黃英俏,楊連玉

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130118)

脂蛋白脂酶研究進(jìn)展

黃英俏,楊連玉*

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130118)

脂蛋白脂酶(LPL)是動(dòng)物組織中脂肪沉積的關(guān)鍵酶,是甘油三酯降解為甘油和游離脂肪酸(FFA)反應(yīng)的限速酶,在脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起著重要作用。脂蛋白脂酶基因的表達(dá)具有特異性,營(yíng)養(yǎng)等因素能夠影響動(dòng)物L(fēng)PL基因的表達(dá)和LPL活性。論文綜述了LPL的生物學(xué)功能、LPL在脂肪沉積中的作用及其在單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物中的研究現(xiàn)狀。

脂蛋白脂酶;脂質(zhì)代謝;肌內(nèi)脂肪;限速酶

脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)是Hahn于1943年在靜脈注射肝素消除因攝取高脂肪食物而引起的高脂血癥時(shí)發(fā)現(xiàn)的,推測(cè)有一種肝素釋放因子存在,而后有人證實(shí)肝素的這種作用為脂蛋白脂酶所致,因其能水解脂蛋白中的甘油三酯,故命名為脂蛋白脂酶。LPL幾乎在全身各主要器官、組織均有表達(dá),廣泛分布于心臟、骨骼肌、肺、骨髓、脊髓、腎、胸腺、大腦、前列腺、胰臟、脾、肝等多種組織中,其中在脂肪組織和骨骼肌組織中含量較高。LPL是哺乳類動(dòng)物肥胖基因借以調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝的重要功能蛋白,通過控制其在脂肪組織與其他組織器官中的表達(dá)水平直接決定脂肪組織與其他組織器官脂質(zhì)底物配額的相對(duì)量,從而間接決定從食物中攝入脂類的代謝前途,即以體脂形式貯備起來或作為能源底物消耗掉,并最終對(duì)機(jī)體脂質(zhì)沉積狀況產(chǎn)生決定性影響。

1 脂蛋白脂酶的生物學(xué)功能

LPL是由脂肪細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等其他一些組織細(xì)胞合成與分泌的一種糖蛋白,合成后的脂蛋白脂酶在肝素的作用下,釋放后通過蛋白聚糖鏈錨定在血管內(nèi)皮細(xì)胞表面上。LPL是全部脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)中的關(guān)鍵酶,LPL能夠使動(dòng)物機(jī)體內(nèi)甘油三酯(triacylglycerol,TG)降解為甘油和游離脂肪酸,以供機(jī)體組織儲(chǔ)存和利用[1],它參與各種脂蛋白的代謝并對(duì)其進(jìn)行調(diào)控,使血漿中富含脂質(zhì)的脂蛋白降解,因此與機(jī)體的脂質(zhì)代謝及肥胖密切相關(guān)[2],LPL活性的高低是脂肪蓄積程度的標(biāo)志。LPL對(duì)脂肪運(yùn)輸有重要調(diào)節(jié)作用,而脂肪在體內(nèi)主要以TG的形式沉積,其運(yùn)輸是在血液中進(jìn)行的,除游離脂肪酸是與血漿清蛋白結(jié)合形成可溶性復(fù)合物運(yùn)輸外,其余都是以脂蛋白的形式運(yùn)輸。同時(shí)LPL也調(diào)節(jié)肌肉和脂肪TG的分配,也是決定脂肪細(xì)胞大小的重要因素[3]。單胃動(dòng)物脂肪酸的合成部位主要是肝臟和脂肪組織,而反芻動(dòng)物脂肪酸合成的部位主要是脂肪組織,動(dòng)物脂肪組織外源脂肪酸的主要來源是血漿脂蛋白甘油三酯,其降解主要受到LPL的調(diào)控。與脂肪組織一樣,肌肉組織也是攝取LPL降解脂蛋白TG而產(chǎn)生的游離脂肪酸。

LPL是TG降解的限速酶,催化與蛋白質(zhì)相聯(lián)的TG的水解作用,在脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起重要作用。這兩個(gè)重要功能是:①LPL催化血液中的乳糜微粒(chylomicron,CM)和極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)核心的TG分解為甘油和游離脂肪酸,以供各種組織氧化供能和貯存;②LPL能同時(shí)結(jié)合脂蛋白和細(xì)胞表面特異蛋白。例如,存在于細(xì)胞膜外表面的硫酸肝素糖蛋白(heparin sulphate proteo glycans,HSPG)使酶保持一種無(wú)活力的濃縮狀態(tài),然后通過一個(gè)尚未闡明的機(jī)制由肝素促使分泌,即注射肝素后刺激血漿中得到活化的LPL,分布在含TG的脂蛋白中,主要是分解CM和VLDL的TG,并結(jié)合和附著在這些脂蛋白殘粒中,可能作為肝攝取這些顆粒的信號(hào)。

2 單胃動(dòng)物脂蛋白脂酶的研究

Harbitz利用人的LPL基因cDNA克隆了豬的LPL cDNA并測(cè)序,結(jié)果表明推導(dǎo)的氨基酸序列與牛、人和鼠高度保守,同源性分別為93.1%、91.2%和88.7%。且LPL基因的各個(gè)功能位點(diǎn)氨基酸順序完全一致。對(duì)比其他家畜品種,雞的LPL基因研究的較為清楚。Cooper等將雞的脂肪 LPL cDNA克隆從一個(gè)λ-gt11的表達(dá)文庫(kù)中分離出來并測(cè)序。

脂肪的沉積在很大程度上是由于脂肪細(xì)胞內(nèi)TG的堆積而導(dǎo)致的細(xì)胞肥大造成的,而LPL在TG水解中起關(guān)鍵作用。通過近年來對(duì)單胃動(dòng)物L(fēng)PL研究表明,營(yíng)養(yǎng)因素在一定程度上能夠影響單胃動(dòng)物的LPL活性和基因的表達(dá),而且證實(shí)了LPL的表達(dá)具有組織特異性,同時(shí)LPL還與單胃動(dòng)物胴體品質(zhì)有著密切的關(guān)系,對(duì)LPL的研究有望在提高畜禽瘦肉率,調(diào)節(jié)動(dòng)物的體重等方面做出巨大貢獻(xiàn),所以其可以作為單胃動(dòng)物脂肪沉積的候選基因之一。

楊恒東等[4]對(duì)興義矮腳雞屠宰性能、肌肉品質(zhì)及LPL基因表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn),母雞腹脂、皮脂和肌肉的LPL基因mRNA表達(dá)量顯著高于公雞,母雞的皮脂厚、腹脂率、肌肉脂肪含量等體脂指標(biāo)也均高于或顯著高于公雞,這可能與LPL活性介導(dǎo)的脂肪沉積的性別差異有關(guān),進(jìn)而又在一定程度上影響了肌肉的風(fēng)味。鄒曉庭等[5]探討甜菜堿對(duì)蛋雞脂肪代謝的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)甜菜堿可顯著降低腹脂中LPL活性(P＜0.01),通過影響蛋雞腹脂中 LPL的活性來減少腹脂的沉積,從而提高蛋雞的生產(chǎn)性能。許梓榮等[6]研究了 L-肉堿對(duì)肉雞脂肪代謝的影響中發(fā)現(xiàn) L-肉堿能增加肉雞肌肉、脂肪組織中LPL的活性及二者的活力比值,加速了甘油三酯水解釋放大量脂肪酸進(jìn)入血液中,使血液中脂肪酸濃度顯著升高,于是增加了脂肪在肌肉內(nèi)的沉積。蔣立等[7]在添加油脂填飼對(duì)騾鴨肥肝生成中脂蛋白脂酶的影響中發(fā)現(xiàn),相對(duì)于添加鴨油,添加玉米油填飼騾鴨,其較低的肝素和LPL酶活性使得填飼能更好地誘導(dǎo)肥肝的生成,可能是通過限制TG流向脂肪組織,而增強(qiáng)脂肪貯存于肝,這種不同作用效果可能與動(dòng)植物油中飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的含量差異有關(guān)。廉傳江[8]在對(duì)脂肪源對(duì)朗德鵝產(chǎn)肝性能及脂肪組織LPLmRNA表達(dá)的影響的研究結(jié)果表明,填飼3周后,相同日齡朗德鵝其腹部脂肪組織中LPL mRNA的表達(dá)量存在顯著差異,鵝油組顯著高于豆油組和玉米油組;相同日齡的朗德鵝皮脂中LPL mRNA表達(dá)豐度組間差異不顯著?？梢?不同脂肪組織的LPL表達(dá)量表現(xiàn)出差異性。賀喜等[9]在日糧共軛亞油酸(CLA)對(duì)不同性別肉仔雞生長(zhǎng)性能及脂肪代謝相關(guān)酶的影響研究中發(fā)現(xiàn),日糧中添加10 g/kg CLA可以顯著降低各性別肉仔雞腹脂LPL活性及其mRNA相對(duì)表達(dá)量(P＜0.05),而對(duì)肝臟LPL沒有顯著影響,且試驗(yàn)結(jié)果還表明性別和日糧CLA對(duì)肉仔雞LPL活性和LPL mRNA相對(duì)表達(dá)量影響不存在互作關(guān)系。劉蒙等[10]在日糧代謝能水平對(duì)北京油雞脂肪沉積和 LPL基因表達(dá)的影響研究中發(fā)現(xiàn),LPL基因mRNA表達(dá)水平與腹脂率、皮脂重和皮脂率呈顯著正相關(guān)。結(jié)果提示日糧代謝能水平顯著影響北京油雞體脂沉積和LPL基因mRNA表達(dá),LPL基因表達(dá)影響北京油雞體脂沉積狀況。單體中等[11]研究表明杜×長(zhǎng)×大豬的LPL基因表達(dá)隨著體重的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),可見LPL的基因表達(dá)和體重成正相關(guān)。王剛等[12]研究表明,萊蕪豬和魯萊黑豬肌內(nèi)脂肪相對(duì)含量與肌肉組織LPL mRNA表達(dá)的發(fā)育性變化分別呈顯著(P＜0.05)和極顯著(P＜0.01)的正相關(guān),說明肌肉組織中LPL基因的表達(dá)對(duì)于肌內(nèi)脂肪的沉積有積極的影響。宋慶文等[13]研究表明提高營(yíng)養(yǎng)水平,顯著提高了榮昌豬80 kg階段背最長(zhǎng)肌LPL活性(P＜0.05),35、50、80 kg階段肝臟 LPL的活性極顯著升高(P＜0.01)。對(duì)于DLY豬,提高營(yíng)養(yǎng)水平,35 kg階段 LPL活性顯著降低(P＜0.05),同時(shí)使50 kg階段活性下降,提高營(yíng)養(yǎng)水平可降低背膘中LPL活性。廉紅霞等[14]研究營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)DLY豬不同生長(zhǎng)階段的背最長(zhǎng)肌LPL基因表達(dá)水平分析結(jié)果表明,背最長(zhǎng)肌LPL mRNA表達(dá)量及其肌內(nèi)脂肪含量隨體重增加呈上升趨勢(shì),且呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。

3 反芻動(dòng)物脂蛋白脂酶的研究

Senda等從牛奶中提純出的脂蛋白脂酶,經(jīng)胰蛋白酶處理得到3個(gè)多肽。Broad將羊的 LPL基因定位在第2號(hào)染色體上。反芻動(dòng)物脂肪組織脂蛋白酯酶(lipoprotein lipase,LPL,EC 3.1.1.34)分子質(zhì)量約為55 ku,含3%～10%碳水化合物的糖蛋白。其特性與其他動(dòng)物相似,呈二聚體形式的LPL才有生物活性,二聚體分離時(shí)脂解TG活性喪失。

反芻動(dòng)物肌肉LPL基因表達(dá)的報(bào)道較少,研究發(fā)現(xiàn)反芻動(dòng)物脂蛋白脂酶基因的表達(dá)具有品種特異性,營(yíng)養(yǎng)、光照等因素在一定程度上能夠影響反芻動(dòng)物的LPL基因的表達(dá)和 LPL活性,LPL基因的表達(dá)和 LPL活性與肌內(nèi)脂肪(intramuscular fat,IMF)含量的相關(guān),進(jìn)而影響動(dòng)物生產(chǎn)性能。

Hocquette J F等[15]研究發(fā)現(xiàn),在牛組織中LPL基因轉(zhuǎn)錄活性與其蛋白活性成正相關(guān),且LPL活性通過調(diào)控肌肉或大理石紋發(fā)育過程中的可利用物質(zhì)進(jìn)而影響動(dòng)物胴體品質(zhì)。喬永等[16]對(duì)綿羊肌肉LPL基因表達(dá)的發(fā)育性變化及其對(duì)肌內(nèi)脂肪含量的影響的研究發(fā)現(xiàn),哈薩克羊肌肉LPL基因的表達(dá)與IMF含量的相關(guān)分析表明,LPL基因的表達(dá)量在2 d～60 d期間與IMF含量呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.625(P＜0.05);新疆細(xì)毛羊LPL基因表達(dá)量與IMF含量無(wú)顯著的相關(guān)性(P＞0.05),此研究結(jié)果提示,LPL的基因表達(dá)量與IMF有關(guān),但也存在品種的特異性。Waylan A T等[17]對(duì)育肥期肉牛添加亞麻籽研究發(fā)現(xiàn),肌肉中LPL表達(dá)比對(duì)照組肉牛低312%,認(rèn)為在添加了亞麻籽后,肉牛肌肉對(duì)能量的需要已得到滿足,所以LPL會(huì)在脂肪中表達(dá)增加,從而將多余的脂肪酸轉(zhuǎn)化為肌內(nèi)脂肪存儲(chǔ)起來。飼喂亞麻酸28 d降低了 LPL在肌肉的表達(dá),表明LPL是具有分配脂肪組織中脂肪酸的作用。試驗(yàn)表明飼喂亞麻籽增加了大理石花紋評(píng)分,影響到胴體品質(zhì),試驗(yàn)提示LPL可能調(diào)控牛肉品質(zhì)。Muriel B等[18]對(duì)綿羊禁飼7 d后,發(fā)現(xiàn)心肌中LPL mRNA水平明顯下降;接著補(bǔ)飼21 d后,mRNA水平又顯著回升。其在脂肪組織變化趨勢(shì)與心肌一致,但變化水平更明顯。另外,他們還在肌肉和脂肪檢測(cè)到兩種不同長(zhǎng)度的LPL mRNA,兩種mRNA在肌肉和脂肪組織中的比例完全不同。Bonnet M等[19]研究結(jié)果表明,補(bǔ)飼顯著增加綿羊皮下脂組織LPL活力(900%),而腎周組織的LPL活力僅增加250%。補(bǔ)飼期間綿羊腎周脂肪組織LPL mRNA(640%)顯著高于大理石紋肌LPL mRNA(100%)。低水平長(zhǎng)光照期飼養(yǎng)的母羊趨于增加腎周脂肪組織LPL mRNA(45%),而在補(bǔ)飼后則更顯著增加脂肪組織LPL mRNA(162%),這可能是補(bǔ)飼和光照期兩者的顯著影響。在低水平飼養(yǎng)和補(bǔ)飼下,長(zhǎng)光照期也趨于增加大理石紋肌LPL mRNA。Faulconnier Y等[1]對(duì)成年牛的短期催肥試驗(yàn)表明,催肥3周的牛肌肉中LPL蛋白活性明顯增強(qiáng),但mRNA水平?jīng)]有明顯改變。姚飛等[20]對(duì)蘇尼特肥羔脂肪代謝酶活性的發(fā)育性變化及其對(duì)IMF沉積的影響的研究發(fā)現(xiàn),10 kg時(shí)股二頭肌(BF)LPL活性極顯著低于背最長(zhǎng)肌(LD)(P＜0.01);30 kg時(shí)BF和LD中酶活顯著低于肝臟(P＜0.05)。20 kg和40 kg時(shí)不同組織間LPL活性變化差異不顯著(P＞0.05)。表明體重對(duì)LPL活性產(chǎn)生了極顯著影響,且分析表明LD和BF中LPL與IMF含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。

4 展望

綜上所述,鑒于脂蛋白脂酶在調(diào)節(jié)動(dòng)物脂肪沉積中的重要作用,它已經(jīng)成為影響動(dòng)物肉質(zhì)的主要候選基因之一。隨著人們生活水平的提高,人們對(duì)畜牧產(chǎn)品的需求已不僅僅停留在量上,對(duì)肉蛋奶等畜牧產(chǎn)品的質(zhì)量也有了更高的要求。由于LPL的生理功能恰恰是水解富含脂質(zhì)的脂蛋白中的 TG,負(fù)責(zé)脂肪的貯存。LPL在研究LPL酶與脂肪含量的關(guān)系,確定影響動(dòng)物機(jī)體LPL活性和基因表達(dá)的各種營(yíng)養(yǎng)因素,改善胴體品質(zhì),預(yù)防和治療一些疾病上將具有重要指導(dǎo)意義,具有廣泛的研究前景。

[1]Faulconnier Y,Bonnet M,Bocquier F,et al.Effects of photoperiod and feeding level on adipose tissue and muscle lipoprotein lipase activity and mRNA level in dry non-pregnant sheep[J].British J Nutrition,2001,85(3):299-306.

[2]Shan T Z,Wang Y Z,Li M.Cloning of lipoprotein lipase(LP L)gene of swine and the difference of LPL gene expression at different avoirdupois stages[J].J Agri Biotechnol,2006,14(2):151-155.

[3]Zechner R.T he tissue-specific expression of lipoprotein lipase:implications for energy and lipoprotein metabolism[J].Curr Opin Lipidol,1997,8(2):77-88.

[4]楊恒東,王夢(mèng)芝,宋 莉,等.矮腳雞屠宰性能、肌肉品質(zhì)及LP L基因表達(dá)的研究[J].遺傳育種,2009,45(13):12-14.

[5]鄒曉庭,盧建軍.甜菜堿調(diào)控蛋雞脂肪代謝的機(jī)理研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,35(3):325-330.

[6]許梓榮,占秀安,毛紅霞.L-肉堿對(duì)肉雞脂肪代謝的影響[J].中國(guó)畜牧雜志,2002,38(5):20-22.

[7]蔣 立,曾凡坤,胡 茂.添加油脂填飼對(duì)騾鴨肥肝生成中脂蛋白脂酶的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(5):203-205.

[8]廉傳江.脂肪源對(duì)朗德鵝產(chǎn)肝性能及脂肪組織 LPLmRNA表達(dá)的影響的研究[D].吉林長(zhǎng)春,吉林大學(xué),2007.

[9]賀 喜,戴求仲,張石蕊.日糧共軛亞油酸對(duì)不同性別肉仔雞生長(zhǎng)性能及脂肪代謝相關(guān)酶的影響[J].中國(guó)畜牧雜志,2007,43(21):25-29.

[10]劉 蒙,宋代軍,齊珂珂.日糧代謝能水平對(duì)北京油雞脂肪沉積和 LPL基因表達(dá)的影響[J].中國(guó)畜牧獸醫(yī),2009,36(5):9-13.

[11]單體中,汪以真,李 民.豬脂蛋白脂酶基因的克隆及不同體重的基因表達(dá)差異[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào),2006,14(2):151-155.

[12]王 剛,曾勇慶,武 英.豬肌肉組織 LPL基因表達(dá)的發(fā)育性變化及其與肌內(nèi)脂肪沉積關(guān)系的研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào),2007,38(3):253-257.

[13]宋慶文.不同飼糧營(yíng)養(yǎng)水平相下榮昌豬和DLY豬脂肪(酸)代謝關(guān)鍵酶活性的發(fā)育性變化研究[D].內(nèi)蒙省呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2007:65-70.

[14]廉紅霞,盧德勛,高 民.飼糧營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)豬血液生化指標(biāo)、背最長(zhǎng)肌IMF含量及LPLmRN A表達(dá)量的影響[J].中國(guó)飼料,2008(5):12-16.

[15]Hocqutte J F,Graulet B,Olivecrona T.Lipoprotein lipase activity and RNA levels in bovine tissues(Abstract)[J].Comp Biochem Phy siol,1998,121(2):201-212.

[16]喬 永,黃治國(guó),李齊發(fā).綿羊肌肉 LPL基因表達(dá)的發(fā)育性變化及其對(duì)肌內(nèi)脂肪含量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,40(10):2323-2330.

[17]Waylan A T,Dunn J D,Johnson B J,et al.Effect of flax supplementation and g rowth promotants on lipoprotein lipase and glycogenin messenger RNA concentrations in finishing cattle[J].J Animal Sci,2004,82(6):1868-1876.

[18]Muriel B,Leroux C,Faulconnier Y,et al.Lipoprotein lipase activity and mRNA are up-regulated by refeeding in adipose tissue and cardiac muscle of sheep[J].Am Soc Nutri Sci,2000,130(4):749-790.

[19]Bonnet M,Faulconnier Y,Hocquette J F,et al.Nutritional status induces divergent variations of G LUT4 protein content,but not lipoprotein lipase activity,between adipose tissues and muscles in adult cattle[J].British J Nutrition,2004,92(4):617-625.

[20]姚 飛,盧德勛,姚焰礎(chǔ).蘇尼特肥羔肌肉組織LPL和 HSL的發(fā)育性變化及其對(duì)肌內(nèi)脂肪沉積的影響[J].飼料工業(yè),2008,29(5):37-40.

Progress on Lipoprotein Lipase

HUANG Ying-qiao,YANG Lian-yu

(College of Animal Science,Jilin Agriculture University,Changchun,J ilin,130118,China)

Lipoprotein lipase(LPL)is one kind of key enzyme of animal tissue for fat deposition.It is a ratelimiting enzyme that hydrolyze triglycerides(TG)into glycerol and free fatty acids.It also plays an important role in lipide metabolism and transference.The gene expression of lipoprotein lipase show s specificity.Nutrition and other factors can effect the expression of lipoprotein lipase gene and the activity of LPL.The function of LPL,the role of LPL in fat deposition,and the study status of LPL on monogastric animals and ruminants were reviewed in this paper.

lipoprotein lipase;fatty metabolism;intramuscular fat;rate-limiting enzyme

S852.21

A

1007-5038(2010)03-0086-04

2009-11-20

黃英俏(1985-),女,吉林長(zhǎng)春人,碩士,主要從事動(dòng)物分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究。*通訊作者

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