黄醛X 受体结合形成复合物，进而识别靶基因PPAR 响应元件上序列特定区域的DNA，增加脂肪酸转运和氧化基因转录，促进脂肪酸分解，并降低脂肪酸合成基因转录抑制脂肪酸合成。Chen 等发现，64 ng/mL APN处理牛肝细胞4 h 后，PPAR的转录活性和蛋白表达水平增加，脂质氧化基因、肝脂肪酸结合蛋白（）、和酰基辅酶A 合成酶长链1（）mRNA 水平显著升高，脂质合成基因、脂肪酸合酶（）和硬脂酰辅酶A 去饱和酶1（）的表达水平均显著降低，TG 含量显著减少。可见APN 通过调控脂质氧化基因和脂肪生成基因的表达水平，降低细胞内TG 含量。此外，10 周龄雌雄APN 基因敲除小鼠肌肉和肝脏中基因表达显著降低，血浆TG、TNF-和FFA 浓度显著增加，葡萄糖耐量受损，仔鼠具有更高的胰岛素抵抗，表明APN 的存在能激活PPAR促进脂质氧化和改善胰岛素抵抗。综上所述，APN 通过AdipoR2 与APPL1 结合激活PPAR通路，一方面增加胰岛素敏感性维持葡萄糖稳态，调节糖代谢平衡；另一方面提高脂肪分解相关基因转录，如和，减少脂肪酸合成基因转录，如和，降低TG 和FFA 浓度维持脂代谢平衡。

3 营养手段调控APN 提高动物生产性能

目前可采取添加共轭亚油酸、益生菌和-羟基--甲基丁酸等多种营养调控手段提高APN 表达，提高动物生产性能。在调控动物肠道功能方面，共轭亚油酸和干乳酪杆菌提高APN 表达，可促进肠道发育，增加肠道相关指标，增强动物营养能力。Uken 等对新生犊牛补充10 g/d 共轭亚油酸后，发现其血浆中APN 浓度升高，回肠绒毛高度与隐窝深度比值提高。提示APN提高新生犊牛消化吸收能力，改善动物健康状态。此外，Zhang 等发现诱变剂诱导的小鼠体内炎症和增生显著增加，添加干酪乳杆菌后APN 水平升高，缓解粒细胞浸润和增生，疣微菌、高山姬鼠螺杆菌和仓鼠螺杆菌等致病微生物数量减少，显著降低小鼠肝脏核因子-B 表达，结肠组织紧密连接蛋白15、氯化物细胞内通道（CLCN）4 和转化生长因子的表达显著提高，显著增加盲肠丁酸和乙酸分泌，改善肠道内环境。在改善动物脂代谢方面，-羟基--甲基丁酸和槲皮素促使APN 水平上升，可增加脂质氧化基因表达，降低体脂含量，改善家禽家畜屠体性状。Duan 等在育肥猪饲料中添加0.62%-羟基--甲基丁酸后，发现脂肪组织APN，IL-15 和成纤维细胞生长因子-21等浓度显著增加，激素敏感性脂肪酶和甘油三酯脂肪酶表达上升，减少肾周脂肪和总脂肪质量，改善育肥猪胴体性状。对肉鸡补充0.06% 槲皮素后，发现其回肠APN 含量增加，酒精脱氢酶和基因显著上调，血清中TG、TC 和低密度脂蛋白含量显著降低，胸肌率增加，腹脂率显著降低。因此，APN 通过参与调控肠道微生物结构，促进肠道消化吸收，降低炎性因子表达，在防控动物慢性肠道炎症，维持肠道健康，提高动物胴体性状（如胸肌率、腹脂率）中发挥重要作用。目前，APN 在营养调控方面的应用多集中于提高机体脂肪氧化能力，减少家禽家畜脂肪沉积，改善其胴体性状，但APN 的添加剂能否提高水产动物肉品质以及反刍动物免疫功能方面还有待进一步探究。

4 小结和展望

APN 主要通过AdipoR1、AdipoR2 与APPL1 结合激活AMPK 和PPAR通路：①APN 和AdipoR1 结合后与APPL1 互作，分别通过LKB1 和Ca/CaMKK 2种上游激酶诱导激活AMPK，增加PFK 和GLUT-4 的表达和活性，同时使ACC 磷酸化失活，细胞丙二酰辅酶A 水平下降，CPT-1 活性恢复，胰岛素敏感性增强，葡萄糖摄取和糖酵解增加，脂质含量降低；②APN 和AdipoR2 结合后与APPL1 互作，磷酸化PPAR，胰岛素敏感性提高，维持葡萄糖稳态，同时增加脂肪酸转运、氧化和减少脂肪酸合成相关基因的转录促进脂质氧化，抑制脂质合成。目前，APN 在调节糖脂代谢方面研究逐渐增多，其在动物生产方面的潜力越发明显。但APN 介导的PPAR通路具体如何调控糖代谢的机制研究较少，其在不同物种间介导AMPK 和PPAR通路调节糖脂代谢差异性，且作为分子标记基因，APN 基因主要用于家禽家畜的肉质性状和胴体性状，而繁殖性状和能量平衡方面还需进一步探究。