乙酰辅酶A羧化酶在动物中的研究进展

    郑贵花 夏广军 尹宝珍

    【摘? ?要】 乙酰辅酶 A羧化酶 （ ACC）是一种生物素酶，分为同质型和异质型两种类型，可以催化脂肪酸合成 ，是脂肪酸合成过程中的限速酶，广泛存在于生物界中。动物中的乙酰辅酶A羧化酶属于同质型，分为ACC1和ACC2两种亚型。本文综述了动物中ACC的结构功能及ACC在动物中的研究进展 ，并对其未来发展作了展望。

    【关键词】 乙酰辅酶A羧化酶;动物;研究进展

    乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-Coa car boxylase，ACC ，ACCase）是一种生物素酶，是WAKIL S J[1]等从乙酰 CoA 合成长链脂肪酸的酶系统中分离出的第一个中间产物，是生物体内脂肪代谢的关键酶，动物、植物以及绝大多数的微生物都含有ACC[2]。大肠杆菌和植物中的乙酰辅酶A羧化酶可以区别为催化反应和联合生物素的两种类型的蛋白质，该酶在动物和酵母中则不能区分开。动物体中的ACC是一种变构酶，没有活性，但其聚合而成的多聚体显现活性。乙酰辅酶A羧化酶可以调节动物因养分、激素的不同所导致的脂肪酸合成速度的变化。乙酰辅酶A羧化酶分为同质型和异质型，而动物体内的乙酰辅酶A羧化酶属于同质型，主要用于组成功能蛋白，参与脂肪酸的合成，从而进一步的影响肉类的生产。

    1? 乙酰辅酶A羧化酶的结构与功能

    乙酰辅酶A羧化酶是生物体内脂肪代谢的关键酶，是脂肪酸合成过程中的第一限速酶，该酶利用ATPCO2固定在其结合的生物素上并将其转移给乙酰辅酶A从而生成丙二酸单酰辅酶A，丙二酰单酰辅酶A作为脂肪酸合成酶的催化底物与乙酰辅酶A发生缩合反应生成多不饱和脂肪酸（PUFA）[3-4]。在动物体内，ACC分布于细胞液中，分为ACC1和ACC2两种亚型，ACC1与ACC2具有高度的相似性，互为同工酶。ACC1主要分布于脂肪合成活跃的组织如肝脏组织、脂肪组织和乳腺组织，产生丙二酰辅酶A，催化长链脂肪酸的合成，ACC1包括生物素羧化酶亚基（BC）、生物素羧基载体蛋白质（BCCP）、羧基转移酶（CT）的1-CT亚基三个功能域，结构稳定，不易解离，由乙酰辅酶A羧化酶α基因（ACACA基因）编码。ACC2主要存在于脂肪分化活跃的组织，如骨骼肌和心肌组织，其作用是催化脂肪酸的氧化。ACC2由BC、BCCP、1-CT亚基和2-CT亚基4个亚基组成，可能以（BC）2（BCCP）4（CTα，CTβ）2的形式存在，其构造不稳定，易解离，由乙酰辅酶A羧化酶β基因（ACACB基因）编码[5]。小鼠，鸡和人的ACC1的氨基酸序列尤其相似，相似度约为90%。在家禽体内无论任何组织中，ACC2均为优势亚型。

    2? 乙酰辅酶A羧化酶在动物中的应用

    因为乙酰辅酶A羧化酶在脂肪代谢中的独特地位，抑制ACC可减少脂肪的生成，有利于脂质氧化，从而防止有害脂质在肌肉、心脏和肝脏等氧化组织中的积累[6-7]。近年来，ACC酶作为用于减少组织脂肪酸和治疗代谢障碍（例如肥胖、糖尿病和高脂血症）的合适靶标的使用，被人们广泛关注。这些发现使我们倾向于认为，ACC或其编码基因的修饰可能会减少肌肉中脂肪酸的积累，改善肉质[8]。

    2.1? 乙酰辅酶A羧化酶在反刍动物中的研究进展

    近年来，羊肉和牛肉在肉制品消费中的百分比渐渐提升，然而羊肉中脂肪含量较高，且40%的脂肪为饱和性脂肪，而饱和性脂肪与肥胖症、高血压、冠心病及各类癌症有关。因而，減少羊肉的脂肪含量，增添脂肪中共轭亚油酸（CLA）等功能性脂肪酸的比例，对于增进消费者的身体康健具有重要意义。而反刍动物产品是人类饮食中最主要的CLA来源，CLA是由反式油酸（VA）经SCD脱氢形成的。

    动物体内ACC酶的活性受多种元素的调控，史晓雪[9]等人通过在绵羊日粮中添加SCD的促进剂（罗格列酮）及抑制剂（梧桐子油）来探讨FAS、LPL、ACC和SCD在绵羊背最长肌及皮下脂肪中活性的影响，结果显示添加罗格列酮对ACC的活性无影响;添加梧桐子油可抑制背最长肌ACC的活性，多是因为梧桐子油富含多不饱和脂肪酸抑制了ACC基因的表达，进而导致ACC活性的降低。在动物日粮中添加富含不饱和脂肪酸的植物油可以降低动物组织中FAS、ACC 和SCD基因的表达。袁倩[10]等以放牧和舍饲两种饲养条件下12月龄苏尼特羊股二头肌为试验材料，利用酶联免疫吸附测定法和实时荧光定量聚合酶链式反应法测定肌内脂肪沉积动态平衡中AMPK-ACC-CPT1信号通路相关指标、肌内脂肪含量。结果表明：放牧饲养组羊股二头肌ACC活性、ACC mRNA表达量、肌内脂肪含量显著低于舍饲饲养组（P<0.05）。由此可见，放牧饲养可以一定程度上激活AMPK-ACC-CPT1通路，从而减少肌内脂肪沉积。路新星[11]等人研究早期营养限饲与后期快速补偿对蒙古羔羊胸脂脂肪因子基因表达的影响，结果表明限制组（羔羊维持水平饲养，限制60天后两组饲喂相同日粮）羔羊胸脂PPAR-γ和ACC基因表达量显著低于对照组（正常饲喂）（P<0.05）。

    2.2? 乙酰辅酶A羧化酶在其他动物中的研究进展

    钱宝英[12]在研究35天饥饿过程中乙酰辅酶A羧化酶在大黄鱼肌肉和肝组织中mRNA表达水平和酶活性的变化时发现饥饿可以明显降低大黄鱼肌肉和肝组织中脂肪含量，以及ACC mRNA表达水平（P<0.05）;饥饿胁迫对肌肉和肝组织中ACC酶活性有显著影响（P<0.05），肌肉组织ACC酶活性（r=0.6777）与其mRNA表达水平呈正相关（0.5

    在飞禽和哺乳动物中，ACC的活性被养分情况所调控，食品对ACC浓度的影响主要是由于食品中碳水化合物含量的变化。在角雉、幼鼠、禁饲的鸡和鼠中ACC的浓度很低，分别饲喂含高碳水化合物和低脂肪食物后，动物体内ACC 的浓度增加8～20倍[15]。Ryu[16-19]等人将小鼠分为两组，一组正常饲喂，一组禁饲，实验发现禁饲组小鼠的ACCmRNA表达量明显减少，说明养分通过调控ACC基因的转录速度来影响ACC的浓度;而正常饲喂组小鼠体内ACC浓度的提升主要依托于食物中的碳水化合物，动物体内如果缺乏碳水化合物，给其饲喂食物也不会引起体内ACC浓度的改变。禁饲组的小鼠再分别饲喂高蔗糖和高脂肪食物也能显著提高肝细胞中ACCmRNA的表达量[20]。Travers[21]等人研究认为，食物中不饱和脂肪酸（PUFA）的含量与ACC 的表达水平成反比。赵圣剑[22]等人研究发现虎杖苷可以上调高脂血症大鼠肝脏CPT-I 和CPI-II的表达水平，下调FAS和ACC酶水平，说明虎杖苷既可以减少脂肪酸合成，也能能促进脂肪氧化分解，从而减少脂肪积累。

    2.3? 乙酰辅酶A羧化酶调控基因的研究进展

    研究表明绵羊和山羊的ACACA基因分别位于第11和第19号染色体上[23]，牛的ACACA基因位于第19号染色体上，长度为289Kbp[24]，鸡ACACA基因位于19号染色体，全长6975 bp，编码2324个氨基酸，分子量为262，706D[25]。B. Moioli[26]等人通过对3个不同品种的264只绵羊中10个SNPs位点的分析，发现位于PIII基因转录激活区的ACACA基因中有一个SNP与乳脂含量的变化有显著的相关性。王金凤[27]等人使用高效液相色谱法（DHPLC）和直接测序法，检测了174只崂山奶山羊泌乳母羊的ACACA基因启动子PIII位点多态性，结果显示，ACACA 基因启动子 PⅢ序列3个SNPs（第1206位的B/D，1255位的A/C和1322位的M/N）在不同育种群体中，对乳蛋白率、乳糖率、非脂肪物、乳密度、300 d 产奶量的影响存在不同水平的差异。Signorellietal[28]等发现在意大利当地山羊和萨能奶山羊群体中的ACACA基因第3启动子片段中有3个SNPs，其中有两个突变位点的等位基因可以提高山羊的乳脂率。张巧娥[29]研究结果表明，沙葱水溶性提取物能够显著提高40 kg绵羊背最长肌中 MUFA、PUFA、IMF 含量，且高于沙葱脂溶性提取物组及沙葱粉组，推测可能是沙葱水溶性提取物上调ACACA、SCD、SREBF1 这3个脂肪酸合成相关基因的表达，从而改善肉羊背最长肌中脂肪酸的组成，提高肌内脂肪含量。范泽军等人[30]研究发现沙葱及其提取物可以上调脂代谢关键基因（ ACACA、SCD、SREBF1） 的表達，从而调节杜寒杂交羊肌肉脂肪酸组成与含量。

    胡言[31]在中国荷斯坦牛ACACA基因片段检测到两个SNPs位点，分别为g.43569T>C和g.43617T>G，两个位点显著影响乳脂率，特别是H1H1（CG-CG）个体，显著影响中国荷斯坦牛的乳脂率。而丹妮[32]研究发现，腺病毒干扰PPARG基因后，ACACA基因的表达量明显减少，乳脂含量也减少;而过表达PPARG基因后，ACACA基因的表达量升高，奶牛的乳脂含量增加。田卫华[25]等人通过对产蛋前期（20周龄）母鸡和产蛋高峰期（30周龄）母鸡的肝脏组织进行转录组测序发现，产蛋高峰期的母鸡肝脏组织中ACACA基因的表达量显著升高，ACACA基因可能参与产蛋期母鸡肝脏组织中的脂质代谢过程，这与Li H[33]的研究结果相同。且研究表明，在日粮中添加雌激素或8%的大豆油可促进ACACA基因在鸡肝脏细胞和鸡胚肝脏原代细胞中的表达，从而影响鸡脂类的合成代谢和脂肪沉积。Tian[34]等人研究表明鸡ACACA 基因编码区SNPs对腹脂重、腹脂率及血浆中 VLDL 浓度显著相关;而史铭欣[35]等以东北农业大学肉鸡高、低腹脂双向选择品系为研究对象，分析高低脂品系肉鸡肝脏组织中与脂肪合成代谢相关的基因之间的表达差异，结果发现ACACA基因在高脂系鸡肝脏中的表达量显著高于低脂系，这与刘畅[36]等人的研究结果一致。

    3? 乙酰辅酶A羧化酶的未来展望

    综上所述，乙酰辅酶A羧化酶主要存在于细胞液中，参与脂肪酸的合成与分解，是治疗糖尿病、非酒精性脂肪肝等慢性代谢疾病的直接作用靶点，备受国内外学者的关注[37-40]。当乙酰辅酶A羧化酶浓度升高时，有利于脂肪酸的形成;当其水平降低时，脂肪酸的合成受到抑制。人们对乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase，ACC）的生理功能和在动物上作用的研究已经取得了重要的进展，但是随着遗传和分子生物学研究的迅速发展，基因克隆和编辑技术已经成为实验中常用的技术手段，而有关动物体中ACC的克隆还很少见，未来可以构建 ACC的表达载体，编辑ACC基因，从而达到改善肉质、治疗疾病的目的。