海洋無脊椎動物多不飽和脂肪酸合成代謝機理研究進展

王姮,丁君

(大連海洋大學，農業農村部北方海水增養殖重點實驗室，遼寧 大連 116023)

近年來，人們對水產品質量安全、優質動物蛋白以及脂肪來源的關注度越來越高。水產品中富含人體所必需的多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)，PUFA不僅是維持正常生命活動的必需物質，而且對很多疾病具有明顯的預防和治療作用。然而，由于過度捕撈和環境破壞等因素，天然漁業資源呈現下降的趨勢。近年來，人類不斷增加的水產品需求主要依賴于水產養殖業的發展。因此，需要開發新的PUFA來源以滿足人類需求。幾乎所有的PUFA都來自于水生生態系統中的初級生產者，微藻作為海洋中PUFA的主要初級生產者，其生產出的PUFA進入食物鏈后，由較高營養級生物通過轉化或修飾產生新的PUFA[1]。

人們希望通過研究魚類PUFA生物合成途徑來尋找傳統魚粉和魚油等的替代品，如植物粕和植物油，從而提高水產養殖的可持續性。因此對魚類內源二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)的合成途徑進行了大量研究[2-3]，而藻類作為長鏈多不飽和脂肪酸的主要初級生產者一直備受關注[4]。相比之下，無脊椎動物PUFA合成的研究卻相對較少。無脊椎動物位于初級生產者(植物)與脊椎動物(魚類)之間，約占動物總種類數的95%[5]。曾經認為“動物”沒有合成PUFA的能力，只能通過營養升級(trophic upgrading)來獲得PUFA。但近幾年發現，低等動物具有合成PUFA的能力[2]。由于PUFA在動物個體發育、生長、存活率、色素沉積、應激和疾病抵抗力以及大腦、視力和神經系統中起著重要作用[6]，因此，為了獲取富含更多PUFA的食物來源，海洋無脊椎動物受到越來越多的關注。同時，隨著分子生物學及相關技術的發展，對海洋無脊椎動物PUFA生物合成和代謝分子機制的研究逐漸成為熱點。如何提高無脊椎動物自身PUFA的合成能力是解決飼料中植物油替代魚油問題的關鍵，因此,在分子水平上研究海洋無脊椎動物PUFA的生物合成途徑和調控機制具有重要意義。

盡管海洋無脊椎動物數量龐大、種類繁多，但是基于理論研究和實際生產應用的需要，有關研究報道多集中于多孔動物、刺胞動物、軟體動物、甲殼動物和棘皮動物等。因此，本文對以上五類海洋無脊椎動物PUFA合成和代謝途徑以及重要酶和關鍵基因的研究進展進行綜述，為海洋無脊椎動物PUFA合成、代謝與調控體系的研究提供參考資料。

1 多不飽和脂肪酸簡介

碳原子≥20、雙鍵數≥3的PUFA稱為長鏈多不飽和脂肪酸(long-chain polyunsaturated fatty acid，LC-PUFA)。主要分為n-3、n-6、n-7和n-9系列，其中，n-3和n-6系列具有重要生物學功能。距羧基最遠端的雙鍵在倒數第3個碳原子上的稱為n-3 PUFA；在第六個碳原子上的稱為n-6 PUFA。n-3 PUFA主要包括α-亞麻酸(linolenic acid，ALA，C18∶3n-3))、二十碳五烯酸(eicosa-pentaenoic acid，EPA，C20∶5n-3)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA，C22∶6n-3)；n-6 PUFA主要包括亞油酸(linoleic acid，LA，C18∶2n-6)、γ-亞麻酸(γ-linolenic acid，GLA，C18∶3n-6)和二十碳四烯酸(又稱花生四烯酸，arachidonic acid，AA，C20∶4n-6)等。它們的結構特點及在人體內代謝的相互轉化方式如圖1所示[7]，包括了多種人和動物體維持正常生長發育及生理功能的必需脂肪酸(essential fatty acid，EFA)，如AA、EPA和DHA，它們是細胞膜磷脂的重要成分，可以降低膜的相變溫度，增強膜的流動性，對于維持生物膜的正常生理功能具有重要作用[8]；同時，由于富含DHA的磷脂賦予了細胞膜特殊的流動性和壓縮性，使得神經傳輸和視覺感受所需的生物膜相變能夠迅速進行，因此，在人的大腦發育和心腦血管疾病等方面具有重要作用[9-10]。除此之外，PUFA還對脂類代謝、機體免疫及血液生理生化特性[11-13]等有一定程度影響，而且對海洋生物的生長、發育和繁殖發揮重要作用[14-15]。

圖1 脊椎動物多不飽和脂肪酸PUFA的合成途徑[1]Fig.1 Biosynthetic pathways of PUFA in vertebrates[1]

在海洋無脊椎動物中，發現脂肪酸去飽和酶(fatty acid desaturase，Fad)具有非亞甲基中斷脂肪酸(non-methylene-interrupted fatty acids,NMI FA)(雙鍵之間不止有一個甲基的PUFA[16])的合成能力[17]。NMI FA最早于70年代在海藻、多孔動物(海綿)和海洋軟體動物中發現，主要分為三類：第一類具有常見的亞甲基中斷不飽和結構，但其中缺少一個雙鍵結構，如20∶3Δ5,11,14,20∶4Δ5,11,14,17；第二類主要存在于海綿動物中，具有典型D5Z,9Z不飽和結構的中長鏈(C16-C34)NMI FA，如18,2Δ7,11，20∶2Δ9,13；第三類主要存在于軟體動物中，如20∶2Δ5,11,20∶2Δ5,13,22∶2Δ7,13,22∶2Δ7,15,20∶3Δ5,11,14,22∶3Δ7,13,16[18]。

2 PUFA合成代謝的關鍵酶

PUFA合成代謝的關鍵酶主要包括脂肪酸去飽和酶(fatty acid desaturase，Fad)、長鏈脂肪酸延長酶(elongase of very long chain fatty acid，Elovl)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase，Fas)、乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)和硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-coenzyme A desaturase，SCD)。

Fad主要位于真核生物的內質網膜，因此具有膜整合酶特有的三個保守組氨酸富集區，由一個NADH-細胞色素b5還原酶和細胞色素b5協助其完成碳鏈脫氫。具體過程是 NADH和脂酰-CoA分別貢獻一個電子與氧分子結合，從而形成一個雙鍵并釋放兩分子水[19]。在脊椎動物中，Fads家族包括Fad1、Fad2、Fad3三種基因。Fad1和Fad2基因的產物分別具有Δ5和Δ6 Fad酶活性，而Fad3的表達產物沒有活性[20]。此外，也有研究證明,Fads基因不僅具有Δ5和Δ6活性，還具有Δ8和Δ4去飽和功能[21]，可將ALA和LA轉化為22∶5n-3和22∶4n-6，或者將20∶3n-3和22∶5n-3 轉化為 20∶4n-3 和 DHA。

Elovl催化聚縮反應是碳鏈延長的限速步驟。Elovl催化脂肪酸和丙二酰CoA縮合，是C18以上PUFA合成LC-PUFA過程中的關鍵酶。在脊椎動物中，延長酶家族存在7個成員，根據它們作用底物的特異性不同，分別命名為Elovll～Elovl7，其中Elovl2、Elovl4和Elovl5是PUFA合成的關鍵酶[22]。

Fas是脂肪酸合成的關鍵酶，主要位于脊椎動物的脂肪和肝臟等組織中，FAS途徑是以乙酰CoA、丙二酸單酰-CoA 為底物，首先在FAS復合酶的作用下生成軟脂酸，再在碳鏈延長酶作用下生成硬脂酸，隨后在一系列脂肪酸去飽和酶和延長酶的作用下生成包括終產物 DHA在內的一系列不飽和脂肪酸[23]，其活性高低直接影響體內脂肪的合成，不飽和脂肪酸對FAS活性具有抑制作用。

ACC是脂肪酸合成代謝過程中的限速酶，催化乙酰CoA合成丙二酰CoA，并在脂肪酸延長酶的作用下合成長鏈脂肪酸。ACC是磷酸腺苷激活蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)的下游靶點，AMPK可通過其磷酸化水平來抑制ACC表達，并調控脂肪的分解與合成代謝[24]。

SCD 是脂肪酸去飽和化的限速酶，催化飽和脂肪酰基CoAΔ9-cis的去飽和化，生成單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid，MUFA)，將C16∶0和C18∶0 轉化成棕櫚油酸(C16∶1)和油酸(C18∶1)，C18∶1也可以被SCD去飽和化為共軛亞油酸(conjugated linoleic acid，CLA，C18∶2)。SCD是脂肪酸形成和肌肉間脂肪沉積過程中的重要調控因子[25]。

3 初級生產者與脊椎動物PUFA合成代謝途徑

PUFA的初級生產主要由海洋中光合微藻、異養原生生物以及細菌完成。微藻為從頭合成PUFA，主要通過給飽和脂肪酸依次添加雙鍵的有氧途徑，即通過Δ9和Δ12(或ω6)去飽和酶將C18∶0(16∶0)合成C18∶2n-6(亞油酸，LA)，進而通過Δ15(或ω3)去不飽和酶，合成C18∶3n-3(α-亞麻酸，α-linolenic acid，LNA)[26](圖2)。通過一系列在Δ9位置與羧基末端之間插入雙鍵的去飽和酶以及延長酶的作用下將LNA轉化為EPA與DHA。傳統程序是Δ6 去飽和酶→延長酶→Δ5去飽和酶→延長酶→Δ4去飽和酶，但在某些物種中，最初的步驟可以是通過Δ8去飽和化延長為C20∶3n-3或C20∶4n-6的Δ17去飽和化生成EPA[26]。近年來發現，原核生物和真核生物都可以通過多聚乙酰合成酶(polyketide synthase，PKS)參與的全新厭氧途徑來合成PUFA[27]。PKS途徑最初在希瓦氏菌Shewanellasp.中被發現，隨即在弧菌Vibriosp.以及從魚類和無脊椎動物腸道中分離出的大多數生產PUFA細菌中均有發現[25]，因此，海洋細菌即可通過有氧途徑，也可通過厭氧途徑進行PUFA的合成。

圖2 初級生產者PUFA合成代謝途徑[32]Fig.2 Biosynthetic pathways of PUFA in primary producers[32]

與所有脊椎動物相同，魚類不能從飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸合成PUFA，因此PUFA是必需的膳食營養物質[28]。盡管DHA和EPA多存在于魚類及魚油中，但它們最初是由微藻合成。魚類通過“營養升級(trophic upgrading)”過程，使體內的必需脂肪酸含量增加從而具有更高的營養價值，也可以通過代謝C18 PUFA、LNA和LA，生成LC-PUFA，不過這取決于該物種是否具有合成EPA或DHA的能力。在脊椎動物中，EPA的合成首先通過C18∶3n-3的Δ6去飽和作用生成C18∶4n-3，再通過Δ5去飽和作用后在延長酶的作用下生成C20∶4n-3，與C18∶2n-6合成花生四烯酸(arachidonic acid，ARA )過程中所涉及的酶相同[29](圖1)。魚類將C18 PUFA轉化為LC-PUFA的能力與Fad、Elovl的補充有關[30]。為了揭示這些酶活性的分子基礎，近些年來有研究通過酶基因cDNA克隆的方法，使用不同種酵母載體Saccharomycescerevisiae(沒有內生LC-PUFAFad或Elovl基因的表達)來研究它們的表達功能，并通過培養轉化的酵母酶活性與適當的PUFA基質確定酶的活性。目前一些海水魚和淡水魚中已完成了Δ6Fad、Δ5Fad的 cDNA克隆與特征描述，也發現了具有雙功能Δ6 /Δ5 Fad表達的魚類[31]。在哺乳動物中，已知的參與LC-PUFA生物合成Elovl的基因至少有兩個，分別為Elovl2和Elovl5[22]。不同物種的PUFA生物合成能力不同，許多海水魚類明顯地缺少了Δ5Fad和Elovl2[31]。

4 海洋無脊椎動物PUFA合成代謝

與脊椎動物不同，海洋無脊椎動物中LC-PUFA的生物合成途徑仍然知之甚少[1](圖3)。研究表明，一些海洋無脊椎動物通過Fads和Elovl酶進行LC-PUFA的生物合成[18]，然而PUFA合成代謝途徑較為復雜，因此，本文根據生物進化歷程，按照由低等到高等的順序分別對多孔動物、刺胞動物、軟體動物、甲殼動物和棘皮動物共五類海洋無脊椎動物PUFA合成代謝途徑及相關酶基因的研究進展進行概述，著重總結了水產經濟物種中軟體動物、甲殼動物和棘皮動物LC-PUFA合成代謝的分子機制。

圖3 無脊椎動物多不飽和脂肪酸合成途徑[1]Fig.3 Putative biosynthetic pathways of PUFA in invertebrates[1]

4.1 多孔動物

多孔動物(Porifera)又稱海綿動物，其脂肪酸具有獨特的結構特點，包括長脂酰鏈(可達34個碳)、支鏈、官能團、相對較高的未飽和度(可達6個雙鍵)和一個特定模式內的未飽和脂酰鏈[33]。在多孔動物中,NMI FA以Δ5,9雙鍵模式為主，可將C16∶0轉化為C26∶0，而兩個雙鍵可以按任意順序添加[34]。有研究報道，在大堡礁海綿(Amphimedonqueenslandica)的基因組中發現了Fad和Elovl基因，表明該物種中存在參與LC-PUFA生物合成途徑的候選酶[35]，包括一個Fad和兩個延長酶Elovl2、Elovl4，具體序列詳見表1。因此，在海綿動物中存在著活躍的去飽和系統和延長系統[33]。多孔動物的脂肪酸具有很好藥用價值，例如從花萼海綿(Discodermiacalyx)和南海海綿(Theonellaswinhoei)中提取出的蛋白磷酸酯酶抑制劑(Calyculin A)，Calyculin A是一種八甲基多羥基二十八碳脂肪酸[36]，可以抑制小鼠L1210和P388白血病細胞系的增殖，特定地抑制蛋白磷脂酶I和蛋白酯酶IIA的活性，其衍生物可選擇性地作用于增值細胞而非正常靜止細胞，有開發成新型藥物的潛力[37]，具有良好的應用前景[38]。

4.2 刺胞動物

刺胞動物(Cnidaria)又稱腔腸動物，能夠與PUFA的初級生產者及一些無脊椎動物等產生共生作用，使得PUFA/LC-PUFA生物合成途徑更加復雜化[39]。有研究報道，在三趾雙殼類軟體動物(巨型蛤)以及刺胞動物珊瑚蟲綱(珊瑚和海葵)和缽水母綱(水母)中會發生脂肪酸易位現象[40]。蟲黃藻中的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸會主動轉運到宿主體內，且共生產生的脂質可占珊瑚組織干重的46%[41]。因此，珊瑚等多養生物的脂肪酸組成可以反映營養素來源，包括蟲黃藻等內源藻類和細菌，而脂肪酸可以作為這些來源的標記[42]。分析PUFA在蟲黃藻、珊瑚蟲組織和軟珊瑚(Sinulariasp.)、硬珊瑚(Acroporasp.)中完整菌落的分布為解析不同部位合成PUFA的生化途徑提供了線索[43]，結果表明，C18∶3n-6、C18∶4n-3、EPA、C22∶5n-3和DHA主要由蟲黃藻合成；C20∶3n-6、ARA和C22∶4n-6由珊瑚蟲組織合成；軟珊瑚珊瑚蟲也能合成24∶5n-6和24∶6n-3。無論有沒有蟲黃藻，這些四環素多烯脂肪酸都可作為軟珊瑚化學分類的標記[44]，說明C22 PUFA的生物合成只發生在珊瑚蟲體內；蟲黃藻還可以合成C16∶2n-7、C16∶3n-4和C16∶4n-1。Imbs等[43]推測,在Sinulariasp.中合成C16∶2n-7和在Acroporasp.中合成C18∶3n-6都經過了Δ6 去飽和酶催化，因此C18∶2n-6、C18∶3n-6和C16∶2n-7在不同蟲黃藻和珊瑚蟲上的分布相對均勻。珊瑚蟲合成了C18∶2n-7，表明C16延長酶在珊瑚中發揮作用。然而在對海葵(Aiptasiapulchella)的研究中發現，使用純度穩定的同位素(13C)標記溶解無機碳，脂肪酸合成率只與共生腰鞭毛蟲體內的脂肪生成途徑有關，且共生體派生的同位素標記脂肪酸并未被直接用于宿主PUFA合成[45]。海蜇中脂肪酸組成豐富，并且，其脂肪組成與它們主要捕食對象的脂肪酸組成有關，含有30多種脂肪酸，PUFA含量在36.2%～38.7%之間，其中DHA、EPA和AA含量較高，具有很高的營養與藥用價值。

4.3 軟體動物

軟體動物(Mollusca)作為海洋無脊椎動物中一個大的群體，不僅具有很高的經濟價值，而且具有很高的營養價值(能為人類提供“omega-3”)，因此，對軟體動物中PUFA的生物合成進行了廣泛研究[46]。早在1989年就有關于各種軟體動物中脂肪酸組成的綜述性文章[47]，后續的研究證明，軟體動物中腹足類和雙殼類具有生產內源PUFA的能力[48-49]。一般認為，軟體動物具有一定的PUFA生物合成能力，但這種能力因物種不同而存在差異，這主要取決于參與這些代謝反應的去飽和酶和延長酶的酶補充作用。與其他海洋無脊椎動物類似，軟體動物也可以內源性合成NMIFA，其生物合成途徑已經有詳細描述，在大多數軟體動物中至少有兩個不同的去飽和作用，具有Δ5,9不飽和模式特征的NMI FA[16]。首先，硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-CoA desaturease，SCD)已被證實存在于軟體動物中[50]，具有Δ9去飽和酶活性，可分別將棕櫚油酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)轉化成棕櫚酸(C16∶1n-7或Δ9C16∶1)和油酸(C18∶1n-9或Δ9C18∶1)[20]。其次，去飽和酶需要在Δ5位置加入一個雙鍵才能帶有Δ5去飽和活性。在軟體動物中廣泛分布著具有Δ5、Δ6特異性的脂肪酰基去飽和酶[51]。

LC-PUFA是頭足類動物必需的營養物質，尤其在生命周期的早期階段[52]。Monroig等[53]對頭足類動物LC-PUFA合成途徑中起關鍵作用的Fad和Elovl酶基因進行了克隆和功能分析，其cDNA包含三個組氨酸盒(HXXXH、HXXHH和QXXHH)、一個推測的細胞色素b5樣結構域和一個類似于脊椎動物去飽和酶“Fads”家族的血紅蛋白結合序列(HPGG)。章魚Fad對飽和、不飽和脂酰基底物均表現出Δ5去飽和酶活性，可分別將酵母內源的C16∶0和C18∶0有效地轉化為Δ5去飽和的C16∶1n-11(Δ5-C16∶1)和C18∶1n-13(Δ5-C18∶1)，同樣也可以轉化為Δ5去飽和活性的C18∶1n-13和C20∶1n-15(Δ5-C20∶1)[46]。雖然頭足類動物Fad的Δ5樣特異性可分別將C20∶4n-3和C20∶3n-6轉化為EPA和ARA，但并沒有發現具有明顯的Δ4、Δ6和Δ8活性，也沒有證據顯示在頭足類動物中有類似于脊椎動物的替代途徑[54]。

研究表明，軟體動物中僅存在單一Fad基因[53]，隨著分子生物學技術的發展，越來越多軟體動物的全基因組研究計劃相繼而出，軟體動物Fad與Elovl序列數據庫也得到不斷擴充(表1)。在皺紋盤鮑(Haliotisdiscushannai)、霸王蓮花青螺(Lottiagigantea)等基因組中均存在多個編碼Fad與Elovl的基因，因此，數據庫的擴充將有助于新基因或酶的發掘，且有利于闡明Fad和Elovl的合成代謝機制，充分了解它們在LC-PUFA生物合成中的作用。

4.4 甲殼動物

PUFA合成代謝對水產養殖的生態和經濟效益等方面具有重要意義。目前，甲殼動物(Crustacea)中PUFA的相關研究主要集中于甲殼動物(蝦蟹等)和浮游動物。研究表明，不同種類甲殼動物中LC-PUFA的生物合成能力存在差異，但與物種的系統發育(類/亞類)或棲息地(淡水/海洋)無顯著相關性。例如，橈足類哲水蚤(Harpacticoidcopepods)具有參與PUFA生物合成的去飽和酶和延長酶，能夠合成LC-PUFA，可能與其棲息地中取食的食物質量有關。淡水橈足類鋸緣真劍水蚤(Eucyclopsserrulatus)在投喂不含DHA的微藻時也有內源產生DHA的能力[1]。雖然橈足類甲殼動物能夠內源性合成LC-PUFA，但是合成效率較低[55]。鰓足類蚤狀溞(Daphniapulex)暴露于低溫時，LC-PUFA含量會顯著增加[56]。鹵蟲可以將帶有放射性標記n-6系列脂肪酸LA(C18∶2n-6)轉化為n-3系列脂肪酸LNA(C18∶3n-3)[57]，由此表明，甲殼動物中存在n-3(或Δ15)去飽和酶。

甲殼動物內源性LC-PUFA的生物合成能力多數是通過間接分析(成分)來證明的，很少有直接的證據(比如生化/分子)，因此甲殼動物中LC-PUFA的具體合成途徑尚不明確。目前研究發現,在中華絨螯蟹(Eriocheirsinens)、擬穴青蟹(Scyllaparamamosain)和凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)等甲殼動物中克隆出Fad樣基因，但尚沒有進行功能分析[18]。這些Fad樣基因序列具有去飽和酶的典型結構，包括血紅素結合區域(HPGG)和多個跨膜區域的細胞色素b5樣結構域以及三個組氨酸盒。其中第三個組氨酸盒的氨基酸序列是HXXHH，而不是通常在去飽和酶中發現的QXXHH。系統發育分析表明，蝦蟹類甲殼動物的去飽和酶與其他無脊椎動物(如軟體動物和棘皮動物)的去飽和酶在功能特征上具有顯著差異，它們形成了一個獨立的非功能特征序列群。甲殼動物中Elovl基因具有典型的延長酶基因結構特點，雖然尚未進行功能分析，但是有研究發現餌料可以調節中華絨螯蟹Fad和Elovl表達，在投喂食用植物油(大豆油)含量相對較高的餌料時其表達量增加，類似于脊椎動物對去飽和酶表達的調節反應[58]。具體甲殼動物Fad和Elovl序列見表1。

山東、河北、遼寧等沿海省份是我國海鹽主要產地，鹵蟲卵產量大、營養豐富、脂肪酸含量高，鹵蟲卵作為水產苗種培育過程中常用且極為重要的餌料，對水產動物的幼體發育、能量儲存、體組織脂肪酸組成都有著重要作用。雖然有報道鹵蟲卵、初孵無節幼體中脂肪酸組成及含量的研究[59]，但是鹵蟲本身PUFA合成能力的研究鮮見報道，有待進一步深入研究。

4.5 棘皮動物

棘皮動物(Echinoderm)PUFA合成的研究處于起步階段，尤其是PUFA合成中關鍵性酶功能的研究相對較少。目前已經獲得了刺參(Apostichopusjaponicus)、中間球海膽(Strongylocentrotusintermedius)和紫色海膽(Paracentrotuslividus)等棘皮動物的Fad基因序列[18]。Kabeya等[60]從P.lividus中克隆了FadsA、FadsC1和FadsC2三種去飽和酶的cDNA序列，并對它們進行了功能分析，結果表明，它們都具有典型的去飽和酶特征，包括細胞色素b5結構域、血紅蛋白結合序列(HPGG)和三個組氨酸盒(HXXXH,HXXHH和QXXHH)；盡管具有共同的去飽和酶特征，但系統發育分析顯示，海膽和其他棘皮動物都具有特異的序列域。研究證實，FadsA是Δ5 去飽和酶，且在海星(Patiriaminiata)、海蛇尾(Ophiothrixspiculata)和海參(Parastichopusparvimensis)等棘皮動物中也發現了FadsA的同源體；而海星、海蛇尾和海參中檢測到的FadsB去飽和酶在海膽中未檢測到；系統發育分析表明，棘皮動物FadsB更接近于脊椎動物的Fads樣去飽和酶。P.lividus含有豐富的LC-PUFA、EPA和ARA，可通過去飽和反應“Δ8途徑”將C18 PUFA的ALA(C18∶3n-3)和LA(C18∶2n-6)轉化成EPA(C20∶5n-3)和ARA(C20∶4n-6)[61](圖3)，因此即使在投喂低含量ARA時，海膽性腺中ARA含量也較高[62]。與軟體動物中去飽和酶相似，從P.lividus中發現的FadsA能將C18∶0去飽和化為C18∶1n-13(Δ5C18∶1)，但是不能把C16∶0去飽和化為C16∶1n-11(Δ5C16∶1)。另外，在海膽中也存在NMI FA，FadsA在合成NMI FA的過程中起作用[63]；在另一種綠海膽(Strongylocentrotusdroebachiensis)中也有NMI FA的生物合成途徑[64]，即可通過C20∶1n-9(Δ11C20∶1)和C20∶1n-7(Δ13C20∶1)的Δ5去飽和化合成Δ5,11C20∶2和Δ5,13C20∶2。然而，海膽FadsA具有從C20∶3n-3 (20∶3Δ11,14,17)和20∶2n-6(20∶2Δ11,14)合成NMI FAs C20∶4Δ5,11,14,17 和C20∶3Δ5,11,14的能力。盡管克隆了刺參(A.japonicus)、中間球海膽(S.intermedius)等棘皮動物的Elovl基因序列[18]，但是其功能卻鮮有報道。刺參(A.japonicus)的Elovl5不同于軟體動物Elovl2/5，它可以將γ亞麻酸與EPA轉化為加2個碳的對應產物[18]。

Wang等[65]對性腺各發育時期(即PUFA蓄積階段)進行了轉錄組和代謝組聯合分析，共篩選出49個與脂肪酸相關的基因，包括常見的Fads及Elovl等基因，還包括參與脂肪酸合成代謝的Cyp4v2、Fas、乙酰輔酶A酰基轉移酶(ACAA2)等基因[66]。通過代謝組分析篩選出一些主要代謝物，如AA、α-亞麻酸、DPA(C22∶5n-3)、EPA、DHA等，并進一步研究了花生四烯酸代謝、α-亞麻酸代謝以及亞油酸代謝通路[65]。其中，DPA作為EPA和DHA的中間產物同樣具有調節血脂、軟化血管、優化神經、防止癌癥和監管脂質的功能，其調節血脂的功能比有“血管清道夫”之稱的EPA還要強。

5 展望

飲食(營養調節)和環境因素(包括溫度、壓力和鹽度)會影響海洋無脊椎動物PUFA的合成能力。因此，研究海水養殖物種PUFA合成途徑的營養調控具有重要意義。一般來說，增加植物油的攝入量 (缺乏≥C20 PUFA)會促進Fad和Elovl基因上調表達，從而彌補以植物油為基礎的飼料中≥C20 PUFA的不足。然而，海洋無脊椎動物PUFA合成代謝是一個復雜的過程，參與調節Fad和Elovl表達的分子機制尚不明確。現有研究表明，海洋無脊椎動物體內含有參與PUFA合成的關鍵酶，且對內源性PUFA合成起作用，但其分子機制尚不完全清楚。基因組學的迅猛發展、新興基因編輯技術的不斷完善有利于無脊椎動物PUFA合成代謝機理的深入研究，包括關鍵酶的空間結構、底物識別區域和活性區域、轉錄后調控機制等，為人們更深入地理解海洋經濟無脊椎動物PUFA合成代謝與調控體系、開展海洋經濟無脊椎動物的可持續綠色健康養殖等應用研究提供有價值的參考資料。