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。

可被地塞米松诱导而表达；其二为－149～-130的CCAA T/促进结合序列。

该序列为FABP基因启动子所特有，它起到超激活因子的作用；其三为-124～-107的激活蛋白-I序列。

该序列与两个原癌基因(c-fos和c-jun)复合体相互作用导致基因表达。

其四为-142～－97的抑制单元。

cAMP可以解除其抑制效应而激活基因启动子。

目前，鼠肝和肠、牛心和人肌肉型FABP的cDNA巳在大肠杆菌体内表达成功。

大鼠肝FABP的cDNA也在小鼠L-成纤维细胞中获得表达。

3FABP的生物学效应FABP的结构特点和组织器官的特异性决定了某一类型FABP 在不同的细胞内有不同的功能, 不同的FABP 有单一的但不同的功能。

70年代认为，细胞FABP的作用与血浆白蛋白相似，是细胞内脂肪酸和脂肪酰CoA 的被动裁体。

80年代中期发现，FABP mRNA可在各种动物多种组织表达，其基因表达与机体代谢状态、生理活动和病理过程有密切关系。

提示FABP在机体自身调节网络中可能具有更广泛的生物学效。

FABP 主要有以下一些功能:(一)结合长链脂肪酸是FABP的基本作用在FABP分子中心有高亲和力的结合位点．与长链脂肪酸形成非共价结合。

其结合能力受多种因素影响，如细胞的氧化还原状态，胞浆pH值的变化等。

FABP不仅能结合长链脂肪酸，还能结合长链脂酰CoA、胆固醇、胆固醇酸及花生四烯酸。

FABP这种结合特性可以缓解不饱和脂肪酸的细胞损伤作用。

(二)作为脂肪酸的转运载体，调节细胞脂肪酸代谢FABP通过对脂肪酸的摄取、运载、酯化和β氧化等环节，调节脂肪酸的氧化供能及磷脂、甘油三酯的代谢。

质膜FABPpm以载体介导或被动动扩散的方式促进脂肪酸跨膜转运。

在人工生物膜脂质体模型上．包裹FABP的脂质体显著增加棕榈酸内流量。

应用脂质体携载FABP(1．4μmol/L)灌流离体心脏，显著促进缺血心肌利用脂肪酸产生A TP和CP。

(三)作为协同因子(cofactor)增强以脂肪酸代谢为基础的细胞合成或氧化反应，如心肌FABP通过促进脂酰CoA肉毒碱转运进入线粒体，提高细胞能量合成能力。

(四)参与细胞内脂肪酸隔室化分布Ockner用3H-油酸灌胃同时静脉注射14C-油酸．结果发现3H-油酸的成份掺入到胞浆中的甘油三酯、脂肪酸衍生物，进而被氧化组成磷脂分子。

提示小肠上皮细胞的FABP参与了脂肪酸隔室化分布。

应用免疫电镜观察到，高脂肪饲养的动物L-FABP积聚于糖原颗粒周围，随后又分布在细胞膜下。

(五)调节细胞增殖和生长人H-FABP与乳腺生长抑制因子(MDGI)的氨基酸序列有95％的同源性，属同一基因家族。

抗大鼠H-FABP抗体与MDGI有交叉反应。

Roth等用内肽酶切下部分FABP cDNA片段拼接到人生长激素(hGH)DNA，可以高效表达出hGH mRNA。

在培养的大鼠肝细胞和乳腺癌细胞中．FABPs可影响癌细胞增殖和肝细胞有丝分裂。

目前，FABP调节细胞增殖的机制尚不清楚，可能与细胞钙离子内流有关。

（六）参与胰岛素信息传递aP2蛋白是3T3-L1脂肪细胞合成的一种FABP。

磷酸化的aP2能影响胰岛素信息传递。

胰岛素能使受体β-亚基特异的酪氨酸区域自发性磷酸化。

aP2磷酸化后，接近胰岛素受体β-亚基并使酪氨酸区域磷酸化，进而阻断(干扰)胰岛素从受体到葡萄糖转运系统的信息传递。

FABP磷酸化和去磷化，协同调节葡萄糖和脂肪酸摄取量．以适应胰岛素和胰高血糖素之间的动态平衡。

推测生理状态下，FABP可能在心肌、平滑肌和脂肪细胞胰岛素依赖的葡萄糖转运中发挥调节作用。

(七)参与胆红素、甾醇、硒和前列腺素代谢Bansa等从小鼠肝脏分离纯化出一种硒结合蛋白(14kD)。

由93个氨基酸残基组成，与大鼠肝FABP 92．5％的序列同源。

FABP能特异结合PGE1，促进PGE1、PGE2与离体脂肪细胞膜结合。