瘦素对猪脂肪沉积与代谢调控的研究进展

瘦素对猪脂肪沉积与代谢调控的研究进展

杨雪芬1,2,蒋宗勇1

(1.广东省农业科学院畜牧研究所,广州　510640;2.华南农业大学动物科学学院,广州　510642)

摘要:瘦素(leptin)具有参与抑制摄食、能量代谢、激素分泌、骨代谢、生殖与发育和免疫等过程的生物学功能。作者综述了瘦素和瘦素受体的功能性结构及其与脂肪沉积与代谢的关系,探讨了瘦素对猪脂肪代谢的调控机制,总结了该领域当前的研究概况及研究方向。

关键词:瘦素;脂肪沉积代谢;猪

中图分类号:Q78 文献标识码:A 文章编号:167127236(2009)0820018205

动物脂肪的过度沉积是影响动物胴体品质和人类健康的重要问题之一。降低猪脂肪沉积、提高瘦肉率是当今养猪生产追求的主要方向,猪的脂肪代谢调控也成为畜牧学科的研究热点。猪的脂肪代谢主要受营养因素和遗传因素的影响。以往的研究和生产实践结果表明,日粮中添加β2受体激动剂(盐酸克伦特罗、莱克多巴胺等)可降低猪的脂肪沉积,提高瘦肉率,显著改善胴体品质,但由于存在残留危害等问题,有关部门已明令禁止使用。此外,研究者们尝试通过调整日粮中能量、蛋白质等营养水平,或添加有机铬、甜菜碱、肉碱、共轭亚油酸、cAM P等生物活性物质来降低胴体脂肪,但作用效果与经济效益有限。从当前研究情况来看,遗传改良仍然是改善猪胴体品质的根本途径。大量报道显示,激素和脂肪细胞因子可以调控脂肪组织的生长、分化及机体脂肪沉积。胰岛素、胰岛素样生长因子(IGF21)等激素可促进脂肪沉积,而生长激素(GH)可以促进脂肪分解。脂肪组织自分泌的肿瘤坏死因子(TN F2α)、脂联素、瘦素(leptin)等脂肪细胞因子可促进脂肪分解。Zhang等(1994)首次利用基因定位克隆技术克隆得到小鼠的肥胖基因(obese gene,ob基因),并通过定性研究,结果发现ob基因的蛋白质产物具有抑制摄食、降低体重的作用,瘦素基因自此成为国内外学者的研究热点。

1　瘦素及瘦素受体概述

1.1　ob基因与db基因　瘦素和瘦素受体分别由

收稿日期:2008212211

作者简介:杨雪芬(1984-),女,广东人,硕士生,研究方向:动物营养与饲料科学。

通信作者:蒋宗勇。E2mail:jiangz38@hot

基金项目:国家自然科学基金(30771562)。ob基因和db基因(di abetes gene)编码。Ingalls等(1950)发现一个基因的隐性突变可以导致肥胖,并将该基因命名为肥胖基因。Zhang等(1994)首次克隆得到小鼠的ob基因,并将该基因定位于6号染色体上。Tartaglia等(1995)相继克隆出小鼠的瘦素受体基因(db基因)及其人类同源序列。此后,研究者们发现,ob或db基因突变会导致鼠类的遗传性肥胖,并证实ob基因突变导致瘦素缺乏和db基因突变所导致的瘦素受体信号传导障碍可能是造成遗传性肥胖的分子基础(Zhang等,1994;Chen等, 1996;Lee等,1996;彭惠等,2008)。Ramsay等(1998)成功克隆得到猪的ob基因,并对其cDNA序列进行测定,结果发现猪ob基因与啮齿类动物85%基本同源,与人88%同源,与牛92%同源。但目前对猪ob基因和db基因表达调控机制的研究还比较少。龙火生(2003)研究脂肪型猪与瘦肉型猪皮下脂肪中ob基因mRNA的表达量,结果表明,脂肪型猪皮下脂肪组织ob基因mRNA的表达丰度显著高于瘦肉型猪,且ob基因mRNA的表达丰度与血清瘦素浓度呈高度正相关(孔路军等,2005)。樊明欣等(2004)报道,db基因和生长抑素(SS)免疫反应阳性神经元均广泛分布于猪下丘脑,表明瘦素可直接作用于下丘脑的生长抑素免疫反应阳性神经元,调节猪的能量代谢、生长和繁殖等活动。

1.2　瘦素与瘦素受体　瘦素由ob基因编码,是一种主要由白色脂肪细胞分泌的反馈性抑制脂肪的激素,由167个氨基酸组成,相对分子质量16ku (Zhang等,1994)。瘦素具有广泛的生物学效应,可调节摄食、能量利用、生长、繁殖和免疫等生物学过程(Wauters等,2000;Bert houd等,2007),其中最突出的功能是作用于下丘脑的体重调节中枢,引起食欲降低、能量消耗增加,从而降低脂肪沉积、抑制

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体增重(Halaas等,1995;Pelleymounter等,1995; Münzberg,2008)。瘦素的生物学功能是由其受体介导的。瘦素受体由db基因编码,不同的mRNA 交互剪切使其产生6种类型,包括长型受体(ob2 Rb)、短型受体(ob2Ra,c,d和f)和可溶性受体(ob2 Re)(Tartaglia等,1997)。短型受体是瘦素向中枢神经系统转运的大分子载体,具有饱和性,也是瘦素从血浆进入脑脊液的门户(Bank等,1996)。长型受体(ob2Rb)在下丘脑摄食中心高度表达,具有信号转导作用,被认为是主要的功能型受体(Tartaglia 等,1997;Münzberg,2008)。近年来在猪的各种外周组织(包括脂肪组织、胰腺、肝脏、心脏、脾脏、肾脏、肌肉)中也检测到o b2Rb的表达(Lin等,2000;龙火生,2003;戴茹娟等,2000)。

2　瘦素对猪脂肪沉积与代谢的调控

瘦素作为一种脂肪细胞分泌的激素主要在调节机体能量平衡及脂肪沉积方面发挥重要作用。在人类和鼠上发现,血清瘦素水平及脂肪组织中瘦素的mRNA量与肥胖程度呈正相关,肥胖者表现出瘦素抵抗(Considine等,1996;Shillabeer等,1998;彭惠等,2008)。在猪的研究上得出相似结论,肥胖型猪的血清瘦素水平(周杰等,2003;龙火生等,2004;孔路军等,2005;Fabian等,2003)和脂肪组织中瘦素mRNA的表达量(孔路军等,2005;McNeel等, 2000;Ramsay等,1998,2000)均高于瘦肉型猪或较瘦的杂交猪;而且血清瘦素水平与胴体背膘厚度呈高度正相关,与胴体瘦肉率或眼肌面积呈强负相关,而与主观大理石评分相关性较弱(Berg等,2003);脂肪组织中瘦素mRNA的表达量与背膘厚度呈正相关(张冰等,2007;Robert等,1998);血清瘦素水平与脂肪组织瘦素mRNA的表达量也呈正相关(龙火生,2003;Ramsay等,1998;Qian等,1999)。另有研究结果发现,随着猪前体脂肪细胞的增殖和脂肪细胞的肥大,脂肪细胞中瘦素mRNA的表达量也随之升高(Chen等,1997;Ramsay等,2000),说明瘦素可能作为一种脂肪生成反馈剂去除多余脂肪。李玉成等(2008)也同样发现,50、100和150nmol/L的瘦素均可极显著促进体外培养的猪原代脂肪细胞释放甘油(P<0.01),同时极显著上调脂解相关基因A T GL、T G H22、H S L、M GL和L PL mRNA的表达(P<0.01)。可见,猪的脂肪沉积能力愈强,脂肪组织分泌和表达的瘦素就愈多,而且瘦素的分泌量和表达量与猪胴体品质具有紧密相关关系。最初研究者们认为,瘦素主要通过中枢神经系统调节能量代谢和摄食行为从而对猪的体脂沉积进行调控(Czaja 等,2007;Cohen等,2006;Friedman等,1998)。近几年,人们在猪的骨骼肌、心脏、肾上腺、肾脏、免疫细胞、肝脏和胰腺等许多外周组织中也检测到瘦素受体的表达(Tartaglia等,1995;Bornstein等, 2000;Lin等,2000;Sahu等,2006),说明瘦素也可能通过外周组织对脂肪沉积与代谢进行调节。目前普遍认为,瘦素对猪脂肪沉积与代谢的调控途径主要包括神经途径、激素途径和细胞途径。

2.1　神经途径　前期在人类和啮齿动物上的研究结果表明,瘦素主要通过中枢神经系统起调控体脂的作用。瘦素与下丘脑ob2Rb组成调节机体脂肪水平的反馈系统。当体脂增加时,增长的脂肪组织分泌更多瘦素入血,导致血循环中瘦素浓度升高,进一步导致通过血脑屏障进入下丘脑的瘦素量增多;瘦素在下丘脑通过与ob2Rb结合,启动一系列细胞内信号因子,抑制下丘脑神经肽Y(N P Y)的合成与释放,降低食欲,从而抑制体脂过度沉积(Faouzi 等,2007;Sahu等,2006;Zamorano等,1997);此外,大脑中的ob2Rb与血中浓度升高的瘦素结合并活化后,将脂肪贮存过量的信息反馈给大脑,随后,大脑启动了补偿性反应,降低能量摄入或提高能量的消耗,从而抑制体脂过度沉积(罗桂芬等,2007;Pel2 leymounter等,1995)。但是当ob或db基因发生突变,引起瘦素缺乏或瘦素受体异常,这个反馈系统即被破坏,导致机体脂肪增长失控,体脂肪沉积过多(Zhang等,1994;Lee等,1996;Myers等,2008)。因此可认为,瘦素是将体脂贮存量的信息传至大脑的信息分子,并可通过N P Y调节机体的能量平衡及体脂贮存量。然而值得一提的是,人类临床研究结果表明,人类肥胖者体内并不缺乏瘦素,相反,多数肥胖者血清瘦素含量是正常人的3倍多(Consid2 ine等,1996;彭惠等,2008),仅有极少数患者是由于瘦素受体基因突变而引发肥胖症(Clement等, 1998;彭惠等,2008)。这说明ob基因突变及下丘脑瘦素受体基因缺陷不是人类肥胖发生的主要原因(Considine等,1996;Niki等,1996)。而在猪方面,至今未见到有关瘦素与下丘脑ob2Rb共同组成调节机体脂肪水平的反馈系统对脂肪代谢与沉积进行调节的文献报道,下丘脑ob2Rb和N P Y基因表达是否会影响及如何调节猪脂肪代谢与沉积有待于进一步研究。

2.2　激素途径　近年,一些研究者认为,瘦素可能作为脂肪2胰岛内分泌轴的一部分,参与胰岛素分泌

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