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赵 艳 董艳梅综述 孙长颢审校哈尔滨医科大学公共卫生;学院营养与食品卫生教研室，哈尔滨 １５００８６
１ 概述
随着心脑血管疾病、高血压、糖尿病、肥胖等与脂类密切相关的一些慢性病发病率的逐年增加，使人们逐渐认识到过多摄入脂肪将危害人体健康，因此出现“脂肪恐慌”、“谈脂色变”等现象。但随着研究的深入，发现并不是所有的脂肪都对健康有害，其中ｎ３ 多不饱和脂肪酸就有益于人体健康。这引起了研究者极大的兴趣，于是再次掀起了脂肪研究的热潮。
脂肪又称甘油三酯，由甘油和脂肪酸构成。脂肪因其所含脂肪酸链的长度、饱和程度和空间结构不同，而呈现出不同的特性和功能。按其饱和程度可分为饱和脂肪酸ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＳＦＡ；单不饱和脂肪酸ｍｏｎｏｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＭＵＦＡ，碳链中只含一个不饱和双键；多不饱和脂肪酸ｐｏｌｙｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ，ＰＵＦＡ，碳链中含两个以上双键。目前认为营养学上对人体健康最重要的是ｎ３或ω３系列和ｎ６或ω６系列ＰＵＦＡ。在１９６９年Ａｌｌｍａｎｎ 和 Ｇｉｂｓｏｎ报道ＰＵＦＡ能调节脂类代谢之前１，人们一直认为脂肪组织是提供能量和构成生物膜的物质。脂肪的内分泌功能，及对脂类代谢中各种酶的活性和基因表达的直接调节作用是在近年才被发现的。这种营养素－基因之间的作用在代谢、生长发育以及细胞分化过程中具有重要的影响。
由于脂肪在慢性病的发生和发展过程中起着重要的作用，因此阐明膳食脂肪作用于基因组的分子机制对于了解脂肪在人类健康中的作用很重要。脂肪酸调节的靶基因如表１所示。
２ 脂肪酸对细菌和酵母基因表达的调控
生物的发展经历了由低等到高等的过程，原核生物基因表达的调节常常为真核生物调节途径和调节分子的存在提供重要线索。大肠杆菌存在吸收和氧化脂肪酸的诱导系统。ＦａｄＲ是脂肪酸转运和β氧化所需基因的转录抑制因子，ＦａｄＲ的基因产物调节参与脂肪酸合成和降解的几种非偶联基因和操纵子，这些基因包括ｆａｄＬ、ｆａｄＤ、ｆａｄＥ、ｆａｄＢＡ、ｆａｄＨ以及不饱和脂肪酸生物合成必需的转录活化因子ｆａｂＡ２。ＦａｄＲ与油基ＣｏＡ有很大的亲和力１２ｎＭ，二者结合后能调节ＦａｄＲ与ＤＮＡ的结合。游离脂肪酸不影响ＦａｄＲ的结合。
ＯＬＥ １Ｐ是一种Δ９脂肪酸去饱和酶，它使酿酒酵母饱和乙酰ＣｏＡ前体物生成不饱和脂肪酸。饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸对ＯＬＥ１ ｍＲＮＡ水平具有不同的调节作用３。饱和脂肪酸诱导ＯＬＥ１基因转录６０％，而不饱和脂肪酸抑制ＯＬＥ１基因转录６０倍。不饱和脂肪酸也能增加ＯＬＥ１ ｍＲＮＡ的代谢更新。
高等生物中也存在同样的机制。但与单细胞生物不同，在高等生物中营养素调节基因表达是通过与内分泌、旁分泌、自分泌途径进行的。这些作用可以激活和抑制基因表达，进而引起细胞代谢、生长和分化的变化。
３ 脂肪酸调节哺乳动物基因表达的主要途径
实际上，发挥调节基因表达作用的主要是细胞内游离的脂肪酸或脂酰ＣｏＡ硫酯（ＦＡＣｏＡ），而且脂肪酸氧化和代谢中的各种酶均受其调节，尤其是ｎ３和ｎ６系列的多不饱和脂肪酸ＰＵＦＡ与基因调节之间的关系最为密切。它们可能是以特异性转录因子配体的形式调节相关基因的表达。
３．１ 细胞表面Ｇ蛋白偶联受体途径
脂肪酸主要的代谢途径是在线粒体和过氧化物酶体发生氧化反应。一些氧化步骤产生参与细胞信号传导的调节分子，如脂肪酸磷脂酶Ａ２催化膜磷脂Ｓｎ２位点释放花生四烯酸，环氧酶和脂加氧酶催化花生四烯酸２０４ ｎ６产生前列腺素、血栓素和白三烯。这些脂类生物活性调节因子可通过自分泌或旁分泌过程作用于细胞表面的Ｇ蛋白偶联受体。Ｇ蛋白活化后使细胞内ｃＡＭＰ和钙离子浓度发生改变，作为第二信使激活信号传导机制，使转录因子功能上调。
３．２ 间接途径
脂肪酸可调节细胞的内源性氧化还原状态，促进氧化还原酶如过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物岐化酶等的表达，抑制炎性细胞因子和粘附分子的表达，然后激活并结合细胞核内转录因子如ＮＦκＢ及其抑制蛋白ＩκＢ，此机制对应激反应性基因的调节很重要。
３．３ 细胞膜激素受体途径
脂肪酸能够改变细胞膜磷脂中脂肪酸的构成，从而影响细胞膜激素受体信号传导，进而影响基因的表达调控。
３．４ 核受体途径
脂肪酸对基因表达的调节作用除以往所知的上述３种途径外，近年发现更为重要的途径是细胞内的核受体途径。核受体是细胞内的转录因子，与亲脂分子作用后能直接调节靶基因的表达，影响生殖、发育和一般代谢等多种生理过程。自从４０多年前发现第一个类固醇激素受体以来，核受体已不仅局限于典型的内分泌受体，它还包括大量孤儿受体（最初其配体、靶基因和生理功能都不清楚），如类视黄醇Ｘ受体ｒｅｔｉｎｏｉｄ Ｘ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＲＸＲ、过氧化物酶体增殖物激活受体ｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｏｒａｃｔｉｖａｔｅｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＰＰＡＲ、肝脏Ｘ受体ｌｉｖｅｒ Ｘ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ＬＸＲ、肝核因子４α ｈｅｐａｔｉｃ ｎｕｃｌｅａｒ ｆａｃｔｏｒ ４α ＨＮＦ４α等４。
ＰＵＦＡ作为配体对核受体的作用主要是调节转录因子的ＤＮＡ结合活性如ＰＰＡＲ、ＬＸＲ、ＨＮＦ４α ，此外ＰＵＦＡ还可通过调节细胞核内转录因子的含量，如固醇调节元件结合蛋白 ｓｔｅｒｏｌ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ ＳＲＥＢＰ对代谢途径产生影响，这些基因编码脂类和葡萄糖代谢的关键调节蛋白。ＰＰＡＲ、ＳＲＥＢＰ、ＬＸＲ、ＨＮＦ４α等转录因子是脂肪酸直接或间接作用的靶点，ＰＵＦＡ对ＰＰＡＲ和ＳＲＥＢＰ的调节作用已经阐明５，但对ＬＸＲ和ＨＮＦ４α的调节作用尚需深入研究。下面就以ＰＰＡＲ为例来说明ＰＵＦＡ对核受体的作用。
ＰＰＡＲ因能够被过氧化物酶体增殖物激活而得名，在Ｇｏｔｔｌｉｃｈｅｒ等（１９９２）报道脂肪酸可活化ＰＰＡＲ之前，ＰＰＡＲ一直被称为孤儿受体。ＰＰＡＲｓ 存在３种亚型：ＰＰＡＲα、ＰＰＡＲδ（也称ＰＰＡＲβ）和ＰＰＡＲγ，具有多种生物学效应，可促进脂肪细胞分化和抑制或促进脂肪生成，在脂类代谢中发挥重要作用６。脂肪酸及其代谢产物等营养素都是ＰＰＡＲ的主要激活剂或配体，都能够有效地激活ＰＰＡＲ。下列物质在１００μｍｏｌ浓度下，对ＰＰＡＲ调节作用的相对活性顺序为：ＷＹ１４６４３＞亚油酸＞花生四烯酸＞油酸＝硬脂酸＞月桂酸＝己酸。这一发现首次提出脂肪酸对基因的调节作用可能是通过特异的核受体来实现的。ＰＰＡＲ调节基因转录的大致过程如下：
首先ＰＰＡＲ与９顺视黄酸激活的ＲＸＲ形成异源二聚体，此时只具有转录活性。无配体时，异源二聚体与辅助抑制蛋白形成具有高亲和力的复合物，靶基因不进行转录。结合脂肪酸等配体后构象发生改变，辅助抑制蛋白解离，在类固醇受体辅助激活蛋白１ｓｔｅｒｏｉｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｃｏａｃｔｉｖａｔｏｒ１ ＳＲＣ１和ＰＰＡＲ结合蛋白ＰＰＡＲｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ ＰＢＰ等辅助激活因子的共同参与下，异源二聚体与靶基因调节区内特异的识别位点——ＰＰＡＲ调节元件ＰＰＡＲ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ＰＰＲＥ结合，然后激活或抑制靶基因转录。
４ 脂肪酸调节哺乳动物基因表达的水平
４．１ 转录水平的调节
早在１９９２年以前，人们一直认为膳食脂肪酸影响膜磷脂的变化，或产生信号传导分子如二十烷酸类，从而影响基因的表达。直到１９９２年Ｇｏｔｔｌｉｃｈｅｒ等９发现ＰＵＦＡ能够抑制脂肪组织中脂类生成基因的表达后，才认识到脂肪酸能够直接调节基因表达。脂肪酸的类型、数量和持续时间不同，其生理作用也不同，鉴于ｎ３和ｎ６ ＰＵＦＡ对人体的有益作用，在此将重点介绍ＰＵＦＡ对基因表达的调节。
膳食ｎ３和ｎ６ ＰＵＦＡ能够快速抑制生脂基因的转录，同时又能诱导编码脂类氧化和生热蛋白的基因进行转录。ＰＵＦＡ在转录水平调节基因表达的特点如下：（１）影响极其迅速。大鼠摄入多不饱和脂肪酸后，肝脏脂肪酸合成酶的ｍＲＮＡ水平很快下降，说明脂肪酸合成酶基因的转录过程受到抑制。将ＰＵＦＡ从饲料中撤离后，脂肪酸合成酶的ｍＲＮＡ水平又很快恢复到原有水平。（２）抑制作用与链长度和所含双键数目有关，与碳水化合物的摄入量无关。鱼油中多不饱和脂肪酸的抑制作用最为明显，饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸无明显的抑制作用。（３）对多种基因的表达具有调节作用，如Ｓ１４（一种对脂肪酸合成酶和许多糖代谢酶ｍＲＮＡ转录有调节作用的基因）、β肌动蛋白和低密度脂蛋白受体等。
４．２ 转录后水平的调节
目前对脂肪酸转录后水平的调节作用研究得较少。例如，ＰＵＦＡ能够抑制葡萄糖６磷酸脱氢酶的活性，调节转录后的共价修饰如磷酸化等，从而影响脂类代谢，这是通过转录后机制进行调节的。ＰＵＦＡ可降低３Ｔ３Ｌ１脂肪细胞中硬脂酰ＣｏＡ去饱和酶１ｓｔｅａｒｏｙｌＣｏＡ ｄｅｓａｔｕｒａｓｅ１ ＳＣＤ１ｍＲＮＡ的稳定性，抑制ＳＣＤ１基因的表达。
５ 实际意义
通过脂肪酸对基因表达调控的研究，拓宽了人们对脂肪酸生理功能的认识。脂肪酸除了以往众所周知的功能外，随着其特异调节转录因子的发现，又认识到其增加胰岛素敏感性、增加免疫功能、诱导细胞增殖分化等许多重要功能。而且通过研究脂肪酸对基因表达的作用机制，也为营养研究开创了新视角，可以模拟脂肪酸的结构合成一些特异的配体或寻找出特异的靶分子，这将有助于开发出预防和治疗与膳食密切相关的慢性病高血脂、糖尿病、动脉粥样硬化、肥胖和癌症等的药物。目前，以细胞受体转录因子为靶点来治疗某些疾病已成为现代医药工业的发展方向。因此，研究脂肪酸对基因表达的调节作用及其机制具有十分重要的意义和应用价值。
综上所述，这种营养素和基因之间的相互作用与其它信号网络密切相关，在膳食和细胞内的调节机制之间建立了综合的细胞调控机制。受脂肪酸调节的转录因子或者直接与ＤＮＡ结合，或者蛋白与蛋白之间通过启动子内特定区域相互作用，但其它转录因子在此过程中的作用尚待阐明，ＰＵＦＡ的调节作用与细胞内参与调节各种转录因子的信号传导途径之间的关系仍需进一步探讨。这些问题的解决将为膳食相关疾病的预防和治疗提供一个全新的方向。
参考文献：
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９． Ｇｔｔｌｉｃｈｅｒ Ｍ Ｗｉｄｍａｒｋ Ｅ Ｌｉ Ｑ ｅｔ ａｌ． Ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ ａｃｔｉｖａｔｅ ａ ｃｈｉｍｅｒａ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｏｆｉｂｒｉｃ ａｃｉｄａｃｔｉｖａｔｅｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｌｕｃｏｃｏｒｔｉｃｏｉｄ ｒｅｃｅｐｔｏｒ． Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ１９９２ ８９４６５３－４６５７．
１０． Ｋａｎｇ Ｋ Ｍｉｙａｚａｋｉ Ｍ Ｎｔａｍｂｉ ＪＭ ｅｔ ａｌ． Ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｔｉｏｂｅｓｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｌｉｎｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｉｓ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｓｔｅａｒｏｙｌＣｏＡ ｄｅｓａｔｕｒａｓｅ１ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ． Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｒｅｓ Ｃｏｍｍｕｎ２００４ ３１５５３２－７． | 