論脂調(diào)節(jié)基因-ＵＣＰ３基因研究進(jìn)展

1、論脂調(diào)節(jié)基因基因研究進(jìn)展 倉木拉楊濤商鵬達(dá)娃卓瑪論文關(guān)鍵詞UP3；定位；功能；表達(dá)調(diào)控；多態(tài)性論文摘要UP3基因是線粒體載體蛋白家族的重要成員，是肥胖的候選基因。綜述了UP3基因的分子構(gòu)造、染色體定位、生物學(xué)功能、表達(dá)調(diào)控機(jī)理，及其在人類疾并脂肪代謝、動物消費和系統(tǒng)發(fā)育等領(lǐng)域中的應(yīng)用，并對其進(jìn)展了總結(jié)和展望。UP3unuplingprtEin3，UP3是肥胖的候選基因，主要分布于骨骼肌線粒體內(nèi)膜，介導(dǎo)氧化過程與ADP磷酸化過程的解偶聯(lián)，使能量不以ATP形式儲存，而是以熱能的形式釋放。1997年，Bss等在棕色脂肪組織發(fā)現(xiàn)了UP3蛋白，屬于線粒體載體蛋白家族，位于肥胖基因的QTL位點1。本文對國

2、內(nèi)外關(guān)于UP3基因的分子構(gòu)造、染色體定位、表達(dá)調(diào)控機(jī)理及其應(yīng)用等方面最新的研究進(jìn)展進(jìn)展了比較全面的總結(jié)和闡述，以期為UP3基因的進(jìn)一步研究提供參考。1UP3基因的定位及分子構(gòu)造研究發(fā)現(xiàn)，豬UP3基因定位在9P21-P24，有6個外顯子，開放性讀碼框架penreadingfrae，RF為936bp，編碼的UP3蛋白包含311個氨基酸，并有6個跨膜功能域和1個嘌呤核苷酸結(jié)合區(qū)，與UP2嚴(yán)密連鎖，比UP2表達(dá)更為廣泛。人的UP3基因位于11q13，在骨骼肌中大量表達(dá)，棕色和白色脂肪組織中也有表達(dá)，與UP2同屬解偶聯(lián)蛋白家族L且有73的同源性，兩者嚴(yán)密連鎖，相隔75150bp，UP3基因全長8.5Kb

3、，至少有7個外顯子，產(chǎn)生2個轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：UP3短型UP3S和UP3長型UP3L，UP3短型是由于端外顯子7缺乏，與UP3長型不同。小鼠UP3基因定位于7號染色體，大鼠定位于1號染色體，也與UP2基因嚴(yán)密相連，二者相距78Kb。小鼠的UP3基因主要分布于骨骼肌和灰色脂肪組織中。UP3存在活化和非活化2種狀態(tài)，UP3RNA在棕色脂肪組織中有高程度的表達(dá)，在小鼠出生后高表達(dá)，后開始下降，停頓下降在3月齡，以后又開始上升腸系膜灰色脂肪組織到7月齡才開始恢復(fù)，這與UP1在灰色脂肪組織表達(dá)規(guī)律一致2。2UP3基因的生物學(xué)功能2.1解偶聯(lián)作用UP3蛋白分布在骨骼肌的線粒體內(nèi)膜，可引起質(zhì)子經(jīng)線粒體內(nèi)膜回漏增加即

4、“質(zhì)子漏，使合成ATP所依賴的線粒體質(zhì)子跨膜梯度降低從而ATP合成效率下降，使呼吸鏈中的氧化與磷酸化作用解偶聯(lián)，并將貯存的能量以熱能形式釋放。UP3蛋白作為線粒體的質(zhì)子通道，脂肪酸陰離子的挪動對質(zhì)子的轉(zhuǎn)運必不可少。這是因為游離脂肪酸為其提供必需的自由羧基，使質(zhì)子轉(zhuǎn)運成為可能或轉(zhuǎn)運更加容易。值得一提的是，UP3介導(dǎo)的解偶聯(lián)需要輔助因子如：超氧化物、輔酶Q、脂肪酸及他們的衍生物。UP3缺失的小鼠RS產(chǎn)物破壞作用增加3，UP3基因表達(dá)增加可以降低活性氧產(chǎn)物。UP3蛋白也可通過質(zhì)子漏減少膜上質(zhì)子梯度和膜電壓，從而利于RS的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，UP3基因可使用它轉(zhuǎn)化的酵母線粒體膜電位下降4。212成肌細(xì)胞不

5、表達(dá)UP3蛋白也說明其可顯著降低線粒體膜電位。Gg等研究發(fā)現(xiàn)，UP3基因敲除的小鼠質(zhì)子滲出增加，但可通過補(bǔ)償機(jī)制使根底代謝保持不變5。補(bǔ)償作用的另一個證明是野生型倉鼠脂肪中，PPAR配體處理可以促進(jìn)UP3基因的表達(dá)，在突變連鎖缺失UP3基因阻斷PPAR依賴型的UP3基因的反式激活中，表型值無變化，冷適應(yīng)的UP3缺失型倉鼠既不影響去甲腎上腺素誘導(dǎo)的最大的顫抖性產(chǎn)熱，也不影響寡霉素存在下線粒體的解偶聯(lián)的呼吸作用6。2.2生熱作用在哺乳動物骨骼肌中，UP3基因是T3生熱作用的調(diào)節(jié)因子，其通過UP3基因敲除的小鼠注射高劑量的T3根底代謝增加得到證明5，同時通過大鼠攝入瘦素試驗可說明UP3蛋白為維持身體

6、正常的生熱而產(chǎn)熱散能的作用。通過將動物冷適應(yīng)、急性和持久運動7、2周的耐力訓(xùn)練8，研究骨骼肌UP3rUP3和rUP2蛋白的表達(dá)，得到骨骼肌中rUP3蛋白可能是僅有的體溫調(diào)節(jié)因素，短期產(chǎn)熱是UP3行使熱調(diào)節(jié)功能的主要形式。UP3蛋白在葡萄糖平衡中有重要的調(diào)節(jié)作用，這可能是UP3解偶聯(lián)在糖代謝及生熱調(diào)節(jié)的表觀現(xiàn)象。線粒體復(fù)合物中過氧化物可激活UP3蛋白的質(zhì)子導(dǎo)電率限制線粒體過氧化物產(chǎn)量，從而較好地保持UP3蛋白功能的穩(wěn)定，更好地進(jìn)展不同程度的熱調(diào)節(jié)。2.3調(diào)節(jié)脂代謝UP3基因是脂肪代謝的候選基因，通過對日糧調(diào)節(jié)，組織中脂質(zhì)底物交融的阻斷和生理條件下，高脂肪酸氧化的UP3基因表達(dá)測定可證明，UP3基

7、因作為燃料底物調(diào)節(jié)脂類代謝。其調(diào)節(jié)機(jī)制是骨骼肌脂肪酸氧化激活，即占主導(dǎo)地位時，使得乙酰輔酶A羧化酶濃度降低，這樣降低骨骼肌丙二酸單酰輔酶A的濃度，從而從抑制狀態(tài)釋放肉毒堿輔酶A轉(zhuǎn)移酶1arnitine/palityl-Atransferase1，PT1，進(jìn)步氧化，也就進(jìn)步了UP3基因的表達(dá)9；并且UP3過表達(dá)的肌肉中，A和肉毒堿含量高證實UP3利于肌肉中脂肪酸的氧化10，從而完成其調(diào)節(jié)脂類代謝的功能。但UP3的主要功能是轉(zhuǎn)運蛋白而不是調(diào)控循環(huán)的能量消耗主要是ATP酶效應(yīng)。UP3基因敲除的小鼠血中FFA自由脂肪酸沒有明顯變化或有細(xì)微降低，脂肪酸氧化也未發(fā)生變化而且UP3基因剔除的小鼠并不肥胖11

8、，這說明UP3基因?qū)FA的調(diào)節(jié)作用也存在補(bǔ)償機(jī)制。UP3基因在肌肉代謝從饑餓下的脂代謝為主轉(zhuǎn)化為重新獲取食物后的脂肪利用的降低起重要作用，在這個階段中，代謝效率增加和脂肪貯存的再次積累，其存在機(jī)制可能相當(dāng)于用脂肪酸合酶抑制子fattyaidsynthaseinhibitr長期處理肥胖小鼠，其結(jié)果是肌肉UP3表達(dá)增加，攝取食物降低，脂肪組織脂解和肝生酮作用減弱，血中游離脂肪酸升高，在肌肉組織中脂肪酸和酮的利用顯著升高12。在這個過程中，UP3介導(dǎo)GDP調(diào)節(jié)順烏頭酸酶的活性，不過依賴于高的質(zhì)子動力13。2.4其他功能在?；瘧?yīng)激蛋白Aylatin-stiulatingprtein，ASP缺失的小鼠

9、肝臟和肌肉脂肪酸氧化增加，并且UP3基因表達(dá)增加，從而證明ASP缺失導(dǎo)致能量的重新分配14，這從側(cè)面說明UP3基因參與能量的重新分配，其可能的機(jī)制是ASP通過UP3啟動子發(fā)揮作用。因為UP3基因啟動子的變異對體脂分配有作用15。3UP3基因表達(dá)的調(diào)控UP3基因的表達(dá)受很多因素影響和調(diào)控，主要包括以下幾個方面：3.1激素與禁食在家畜和家禽方面，甲狀腺激素，尤其甲狀原腺三甘酸T3是調(diào)節(jié)能量代謝和線粒體功能的主要因子，T3可增強(qiáng)肌肉中UP3的表達(dá)。其詳細(xì)調(diào)節(jié)機(jī)制是：甲狀腺激素通過與UP3基因啟動子領(lǐng)近區(qū)的TR結(jié)合活化UP3基因。值得一提的是：鼠科UP3基因的啟動子依賴yd并且與甲狀腺激素作用16。另

10、外調(diào)節(jié)UP3基因表達(dá)的激素還有胰島素、3AR3腎上腺素能受體沖動劑、瘦素和生長激素，他們調(diào)節(jié)的組織和影響的程度各不一樣。Bss1998等研究發(fā)現(xiàn)，過夜禁食、1周內(nèi)減少40食物攝取量，脛骨前肌中UP3基因表達(dá)程度不同17，并且這種調(diào)節(jié)被認(rèn)為是通過循環(huán)FFA程度調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，而且在禁食條件下肌肉中UP3RNA的表達(dá)不受交感神經(jīng)的控制。因此，基因UP3的表達(dá)對禁食時間長短敏感，這與動物受冷肌肉抽搐一致，說明UP3基因表達(dá)的調(diào)節(jié)可能是動物機(jī)體抵御寒冷的機(jī)制之一。3.2脂肪酸及其他游離脂肪酸對白色脂肪和骨骼肌中UP3基因的表達(dá)有上調(diào)作用；但其對UP3的促進(jìn)作用是間接的，主要通過氧化和在脂肪降解中未證實的中

11、間產(chǎn)物2。Sae1999報道18，碳水化合物等能替代食物脂肪時，可增加肌肉中UP3RNA的表達(dá)；但高脂日糧的生熱作用低于低脂日糧，并且在日糧誘導(dǎo)的肥胖小鼠肌肉中，UP3RNA的表到達(dá)達(dá)非日糧誘導(dǎo)肥胖小鼠的18倍，這提示我們肥胖和高脂肪食物之間聯(lián)絡(luò)在于UP3的表達(dá)。冷應(yīng)激對仔豬骨骼肌UP3RNA的表達(dá)影響呈變化性，624h間表達(dá)增加，6d后又開始下降，說明UP3基因的表達(dá)是準(zhǔn)確實時冷應(yīng)急，并與前面UP3發(fā)揮作用主要是通過短期調(diào)節(jié)發(fā)揮作用相一致。不同頻率的耐受訓(xùn)練對UP3基因表達(dá)的豐度不同，低頻率的耐受訓(xùn)練進(jìn)步UP3基因的表達(dá)，而高頻率無影響。原因是低頻率耐受訓(xùn)練依賴APK-PG-1alpha途徑

12、，而高頻率耐受訓(xùn)練依賴PKB-TS2-TR途徑19，與這個觀點一致的試驗結(jié)論是：UP3的過量表達(dá)可以進(jìn)步APKAP-ativatedprteinkinasealpha1的活性20。4UP3基因多態(tài)性及其應(yīng)用4.1脂肪氧化UP3基因第6號外顯子拼接供體點存在變異IVS6ga，+1，該基因變異與非洲裔美國人根底脂肪氧化率及呼吸熵相關(guān)21。這說明UP3基因第6號外顯子拼接供體點的變異可能是人類長期適應(yīng)熱帶環(huán)境形成的，這也是其生熱調(diào)節(jié)作用的基因改變途徑，提示我們UP3基因的生熱調(diào)節(jié)作用從多個角度綜合調(diào)節(jié)。4.2與人類疾病的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，人UP3基因An串連重復(fù)序列多態(tài)標(biāo)記與中國漢族人型糖尿病相關(guān)聯(lián)，tabe等在60個青春期肥胖者就發(fā)現(xiàn)UP3基因255位/T多態(tài)性使肥胖者體重顯著增加22，且該變異與白種人的血脂程度相關(guān)；但是研究說明，UP3基因多態(tài)性不是肥胖和型糖尿病易感性的主要原因，根據(jù)是對UP3啟動子近側(cè)直接測序，發(fā)現(xiàn)TATA盒上游6bp處有/T置換，/T多態(tài)性與印第安皮馬男性非糖尿病患者骨骼肌UP3表達(dá)相關(guān)，此突變對能量代謝有調(diào)節(jié)作用23，與糖尿病無關(guān)。另外一個證明是在UP3基因啟動子區(qū)55位/T的SNP在被調(diào)查的法國人代謝綜合癥etablisyndre，S中不起主要作用24。5總結(jié)與展望線粒