明鵬飛 黃瑩瑩 董妍麗 聶星燦 馮士彬 王希春 程建波 李錦春吳金節(jié) 李玉

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，合肥 230036）

奶牛體內(nèi)的脂肪組織主要分布在腹部、皮下和內(nèi)臟等部位，由脂肪細(xì)胞、血管和神經(jīng)組成，主要含有甘油三酯，既是一個(gè)儲(chǔ)能器官，也是全身最大的內(nèi)分泌器官，通過脂肪細(xì)胞分泌脂肪酸、細(xì)胞因子、酶等，與肝臟等眾多組織器官相互聯(lián)系，進(jìn)而參與機(jī)體脂代謝。肝激酶B1（Liver kinase B1，LKB1）也稱為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶11（Serine-threonine kinase 11，STK11）主要位于細(xì)胞核中，但其功能的表現(xiàn)主要是由細(xì)胞漿內(nèi)的部分引發(fā)，在控制和調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞凋亡等過程中起重要作用［1］。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）是一種高度保守的蘇氨酸激酶，廣泛存在于各種真核細(xì)胞中，在維持細(xì)胞內(nèi)能量代謝平衡過程中起著重要的作用［2］。沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Silent mating type information regulation 2 homolog1，SIRT1）是輔酶Ⅰ（Nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依賴的組蛋白去乙?；?，主要定位于細(xì)胞核中，在哺乳動(dòng)物的多種組織中廣泛表達(dá)，通過使底物發(fā)生去乙?；饔脜⑴c細(xì)胞生存和物質(zhì)代謝等過程的調(diào)節(jié)［3］。LKB1還可以作為AMPKα的上游磷酸化并激活A(yù)MPKα，繼而激活下游SIRT1、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子-1α（Peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator，PGC-1α）及一些轉(zhuǎn)錄因子等，抑制耗能過程［4-5］。此外，SIRT1可通過去乙酰化LKB1繼而增加AMPKα的活性［6］。近年來，LKB1、AMPKα、SIRT1信號(hào)通路在脂代謝中的作用引起了廣泛關(guān)注。本文就LKB1、AMPKα、SIRT1在奶牛脂肪組織脂代謝中的作用機(jī)制做一綜述與分析，旨在為研究奶牛脂代謝紊亂性疾病提供新的思路。

1 LKB1分子結(jié)構(gòu)及其對(duì)奶牛脂代謝的影響

LKB1是一種與腫瘤發(fā)生緊密相關(guān)的基因，廣泛分布于胚胎及成人的多種組織中，通過磷酸化和細(xì)胞定位兩種機(jī)制進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，可參與細(xì)胞內(nèi)脂肪分化和生成等過程［7］。LKB1基因?qū)儆贏MPKK家族成員，可作為AMPKα相關(guān)的13種激酶的上游激酶，磷酸化并激活A(yù)MPKα，促進(jìn)LKB1從細(xì)胞核內(nèi)移位到細(xì)胞漿內(nèi)［8］，而且這種激活屬于組成性激活，不依賴細(xì)胞內(nèi)腺苷一磷酸/腺苷三磷酸（Adenosine monophosphate，AMP/Adenosine-triphosphate，ATP）比率等因素的刺激。研究表明LKB1可通過激活其 上 游 PI3K（Phosphatidylinositol-3-kinase）-AKT（Related to the A and C kinase）信號(hào)通路抑制總膽固醇（Total cholesterol，TC）、甘油三酯（Triglyceride，TG）和低密度脂蛋白膽固醇（Low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）的合成，參與脂肪生成調(diào)節(jié)，從而抑制奶牛脂肪組織脂肪酸的合成［9］。另外，LKB1可使乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase，ACC）活性降低，ACC活性降低會(huì)導(dǎo)致脂肪酸合成速率降低，還可增加肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶 1（Carnitine palmitoyltransferse1，CPT1）、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶2（Carnitine palmitoyltransferse2，CPT2）的活性，使脂氧化速率增加，進(jìn)而減少奶牛體內(nèi)的脂肪含量［10］。因此，激活的LKB1可以調(diào)控脂質(zhì)合成與分解代謝，最終降低脂肪的儲(chǔ)存。

2 AMPK結(jié)構(gòu)及對(duì)脂代謝的影響

AMPK是一個(gè)進(jìn)化保守的蘇氨酸蛋白激酶，由催化亞基α、調(diào)節(jié)亞基β和γ組成，AMPK活性調(diào)節(jié)需要3個(gè)亞基共同完成，AMPKα可通過對(duì)靶蛋白的磷酸化調(diào)節(jié)，影響脂代謝［11］。胞內(nèi)AMP/ATP比值的變化對(duì)AMPKα活性影響甚大，當(dāng)AMP/ATP增加時(shí)，AMPKα被活化，使脂肪合成抑制［12］。AMPKα激活后可磷酸化膽固醇合成關(guān)鍵酶3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶（3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase，HMGR）， 抑 制 膽 固醇的合成，磷酸化脂肪酸合成關(guān)鍵酶ACC、脂肪酸?；P(guān)鍵酶甘油磷酸?；D(zhuǎn)移酶（Glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT），抑制脂肪酸和TG的合成，磷酸化激素敏感酯酶（Hormone-sensitive triglyceride lipase，HSL）促進(jìn)脂酰甘油酯和膽固醇脂水解［13-14］。因此，AMPK活性降低可能導(dǎo)致血漿游離脂肪酸升高，以及脂質(zhì)在體內(nèi)的異位沉積，進(jìn)而導(dǎo)致脂質(zhì)代謝紊亂性疾病的發(fā)生。

3 SIRT1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

SIRT1是目前為止在Sirtuin家族中研究最為深入的一個(gè)成員［15］。SIRT1活性受NAD+/NADH調(diào)節(jié)，NAD+的生物合成隨著年齡的增加逐漸下降，導(dǎo)致SIRT1活性下降［16］。Kim等［17］研究表明 DHA可通過增加AMPKα表達(dá)、導(dǎo)致SIRT1的過表達(dá)。目前已發(fā)現(xiàn)SIRT1可與多種蛋白分子、因子相互作用，如叉頭轉(zhuǎn)錄因子O亞家族（Forkhead box-containing protein O subfamily，F(xiàn)OXOs）、 肝 x受 體（Liver x receptors，LXR）等，SIRT1通過使上述蛋白分子特定部位發(fā)生去乙酰化，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)［3］。SIRT1可以調(diào)節(jié)膽固醇的重要感受器LXR和脂質(zhì)合成關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（Sterol regulatory element-binding protein，SREBP）、過氧化物酶激活受體γ（Peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ）的活性進(jìn)而調(diào)節(jié)脂類和膽固醇代謝，抑制脂類的合成，從而減少脂質(zhì)儲(chǔ)存［18］。

4 奶牛脂肪組織脂代謝

奶牛體內(nèi)的脂肪組織主要包括白色和棕色脂肪組織，其分泌的細(xì)胞因子和肽類激素會(huì)影響和調(diào)節(jié)脂肪組織乃至整個(gè)奶牛機(jī)體的代謝，隨著脂肪組織的聚集，其釋放大量的游離脂肪酸（Free fatty acid，F(xiàn)FA）被運(yùn)送到非脂肪組織，將導(dǎo)致脂質(zhì)代謝發(fā)生變化［19］。研究表明白色脂肪組織還可以通過PPARγ、腺苷等信號(hào)分子和miRNAs等轉(zhuǎn)化為棕色脂肪組織［20］，降低奶牛機(jī)體脂肪的儲(chǔ)藏量。因此，有效控制脂肪的合成與分解，對(duì)奶牛肥胖、高脂血癥及其相關(guān)代謝綜合征的治療有重要的作用。

奶牛脂肪組織脂質(zhì)代謝由許多轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)，其體內(nèi)的脂肪儲(chǔ)藏量取決于脂肪的合成與分解代謝，脂合成和脂質(zhì)分解是通過內(nèi)源基因與外部調(diào)控因子之間相互作用完成的。奶牛脂合成是脂肪酸在細(xì)胞液內(nèi)由脂肪酸合成酶（Fatty acid synthetase，F(xiàn)AS）等酶的催化下，以乙酰CoA為引物，通過丙二酰單酰CoA，合成長(zhǎng)鏈脂肪酸，其中DGAT是合成甘油三酯的關(guān)鍵酶，DGAT表達(dá)升高可以促進(jìn)TG合成［21-22］。

當(dāng)機(jī)體缺乏能量時(shí)，脂肪分解作用增強(qiáng)，主要通過線粒體中β-氧化作用釋放FFA和甘油進(jìn)入血液，經(jīng)由大循環(huán)，進(jìn)入到其他組織［23］。HSL和脂肪甘油三酯脂肪酶（Adipose triacylglyceride lipase，ATGL）在脂質(zhì)分解代謝過程中，分工協(xié)作，各自發(fā)揮作用，共同完成對(duì)TG的分解作用。甘油作為脂肪分解釋放的產(chǎn)物，被運(yùn)輸?shù)礁闻K，經(jīng)過甘油激酶催化和糖異生作用釋放氫供能，同時(shí)脂肪分解產(chǎn)生的FFA在脂酰CoA合成酶和ACC氧化酶（1-aminocyclop ropane-1-carboxylic acid oxidase，ACO）的催化下進(jìn)行氧化反應(yīng)，之后被轉(zhuǎn)移到不同的組織器官中提供能量［24-25］。

5 LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路對(duì)奶牛脂肪組織脂代謝的調(diào)節(jié)

5.1 LKB1-AMPKα-SIRT1相互作用的方式

AMPKα是Sirt1上游，可通過升高細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP的比例，特別是NAD+/NADH的水平來提高Sirt1的活性［26］，而Sirt1通過使AMPKα上游激酶LKB1去乙酰化以促進(jìn)LKB1移位至胞質(zhì)中，繼而增加AMPKα磷酸化和活性，調(diào)節(jié)脂代謝［27］。LKB1作為AMPKα的上游激酶，可以通過不依賴細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比率的方式與STRAD（STE20 related adaptor protein）-MO25（Mouse protein 25）組成異源三聚體磷酸化AMPKα進(jìn)而參與奶牛脂肪組織脂代謝的調(diào)節(jié)［28］，通過抑制脂質(zhì)合成和促進(jìn)脂肪酸氧化來減少脂質(zhì)積聚。因此，LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路與奶牛脂代謝密切相關(guān)，在奶牛脂肪組織脂代謝過程中起重要調(diào)節(jié)作用。LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路，如圖1所示。

5.2 LKB1-AMPKα-SIRT1對(duì)奶牛脂肪組織脂代謝的調(diào)節(jié)

奶牛脂肪組織脂代謝由脂肪酸合成酶FAS、脂肪酸氧化酶（ACO、CPT1和CPT2），脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋 白（Apolipoprotein B，ApoB、Apolipoprotein E，ApoE）、脂肪酸調(diào)控關(guān)鍵酶脂聯(lián)素（Adiponectin，ADPN）、脂蛋白脂酶（Lipoprteinlipase，LPL）以及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子PPARγ和SREBP-1c、碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（Carbohydrate response element binding protein，ChREBP）等多種因子相互作用共同調(diào)節(jié)。LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路可通過上述一種或多種因子調(diào)控奶牛脂肪組織脂質(zhì)代謝，減少奶牛的脂肪沉積。

HMGR是AMPKα的一種作用底物，主要調(diào)節(jié)膽固醇的合成，AMPKα通過磷酸化HMGR肽鏈中的Ser871位點(diǎn)抑制HMGR的活性，HSL是膽固醇脂的水解酶，活化的AMPKα可以抑制HSL mRNA的表達(dá)，抑制機(jī)體FFA的釋放［29］。ACC是脂肪酸從頭合成過程中的限速酶，催化乙酰CoA形成丙二酸單酰CoA，抑制脂肪酸氧化限速酶CPT-1活性，阻礙脂肪酸進(jìn)入線粒體，降低脂肪酸的氧化［30］。AMPKα的激動(dòng)劑5-氨基咪唑-4-氨甲酰核糖核苷（5-Aminoimidazole-4-carboxamide1-β-D-ribofuranoside，AICAR）可激活A(yù)MPKα活性并減少內(nèi)源性FAS基因的表達(dá)，磷酸化ACC（Ser79），進(jìn)而減少丙二酸單酰CoA的生成，減少脂肪酸的合成并解除丙二酸單酰CoA對(duì)CPT-1的抑制，增加CPT-1的活性，促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入到線粒體內(nèi)進(jìn)行β氧化，減少細(xì)胞內(nèi)甘油三酯的含量，從而降低奶牛機(jī)體脂肪量［31-32］。當(dāng)AMPK活性升高后，使脂肪酸?；透视腿ズ铣申P(guān)鍵酶GPAT失活，不僅抑制了脂肪酸的合成，還促進(jìn)了脂肪酸的氧化分解［33］。

AMPKα還可以通過調(diào)節(jié)PPARγ在奶牛脂肪細(xì)胞中的表達(dá)來發(fā)揮作用。PPARγ具有脂肪組織特異性，在脂肪細(xì)胞分化和脂肪代謝調(diào)控中起著重要作用，其主要通過誘導(dǎo)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶（Fatty acid translocase，F(xiàn)AT）表達(dá)來促進(jìn)脂肪酸的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)［34］。奶牛脂肪組織中SIRT1可負(fù)調(diào)控脂肪細(xì)胞中的PPARγ，正調(diào)控PGC-1α表達(dá)，使FAS表達(dá)減少，降低脂肪沉積［35］。SREBP-1c轉(zhuǎn)錄因子通過促進(jìn)脂肪和膽固醇生成基因的表達(dá)促進(jìn)脂肪的儲(chǔ)存，SIRT1的激活引起SREBP-1c蛋白表達(dá)水平下降，使其目的基因如HMGR和FAS的表達(dá)量減少［36-37］，抑制了脂質(zhì)的合成，使奶牛體內(nèi)脂肪蓄積減少。

研究表明在奶牛體內(nèi)NEFA可以上調(diào)LKB1，促進(jìn)AMPKα磷酸化與PPARα表達(dá)，促進(jìn)脂氧化基因 ACO 等的表達(dá)［10，37］。LKB1的受體 LXRQ 和其靶向基因SREBP-1c在脂肪的形成中扮演重要的角色，SREBPl-1C的作用分子包括ACC、膽固醇合成酶基因（3-hy-droxy-3-methylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA）、HMG-CoA還原酶基因、FAS、脫羧酶基因等，SREBP-1c的活化由LXR-α介導(dǎo)完成，使SREBP下游脂肪合成酶基因激活，導(dǎo)致血漿甘油三酯合成增加［38-39］。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比例升高時(shí)，促進(jìn)LKB1對(duì)AMPKα磷酸化，繼而激活SIRT1，最終使下游靶點(diǎn)基因PGC-1α等發(fā)生去乙?；?，促使脂合成基因ACC、FAS失活［40］?；罨腖KB1促進(jìn)脂解基因CPT1、CPT2的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄，抑制脂肪生成基因SREBP-1c和ChREBP的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性，研究表明ChREBP與SREBP-1c既相互獨(dú)立又相互協(xié)同共同調(diào)控脂肪組織脂質(zhì)合成作用，不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）可通過AMPKα信號(hào)通路負(fù)向調(diào)控ChREBP的轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)ChREBP與SREBP的蛋白降解，使細(xì)胞內(nèi)含量降低，減少下游靶標(biāo)脂合成基因的表達(dá)，以此來控制奶牛體內(nèi)脂肪的生成［41］。此外，LKB1-AMPKα-SIRT1可通過載脂蛋白、維生素E、miRAN等多種調(diào)控因子間接調(diào)控奶牛脂肪組織的脂代謝過程［42-46］。因此，LKB1- AMPKα-SIRT1可通過調(diào)控脂肪酸合成與分解相關(guān)的基因來控制脂肪在奶牛體內(nèi)的含量。

綜上所述，LKB1-AMPKα-SIRT1相關(guān)信號(hào)通路可通過調(diào)節(jié)TG的合成與轉(zhuǎn)化及脂合成、脂氧化基因與轉(zhuǎn)錄因子來控制奶牛脂肪組織脂質(zhì)代謝。其與奶牛脂肪組織脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，當(dāng)此信號(hào)通路出現(xiàn)功能失調(diào)時(shí)，奶牛脂質(zhì)代謝就會(huì)紊亂，導(dǎo)致脂代謝綜合征及其并發(fā)癥的形成。LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路調(diào)控脂代謝的方式，如圖2所示。

圖2 LKB1-AMPKα-SIRT1信號(hào)通路調(diào)控脂代謝的方式

6 結(jié)語

奶牛脂肪代謝的調(diào)控涉及心、腦、腎、脂肪、肝臟和肌肉等多個(gè)組織器官的功能協(xié)調(diào)及脂肪、糖類、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝途徑之間的相互關(guān)系，因而對(duì)奶牛脂肪組織脂代謝的研究，應(yīng)運(yùn)用整體與部分的原理，結(jié)合基因組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等，繪制參與相關(guān)調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)，在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中探究關(guān)鍵的基因或代謝途經(jīng)，以期發(fā)現(xiàn)更多的治療靶標(biāo)。目前，LKB1的研究還未完全成熟，其生物學(xué)結(jié)構(gòu)及功能尚未得到全面的揭示，有關(guān)AMPK調(diào)控脂肪代謝的研究主要集中于相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子活性及表達(dá)，今后應(yīng)結(jié)合分子生物學(xué)等多種技術(shù)手段在細(xì)胞與整體水平上深入研究其調(diào)控機(jī)理。另外，隨著SIRT1上下游分子的不斷發(fā)現(xiàn)以及基因研究的進(jìn)一步開展，可最終為L(zhǎng)KB1-AMPK-SIRT1作為治療靶點(diǎn)提供依據(jù)。