脂肪酸结合蛋白生物学特性及对脂肪代谢调控的研究进展

1、脂肪酸结合蛋白生物学特性及对脂肪代谢调控的研究进展 20世纪70年代美国加州大学的Ocker等在研究大鼠的小肠脂肪酸吸收的调节时，在肠粘膜发现了脂肪酸结合蛋白(FABP)。它是一族同源性的小分子细胞内蛋白质，广泛存在于动物肠、心、脑、脂肪、骨骼肌等多种细胞内，占细胞内可溶性蛋白总量的3%8%。主要参与细胞内脂肪酸的运输，可将脂肪酸从细胞膜上运送到甘油三酯和磷脂合成的位点。至今为止，已发现至少存在9种类型的FABP，并以分离或鉴定的第一种组织命名。分别为心型(H)、脂肪细胞型(A)、肝型(L)、肠型(I)、脑型(B)、回肠型(I1)、上皮细胞型(E)、髓磷脂型(My)、睾丸型，其中一些类型只存在

2、于一种组织，如I、A、My、B、睾丸型；H型则存在于许多组织器官中，如心脏、骨胳肌、平滑肌、主动脉、肾脏、脑等；一些组织器官如肾、胃、卵巢含多种类型FABP，在肠上皮的细胞内就含有不同类型的FABP(I、L)。1 脂肪酸结合蛋白生化结构特点、类型、分布1.1 结构特点FABPs一般含有126-137个氨基酸，分子量在 14-16 kDa之间，表现出 38%-70%的氨基酸序列的相似性，该族基因大都含有4个外显子和3个内含子，只是不同类型FABPs基因的内含子大小有差别（1.2-8.4kb）。通过各种生物物理技术研究表明，FABP家族在三级结构上具有共同的特点：在核苷酸链的N端附近有两条短的-螺

3、旋，紧接着是10条反平行的-链，然后它们组装成两个几乎正交的-折叠。1.2 类型与分布通过不同的方法(如凝胶过滤、离子交换、亲和色谱以及电泳技术等)研究，人们发现：除细胞外液以及特定的细胞类型（如红细胞和Kupfer细胞），哺乳动物的所有组织中都存在该种蛋白。此外，FABPs 还存在于鸟类、鱼类以及昆虫的与脂肪代谢相关的组织中。细胞的脂类结合蛋白中，该蛋白家族的浓度显著高于其它一些蛋白（如非特异性的脂类转运蛋白、磷脂转运蛋白、酰基CoA结合蛋白等）。FABPs类型表现出组织和细胞的特异性，其命名也是根据分离出的第一种组织来确定的。在某些组织里，一种FABP类型局限于特定的细胞，如肝细胞里的肝F

4、ABP，而某些组织里许多FABP类型存在于不同的或相似的细胞类型里。4种FABP在胃里表达，但是存在细胞类型和发展阶段的差异；肝脏和心脏的FABP是在肾脏的不同位置；在空肠和回肠的肠细胞里都可以发现肝和肠FABP；心脏FABP是最普遍的一种类型，除了心脏和骨骼肌，还有许多组织含有这种蛋白；肠型、脂肪细胞型、髓磷脂型和表皮的FABP类型局限于一种组织或器官中。2 脂肪酸结合蛋白生物学功能2.1 结合长链脂肪酸在FABPs分子中心有高亲和力的结合位点，与长链FA以非共价键结合。它还能结合长链脂酰CoA、胆固醇、胆固醇酯及花生四烯酸。FABPs这种结合特性可以缓解不饱和脂肪酸对细胞的损伤作用。2.2

5、 参与脂肪酸的摄取和转运，调节脂类代谢脂肪酸通过各种细胞质膜的转运一般认为是简单扩散和脂类分离的被动过程。这种转运随之就结合到细胞质FABPs上，然后运输到细胞器里，或者沿着细胞内膜继续移动。FABPs能够加强脂肪酸的转运扩散，促进细胞膜吸附脂肪酸。它不仅能结合囊泡和脂质体中的脂肪酸，还能结合线粒体膜和脂单层中的脂肪酸。FABPs通过对FA的摄取、运载、酯化和氧化等环节，调节FA的氧化供能及磷脂、甘油三酯的代谢。2.3 调节细胞内脂肪酸的浓度，调控多种细胞内的生化反应过程在多酶系统中进行的有关FABPs在脂肪酸及其CoA浓度调控中作用的研究结果表明：FABPs可能影响脂类代谢的酶，还阻断或逆转

6、脂肪酸及其酰基-CoA对其它酶及细胞膜的作用。大量的FABPs使细胞拥有一个细胞内的脂肪酸池，能够在一个较大的浓度范围内将游离脂肪酸的浓度维持在较低的水平。此外，FABPs在长链脂肪酸的摄入以及维持机体代谢内环境平衡中的重要作用已经通过基因破坏实验得到证明。2.4 参与细胞内脂肪酸隔室化分布Ockner用3H-油酸灌胃，同时静脉注射14C-油酸，结果发现3H-油酸的成分掺入到胞浆中的甘油三酯、脂肪酸衍生物，进而被氧化组成磷脂分子。提示小肠上皮细胞的FABP参与了脂肪酸隔室化分布。此外，FABPs的功能还表现在调节细胞增殖和生长，调节基因转录、信号转导，增加疏水配基在脑浆中溶解，促进跨膜转运等方

7、面。3 脂肪酸结合蛋白对脂肪代谢调控机制3.1 FABP对脂肪酸吸收的影响转染H-FABP cDNA的3T3前脂肪细胞和COS-7细胞不改变对脂肪酸的吸收；小鼠缺乏A-FABP不影响脂肪组织吸收脂肪酸，但影响甘油三酯的合成和分泌，影响营养性肥胖诱导的胰岛素抗性的产生。A-FABP可能参与肿瘤坏死因子-(TNF-)基因的表达。经A-FABP转染的中国仓鼠卵巢细胞对油酸的吸收提高了1.52倍，并发现了脂肪酸的较高酯化；经L-FABP cDNA和I-FABP cDNA转染的成纤维细胞中，油酸的酯化增加；转染大鼠H-FABP cDNA的成肌细胞也显著提高了对脂肪酸的吸收和酯化；而牛H-FABP在酵母的

8、表达不影响脂肪酸、磷脂的合成。这些报道说明FABP对脂肪酸吸收的影响与FABP类型和细胞类型有关。3.2 FABP对脂肪酸代谢的调节FABP对脂肪酸及其CoA衍生物亲和力的差异可能使细胞在不同条件下能够灵活地调节脂肪酸的代谢。据一些实验推测，调节作用包括：影响细胞内信号转导和基因转录；改变细胞内氧化还原电位；改变细胞内与代谢相关酶的活性；增加脂肪酸在膜间的扩散。有实验表明，FABP可保护膜内多不饱和脂肪酸，防止其被过氧化。这个实验还提示FABP通过降低脂氧合酶的活性，使脂肪酸不易被氧化，进而达到调节的目的。但也有相反的报道，鼠被禁食1248h后FABP在红肌纤维的含量增加60%，而在白肌纤维的

9、含量几乎没有改变。两种骨骼肌FABP的含量有显著差异。红肌纤维有较强的氧化脂肪酸的能力，说明FABP与脂肪酸在红肌纤维内的利用有关。FABP可能诱导脱氢酶的活性，使脂肪酸代谢加快。这一结果与上述的降低酶活性似有矛盾，但正是这种不同组织、不同条件下FABP有不同的活性，才能使脂肪酸的代谢有序进行。3.3 猪脂肪酸结合蛋白基因的表达与调控H-FABP主要在心肌、骨骼肌表达，猪的H-FABP基因最早由Fournier等分离，Gerbens等通过与人H-FABP cDNA噬斑杂交，含有猪H-FABP基因的噬菌体被分离出来，确定了其基因序列含有1.6kb的5-上游调控区域和0.2kb的3-非转录区。Ge

10、rbens等利用限制性内切酶对850bp和700bp两个PCR产物进行分析，发现了3种位于HFABP基因的限制性长度多态性片段(RFLP)存在差异，其中一种位于5-上游调控区域，两种位于第2内含子内。Gerbens等以杜洛克猪为供试群体，试验结果表明，在Hinf I-RFLP同型的单倍体之间，IMF含量显著，约达0.3%。Gerbens等报道猪H-FABP基因RFLP多态性对IMF含量有显著关系（0.4%，P0.05），对生长也相关(2.4kg，P0.1)，猪H-FABP基因定位在第6号染色体上，位于磷酸葡糖酸脱氢酶(PGD)基因附近，在这个染色体区域的基因对猪的一些特性有调节作用，如在杜洛克

11、猪中，PGD基因与猪肉的紧密评分有关，还与平均日增重有关，目前还没有人报道在第6号染色体上有基因或标记影响IMF含量。不过Leptin受体基因(LEPR)也位于第6号染色体上，这个基因也可能是一个与肥胖变化有关的潜在候选基因。但Gerbens等认为影响IMF主要还是归因于HFABP本身。3.4 FABP基因的脂肪酸调控在细胞内，脂肪酸变化与FABP表达有明显的关系。比如小肠的FABP明显受采食的脂肪调控，在大鼠从哺乳到断奶的过渡时期，即当高碳食物代替高脂食物时，肠的L-FABP mRNA下降一半，而I-FABP没有大幅度下降；通过对大鼠进食高脂食物和禁食3d分别进行测定，后者I-FABP和L-FABP mRNA含量增加了2倍，相反采食高脂食物的大鼠，其I-FABP mRNA含量仅略有增加，表明采食的脂肪酸水平对I型、L型基因在鼠小肠的表达有调控作用。研究表明，长链脂肪酸对A-FABP基因的表达具有诱导作用。其诱导机制有两种：一是长链脂肪酸能加强A-FABP基因的转录增强子结合蛋白Fral的基因转录，进而间接促进A-FABP基因转录；二是长链脂肪酸能增加Fral mRNA和A-FABP mRNA的稳定性，如油酸能使前脂肪细胞内Fral和A-FABP的mRNA水平升高20倍，其