曹明月, 張 玉, 李 娟, 趙亞運, 薛良義

(寧波大學 海洋學院， 寧波 315211)

MicroRNA(miRNA)是一種內生性的、在進化上高度保守的單鏈成熟非編碼RNA，長約17～25個核苷酸，且通常與靶標 mRNA 的3′非編碼區(qū)(untranslated region, UTR)互補結合，可在轉錄后水平直接降解靶標 mRNA 或抑制蛋白質翻譯[1-2]。動植物中均存在miRNA，其參與生命過程中的一些重要進程，如細胞凋亡、病毒感染、腫瘤和其他疾病的發(fā)生及發(fā)展等方面。近年來，研究發(fā)現(xiàn) miRNA 在脂肪酸代謝及脂代謝紊亂方面具有重要的調控作用，其作用機制主要是通過與脂肪酸代謝相關基因靶向結合來調控脂肪酸代謝，如miR-126 可通過抑制血管細胞黏附分子1 (vascular cell adhesion molecule, VCAM-1)的表達在由脂質代謝異常所引起的動脈粥樣硬化的發(fā)展過程中起保護作用[3]；miR-196基因家族可能在調節(jié)皮下脂肪組織中同源基因(Homeotic genes, HOX)基因表達和脂肪分布變化中起重要作用[4]；miR-21可能是肥胖發(fā)生的關鍵調節(jié)因子之一[5]；miR-33、miR-122、miR-370和miR-378均被視為脂肪酸代謝的轉錄后調控因子，均與肝臟脂肪酸代謝異常引發(fā)的疾病如非酒精性脂肪肝等密切相關；而miR-133a、miR-141等miRNAs與由肥胖引起的胰島素異常性糖尿病具有密切聯(lián)系[6]。

1 脂肪酸代謝

脂質主要包括脂肪酸(fatty acid, FA)、甘油三酯和膽固醇，是機體能量代謝的重要來源。脂肪酸的代謝產物(如前列腺素、鯊烯)參與調節(jié)多種基因的表達[7]。多項研究表明，動物合成和分解脂肪的能力在不同組織中有明顯不同，兔、鼠等嚙齒動物的肝臟和肌肉都是合成脂肪酸的主要場所，各占50%，而魚類則在肝臟中脂肪代謝旺盛[8]。脂肪酸在肝臟中的代謝存在3個關鍵分支點，即脂酰CoA、乙酰CoA 和檸檬酸。在脂肪酸的分解代謝中，主要表現(xiàn)為脂肪酸的β氧化，參與反應的主要酶有肉堿棕櫚酰轉移酶I (carnitine palmitoyl transferase I, CPT I)和過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor, PPAR)。脂肪酸的合成代謝是通過一系列酶促反應來完成的，參與反應的主要酶有脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)復合體系和乙酰輔酶 A 羧化酶(acetyl-CoA carboxylase, ACC)。 脂肪酸的生物合成主要在胞內進行，乙酰 CoA 羧化酶是脂肪酸合成的關鍵限速酶，可將乙酰 CoA 羧化成丙二酸單酰 CoA[9]。

2 調控脂肪酸分解代謝基因及miRNAs

2.1 肉堿棕櫚酰轉移酶Iα(carnitine palmitoyl transferase Iα, CPT Iα)

CPTI位于線粒體外膜上，存在兩個亞型即CPTIα和CPTIβ，是脂肪酸分解代謝過程第一步的關鍵酶。CPTI的表達可被丙二酰CoA 抑制[10]，研究發(fā)現(xiàn)，黑腹果蠅(Drosophilamelanogaster)中CPTIα與miR-33a存在結合位點且高度保守，miR-33a在饑餓狀態(tài)下會抑制CPTIα的表達[11]；人類miR-370 和miR-122 均與CPTIα存在結合位點，靶向調控的miR-370與非靶向調控的miR-122 均可負向調控CPTIα的表達[12]；在小鼠高脂肪飲食的影響下，miR-370 表達量增加并下調CPTIα，同時miR-122表達量減少，揭示miR-122與CPTIα之間可能存在某種調控關系[13]。

2.2 過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor， PPAR)

PPAR在脂肪細胞的分化過程中占據(jù)重要地位，并對脂肪形成過程具有正向調控作用，是脂肪酸分解過程的關鍵調控因子[14-15]。PPAR具有3個亞型基因 PPAR α、 PPAR β和 PPAR γ。PPAR α 在動物脂肪酸代謝旺盛的組織中高表達，在饑餓狀態(tài)下，PPAR α在小鼠肝臟脂肪酸β氧化及酮體生成中發(fā)揮重要作用，且表達量上調，miR-21、miR-27a、miR-106b、miR-181a參與調節(jié)肝細胞中PPARα表達的上調；在牛乳腺上皮細胞中，miR-27a過表達會顯著抑制脂滴的形成、細胞三酰基甘油(Triacylglycerol, TAG)的水平及其靶標基因PPARγ的mRNA的表達，而下調miR-27a則會導致PPARγ增加[16]，以此影響牛乳腺上皮細胞中TAG的合成；在對山羊乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，PPARα是miR-148a和miR-17-5p的靶標基因，其中，miR-148a可通過抑制PPARα，并與miR-17-5p配合調節(jié)脂肪酸代謝，使得TAG增加[17]。

2.3 脂蛋白酯酶(lipoprotein lipase， LPL)

PPARγ受脂蛋白酯酶 (lipoprotein lipase, LPL)的調控[18]，LPL是脂肪酸分解代謝中的關鍵酶，可在細胞內將甘油三酯(triglyceride, TG)分解轉化為游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA )[19]。在鼠巨噬細胞 RAW264.7 中，miR-476b調控LPL基因并下調脂質積累量[20]；miR-29a與LPL結合可上調清道夫受體(scavenger receptors)的表達，提高了對乙?；兔芏戎鞍椎淖R別敏感性[21]。在小鼠中，miR-134 也參與調節(jié)LPL介導的脂肪酸代謝過程[22]。在人類免疫系統(tǒng)中，miR-590 可與LPL的 3′UTR 靶向結合，并下調脂肪酸的累積[23]；miR-27 可與LPL的 3′UTR 靶向序列結合，并在饑餓狀態(tài)下下調LPL[24]；同時，miR-27可調節(jié)作為膽固醇代謝關鍵元件的非甾體類肝核受體(liver X-activated receptor, LXR)的靶基因CD36，并正向調控PPARγ[25]；上述結果表明miRNA 可通過調節(jié)LPL來間接調控PPARγ并參與哺乳動物的脂肪酸代謝。

2.4 激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase, HSL)

激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase, HSL)是脂肪分解過程中的關鍵限速酶，目前和HSL相關的miRNA并無相關文獻報道。我們在大黃魚肝臟組織的miRNA高通量測序結果中篩選發(fā)現(xiàn)，miR-130a-5p、miR-301a-5p、miR-7318-3p和miR-8085等均與HSL存在結合位點，雙熒光素酶實驗結果顯示miR-130a-5p、miR-301a-5p和miR-8085均可下調HSL的表達(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。

3 調控脂肪酸合成代謝的基因及miRNAs

3.1 脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)

FAS是脂肪酸合成代謝過程中的關鍵酶，主要催化乙酰輔酶 A 和丙二酸單酰輔酶 A在動物細胞內從頭合成長鏈脂肪酸。在人類骨肉瘤細胞(U2OS cells)中，miR-424 與FAS的 3′UTR 靶向結合，負向調控FAS的表達[26]；在山羊乳腺上皮細胞中，miR-24 可與FAS靶向結合調控甘油三酯的合成[27]；在小鼠中，miR-212-5p可與FAS的 3′UTR特異性結合并抑制其活性，同時，miR-212-5p的過度表達則會降低體內和體外FAS的表達，從而抑制小鼠體內脂肪酸的合成[28]；在哺乳動物的乳腺上皮細胞(mammary luminal epithelial cells, MECs)中，miR-126-3p的過表達降低了MECs的脂質含量，同時抑制FAS的表達[29]。

3.2 乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase, ACC)

ACC在脂肪酸代謝過程中主要催化乙酰輔酶A 生成丙二酸單酰輔酶A (malonyl-CoA )，也是脂肪酸合成代謝過程中的關鍵酶。在棉蚜(AphisgossypiiGlover)的卵泡細胞中，miR-276和miR-3016均可在轉錄后水平抑制ACC的表達，從而抑制脂肪酸合成[29]；在人類中，miR-204-5p被預測可在脂肪組織中抑制ACCβ的表達，但是其調節(jié)ACC表達的具體機制并不清楚[30]。

3.3 羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase, HMGCR)

羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase, HMGCR)是膽固醇合成過程中的關鍵限速酶，其活性受其合成的小分子代謝物的調控。在人類和小鼠的肝細胞中發(fā)現(xiàn)miR-548p可通過與HMGCR的3′UTR靶向結合抑制HMGCR的表達來降低脂蛋白的產生和脂質合成；其中對miR-548p在載脂蛋白B(apolipoprotein B, ApoB)上存在的2個預測位點進行定點突變，以此來確定其靶向位點及序列。結果表明，當對非靶向位點進行突變時，血液中脂蛋白的含量顯著降低；當對靶向位點進行突變時，脂蛋白含量并無明顯降低[31]。在小鼠非酒精性脂肪肝炎的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-29a的過度表達會引起小鼠體內HMGCR的表達顯著降低，從而抑制膽固醇的合成[32]；在經過2-羥基-(4-甲硫基)丁酸(2-hydroxy-(4-methylthio)butanoic acid, HMB)處理的仔豬肝臟中檢測到，miR-150，miR-181d-5p和miR-296-3p均可與HMGCR的3′UTR結合并顯著下調其表達，進而降低膽固醇的合成。對HMGCR進行定點誘變后發(fā)現(xiàn)，上述miRNAs均未表現(xiàn)出對該基因的顯著影響，故而血液中膽固醇含量亦未明顯下降[33]。在對神經膠質瘤細胞的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-132可通過非靶向抑制HMGCR的表達來抑制脂肪酸合成；同時，mir-132可抑制細胞生長并促進細胞凋亡，對其進行突變可顯著抑制細胞凋亡，突變恢復后細胞凋亡速率加快，并導致膠質瘤細胞中胱天蛋白酶依賴性凋亡死亡[34]。

3.4 固醇調節(jié)元件結合蛋白(sterol regulatory element-binding protein, SREBP)

固醇調節(jié)元件結合蛋白(sterol regulatory element-binding protein, SREBP)主要在肝臟和脂肪細胞中表達，可通過調節(jié)脂肪代謝相關酶的基因來調控整個脂肪酸合成的網(wǎng)絡。在小鼠的脂肪酸代謝過程中，SREBP-2可調控細胞內膽固醇攝取和合成，當體內膽固醇含量下降時，miR-33a與SREBP-2 的內含子區(qū)域相結合，并抑制SREBP-2的表達[35-36]，揭示miR-33a與小鼠脂肪酸代謝過程密切相關；在膠質瘤治療靶向機制的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-132可以抑制SREBP-1c表達，并下調其靶基因，包括HMGCR和FAS[37]；在人類肝臟組織中，當miR-122沉默表達時，SREBP-1表達明顯下降，膽固醇含量也下降[37]；在原雞(GallusGallus)的肝臟中，miR-101-2-5p可與載脂蛋白B基因的3′UTR結合而參與脂質代謝[38]。

4 小結

隨著我國生活水平的提高及環(huán)境因素的影響，與脂肪酸代謝相關疾病的發(fā)病率逐年上升，如脂肪肝、腦中風等。對脂肪酸代謝相關miRNA的研究，有利于探明這些疾病的發(fā)病機制，并提供治療這些疾病的新思路。目前，這方面的研究有待進一步深入。此外，目前對于脂肪酸代謝相關miRNA 的研究大部分集中于小鼠、兔等哺乳類動物，對低等脊椎動物miRNA的研究相對較少。魚類miRNA 的研究僅在青鳉(Oryziaslatipes)、紅鰭東方鲀(Fugurubripes)、綠河鲀(Tetraodonnigroviridis)和白鰱 (Hypophthalmichthysmolitrix)等有報道[39-40]，且集中在新miRNA的發(fā)現(xiàn)及表達鑒定，而對其功能和分子機制研究較少。對低等脊椎動物脂肪酸代謝相關miRNA的研究，將會有助于我們從系統(tǒng)生物學角度去理解miRNA調控脂肪酸代謝的機制以及調控功能的演化。