脂肪酸结合蛋白及对动物脂肪代谢的作用

脂肪酸结合蛋白及对动物脂肪代谢的作用

邓莹莹

摘要：脂肪酸结合蛋白(FABP) 是一族小分子细胞内蛋白质, 对长链脂肪酸有很高的亲和力, 能把脂肪酸从细胞膜转运到细胞内利用位点, 在长链脂肪酸的代谢中起重要作用。本文就脂肪酸结合蛋白的结构、生物学功能及其对脂肪酸代谢调节方面的研究进行了综述。

关键词：脂肪酸结合蛋白质生物学功能脂肪代谢

1 导言

脂肪酸结合蛋白(FABP)是一种小分子量(14～15 kDa)的细胞溶质蛋白。1972年，Ockner和Mishkin首次报道了在大鼠细胞内存在FABP，并证实其对长链脂肪酸有高度的亲和性，对动物体内脂肪酸和它们的CoA衍生物的摄取、细胞内转运、氧化、脂化或合成均有重要作用。随后的研究表明，FABP还能协助将动物组织细胞内的脂肪酸运至其进行β-氧化的场所或甘油三酯和磷酯合成部位，促进心肌和脂肪细胞中甘油三酯的沉积，提高肌间脂肪、降低体脂沉积等调控作用。研究数据均有力支持将FABPs定义为脂肪酸转运蛋白。已经清楚知道FABPs周围包绕了大量的相关蛋白，一些除结合脂肪酸外，还结合了疏水的配体。最近几年，对FABPs 的组织分布，配体亲和力和特异性，以及其结构特性进行了集中研究，结果均表明FABPs参与细胞内脂质代谢。

2FABP的分类及结构特点

FABP的分类与分布

FABP作为细胞溶质蛋白，不仅广泛分布在哺乳动物的所有组织中，而且在鸟类、鱼类以及昆虫的脂肪代谢组织中均有发现。由于FABP在其纯化的过程都是将细胞溶质组分作为起始原料，因此通常以最初被分离的组织来命名。迄今为止发现结构不同、功能相似的FABP有：心肌型(H)、肝型(L)、肠型(I)、脂肪细胞型(A)、表皮型(E)、脑细胞型(B)、骨骼肌型(S)、肾脏型(K)、髓磷脂型(My)、牛皮癣相关性(PA)、回肠型(Ileum)、睾丸型、细胞视黄醇结合蛋白和细胞视黄醇酸结合蛋白。在同一细胞中可分布多种FABPs，例如在小肠内皮细胞上存在两种不同FABPs，即L-FABP和I-FABP，二者具有29％的同源性。在植物中也发现有FABPs。FABPs 大约有130个标准氨基酸，在小鼠L-FABP结构中有127个残基，包括启始N-甲酰蛋氨酸。不同类型FABPs 的氨基酸序列有38~70％的同源性，在空间结构上也有相似之处，都存在两个α螺旋和一个β折叠结构。各型FABPs的两个短α螺旋结构由肽链N末端的7个氨基酸组成，β折叠结构则是由92个氨基酸构成，分为βA~J八个片层。L-FABP是第一个克隆并纯化的FABP家族的成员，具有晶状体结构和氨基酸序列。

FABP的结构

胞浆脂肪酰COA结合蛋白，胞浆视黄醇分析各种FABP的一级结构，发现有如下规律：(1)大多数FABP的氨基酸组成缺乏或极少含有半胱氨酸和脯氨酸，疏水性侧链的氨基酸较多；(2)各型之间氨基末端(1~25)和中段(90~90)的均一性较强，羧基末端变异较大；(3)哺乳动物不同种系之间的相同器官，如心脏、肝脏和髓鞘的FABP具有高度均一性(80~90％)，而不同器官类型之间的均一性仅为20~35%；令人惊奇的是牛心型FABP与泌乳乳腺中的生长抑制因子之间，只有6个位点的氨基酸残基不同，均一性达95％。Bansal从小鼠肝脏中分离出的硒结合蛋白与大鼠肝型FABP氨基末端的连续93个氨基酸的均一性达92%。Offneer(1988)等报道，人的H-FABP一级结构由132个氨基酸残基组成，其中含有多个苏氨酸和赖氨酸，缺少半胱氨酸。在N末端有一个乙酰化的缬氨酸残基。在48~54和114~119之间有两个相同的重复片段。在这两个片段之间形成β-结构并降低蛋白亲水性。上述两个片段位于较长的重复片断内（48~60、114~125），其中62%的序列是相似的。

下面是人肠型FABP的一级结构：

二级结构所有FABP的主链结构单元主要是β拆叠，约占34~76％。如肠型含有10个反向平行的β折叠，分别命名为βA、βB、…，βJ，除βD、βE外，每个β折叠由8~10个残基组成。其次是α螺旋，约占12~38％。一般含2个α螺旋，以α-Ⅰ、Ⅱ表示。另外还有β转角和无规则卷曲。

三级结构和结合中心Giovanna用高分辨X衍射并结合荧光技术、化学修饰、核磁共振分析，发现FABP 肽链的三维结构只含一个结构域, 由10 个反平行的β-链和两个短的α-螺旋形成1 个β-折叠桶。Sacchettini 等证实，由大肠杆菌表达的大鼠I-FABP 分子N-端是7 个氨基酸组成两个短的右手α-螺旋。由92个氨基酸形成10个反向平行的β-链（βA-βJ），这些β-链构成两个几乎正交的β-片层。由两个β片层构成的“壳形钳夹”。βA-βF为此钳夹的一侧，βF-βJ则构成钳夹的另一侧。βD和βE不直接通过氢键相连，而是由一条5~11埃的“缺口”把两者分开，缺口内含有侧链基团，βF是连接2个片层的桥梁。整个空间结构由氢键维持。在分子表面有一个由α-螺旋、βC、βD、βE和βF组成的“开口”，这是结合脂肪酸分子, 并限制脂肪酸分子移动的结构。脂肪酸一旦被结合后, 分子间的范德华力作用会使其分子弯曲、构象改变并被相对固定。脂肪酸的羧基端则被由7 个氢键组成的静电网相吸, 使羧基端被埋在FABP 分子内。此外FABP 分子内还有一个由Asn11、Arg26、Lys27、Asp34、Asp74 组成的离子通道, 这个通道在调节脂肪酸的结合或释放方面起着重要的作用。鼠I-FABP 分子的这种结构对不同FABP 类型来说很有代表性。类结合蛋白和热休克蛋白均属于胞浆FABP家族的成员。

结合机制根据上述结构特点及衍射分析认为：脂肪酸的羧基与Arg胍基间的相互作用，导致蛋白质分子的变构，Lys侧链转向一侧，脂肪酸分子则经潜在性开口进入核心部位。羧基与核心部位的Arg和Gln及两分子水构成新的五员氢键网络。烃链则以一种特有的左手螺旋形式与蛋白质的硫水性口袋结合。

2.3 FABP的基因结构

各种FABP的基因均由3400~4000个核苷酸组成，具有四个外显子、三个内含子(图2)。两个转录起始部位(箭头所示)位于-25和+1位置；两个TA TA盒子位于起始部上游23—26个核苷酸位置；14核苷酸重复序列(5’-TGAACTTTGAACTT-3’)位于起始部的-90，-301、-444、-609的位置；四个外显子的核苷酸长度分别为128／103、173、108和48bp；三个内含子的长度分别为1194、1023、和444hp；多聚腺苷酸信号-AA TAAA 则位于第四个外显子下游的247个核苷酸之后。所有FABP基因的第一个外显子显示高度的均一性，第三个外显子仅显示相似性。

图2 人肠FABP基因及侧区结构示意图

FABP基因的5’末端非转录区域至少合有四个调节单元。其一为-393～-385的糖皮质激素调节单元。可被地