MiR-206在奶牛乳脂代谢中的作用及研究进展

赵淑颖，姚大为，赵欣，丁向彬，马毅

（1.天津农学院动物科学与动物医学学院，天津 300384；2.天津市农业科学院畜牧兽医研究所，天津 300381；3.南开大学生命科学学院，天津 300071）

牛奶中乳脂含量是影响牛奶质量的主要因素。不同的消费者群体对牛奶脂肪的含量和比例有不同的要求。儿童的成长需要一杯高亲脂蛋白和高脂肪的牛奶。相反，患有糖尿病、肥胖疾病的人更适合选择低乳脂或脱脂牛奶产品。因此，在分子水平上探讨乳脂代谢的规律因素，可以从根本上减少乳制品后期加工造成的营养损失和生产成本。改善牛奶中脂质组成并选择性地降低或提高乳脂含量是生产功能性牛奶的必然选择。

miRNAs属于内源性非编码RNA（ncRNAs），参与基因表达的转录后调控并参与生物体的生命活动，已经有多项试验证明miRNAs参与细胞的增殖、分化、凋亡及组织发育、免疫应答与脂质代谢[1～3]。miRNA可以通过其5'端2-8核苷酸与目标基因mRNA的3' -UTR（3'非翻译区域）的互补序列配对，以抑制转录后的基因表达，从而对机体代谢进行调控。

MiR-206为miRNAS中的一员，属于miR-1家族，其他成员包括miR-133b、miR-133a-1、miR-133a-2、miR-1-1、miR-1-2[4]，其中miR-1-2和miR-133a-1、miR-1-1和miR-133a-2、miR-133b和miR-206分别组成作用相反的三个基因簇[5]。在乳脂代谢方面，姚大为等[6]通过奶牛乳腺上皮细胞的研究，表明miR-206抑制乳脂代谢相关基因（ACACA、FASN等）的表达，改变脂肪酸种类并下调甘油三酯的含量。

1 乳脂代谢

牛奶脂肪中含有大量人体需要的必需脂肪酸，乳脂中的中短链饱和脂肪酸可以起到防癌、抗病毒等功能[7]。反刍动物乳脂合成的前体主要来自瘤胃发酵作用的终产物乙酸、丁酸经瘤胃壁糖异生作用氧化形成的β-羟丁酸，在乳腺上皮细胞中形成脂肪酸[8]。脂肪酸生成途径除了从头合成，还包括从血液循环和细胞内运输中摄取中长链脂肪酸[9]。乳脂代谢是一个复杂且协调的机制，需要多个基因的参与。与乳脂代谢相关基因的表达对脂肪酸组成和甘油三酯的合成有很大的影响。包梅[10]研究表明SREBP1是人和动物的脂肪生成调控因子，通过调控参与乳脂代谢相关基因（FASN、SCD1）的表达以及转运蛋白的活性，进而影响甘油三酯的合成。过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARG）是核受体家族的成员，在多种组织和器官中表达，主要调控脂肪的合成与代谢[11]。乙酸经脂肪酸合酶（FASN）转化为乙酰辅酶A。乙酰CoA羧化酶是一种生物素依赖性酶，催化乙酰CoA转化为丙二酰辅酶A[12]，ACACA是其中的一个亚型，在脂肪生成组织中产生，用于从头合成脂肪酸，被认为是控制脂肪酸合成的主要亚型[13]。中短链饱和或不饱和脂肪酸经超长链脂肪酸延伸酶（ELOVL6）催化生成长链饱和或不饱和脂肪酸，再经硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）去饱和，在二酰甘油酰基转移酶（DGAT1）和磷酸甘油酰基转移酶6（AGPAT6）的作用下合成甘油三酯。甘油三酯在内质网合成，与血浆载脂蛋白结合，以乳糜微粒的形式从乳腺上皮细胞分泌到腺泡腔形成乳脂[14,15]。脂肪酸结合蛋白（FABP3）将长链脂肪酸运输到内质网，为SDC1提供底物。可以看出，牛乳腺脂质合成需要几个基因的协调表达来合成和分泌脂肪酸与甘油三酯。

2 miRNAs概述

miRNA为微小RNA，是一类内源性非编码RNA，其长度约为22个核苷酸（nt），并且具有较高的种间保守性[16]。研究表明，人类基因组可以转录不计其数的miRNA，并且超过60%的蛋白质编码基因受miRNA调控。此外，miRNA受表观遗传机制调控。miRNA的生物学功能研究在疾病控制和阐明生物过程中具有特定意义。

miRNAs在成熟以前要经历3种形式：miRNAs初始转录物（pri-miRNAs）、前体miRNAs（premiRNAs）和miRNAs。miRNAs在内含子与外显子中都有分布。miRNAs基因在RNA聚合酶Ⅱ的催化下转录生成含有帽子结构和poly尾巴的pri-miRNAs；核酸内切酶Drosha和辅助因子作用于pri-miRNAs将帽子结构和poly尾巴切去生成70个碱基左右的pre-miRNAs；premiRNAs由核内转移蛋白5转移到细胞质，在核酸酶Dicer的作用下形成双链miRNA，最后在胞内降解成一条成熟的miRNA[17～19]。miRNAs参与细胞凋亡、增殖，有研究表明，miRNAs参与癌细胞的发生[20]并参与脂代谢等多种生物学过程[21]。

3 与牛乳脂代谢相关的miRNAs

目前关于乳脂代谢相关的miRNAs研究报道较少，主要集中在miR-33、miR-106、miR-27、miR-181a、miR-130a、miR-454、miR-29s、miR-34b等。有研究表明，在奶牛乳腺上皮细胞中过表达或抑制miR-33a下调或上调超长链脂肪酸延伸酶6（ELOVL6）和羟烷基辅酶A脱氢酶B（HADHB）基因的表达，可促进或抑制甘油三酯的合成。Chen等[22]的研究表明，在奶牛乳腺上皮细胞中过表达miR-106b可显著降低胆固醇和甘油三酯的含量，抑制miR-106b则相反。曹明月[23]在研究牛乳腺上皮细胞中发现，过表达miR-27a显著降低了甘油三酯的含量并抑制其靶基因PPARγ的mRNA的表达，从而抑制miR-27a显著上调PPARγ的表达量；PPARγ是脂肪组织重要的标志基因，其可通过激活脂质合成相关基因的表达来增加细胞脂质积累。有研究证实miR-181a、miR-130a在牛乳腺上皮细胞中分别调控酰基辅酶A合成酶1（ACSL1）、PPARγ而下调乳脂合成[24,25]。在乳腺上皮细胞中分别干扰miR-454和miR-29s上调或下调PPARγ的表达，还增加或减少甘油三酯的含量[26,27]。Wang等[28]研究表明miR-34b可减少奶牛乳腺上皮细胞内甘油三酯的含量，过表达miR-34b可显著抑制乳脂代谢相关基因PPARγ、FASN等的表达。

4 miR-206的研究进展

miR-206的长度仅有21～25bp，牛的miR-206基因定位于23号染色体，成熟的miR-206序列在不同物种间具有高保守性[29]。miR-206在人肾细胞癌、子宫内膜癌中的表达与细胞增殖和迁移呈负相关[30,31]，miR-206促进牛骨骼肌卫星细胞肌源性分化和增殖[32]。

虽然对于miR-206的研究较多集中在肌细胞的分化和凋亡[21]以及癌细胞的迁移上[33]，但是仍有研究证明miR-206会参与调控脂质代谢。miR-206能够降低Akt的磷酸化水平，PI3K/Akt信号通路是参与调控细胞内脂质合成的重要信号通路，miR-206在脂肪细胞中通过抑制PI3K/Akt信号通路下调脂质代谢合成[34]。在肝细胞中，过表达miR-206会显著降低肝X受体（LXRs）mRNA表达水平，肝X受体（LXRs）作为脂质代谢过程中重要的转录调控因子，其靶基因包括FASN、SREBP1和乙酰辅酶A（ACC）等与脂质合成密切相关的基因，其表达量因过表达miR-206显著降低，而导致细胞中脂滴的沉积减少。miR-206是脂质生成的抑制因子，它能够通过促进胰岛素信号通路降低肝细胞内的脂质生成。miR-206抑制小鼠肝脏脂质生成[34]；KLF4作为调节因子参与脂肪生成[12]。有研究表明，KLF4通过与C/EBPβ启动子结合影响其表达进而影响下游C/EBPα和PPARγ的表达，从而促进脂肪的生成[35]。徐珂[36]在猪的脂肪细胞的研究中发现过表达miR-206显著降低脂肪细胞中的C/EBPβ、C/EBPα和PPARγ的表达水平，导致脂肪生成量减少。在不同产奶丰度的牛乳腺上皮细胞中，miR-206的表达有显著差异[37]。姚大为等[6]近期的研究表明，过表达miR-206显著降低牛乳腺上皮细胞脂质合成相关基因（ELOVL6、GPAM、LPIN1等）的表达，细胞内甘油三酯含量降低，C14:0和C22:6n-3含量显著降低，C16:1含量显著增加；抑制miR-206表达后，奶牛乳腺上皮细胞中乳脂代谢相关基因表达量显著升高，甘油三酯含量显著上调，脂肪酸组成未发生明显改变。GPAM影响细胞内甘油三酯的含量，是形成甘油三酯过程中的限速酶[38]。有研究显示，敲除牛胚胎成纤维细胞中的GPAM可显著降低甘油三酯的含量，并下调脂质代谢相关基因的表达水平[39]。LPIN1可以编码Mg2+依赖性的磷脂酶，促进甘油三酯和磷脂合成；作为转录协同刺激因子调控PPARγ和PPARα等，进而调控脂类代谢。LPIN1具有促进甘油二酯和甘油三酯生物合成的作用[40]。MiR-206在奶牛乳腺上皮细胞中对乳脂代谢起负调控作用，但是其下游关键靶基因和具体调控机制还有待进一步研究。

5 总结与展望

上述研究表明，目前关于miR-206参与脂肪酸调控机理的研究报道仍然较少，尤其是具有较高营养价值的短、中链脂肪酸和不饱和脂肪酸代谢的分子调控机制尚不清楚。近期的研究表明，miR-206对牛乳腺上皮细胞脂质合成相关基因的表达具有负调控作用，但是，miR-206对下游关键靶基因的调控机制以及靶基因对奶牛乳腺上皮细胞的功能还不清楚，有待进一步研究。