動物類脂肪酸脫氫酶研究進展

吳 敏，孫敬蒙，張煒煜*

（1.長春中醫藥大學，長春 130117；2.吉林大學第一醫院，長春 130021）

PUFAs具有較高藥用價值，其生理功能可作用于心血管系統疾病、促進細胞生長、抗炎、抗癌、免疫調解等作用；缺乏不飽和脂肪酸，會引起生長發育遲緩，血小板減少，加速衰老，不能供儲能量等癥狀[1]。其中二十碳五烯酸（20：5 n-3，EPA）和二十二碳六烯酸（22：6 n-3，DHA）及二十碳四烯酸（花生四烯酸，20：4 n-6，AA）并不能被動物自身合成，只有動物在外界環境的刺激或食物攝取獲得。最近研究發現，一些動物在外界低溫環境的刺激下，能通過動物體內存在的FADs將外源性攝入的亞油酸（Linoleic acid，LA），和亞麻酸（α-linolenic acid，ALA）轉化成EPA、DHA、AA，來滿足自身的需要[2]；FADs能催化與載體結合的飽和或不飽和脂肪酸在脂酰鏈上形成雙鍵，例如△6-脂肪酸脫氫酶（△6-FAD）可以在脂肪酸的6號碳上脫氫，形成引入成雙鍵。PUFAs參與了生物膜的構成，對生物膜的形成和物理性質、膜脂中脂肪酸的組成與不飽和度等方面起主要調節作用，恒溫動物或變溫動物能通過調節細胞膜中脂肪酸的飽和程度來適應外界環境溫度的變化，這種適應能力主要是通過FADs對脂肪酸的去飽和催化作用來實現的，主要不飽和脂肪酸類別，見表1。

因此，FADs受到極大關注，特別是近年來FADs在醫藥領域內、基因工程方面都取得相當進展，成為科學研究的熱點之一[3-4]。

表1 主要的不飽和脂肪酸類別

1 PUFAs的研究進展

我國對于脂肪酸脫氫酶的研究相對較晚，但在近幾年，發展非常迅速，取得了令人矚目的成就。根據引入C=C不飽和雙鍵時所具有的鏈長特異性和位置特異性，FAD有△4、△5、△6、△9、△12和 △15 共6種[5]。

THIEDE M A等[6]首先從鼠肝中分離到△9-FAD的基因組文庫（cDNA），并在煙草中得到表達。ARONDEL V等[7]首先從擬南芥中分離到內質網中△15-FAD基因的cDNA，后來陸續在擬南芥葉綠體、大豆質體、油菜微粒體中分離到，藍細菌、擬南芥、水稻、線蟲線粒體中也克隆到△15-FAD基因。隨后，霉菌、琉璃苣、線蟲、鼠、人等20余種生物中都分離到了該基因，并分別在釀酒酵母、煙草、油菜、馬鈴薯、曲霉、大豆中獲得功能性表達。MICHAETON L V等[8]首次報道了從線蟲中分離到△5-FAD基因，并在酵母中進行了功能性表達。

1.1 △6-FAD及其合成PUFAs的途徑 近年來，關于△6-FAD研究最多，△6-FAD是在不飽和脂肪酸的第6位和第7位碳原子脫氫，從而引入雙鍵，是多不飽和脂肪酸形成過程中的限速酶[9]。AKI T等[10]從大鼠中克隆了△6-FAD的全長基因，從人體內克隆出△6-FAD的全長基因。吳景等[11]克隆得到鏡鯉肝臟中高不飽和脂肪酸（HUFA）合成代謝的△6-FAD基因cDNA全序列。于海彥等[12]以家蠶最新基因組數據庫資源為依據，通過生物信息分析方法對家蠶脂肪脫氫酶進行克隆、序列分析，并對家蠶n3-FAD和△6-FAD基因進行了表達模式、原核表達、釀酒酵母表達進行研究。李凱等[13]以武定雞和大圍山微型雞為研究對象，檢測肌肉組織中脂肪酸含量及△6-FAD基因表達量，比較不同雞種脂肪酸含量及FAD基因表達差異。

△6-FAD合成多不飽和脂肪酸途徑是在從油酸（oleic acid，OA）開始，從而進入多不飽和脂肪酸代謝的n-3途徑，也可以直接進入n-6途徑。此時，2條途徑中的LA和α亞麻酸（α-linolenic acid，ALA）必須經△6-FAD的催化分別轉化成γ-亞麻酸（γ-1inolenic acid，GLA）和十八碳四烯酸（octadecatetraenoic acid，OTA）。GIA和OTA在其它酶的催化下經過一系列延長和脫氫，可進一步轉化成n-3和n-6途徑中諸如AA、DHA，見圖1。

圖1 △6-FAD合成PUFAs的途徑

1.2 △9-FAD合成PUFAs的途徑 △9-FAD是第一個被發現其cDNA的酶，研究初期相關報道較少，但近年來△9-FAD的研究也較為深入，△9-FAD以C18的脂酰-輔酶A（脂酰-CoA）和脂酰-?；d體蛋白（脂酰-ACP）為底物，在第9、10位碳原子間引入第一個雙鍵，是目前唯一已知的可溶性脂肪酸脫氫酶。從草魚體內克隆出△9-FAD，同時發現△9-FAD mRNA 在肝臟和大腦中的表達量最高[14-15]。虱目魚、鯉魚和羅非魚體內均克隆得到了△9-FAD[16-18]。吳永保等[19]利用PCR-SSCP技術檢測安卡雞、文昌雞和如皋雞△9-FAD基因的單核苷酸多態性（SNP），并對不同基因型與胸肌脂肪酸含量進行關聯分析。HYEKYUNG P C等[20]首次從甲殼動物中華絨螯蟹肝胰腺組織中克隆出△9-FAD，并在中華絨螯蟹各組織內，對該基因的含量進行定量檢測，結果表明△9-FAD基因在中華絨螯蟹肝胰腺中表達量最高。PERLING P等[21]證明地中海鰨中存在脂肪酸延長酶和△4-FAD，并發現低溫環境會引起△9-FAD基因表達上調，同時細胞膜上的PUFAs會顯著增加，來保持膜的流動性以適應冷水環境。這一點已在多種魚類中得到證明[22]。

△9-FAD合成多不飽和脂肪酸途徑是在從多不飽和脂肪酸的代謝從硬脂酸（18：0）開始，必須在△9-脂肪酸脫氫酶的催化下形成OA，進而進入到下一步的氧化過程中，見圖2。

圖2 △9-FAD合成PUFAs的途徑

1.3 △5-FAD及其合成PUFAs的途徑 △5-FAD是多不飽和脂肪酸合成途徑中的第2個限速酶[23-25]，，其合成多不飽和脂肪酸途徑是一部分從20：4二十碳四烯酸（花生四烯酸；ARA）開始，必須經過△5-FAD的催化作用，催化生成EPA。另外一部分從20：3γ-次亞麻酸開始，必須經過△5-FAD的催化作用，才能催化生成AHA，見圖3。

圖3 △5-FAD合成PUFAs的途徑

1.4 其他種類脂肪酸脫氫酶 △4-FAD是DHA合成過程的關鍵酶酶。當硬脂酸（18：0）經過都△5-FAD合成途徑催化生成EPA后，必須經過△4-FAD催化最終形成DHA。

△12-FAD、△15-FAD是動物體內沒有的2種脂肪酸脫氫酶，△12-FAD又稱油酸脫氫酶（oleate desaturases）只存在于植物和微生物中，因為人和哺乳動物細胞中缺乏在脂肪酸的第9位碳原子以上位置引入不飽和雙鍵的脫氫酶[26-28]。其主要作用是在單不飽和脂肪酸油酸的第12和13位碳原子之間插入一個雙鍵，形成含有2個雙鍵的多不飽和脂肪酸-亞油酸。因為它是PUFAs代謝n-3、n-6途徑的限速酶，所以控制著植物細胞中大多數不飽和脂肪的合成。同時它也是油酸脫氫形成亞油酸的關鍵酶。

△15-FAD在植物中一般有2個基因，一個在微粒體中，一個在質體中。ARONDEL V等首先從擬南芥（Arabidopsis）中分離到內質網中△15-FAD基因的cDNA，后來陸續在擬南芥葉綠體、大豆質體、油菜微粒體中，藍細菌、水稻、線蟲線粒體中也克隆到該基因[29-31]。

2 PUFAs的合成途徑

在生物體內，動物類PUFAs的合成共有兩個途徑，其中，一條途徑為脂肪酸延長去飽和途徑，它是以硬脂酸（18：0）為底物，通過脂肪酸延長酶與脫氫酶作用完成的[32-33]。PUFAs的合成可分為n-6和n-3兩種途徑，分別由ALA經n-6和n-3途徑中的各種脫氫酶和延長酶的催化經過一系列脫氫和延長進一步轉化成AA、EPA、DHA。另一條途徑為聚酮合酶合成途徑，因其不涉及到脂肪酸脫氫酶的催化過程，故本文不進行分析。見圖4。

圖4 PUFAs的延長去飽和合成途徑

3 PUFAs的基因工程

目前主要的幾種脂肪酸脫氫酶都已從動物、植物和真菌等不同生物體中克隆到，并在多種微生物、模式植物、油料種子作物和一些動物中獲得功能性表達。賈雪琦等[33]針對人類基因組密碼子的使用特性對大豆n-3和n-6脂肪酸脫氫酶基因的編碼序列進行改造，為得到可以產生多不飽和脂肪酸的轉基因動物奠定了一定基礎，從而對人體內必需脂肪酸的合成的研究提供了思路。

4 小結

研究表明，越來越多的疾病與不飽和脂肪酸的攝入及代謝的不平衡有關，脂肪酸脫氫酶的研究和應用以及基因的克隆和轉化研究越來越受到重視。隨著生物技術的發展，尤其是基因工程手段的利用，越來越多的脂肪酸脫氫酶基因被克隆到動植物體內，通過脂肪酸脫氫酶基因的遺傳操作來控制生物體中PUFAs的組成，獲得功能性脂肪酸成為可能，從而提高人們的生活質量。