Pparγ調控魚類脂質代謝作用機制的研究進展

謝帝芝 宋尚書 陳 芳 李遠友 徐 超

(華南農業大學海洋學院, 廣州 510000)

組織脂肪沉積是脂肪合成、轉運吸收、分解供能的綜合結果。大量研究表明, 過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator activated receptors, PPARs)在調控體內脂質代謝和脂肪細胞分化, 以及維持游離脂肪酸穩態等多方面起到重要作用, 被認為是脂肪代謝感受器。PPARs包括PPARα、PPARβ (也稱為PPARδ)和PPARγ三個成員。PPARα通過控制脂肪酸轉運與脂肪酸氧化(FAO)以調節魚類攝食行為; PPARβ能增加機體脂質和葡萄糖代謝;PPARγ參與脂質消化、吸收、轉運和再酯化等脂質代謝過程中的調控, 且在脂肪細胞分化、細胞脂滴形成和分解等方面也起著重要作用[4]。由此可見, 厘清PPARs在機體脂代謝方面的調控機制, 可為解析魚類脂質代謝紊亂和脂肪蓄積異常的原因奠定基礎。為此, 本文重點綜述了PPARγ在魚類脂代謝的調控作用, 及其影響因素, 以期為推動魚類的健康養殖提供參考。

1 PPARγ及其功能作用

PPARγ是核激素受體超家族的成員和配體激活的轉錄因子[5,6], 其蛋白可分為4個功能域: (1)非配體依賴性N端(A和B區域), 磷酸化調控區域, 可通過磷酸化PPARγ調節靶基因轉錄; (2)DNA結合區域(C區和DBD區域), 該區域包括兩個鋅指結構,與視黃醇受體α結合后, 識別并結合目的基因啟動子PPRE結合位點; (3)功能區域(D區), 為PPARγ配體結合區域, 是連接配體和DNA結合區域的橋梁;(4)與配體結合的LEB 區域, 位于PPARs 的羧基端,為配體結合部位。與配體結合后, 激活的PPARγ與RXR形成二聚體, 定位到靶基因啟動子區的過氧化物體反應原件(PPRE)上, 從而調控靶基因的表達[7]。在這樣特殊功能域的支持下, PPARγ便成為機體的“營養傳感器”, 具有調節脂肪代謝的能力[8—10]。

如前面所述, 在養殖生產中, 飼料脂肪酸的不均衡易導致魚類脂代謝紊亂, 組織脂肪過度蓄積等疾病[11]。因此, 弄清PPARγ在魚類脂代謝的調控機制及其影響因素, 對防治養殖魚類脂代謝紊亂以及脂質過度蓄積具有重要啟示作用。目前, PPARγ基因序列及組織表達特性已在十余種魚類中報道[12—28]。例如, You等[12]在黃斑藍子魚(Siganus canaliculatus)體內克隆到pparγ基因cDNA, 可編碼519個氨基酸(AA), 其在腸道和鰓中高度表達。Zheng等[13]發現黃顙魚(Tachysurus fulvidraco)pparγ在肌肉、肝臟和脂肪表達較高; 分析尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)pparγ基 因組 織表 達 特 性, 發 現其 在肝臟、腸道和腎臟中表達較高[14]。分析不同魚類pparγ基因組織表達特性發現(表1),pparγ主要表達于肝臟、脂肪和腸等脂代謝活躍組織, 也暗示著Pparγ在魚類脂代謝過程中起著重要調控作用。

2 PPARγ對魚類脂質代謝的調控

魚類的脂質代謝過程與哺乳動物相似(圖1)。首先, 飼料脂肪在消化道中被膽鹽膠束溶解或乳化,經脂肪酶消化分解成脂肪酸, 甘油或甘油一酯、甘油二酯、溶血磷脂, 而后, 上述分子由主動運輸(短鏈脂肪酸, 甘油)或被動運輸(中長鏈脂肪酸、甘油一酯、甘油二酯和溶血磷脂)方式進入腸上皮細胞;在腸上皮細胞內質網上, 將吸收的脂類重新酯化合成乳糜微粒(CM), 并通過淋巴系統經肝門靜脈進入血液循環。CM中的甘油三酯(TAG)可被血管內壁中的脂蛋白脂酶(LPL)分解為脂肪酸, 而后被肝臟、肌肉、脂肪組織等外周組織吸收利用, 形成的CM殘體被肝臟攝取。在肝細胞中, 脂肪酸、甘油和載脂蛋白等再酯化合成脂肪, 經極低密度脂蛋白(VLDL)轉運至機體其他組織貯存或利用。此外,當能量過剩時, 糖代謝所產生的乙酰輔酶A, 在乙酰輔酶A羧化酶(ACC)和脂肪酸合成酶(FAS)等系列酶的作用下, 可從頭合成棕櫚酸。

2.1 參與脂質吸收與轉運代謝的調控

如圖1所示, 作為水解CM和VLDL等脂質載體核心中TAG的限速酶, LPL在脂質代謝和轉運過程中起著重要作用。研究表明, PPARγ同樣可促進LPL的轉錄, 以達到促進脂肪細胞生脂的目的[29]。作為PPARγ的高親和力激動劑配體, 噻唑烷二酮(TZD)激活Pparγ的表達, 誘導Lpl分解脂肪, 促使游離脂肪酸(FFA)生成增加, 并進入成熟脂肪細胞[30]。采用高脂飼料(11%—15%)養殖團頭魴(Megalobrama amblycephala) 8周后, 其肝臟pparγ和lpl基因表達水平較低脂飼料組(5%—6%)顯著提升[31]。用含1.5%共軛亞油酸(CLA)和2% CLA的飼料飼喂草魚65d后, 其前腸的pparγ、lplmRNA表達水平較對照組(0%共軛亞油酸)顯著升高[32]。

在脂質跨膜轉運方面, 細胞質膜上存在脂肪酸轉位酶(CD36)、脂肪酸轉運蛋白(FATP)和脂肪酸結合蛋白(FABPpm)協同作用, 促進長鏈脂肪酸的攝取。而該轉運吸收過程中, PPARγ可激活FATP和CD36等膜蛋白的表達, 增強游離脂肪酸的捕獲和攝取, 增加細胞內脂肪酸的含量[30,33—36]。Hao等[37]發現Pparγ可以顯著上調大黃魚(Larimichthys crocea)原代肝細胞cd36的啟動子活性。在高溫脅迫下, 大菱鲆(Scophthalmus maximus)腎細胞的pparγ表達水平被明顯抑制,fatp1和cd36的表達水平明顯下降, 采用GW9662 (PPARγ拮抗劑)抑制大菱鲆腎細胞Pparγ活性, 發現pparγ、fatp1和cd36的mRNA表達水平都明顯下降[38]。在短期饑餓后, 銀鯧(Pampus argenteus)幼魚肌肉pparγmRNA及其蛋白表達水平顯著升高, Cd36和Fabppm蛋白表達也明顯增加, 肝臟Fatp1、Fabppm和Lpl的蛋白表達也明顯增加[39];Li等[40]采用1.24% n-3 HUFA飼料飼喂卵形鯧鲹(Trachinotus ovatus)后, 其肌肉pparγ基因表達顯著上調,cd36、fasmRNA水平也顯著提升。這些研究暗示pparγ可能參與魚體脂肪酸吸收和轉運代謝過程。哺乳類相關研究也表明, PPARγ調控CD36表達的過程, 可被氧化低密度脂蛋白(oxLDL)中的9,13羥基十八碳二烯酸激活, 進而增加oxLDL的攝取,從而調控脂肪酸吸收轉運過程[41,42]。

在脂質胞內轉運方面,作為細胞內脂肪酸載體蛋白, 胞質脂肪酸結合蛋白(FABPs)在長鏈脂肪酸的轉運及代謝調節中發揮重要作用。哺乳類研究發現,FABPs對長鏈不飽和脂肪酸的親和性很高。其中FABP2攜帶脂肪酸至內質網、線粒體等細胞器, 有利于脂肪合成與脂肪酸β-氧化; FABP1更傾向將脂肪酸攜帶至線粒體, 促進其β-氧化[43]; 由脂肪細胞和巨噬細胞分泌的脂肪型脂肪酸結合蛋白(Adipose-FABP, FABP4)也被證明主要與脂質代謝有關, 既在某些脂質代謝疾病的情況下FABP4的功能會受到影響, 而PPARγ可通過激活FABP4的表達來調節FA在胞內各細胞器之間的傳遞。例如,pparγ能與維甲酸X受體α (RXRα)協同調節羅非魚Fabp4的表達[19]。激活卵形鯧鲹肝細胞pparγ的表達, 其fabp4mRNA和DHA含量顯著提升, 而抑制pparγ基因的表達, 其fabp4mRNA和DHA含量顯著下降[44]。高脂飼料可激活三倍體虹鱒pparγ的表達, 進一步提高虹鱒肝臟fabp4的表達[45]。上述研究提示, PPARγ可能通過調控lpl、cd36、fatp、fabppm和fabp等基因的表達, 進而促進魚類脂肪和脂肪酸的吸收和轉運等代謝過程。

2.2 參與脂質合成代謝的調控

對脂肪酸合成代謝的調控在脂肪酸合成酶系的作用下, 乙酰CoA可從頭合成長鏈脂肪酸,該過程中PPARγ也起到重要作用。斑馬魚相關研究發現, 肌肉組織中過表達wnt10b基因, 可顯著促進pparγmRNA的表達, 進而下調fas、acc和acl等基因的表達, 以及降低游離脂肪酸、甘油三酯含量[46];與野生型斑馬魚相比, 攝食正常脂肪飼料的pparγ-/-基因敲除型斑馬魚的生脂基因(srebp-1c、fas、acc和dgat2)明顯上調; 而攝食高脂飼料基因敲除型斑馬魚(pparγ-/-)的生脂基因(srebp-1c和dgat2)明顯下調[47]。相似的是, Pparγ-/-小鼠的脂肪生成(Scd1、Srebp-1c和Acc)相關基因表達下降[48]。上述研究表明, PPARγ參與機體脂肪酸合成代謝的調控。

子系統包括CPU子系統和FPGA子系統，其中CPU子系統包括處理器、人機交互、進行工作狀態檢測輸出的看門狗和電源部分等；FPGA子系統包括FPGA部分、報警部分、人機交互和電源部分等。

同其他脊椎動物一樣, 魚類缺乏Δ12和Δ15去飽和酶(Δ12Fad和Δ15Fad), 無法從頭合成C18多不飽和脂肪酸(PUFA)——亞油酸LA和亞麻酸ALA, 需從食物中獲取。在淡水魚、部分海水魚, 以及洄游性魚類中, LA和ALA在一系列脂肪酰基去飽和酶(Fads)和脂肪酸碳鏈延長酶(Elovl)的作用下合成長鏈多不飽和脂肪酸(LC-PUFA), 而該過程受Pparγ的調控[16,49,50]。You等[16]敲低黃斑藍子魚肝 細 胞pparγ基因表達后，促進ALA和LA轉化為18:4n-3和18:3n-6, 而過表達pparγ基因則降低ALA和LA的轉化, 且20:4n-6 (ARA)、20:5n-3 (EPA)和22:6n-3(DHA)等LC-PUFA水平顯著降低，這說明Pparγ可通過下調Δ6Δ5 Fads2酶活性, 從而抑制黃斑藍子魚LC-PUFA的生物合成[49]。不同的是, Cui等[50]發現,Pparγ可以正向調節泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)fads2、elovl5等LC-PUFA合成代謝相關基因的表達。這些研究表明Pparγ可參與魚類LC-PUFA合成代謝的調控, 影響養殖魚類脂肪酸營養品質。

對甘油三酯和磷脂合成代謝的調控脂質的合成一般在內質網上完成, 其主要步驟如下: 進入細胞的脂肪酸, 在脂酰輔酶A合成酶(ACS)的作用下, 活化成為脂酰輔酶A (Acyl-CoA); 而后, 在甘油-3-磷酸脂酰轉移酶(GPAT)、?；视?3-磷酸脂酰轉移酶(AGPAT) 和磷脂酸磷脂酶(PAP)的作用下, Acyl-CoA與甘油-3-磷酸(G-3-P)生成甘油二酯(DAG), DAG通過二脂酰甘油酰基轉移酶(DGAT)的?；饔?，最終生成TAG[32], 在脂質合成代謝過程中, PPARγ具有重要的調控作用。PPARγ可激活GK和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)的表達,促進G-3-P和脂質的生成[3]。Virtue等[51]敲除小鼠脂肪組織中Pparγ2基因, 導致其脂代謝紊亂, 脂質蓄積減少。盡管Pparγ在肝細胞的表達量相對較低, 但肝臟甘油三酯的積累與Pparγ的表達顯著相關, 這表明Pparγ能促進脂肪的生成[52]。敲除小鼠脂肪組織中Pparγ1和Pparγ2基因, 皆會導致其無法合成脂肪, 這揭示了PPARγ在脂肪生成途徑中的重要性[53—55]。飼喂高脂飼料的斑馬魚, 灌服3β, 7β, 25-三羥基葫蘆 巴-5, 23-二 烯-19-醛(TCD)提 取 物 后, 其 肝 臟pparγ基因表達水平下調, 血液總脂和總膽固醇含量也顯著降低[56]; 納米Zn可通過上調黃顙魚腸pparγ基因及其蛋白的表達, 促進腸脂肪的生成和積累[57]。高表達水平的pparγ基因有利于洞穴魚—墨西哥脂鯉(Astyanax mexicanus)肝脂肪生成和體內脂肪沉積, 以適應營養有限的環境[58]。上述研究說明Pparγ能通過調控甘油三酯和磷脂的合成, 影響機體的血脂代謝, 以及魚體對環境的適應。

2.3 對脂滴合成與分解的調控

脂滴(LD)是一種復雜的動態的細胞器[59], 其中性脂質的核心被磷脂單分子層包裹, 磷脂單分子層上存在許多特定蛋白, 其中尤為特別的是周脂素(PLIN),其表達量可決定LD的豐富性[60,61]。哺乳類研究發現, 激活PPARγ可提升脂肪細胞和肝細胞Plin基因的表達水平[62,63]。在小鼠支持細胞(SC)中發現, 激活Pparγ不僅可促進Plin1、Plin2和Plin3mRNA的表達, 而且可顯著上調甘油-3磷酸?；D移酶(Gpat)和二酰基甘油酰基轉移酶(Dgat)的表達水平, 進而促進TAG合成與LD形成[35,64—68]。此外, 高脂飲食誘導脂肪肝的形成過程中，也與Pparγ調控Plin2基因表達有關[63]。研究表明, 天然降脂化合物—phorbaketal A促進了Pparγ與其抑制劑TAZ的相互作用, 導致Pparγ靶基因表達下降, 進而抑制脂滴的生成和脂肪生成相關基因的表達[69]。

目前, 脂滴水解和自噬被公認為哺乳動物細胞內分解脂滴的兩條主要途徑[70]。前者通過甘油三酯脂肪酶(Atgl)-激素敏感脂肪酶(Hsl)-單酰甘油脂肪酶(Mgl)級聯反應降解甘油三酯。后者則是一個更為復雜的生物學過程: 脂滴先被雙層囊泡膜包裹形成自噬體, 隨后與溶酶體融合形成自噬溶酶體,最后溶酶體中的酸性脂肪酶將脂滴分解為甘油和游離脂肪酸。近期研究發現, Ampk/Pparγ/NF-κB軸介導了鎘誘導豬肝細胞凋亡和自噬[71]。LA可通過Ampk信號通路激活大黃魚(Larimichthys crocea)自噬[72], 而LA激活自噬過程中是否存在Pparγ的介導, 尚不清楚。綜上, Pparγ既可促進脂滴形成, 又可通過自噬誘導脂滴水解, Pparγ是如何維持脂滴動態平衡，有待進一步研究。

2.4 參與控制體內游離脂肪酸穩態

哺乳類研究表明, 脂質代謝異常易導致機體發生肝臟脂肪變性, 慢性胰島素抵抗和脂肪變性肝炎等多種病變。孤核受體(ONRs)通過調控一個高度動態轉錄網絡來控制肝臟代謝, 該網絡包括PPARγ、法尼醇X受體(FXR)和肝臟X受體(LXR)等轉錄因子。采用高脂肪日糧(HFD)投喂視黃醇受體相關孤核受體α(RORα, ONRs成員之一)缺失的小鼠，易患肝脂變性。整體轉錄組分析顯示, RORα的缺失導致PPARγ信號轉導失調，進而無法維持肝臟糖脂代謝穩態, 而激活PPARγ后，即可恢復HFD喂養的該缺陷型小鼠的脂質代謝穩態[73]。在巨噬細胞中發現，激活PPARγ可通過抑制Fatp1基因的表達，改善油酸(OA)誘導的總游離脂肪酸和總膽固醇的積累, 以維持體內游離脂肪酸穩態[74]。在魚類中,Pparγ如何維持體內的游離脂肪酸穩態, 尚不清楚。

2.5 參與脂肪細胞分化的調控

哺乳類研究表明, 遺傳和營養等因素通過Wnt/β-catenin、Shh和Bmps等信號通路調控骨骼肌內多潛能細胞的成脂分化[75](圖2)。在Wnt/β-catenin信號途徑中, β-catenin可抑制CCAAT增強子結合蛋白α(C/EBPα)和Pparγ的表達, 從而抑制脂肪細胞分化,調控脂肪形成; Shh信號途徑是通過促進GATA2的表達, 從而抑制C/EBPα和Pparγ的表達, 降低脂肪合成; 或通過誘導雞卵蛋白上游啟動轉錄因子(COUPTFⅡ)表達, COUP-TFⅡ可與C/EBPα和Pparγ前體結合, 從而抑制轉錄因子的表達和脂肪的生成。Bmps信號途徑: 活化的Bmp受體可以促使Shn, Smadl/4和C/EBPα形成復合物激活Pparγ表達, 促進脂肪細胞分化。由此可見, 上述三條信號途徑都可通過調控Pparγ的表達, 以控制脂肪細胞分化。Teboul等[76]在培養基中添加PPARγ配體、噻唑烷二酮或脂肪酸可誘導肌細胞轉分化為脂肪細胞。在魚類中, 營養因素是否通過Wnt/β-catenin-、Shh-和Bmps-Pparγ信號通路調控肌肉組織中脂肪細胞分化, 尚不清楚。

圖2 脂肪細胞分化調控信號途徑Fig.2 Signaling pathways regulating adipocyte differentiation

3 影響PPARγ表達的因素

3.1 營養因素

脂肪和脂肪酸Li等[77]發現在飼料中添加高水平的磷脂(6%)可顯著提高團頭魴仔魚肝臟pparγ基因的表達; Lu等[31]發現用高脂飼料(15%)飼喂團頭魴幼魚8周后, 其肝臟pparγ的表達較對照組顯著提升; Wang等[78]用高脂飲食(HFD)喂食大黃魚9周, 發現其肝臟pparγ的表達較對照組顯著提升,而肝臟中SFA高脂肪組中都顯著降低; Li等[40]用6種不同n-3 LC-PUFA水平飼料(D1—D6分別含有2.30%、0.64%、1.00%、1.24%、1.73%和2.10% n-3 LC-PUFA)投喂卵形鯧鲹, 發現D4組魚肌肉pparγmRNA表達水平較D1、D2組顯著提升; 相比魚油飼料組，亞麻油飼料組大黃魚肝臟組織pparγ基因表達顯著提升[79]; 采用60%薺菜油(CSO)替代魚油養殖金頭鯛(Sparus aurata)幼魚90d后, 其前腸pparγmRNA水平較FO組顯著提升, MUFA消化率較FO組顯著提升[80]。采用含有0.03%、0.30%和0.60% ARA的三種日糧飼喂草魚(Ctenopharyngodon idella)幼魚60d后, 含0.30%和0.60% ARA的日糧組的草魚肝胰臟pparγ的表達顯著低于對照組[81]; 采用棕櫚油(PO)、菜籽油(RO)、大豆油(SO)或亞麻籽油(LO)代替飼料魚油(FO)養殖大菱鲆幼魚, 發現SO組肝臟pparγ表達量明顯高于FO組[82]; Wang等[83]分別用含有魚油(FO)、大豆油(SO)和牛油(BT)的飼料養殖大黃魚9周, 發現與FO和BT組相比, SO組魚肝臟pparγ的表達量明顯增加。

不同飼料脂肪源所含的脂肪酸差異較大, 魚類對n-3和n-6系列脂肪酸利用能力也因種而異[84]。作為pparγ的天然配體, 各類型脂肪酸(如棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、ARA、EPA和DHA)都可調控pparγ基因和蛋白的表達, 從而調控機體脂代謝過程, 但其作用效果不一致。Leaver等[85]研究發現100 μmol/L ARA、DHA和EPA可顯著上調金頭鯛脂肪細胞pparγ的表達, 而值得注意的是, 100 μmol/L C20以下的脂肪酸對金頭鯛脂肪細胞pparγ均無顯著影響; 50 μmol/L ARA、DHA和EPA對紅鰭東方鲀(Takifugu rubripes)pparγ的表達水平也無顯著影響。除了長鏈脂肪酸外, 短鏈脂肪酸和脂肪酸衍生物也影響Pparγ基因的表達。Den等[86]發現, 短鏈脂肪酸(SCFA)通過下調脂肪和肝臟組織PparγmRNA表達水平, 改善胰島素敏感性, 從而減少肝臟脂肪變性和脂肪生成, 以抑制肥胖。LA衍生代謝物——13-羥基十八碳烯酸(13-HODE)和13-氧代十八碳烯酸(13-OXO)以劑量依賴性方式反式激活Pparγ的表達[87]; 在患有代謝綜合征的大鼠中, 飼喂含CLA的飲食可上調腸道Pparγ基因的表達[88]。

碳水化合物相比哺乳動物, 魚類利用碳水化合物的能力較差, 其原因仍未完全了解。研究發現, 喂食高碳水化合物(41%)飼料的團頭魴肝臟pparγmRNA表達量顯著高于對照組(30%碳水化合物)[89]; 高淀粉(60%明膠淀粉)飼料顯著上調了轉基因鯉(Labeo rohita)肝臟pparγ基因表達水平[90]。Zhao等[91]發現, 高葡萄糖(HG)濃度能增強黃鯰魚肝細胞pparγ啟動子區域的碳水化合物反應元件結合蛋白(ChREBP)的DNA結合能力, 使HG誘導的脂質代謝發生變化進而導致肝臟脂滴含量急劇增加。值得注意的是, Chen等[92]發現限制飲食條件下, 適量的碳水化合物也能提高大鼠Pparγ基因的表達。盡管,有關碳水化合物調控水產動物Pparγ表達的相關研究較少, 但現有的資料顯示高水平的碳水化合物可能增加魚類pparγ基因表達。

蛋白質和氨基酸作為動物組織的最基本組成成分, 蛋白質對細胞和組織的結構、酶催化反應、激素介導效應、免疫反應、代謝調節等方面起著重要的作用。Blanchard等[93]發現PPARγ雜合(Pparγ+/-)或純合(Pparγ-/-)缺失組小鼠血清支鏈氨基酸(BCAA)的水平顯著低于對照組(PPARγ+/+),暗示PPARγ在維護體內BCAA水平過程中起到重要調控作用。在胎盤細胞中發現, 添加PPARγ激動劑,可上調刺激蛋白1 (Sp-1)、L-型氨基酸轉運體1(Lat1)、L-型氨基酸轉運體2 (Lat2)和牛磺酸轉運體(Taut)等基因的表達, 而敲低Pparγ基因表達, 則抑制Lat1、Lat2和Taut的表達, 這表明PPARγ可促進氨基酸轉運載體Lat1、Lat2和Taut的表達, 參與氨基酸代謝的調控[94]。值得注意的是, 在有氧運動后,20 mg/mL BCAAs組小鼠腓腸肌Pparγ表達顯著提升[95]。上述哺乳類研究表明, 蛋白質和氨基酸與PPARγ信號互相影響, 共同調節體內的生理代謝。而有關蛋白質和氨基酸是否能調控魚類pparγ基因表達和信號尚不清楚。

其他營養因素微量元素以及其他營養因素同樣能參與PPARγ的調控。例如, 與低水平鐵飼料(43.72 mg/kg鐵)相比, 高水 平 鐵飼 料(84.07—483.96 mg/kg鐵)可顯著提升黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)腸道pparγ基因表達水平[96]; 相似的是,6.6—128.9 mg/kg飼料錳水平(相比低錳水平3.4 mg/kg)也可現在提升黃顙魚腸道pparγ表達水平, 且腹腔注射錳(100 mg/kg)或MnSO4(100 μmol/L)孵育腸道上皮細胞也可靠顯著促進腸組織或細胞pparγ基因和蛋白的表達[97]; 相比于低銅飼料(0.008 g/kg), 攝食高銅飼料(0.4 g/kg)黃顙魚肝臟pparγ表達量顯著提升[98]。鋅螯合劑(TPEN)處理豬內皮細胞, 其Pparγ基因和蛋白表達量都顯著降低, 且TPEN螯合細胞中鋅后, 亞油酸誘導Pparγ表達上調的過程被明顯抑制, 以上研究表明, 鋅在轉錄因子Pparγ信號傳導過程中起著關鍵作用[99]。

此外, Kawada等[100]發現, β-胡蘿卜素、β-β apo 8′-胡蘿卜素醛和視黃醛也可通過下調Pparγ2的表達,抑制3T3L1前脂肪細胞分化。β-胡蘿卜素孵育小鼠C3H10T1/2脂 肪 細 胞7d后, 發 現Pparγ、Pparα和CCAAT增強劑結合蛋白-α (C/EBPα)以及與脂質代謝相關基因(如Lpl、Ap2和Cpt1b)的表達水平下調,從而抑制脂肪的形成[101]。在小鼠3T3-L1前脂肪細胞中發現, 維生素D通過維生素D受體(VDR)依賴性地抑制C/EBPα和Pparγ的表達, 以抑制脂肪的生成[102]。

3.2 內分泌因子

細胞因子細胞因子是一大類對細胞間信號傳遞起到重要作用的蛋白質, 由免疫細胞, 如巨噬細胞、B淋巴細胞、T淋巴細胞、肥大細胞, 以及脂肪細胞、內皮細胞、成纖維細胞等多種細胞產生。免疫細胞所分泌的細胞因子包括白細胞介素、干擾素、生長因子、腫瘤壞死因子(TNF-α)、趨化因子和集落刺激因子。Song等[103]發現, DHA可通過增加Pparγ的表達，促進脂肪合成, 但TNF-α能阻斷DHA誘導Pparγ的磷酸化, 降低脂肪水平。采用腹腔注射rhTNF-α處理大菱鲆，可下調其肝臟pparγ表達, 降低血漿TG水平[104]; Wang等[105]發現不同濃度的TNF-α能使大黃魚脂肪細胞atgl,pparα、pparγ的水平降低,且高濃度(100 ng/mL)的TNF-α會顯著抑制脂肪細胞的增殖。Jun等[106]采用白細胞介素4 (IL-4)處理分化的瞼板腺上皮細胞, 發現IL-4明顯促進了細胞Pparγ和Srebp-1的表達, 這表明IL-4可能通過Stat6/Pparγ信號通路促進HMGECs的脂質合成。

脂肪細胞可分泌瘦素(Leptin)、脂聯素(Adiponectin)、?；碳さ鞍?、網膜素等數十種細胞因子, 它們統稱為脂肪因子。在正常生理條件下, 脂肪因子主要在脂肪組織局部起作用(旁分泌或自分泌)或通過血液循環作用于遠處的靶器官, 調節其生長發育、代謝和組織重建。研究報道, Leptin可顯著降低草魚肝細胞pparγ表達, 并直接刺激肝細胞中JAK-STAT信號通路介導的脂質分解, 抑制了IRS-PI(3)K信號通路介導的脂肪生成[107]。重組人瘦素(rt-hLEP)同樣可顯著降低黃顙魚原代肝細胞pparγ基因的表達, 降低脂肪生成[108]。同時, Adiponectin能刺激虹鱒脂肪細胞對葡萄糖的攝取, 且該過程中脂肪細胞pparγ基因表達顯著提升[109]。綜上所述, 部分細胞因子可以通過調控魚類pparγ的表達, 以影響魚體脂質代謝。

胰島素胰島素是一種肽激素, 可刺激細胞生長和分化, 并通過刺激脂肪生成、糖原和蛋白質合成, 以及抑制脂肪分解、糖原分解和蛋白質分解,以促進脂肪在肝臟和肌肉中的儲存[110]。大量哺乳類研究報道, PPARγ激活劑——噻唑烷二酮(TZD)可改善胰島素敏感性[111], 這暗示PPARγ可介導胰島素對代謝的調節。然而, 關于胰島素對魚類pparγ表達的直接影響的信息非常缺乏。Zheng等[112]腹腔注射胰島素于黃顙魚體內, 發現顯著影響其肝臟總pparγ及pparγ1 mRNA的表達, 但pparγ2的表達不受影響, 但胰島素孵育肝細胞, 可顯著提高肝細胞pparγ1、pparγ2和總pparγ的mRNA水平。Wang等[105]發現胰島素能激活大黃魚成熟脂肪細胞中的pparγ轉錄水平, 但在大黃魚脂肪細胞分化過程中, 胰島素對pparγ的表達沒有影響。當胰島素孵育脂肪細胞3h以上,pparγ2 mRNA水平無顯著影響, 但pparγ1 mRNA水平顯著提升[113]。綜上所述, 胰島素也可以通過調控魚類pparγ的表達, 參與魚體能量代謝。

4 結論

隨著轉錄組、代謝組及蛋白組多組學技術水平的不斷提高和生物信息學大數據的發展, 魚類脂質代謝的研究已經逐漸深化到機體代謝過程中基因調控網絡以及分子互作影響的層面。通過高通量測序和多組學結合分析等手段, 我們已經能夠從傳統的種間差異研究過渡到個體間基因調控的差異, 并逐漸完善了魚類脂代謝過程中各關鍵基因和分子的互作機制。Pparγ作為脂質代謝調控的關鍵樞紐, 對于研究魚類脂質代謝具有重要意義(圖3)。進一步探究pparγ基因功能以及完善其信號網絡,鑒定信號轉導過程所涉及的轉錄因子、靶基因、相關配體及輔助因子的種類和作用, 明確相關通路互作機制。研究pparγ基因及其信號通路調控魚類脂代謝機制, 可促進漁業生產上與脂代謝相關經濟性狀的選擇, 在漁業生產應用方面具有重要意義。

圖3 Pparγ對魚類脂質代謝的調控Fig.3 Regulation of Pparγ in the lipid metabolism in fish