鱼类PPARs的克隆表达及其研究进展

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　　摘 要：该研究主要从鱼类PPARs的结构与分类、生物学功能、鱼类组织及胚胎发育过程中PPARs的克隆表达及影响进行综述，以期为科研工作者进一步探索鱼类PPARs的基因结构表达，以及在生物学功能产品开发上奠定相关的理论基础。
　　关键词：PPARs基因 克隆 表达 功能研究
　　中图分类号：S917.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（b）-0-03
　　Abstract：In this study， the structure and classification， biological function， cloning and expression of PPARs in fish tissues and embryonic development， and the effect of PPARs on their expression were reviewed in order to further explore the gene structure expression of PPARs in fish and lay a theoretical foundation for the development of biological functional products.
　　Key Words：PPARs gene； Clone； Expression； Function research
　　過氧化物酶体（Peroxisome），又称微体，广泛存在于细胞体内，在人体中，数量居多的部位为肝细胞和肾细胞中[1]。因其含有丰富的过氧化氢酶和过氧化物酶，使得具有清除人体内的过氧化氢和分子氧等功能，可快速、高效地降解、分解人体内的过氧化氢，从而对人体细胞起到保护作用[2]。在许多天然或人工合成的脂肪酸样物质的刺激下增生，这类物质被称为过氧化物增殖剂（Peroxisome Proliferators， PP），PP激活的受体称为过氧化物酶体增值剂激活受体（PPARs）[3]。
　　PPARs作为受体转录因子[4]，分为维甲酸、类固醇和甲状腺受体，通常PPARα、PPARδ（也称PPARβ）和PPARγ是PPARs通常存在的3种形式[5]，并由不同的基因编码所构成，其中PPARα结构的氨基酸残基有468个，PPARδ结构有氨基酸残基441个，而PPARγ氨基酸残基有479个[6]。
　　PPARs具有多种生物学功能，如增强机体对胰岛素敏感性、调节体内糖平衡和人体的脂肪分化、生成等多方面起到重要作用[7]。马丽娜等人[7]从PPARs对参与机体的脂质代谢、糖代谢、能量代谢、细胞生长分化及生殖过程， 并就人体的动脉粥样硬化进行了相关性的研究，结果表明：PPARs激动剂能参与延缓动脉粥样硬化进程，起到一定的调节作用。曾正英等人[8]从PPARs改善胰岛素的方面进行了相关性研究，如何抵抗和调节人体脂质代谢紊乱，以此通过PPARs改善来逆转心肌肥厚，同时对抑制人体的血管平滑肌细胞，以及人体的内皮细胞增殖等方面做了一定的实验研究，结果表明：PPARs激动剂能防治人体心脑血管疾病，对临床应用具有较大研究价值。
　　随着对PPARs研究的不断深入，近年来，国内外研究者对哺乳动物的PPARs陆续转移到其他生物种类，目前，已在鱼类的PPARs研究上已经取得了一定的突破和进展，突出表现在鱼类的PPARγ的组织表达及功能研究方面。高俊等人[9]从对鱼类的PPARs进行了相关性研究，其主要集中在基因克隆、组织表达和功能预测等方面。
　　此研究将从PPARs的结构与分类、生物学功能、鱼类组织及胚胎发育过程中PPARs的克隆表达情况进行了综述，以期为了解与掌握鱼类的PPARs基因结构与功能奠定一定的理论基础。
　　1 鱼类PPARs的生物学功能研究
　　PPARs作为核内一种较为有效的受体转录因子，具备多种生物学等功能，比如调控人体的机体糖代谢、调节人体的机体脂肪，以及调节人体血脂代谢平衡等，同时，PPARs在人体细胞分化、增殖及凋亡等过程中，对炎症反应中也具有一定的调控作用，因此人体常见的高脂血症、高血压及动脉粥样硬化-糖尿病、心血管疾病、肿瘤，甚至癌症等多种代谢综合征都与PPARs有着密切的关系[10]。
　　鱼类PPARs同其他生物体内的PPARs相类似，也参与多种多样的生理进程，其可以通过自身活性和作用机制，来调控和参与到人体的脂质代谢酶和基因，从而达到和维持体内的相对平衡[11]。另外，鱼类PPARs还具备调节人体的靶基因编码，并能分解一定的特异性酶，如线粒体脂肪酸β氧化酶，其可参与和调节人体的脂质代谢[12]，表明鱼类的PPARs在人体的脂质代谢活跃组织中具有较强的生物学功能。
　　虹鳟作为鲑科太平洋鲑属的一种鲑鱼，其最大体长可达120cm，平时栖息深度在0～5m，被誉为“水中人参”，并善于跳跃，目前已从北美西部引殖到国内养殖基地。贾成霞等人[13]通过相关实验研究表明，虹鳟的腹部肌肉、肠以及肾脏等部位，其PPARs的mRNA在脂肪组织和脂肪含量较高的脂肪酸代谢率较高。
　　鲳鲹，属鲈形目鲹科鲳鲹属，其体形较大，体重可超过23kg，无牙，鳞小，尾基窄，尾鳍叉形，银白色，平时成群栖息于巴哈马群岛及佛罗里达南部沿岸。方玲玲等人[14]通过对鲳鲹的研究表明，鲳鲹PPARs的mRNA主要组织表达部位在其脑脂肪组织、头肾、肠和脾脏等部位，相较其他部位，因其脂肪含量较为丰富。
　　此外，艾立川等人[15]通过研究比较发现，鱼类PPARγ在功能上可能与哺乳动物不同，其发现鲈鱼的PPARγ基因主要表达在其机体的肝脏、鳃等部位中，PPARγ的组织分布类似于PPARs在精巢和卵巢中表达，精巢支持细胞和间质细胞中的PPARα和其他2种亚型，并能为精子的发生提供相应的环境，并会直接参与生殖细胞的成熟，而且通过实验表明，鲈鱼与斑马鱼、金头鲷等具有相似的作用机理，从而推测鱼类PPARγ在功能上可能与哺乳动物不同。PPARγ作为一种关键转录因子和调节因子之一，其主要作用可诱导和调控脂肪细胞的分化，也是调节脂肪组织中脂质沉积的主要因子[16]。 　　然而，Raingeard D等人[17]研究表明，在中国俗称牙片鱼的牙鲆， 其PPARγ的作用机理与哺乳动物相类似，在脂质代谢细胞分化和脂肪脂质沉积生成中具有重要作用，并且发现牙鲆鱼在饥饿状况或其早期发育阶段，其PPARγ是不可或缺的。
　　除此之外，鱼类的PPARs还参到其个体生长过程中的多个生理进程，例如，鱼类骨骼的形成和分化、细胞增殖和上皮细胞分化，以及脂质代谢调节和免疫作用[18]。并且，脂肪含量作为影响鱼肉品质的一项重要因素之一，使得鱼类PPARs在介导脂肪酸氧化及脂肪代谢中起到重要调节作用。
　　2 PPARs在鱼体内的克隆表达研究
　　早年，国内外研究者对哺乳动物的PPARs研究相对较多，对鱼类的PPARs研究相对较少。鱼的PPARγ基因首次克隆是在1997年，截止到目前，金鱼、草鱼、虹鳟、红鳍东方鲀、卵形鲳鲹、大西洋鲑、鲽鱼、斑马鱼、黑鲈、鲻鱼、西伯利亚鲟等鱼类的PPARs已经被克隆出来[19]。
　　随着研究的深入，研究者已初步研究了鱼类的PPARs基因组织中表达和基因功能。早期，有研究者发现鲻鱼与哺乳动物类似，并具备3种亚型的PPARs，其表达情况为：主要存在于鲻鱼肝脏细胞核、肝窦细胞及胆管周围的结缔组织中，且在鲻鱼肝脏中的表达量为最高，其胆管周围的结缔组织中表达量相对较少。
　　雌雄斑马鱼的PPARα基因在肝脏、肌肉、心脏、性腺及鳃中等部位都有所表达，肝脏中的表达量最高，性腺中表达量最低，这种表达模式与上述所提到的鲻鱼的PPARα表达量相类似，同时克隆了鲻鱼的PPARαPARγ基因的cDNA序列，其中PPARα长为1090bp，PPARγ長为1255bp，这2个序列的保守性较高。同时研究者还发现，鲻鱼的PPARγ基因结构与哺乳动物结构存在一定的差异性，其PPARγ基因结构中的LBD区插入了一个特殊的长链，为ω环，且该环由37个氨基酸残基所组成。
　　草鱼的PPARα部分cDNA 序列得到了克隆，通过它们的序列同源性比对，发现与鲤鱼和斑马鱼PPARα同源性为93%和90%，PPARγ片段的核苷酸序列与引物设计源相比较，两者同源性为99%，在草鱼的肝胰脏、肠、脑、性腺、鳃、鳔、心脏和脾脏均检测到，并得到了表达。
　　贾成霞等人[13]通过实验发现，虹鳟鱼的PPARα部分 mRNA在脂肪、鳃、心脏、肝胰脏、性腺、肌肉与卵巢中检测有所表达，在虹鳟鱼的睾丸中未检测到相应的表达。并且发现了虹鳟鱼的PPARα基因的cDNA序列。虹鳟鱼的PPARα部分cDNA序列和氨基酸序列，与鲑鱼有较高的同源性，而且与人类等高等脊椎动物也具有较高的相似性。
　　从鱼类到人类的长期漫长演化过程中，在DNA结合结构域（DBD）和配体结合结构域（LBD）的重要功能区域，一直未变，说明DNA结合结构域和配体结合结构域在脊椎动物体的基因表达中具有不可替代作用。目前已发现，鲳鲹的PPARα基因有1930bp，氨基酸编码474个。通过序列对比分析，鲳鲹与其他脊椎动物的有较高的相似性，说明在从鱼到人类的长期演化进程中，PPARα基因结构和表达，长期以来相对稳定。
　　生物同源性的高低，代表了基因结构和表达的稳定保守程度。同源性的高低代表了保守的程度，不同的鱼中的PPARs的保守程度均不同，保守程度越低其生物学功能差异越大。
　　3 展望
　　随着鱼类的PPARs研究的不断深入，PPARs在鱼类克隆表达、基因结构及部位的分布表达的研究将不断突破，越来越受到学术界的广泛关注。该研究已对鱼类PPARs的生物学功能研究和PPARs在鱼体内的克隆表达研究进行了相关综述，以期为科研工作者进一步探索鱼类PPARs的基因结构表达，以及在生物学功能产品开发上奠定相关的理论基础。
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