■習(xí)欠云 張永亮

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510642）

生物化學(xué)大約經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)生化階段到分子生物學(xué)階段，分別從大分子物質(zhì)的分離和鑒定，代謝途徑到分子水平研究。早期的動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和飼料科學(xué)與生物化學(xué)緊密結(jié)合在一起。直到20世紀(jì)40年代從生物化學(xué)中間分化出來(lái)，成為獨(dú)立的學(xué)科。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和飼料科學(xué)的研究方法也從最初的描述階段逐漸向預(yù)測(cè)營(yíng)養(yǎng)過(guò)程和控制營(yíng)養(yǎng)過(guò)程的方向發(fā)展，進(jìn)而進(jìn)入分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)的發(fā)展階段。所以說(shuō)，營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)的發(fā)展一定程度上是伴隨著生物化學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展而發(fā)展的。

1 動(dòng)物生物化學(xué)是提高動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)

動(dòng)物生物化學(xué)與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)緊密相關(guān)，生物化學(xué)的發(fā)展對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究具有特別重要的推動(dòng)作用。隨著動(dòng)物生物化學(xué)研究方法、手段的進(jìn)步，營(yíng)養(yǎng)研究已經(jīng)由粗到細(xì)，由淺入深，由表及里，正向著更深入、更全面和更系統(tǒng)的方向發(fā)展。徹底擺脫過(guò)去宏觀的角度解釋營(yíng)養(yǎng)素的攝取和產(chǎn)出，忽略營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝與調(diào)控的中間環(huán)節(jié)的研究模式。以動(dòng)物生物化學(xué)為基礎(chǔ)，研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)的代謝機(jī)理、規(guī)律及功能，確定各種營(yíng)養(yǎng)素的適宜需要量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，科學(xué)配制高效全價(jià)平衡飼料，改善動(dòng)物健康和促進(jìn)動(dòng)物高效生產(chǎn)，用最少的飼料投入為人類提供量多、質(zhì)優(yōu)且安全的畜產(chǎn)品。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)就是如何利用生物化學(xué)機(jī)制來(lái)解析營(yíng)養(yǎng)素在體內(nèi)的代謝過(guò)程和調(diào)控途徑(Vasil'ev等，2014)。

2 畜禽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取及營(yíng)養(yǎng)代謝的生化機(jī)制

當(dāng)前動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究已從整體水平上逐步深入到了細(xì)胞和亞細(xì)胞水平上。營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)不僅僅是滿足能量和營(yíng)養(yǎng)的需求，而是作為一種功能調(diào)節(jié)劑如何提高自身的吸收和利用效率。研究表明，功能性的氨基酸，如支鏈氨基酸（亮氨酸）、短中鏈脂肪酸、維生素以及酸化劑等對(duì)提高營(yíng)養(yǎng)的功能作用越來(lái)越重要。例如亮氨酸具有刺激肌肉蛋白質(zhì)合成的唯一膳食氨基酸。目前，增強(qiáng)肌肉的流行膳食中支鏈氨基酸的添加比例為亮氨酸∶異亮氨酸∶纈氨酸為2∶1∶1(Matsumoto等，2009)。眾所周知，碳水化合物(糖類)、脂類、蛋白質(zhì)、維生素、水和無(wú)機(jī)鹽(礦物質(zhì))是人體所需的六大營(yíng)養(yǎng)素，前三者在體內(nèi)新陳代謝后產(chǎn)生能量，故又稱產(chǎn)能營(yíng)養(yǎng)素。維生素和無(wú)機(jī)鹽為微量營(yíng)養(yǎng)素。從傳統(tǒng)生化理論上，產(chǎn)能營(yíng)養(yǎng)素代謝的中心為三羧酸循環(huán)。無(wú)論是分解代謝還是合成代謝，在酶的參與下，營(yíng)養(yǎng)素實(shí)現(xiàn)了相互轉(zhuǎn)化與沉積(Pav，1979)。而微量營(yíng)養(yǎng)素則參與酶的活性構(gòu)成，調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)素的代謝。隨著生物化學(xué)機(jī)理研究的深入，營(yíng)養(yǎng)素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)以及代謝途徑的控制，如氨基酸、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體分布、營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)器、膜信號(hào)受體、能量代謝信號(hào)通路的研究等，為更深入地闡明營(yíng)養(yǎng)素在動(dòng)物體內(nèi)的確切代謝機(jī)理，提高營(yíng)養(yǎng)素的利用及提高動(dòng)物生產(chǎn)水平具有重要的科學(xué)意義。

3 營(yíng)養(yǎng)素與基因互作的生化機(jī)制

研究營(yíng)養(yǎng)素對(duì)基因的互作是當(dāng)今動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。營(yíng)養(yǎng)素不僅僅是營(yíng)養(yǎng)材料，也是信號(hào)分子，可以參與基因的表達(dá)調(diào)控，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與代謝。研究表明，多不飽和脂肪酸（n-3和n-6序列）是SCD-1表達(dá)的強(qiáng)抑制劑，這對(duì)極低密度脂蛋白（VLDL）分泌的調(diào)節(jié)起到重要作用(Gibbons,1990)。二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)屬于omega-3家族，以及omega-6脂肪酸如花生四烯酸（AA）、共扼亞油酸（CLA）被證明均具有抑制SCD-1的作用(Kajikawa等，2009)。n-3和 n-6系列通過(guò)抑制LXR轉(zhuǎn)錄因子與SREBP-1的結(jié)合以降低SREBP-1c的mRNA水平。此外，PUFAs，特別是n-3系列能加速核SREBP-1c蛋白的降解。有意思的是，PUFAs是PPAR-α和PPAR-γ的天然配體(Brown等，2003)。PU?FAs降低NF-Y與SCD-1啟動(dòng)子的結(jié)合，但不能影響NF-Y的含量。在脂肪細(xì)胞上的CLA和DHA激活ERK1/2 MAPK信號(hào)通路。在其他的細(xì)胞中，如Caco-2、MCF-7和人的T細(xì)胞也有對(duì)ERK1/2 MAPK磷酸化的相同作用。因此，PUFAs抑制SCD-1基因的轉(zhuǎn)錄也是直接激活ERK1/2 MAPK信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的(Mau?voisin等，2011)。研究表明，飽和脂肪酸可以通過(guò)提高SREBP-1c的共激活劑PGC1-b的表達(dá)，再激活LXRa的表達(dá)。高膽固醇飼料也能誘導(dǎo)肝臟SCD-1基因的表達(dá)，抵制PUFA介導(dǎo)的抑制作用。此外不同的糖類物質(zhì)對(duì)SCD-1的表達(dá)具有激活作用(Miyazaki等，2001)。所以，從分子水平上研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與基因表達(dá)、調(diào)控的關(guān)系，研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)對(duì)基因表達(dá)，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，揭示營(yíng)養(yǎng)與基因互作的分子機(jī)制，對(duì)如何提高動(dòng)物生產(chǎn)性能及肉用性能具有重要的科學(xué)意義。

4 分子營(yíng)養(yǎng)與肉品質(zhì)調(diào)控的生化機(jī)制

有關(guān)肉品質(zhì)的問(wèn)題已成為畜牧業(yè)的研究熱點(diǎn)。除了遺傳因素外，后天的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控是改良肌肉發(fā)育及品質(zhì)的一種有效手段。研究顯示，對(duì)兩個(gè)肉品質(zhì)不同的品種豬進(jìn)行基因表達(dá)檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)白豬的LDHA、MEI和SCD等16個(gè)基因和太湖豬的ACADL、SC4MOL和UCP2等13個(gè)基因的表達(dá)模式明顯差異，提示這些基因受到了特殊的調(diào)控。其中ACADL基因主要參與脂肪酸代謝(Merritt等，2006)，己有大量研究表明，人體內(nèi)缺少ACADL將導(dǎo)致脂肪酸β氧化的紊亂，引發(fā)超重和肥胖癥狀(Gillingham等，2007)。SCD-1作為飽和脂肪酸轉(zhuǎn)變成不飽和脂肪酸時(shí)的限速酶，在脂肪酸生物合成中起著中心調(diào)節(jié)作用(Sampath等，2007)。研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白日糧在特異性提高IMF含量的同時(shí)，SCD-1基因表達(dá)量與IMF含量間存在顯著的正相關(guān)，可作為影響IMF含量的候選基因進(jìn)行深入研究(Doran等，2006)。UCP2作為解偶聯(lián)蛋白家族的一員，主要參與能量代謝和脂代謝調(diào)節(jié)。Ramsay等(2005)發(fā)現(xiàn)，豬皮下脂肪中UCP2基因的表達(dá)量與OB基因呈正相關(guān)，而與GH(生長(zhǎng)激素)基因呈負(fù)相關(guān)(Ramsay等，2005)?？傊?，從分子水平闡明營(yíng)養(yǎng)對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)形成的作用機(jī)制，揭示畜禽胴體品質(zhì)和肉品質(zhì)量性狀形成的生化機(jī)制，對(duì)研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)機(jī)體分子信號(hào)交互的影響以及對(duì)肌肉生長(zhǎng)的功能基因、代謝及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)具有重要的借鑒和理論意義。

5 營(yíng)養(yǎng)與組學(xué)的生化機(jī)制

5.1 營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)

營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)（nutrigenomics）是研究營(yíng)養(yǎng)素及營(yíng)養(yǎng)組成對(duì)基因表達(dá)的作用，也是21世紀(jì)的生物科學(xué)(Stojanovic等，2011)。主要集中在特定營(yíng)養(yǎng)素激活某個(gè)疾病，如阿爾次海默病以及癌癥的易感性的基因作用，研究營(yíng)養(yǎng)素及生物活性分子對(duì)基因組的互作關(guān)系，包括營(yíng)養(yǎng)素與遺傳變異的關(guān)系(Szopa等，2005)，以及營(yíng)養(yǎng)吸收、代謝、分解、生物效應(yīng)與基因表達(dá)及SNPs的關(guān)系。通常營(yíng)養(yǎng)素作用基因的表達(dá)有三種途徑，一是作為轉(zhuǎn)錄因子的配體參與基因的表達(dá)調(diào)控；二是作為酶的底物或中間代謝產(chǎn)物而影響代謝途徑；三是直接參與基因的表達(dá)和細(xì)胞信號(hào)途徑。20世紀(jì)，營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究主要集中在維生素及礦物質(zhì)的應(yīng)用及缺乏后引起疾病的產(chǎn)生作用上。隨著發(fā)達(dá)國(guó)家的過(guò)分營(yíng)養(yǎng)、肥胖以及Ⅱ型糖尿病等健康問(wèn)題的出現(xiàn)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)及營(yíng)養(yǎng)學(xué)隨之發(fā)生改變。越來(lái)越多的研究表明健康和飲食密切相關(guān)(Chavez等，2003)。因此，研究如何優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，以便更好地維持細(xì)胞、組織、器官和整個(gè)身體的平衡；如何在分子水平研究營(yíng)養(yǎng)素行為，研究營(yíng)養(yǎng)與基因，蛋白質(zhì)和代謝水平相互作用，最終目的是根據(jù)動(dòng)物不同的基因型合理優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和水平，制訂個(gè)性化的膳食結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)的生化機(jī)制

營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)（nutrigenetics）是營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)的一個(gè)分支，歸功于遺傳研究的營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展。目前營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)仍然處于起步階段。長(zhǎng)期的物種進(jìn)化產(chǎn)生個(gè)體間遺傳差異或遺傳變異，如SNPs（單核苷酸多態(tài)），SNPs能夠影響食物成分的吸收與代謝(Radakovic等，2004)。營(yíng)養(yǎng)素的消化、代謝與轉(zhuǎn)運(yùn)與不同遺傳變異相連。營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)的分析是居于營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組以及轉(zhuǎn)錄組的影響。營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)的研究目的是研究肥胖及肥胖相關(guān)疾病易感的人群(Marti等，2010)?？茖W(xué)家認(rèn)為，肥胖的原因可能身體內(nèi)存在一種叫節(jié)儉基因“Thrifty gene”,該基因?qū)⒏吣芰课镔|(zhì)，如脂肪儲(chǔ)存在身體內(nèi)，以防饑餓，是進(jìn)化上的一種保護(hù)現(xiàn)象。營(yíng)養(yǎng)遺傳學(xué)的未來(lái)發(fā)展就是要尋找這種節(jié)儉基因，以及應(yīng)對(duì)措施防止肥胖及肥胖相關(guān)基因的疾病。隨著遺傳學(xué)的發(fā)展，生化缺陷與遺傳起源之間具有很高的營(yíng)養(yǎng)相關(guān)連鎖性。基因多態(tài)性影響營(yíng)養(yǎng)生物化學(xué)的差異，如瘦素基因多態(tài)性導(dǎo)致肥胖，亞甲基四氫葉酸還原酶（MTH?FR）基因的常見(jiàn)多態(tài)性為C677T和A1298C，影響葉酸的代謝，進(jìn)而影響嬰兒的發(fā)育。最終目的是根據(jù)遺傳背景的不同提供個(gè)性化的營(yíng)養(yǎng)建議(Perez-Martinez等，2013)。

5.3 營(yíng)養(yǎng)代謝組學(xué)的生化機(jī)制

營(yíng)養(yǎng)代謝組學(xué)(Nutrimetabolomics)是營(yíng)養(yǎng)生物化學(xué)的新階段(Vasil'ev等，2013)，是重點(diǎn)研究單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞類型中所有的小分子成分和波動(dòng)規(guī)律以及生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體定量描述及其對(duì)內(nèi)因和外因變化應(yīng)答規(guī)律的科學(xué)，為研究宏觀和微量營(yíng)養(yǎng)素的作用機(jī)制提供了新的方向(Vasil'ev等，2013；Kir?baeva等，2014)。代謝組學(xué)的中心任務(wù)包括檢測(cè)、量化和編錄生物內(nèi)源性代謝物質(zhì)的整體及其變化規(guī)律，聯(lián)系該變化規(guī)律與所發(fā)生的生物學(xué)事件或過(guò)程的本質(zhì)。代謝產(chǎn)物的不同是體現(xiàn)基因表達(dá)水平差異的最終表型。有人認(rèn)為，“基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)告訴你什么可能會(huì)發(fā)生，而代謝組學(xué)則告訴你什么確實(shí)發(fā)生了”。如兒茶素、長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸對(duì)動(dòng)物代謝組、大豆異黃酮對(duì)人體代謝組的影響。代謝組的變化與基因表達(dá)改變聯(lián)系起來(lái)，從而揭示相關(guān)基因的功能與動(dòng)物宿主代謝和體內(nèi)菌群代謝的相關(guān)性的整合機(jī)制。

6 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與表觀遺傳學(xué)的生化機(jī)制

6.1 DNA甲基化及組蛋白修飾與營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的生化機(jī)制

表觀遺傳學(xué)是聯(lián)系健康與營(yíng)養(yǎng)的一座新橋。研究表明，營(yíng)養(yǎng)素能夠影響精子或卵子的改變，進(jìn)而把這種改變傳遞給后代。營(yíng)養(yǎng)素通過(guò)改變表觀遺傳現(xiàn)象，如DNA甲基化、組蛋白的修飾以及染色體重塑，從而改變基因的表達(dá)以及相應(yīng)的生理和病理過(guò)程，如胚胎發(fā)育、細(xì)胞的增殖與分化、癌癥發(fā)生等。其作用機(jī)制是營(yíng)養(yǎng)及生物活性物質(zhì)直接抑制DNA甲基化或組蛋白修飾的酶活以及改變酶的底物來(lái)影響表觀遺傳學(xué)的。葉酸、維生素B12、蛋氨酸、膽堿以及甜菜堿等通過(guò)一碳單位的代謝來(lái)影響DNA和組蛋白的甲基化(Uekawa等，2009)。通常，營(yíng)養(yǎng)素以及生物活性物質(zhì)通過(guò)影響S-腺苷蛋氨酸和S-腺苷高半胱氨酸的比例來(lái)改變DNA和組蛋白的甲基化的。此外，水溶性維生素，如生物素、煙酸、泛酸等也參與組蛋白ADP-核糖化聚合酶（組蛋白乙?；┮约癝IRT1酶（組蛋白去乙?；┑牡孜?。研究發(fā)現(xiàn)，煙酸水平對(duì)基因組以及p16啟動(dòng)子的DNA甲基化狀態(tài)呈正相關(guān)(Keyes等,2007)。泛酸形成乙酰輔酶A，是組蛋白乙?；闹匾獊?lái)源。此外，生物活性物質(zhì)直接影響表觀機(jī)制的酶活。如木黃酮、兒茶素影響DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）的活性。DNMT1表達(dá)隨年齡增加而下降，推測(cè)年齡依賴性的DNMT1下調(diào)以及低甲基營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)改變了DNA甲基化狀態(tài)及基因的表達(dá)(Li等，2010)。此外，白藜蘆醇、丁酸、烯丙基硫化物抑制組蛋白去乙?；福℉DAC）的活性，姜黃素抑制組蛋白乙?；福℉AT）的活性。從某種程度上說(shuō)，營(yíng)養(yǎng)表觀遺傳已經(jīng)成為研究機(jī)體發(fā)育疾病、癌癥、衰老以及Ⅱ型糖尿病、肥胖、炎癥以及神經(jīng)疾病的重要手段。目前營(yíng)養(yǎng)表觀遺傳學(xué)的研究還處在剛剛起步階段。未來(lái)，尋找更多的改變表觀遺傳模式的營(yíng)養(yǎng)素及活性物質(zhì)，將不同的營(yíng)養(yǎng)素水平與表觀遺傳密碼對(duì)應(yīng)起來(lái)，為營(yíng)養(yǎng)素的調(diào)節(jié)提供新型的分子標(biāo)記和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

6.2 miRNAs與肌肉發(fā)育的生化機(jī)制

近來(lái)對(duì)哺乳動(dòng)物全基因組研究表明，98%的基因?yàn)榉蔷幋a基因，非編碼RNA(Non-coding RNA,ncRNA)是一類不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子，其中微小 RNA（microRNA，簡(jiǎn)稱miRNA)是目前發(fā)現(xiàn)的在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用的一種非編碼RNA。基因組中非蛋白質(zhì)編碼區(qū)或內(nèi)含子編碼的miRNA也參與了骨骼肌的增殖與分化調(diào)控過(guò)程(Lee等，2006)。肌肉形成是成肌細(xì)胞退出細(xì)胞周期、表達(dá)肌肉特異性基因并阻止其他細(xì)胞或組織特異性基因表達(dá)的一個(gè)過(guò)程。miRNA參與這一過(guò)程的最初證據(jù)是發(fā)現(xiàn)特定的miR?NA在肌細(xì)胞中的富集。作為重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物、模式生物，豬miRNAs的研究也越來(lái)越受到重視。近年來(lái)的研究開(kāi)始關(guān)注特定miRNA，如miRNA-1和miRNA-206能夠促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞的分化，而miRNA-133則可通過(guò)抑制血清反應(yīng)因子（SRF）來(lái)加強(qiáng)成肌細(xì)胞的增殖(Chen等，2006；Kim等，2006)。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，該三個(gè)miRNA在長(zhǎng)白豬肌肉中占總miRNA表達(dá)量的72%。在肌肉發(fā)育的不同階段，這些功能miR?NA的表達(dá)水平不同(Li等，2012)。習(xí)欠云等(2012)報(bào)道，通過(guò)miRNA熒光定量檢測(cè)法對(duì)不同品種豬成熟骨骼肌組織進(jìn)行了miR-1和miR-133的表達(dá)量分析表明，兩者在藍(lán)塘豬中的表達(dá)量最高，其次是長(zhǎng)白豬和大花白豬。結(jié)果表明miRNA與肉品質(zhì)存在相關(guān)性。肌內(nèi)脂肪的含量與miR-1和miR-133表達(dá)豐度成反比，而與骨骼肌的含量成正比。這點(diǎn)在McDaneld等(2009)對(duì)豬骨骼肌不同發(fā)育階段（胎兒、幼兒和成年期）miRNA表達(dá)譜分析結(jié)果一致。研究表明，miR-1和miR-133的表達(dá)豐度隨著豬年齡的增長(zhǎng)而提高，同時(shí)認(rèn)為miR-1和miR-133的表達(dá)豐度與骨骼肌的成熟有關(guān)。由于肌肉中骨骼肌與肌內(nèi)脂肪之間在一定條件下會(huì)產(chǎn)生此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。當(dāng)骨骼肌生長(zhǎng)旺盛時(shí)，肌內(nèi)脂肪生長(zhǎng)緩慢，反之亦然。因而在不同品種豬的肌肉中，miR-1和miR-133的表達(dá)豐度差異在一定程度上反映了肌肉的肉品質(zhì)特征。

6.3 miRNA與脂肪發(fā)育的生化機(jī)制

脂肪形成（Adipogenesis）是不同類型的細(xì)胞分化成脂肪細(xì)胞（主要儲(chǔ)存脂肪的細(xì)胞）所具有的過(guò)程，其過(guò)程受到不同基因的調(diào)節(jié)。脂蛋白脂酶(Bonnefond等,2010)；CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β和δ(C/EBPβ,δ)、脂肪細(xì)胞定向和分化因子1(ADDI)以及過(guò)氧化物增殖激活受體(PPARγ)、甘油-3-磷酸脫氫酶(GPDH)、乙酞CoA脫羧酶(ACC)、脂肪酸合成酶(FAS)、脂肪型脂肪酸結(jié)合蛋白(A-FABP)、激素敏感脂酶(HSL)和磷酸烯醇式丙酮酸(PEPCK)等。轉(zhuǎn)錄因子C/EBPβ，δ誘導(dǎo)KLF（Krüppel-like factors）表達(dá)，三者誘導(dǎo)PPARγ的表達(dá)，PPARγ與C/EBPα正反饋?zhàn)饔?，二者促進(jìn)脂肪細(xì)胞成熟相關(guān)基因的表達(dá)。另外SREBP-1c也參與PPARγ的激活。研究表明，miRNA通過(guò)靶向脂肪生成的關(guān)鍵基因參與脂肪的發(fā)育過(guò)程。miR-27a直接作用PPARγ的3’-UTR，抑制脂肪細(xì)胞的分化增殖(Kim等,2010)。miR-448靶向KLF5，在 3T3-L1過(guò)表達(dá)miR-448抑制KLF5和其它脂肪生成基因的表達(dá)，以抑制脂肪細(xì)胞分化和聚脂(Kinoshita等,2010)。miR-8、miR-200c/141和 miR-200b,a/429抑制Wnt信號(hào)通路(Kennell等,2008)。miR-17-92和let-7促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂增殖，激素誘導(dǎo)處理3T3-L1后這些miRNA的表達(dá)上調(diào)，并且在增殖分化時(shí)表達(dá)水平最高，提高甘油三酯的含量。miRNA-130靶向PPARγ的3’-UTR和編碼區(qū)，抑制其表達(dá)，過(guò)表達(dá)miRNA-130影響脂肪細(xì)胞的分化，下調(diào)表達(dá)可以促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化。miR-519d靶向PPARα，提高脂肪細(xì)胞的分化(Martinelli等,2010)。miR-138過(guò)表達(dá)抑制轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα和PPARγ的表達(dá)，減少甘油三酯的累積(Yang等,2011)。miR-103也具有促進(jìn)前體脂肪細(xì)胞分化的作用，過(guò)表達(dá)該基因能提高脂肪細(xì)胞聚脂，促進(jìn)PPARγ2、FABP4和GLUT4表達(dá)上調(diào)(Xie 等,2009)。過(guò)表達(dá)miR-378/378*可以提高脂滴的大小，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα,β的活性，下調(diào)miR-378/378*的表達(dá)能抑制脂肪細(xì)胞聚脂(Gerin等,2010)。miR-143對(duì)脂肪細(xì)胞的分化起著重要的調(diào)節(jié)作用，在脂肪組織分化過(guò)程中miR-143的表達(dá)水平會(huì)升高，進(jìn)而調(diào)控脂肪細(xì)胞的分化；而下調(diào)miR-143將抑制脂肪細(xì)胞分化特異性基因的表達(dá)，導(dǎo)致甘油三酯的累積下降75%，并增加潛在靶基因細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-5（ERK5）的表達(dá)水平(Esau等,2004)。miRNA-27b抑制來(lái)源于人的脂肪組織的多能干細(xì)胞（hMADS）的分化，miRNA-27b直接靶向 PPARγ，抑制其表達(dá)，進(jìn)而抑制C/EBPα的表達(dá)，并降低甘油三酯的累積(Karbiener等,2009)。

7 Exosome與營(yíng)養(yǎng)的生化機(jī)制

外胞體(Exosome)是近來(lái)熱點(diǎn)關(guān)注的一種新的基因水平傳播媒介和信號(hào)調(diào)節(jié)媒介，是一類由內(nèi)吞作用形成的具有膜結(jié)構(gòu)的小囊泡，包含有miRNA、mRNA和蛋白質(zhì)。研究表明，體內(nèi)外不同的細(xì)胞在生理學(xué)或病理學(xué)狀態(tài)下都可以分泌外胞體，在動(dòng)物或體內(nèi)的血液、唾液、尿液、以及母乳等中均有外胞體的存在(Johnstone等，1987)?，F(xiàn)已證實(shí)，豬體內(nèi)存在內(nèi)源性的Exosomes，由各種組織如脂肪分泌，也存在外源性的Exosomes，如乳中及飼料中。外胞體中還含有豐富的RNA，包括miRNA、mRNA以及蛋白質(zhì)。其中乳外胞體中總RNA含量最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于體液如血漿中的含量。

乳外胞體中含有豐富的miRNA，可能起到重要的表觀遺傳學(xué)的作用。有報(bào)道指出牛和人乳的Exosome中富含miR-21，通過(guò)抑制Sprout1、Sprout2激活Ras/Raf/MEK/ERK途徑，進(jìn)而抑制TSC2，最終激活mTORC1途徑，促進(jìn)新生動(dòng)物的生長(zhǎng)。miRNAs是重要的調(diào)控分子，約為22個(gè)核苷酸的小分子非編碼RNA，參與了豬多種生物學(xué)過(guò)程的調(diào)解，如生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、代謝、免疫(Krutzfeldt等,2006)。筆者對(duì) 豬乳Exosome進(jìn)行了miRNA組檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)了491個(gè)miRNAs，其中176個(gè)已知基因和315個(gè)新基因，對(duì)豐度最高的前20個(gè)miRNA靶基因聚類分析表明，有14個(gè)miRNAs與lgA免疫途徑有關(guān)(Chen等，2014)。此外，乳外胞體中的 miR21、miR29a、miR-29b、miR-155、miR-103及miR-7a,b,c,f等，都已經(jīng)被證明能調(diào)解代謝(Melnik等，2013)。此外，研究表明，由高蛋白飼喂小鼠及棕櫚酸和油酸處理的細(xì)胞獲得的外胞體，可誘導(dǎo)成肌細(xì)胞增殖，改變參與細(xì)胞周期基因的表達(dá)；并誘導(dǎo)肌肉分化而不改變胰島素誘導(dǎo)的Akt磷酸化作用(Aswad 等，2014)。將人乳中的外胞體（500 μg/ml）能夠顯著的抑制PMBC中IL-2、TNFγ、TNFα的產(chǎn)生，且能促進(jìn)PMBC向Foxp3+型T細(xì)胞分化，說(shuō)明乳外胞體中的蛋白質(zhì)可以被傳遞給其它細(xì)胞并發(fā)揮作用。目前外胞體作為一種體液傳遞一種生物信號(hào)，其包含的miRNA，尤其是mRNA及蛋白質(zhì)所介導(dǎo)的生化調(diào)控，如對(duì)自身組織和器官的發(fā)育，以及對(duì)后代的生長(zhǎng)發(fā)育還不清楚，有待進(jìn)一步的揭示。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著動(dòng)物生物化學(xué)及現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)的研究有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，全面進(jìn)入到了分子水平的全新領(lǐng)域。未來(lái)，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和飼料科學(xué)的研究方法將朝系統(tǒng)生物學(xué)的方向發(fā)展，從分子、細(xì)胞和整體水平上研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量與質(zhì)對(duì)動(dòng)物體內(nèi)功能基因的選擇性表達(dá)、表觀遺傳學(xué)的機(jī)制，代謝機(jī)理以及養(yǎng)分或毒性物質(zhì)在體內(nèi)代謝路徑的調(diào)控機(jī)制，闡明營(yíng)養(yǎng)素合理需要及價(jià)值與品種間基因型差異、肌肉生長(zhǎng)發(fā)育和肉質(zhì)的關(guān)系。因此，當(dāng)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究在取得巨大發(fā)展的同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)，只有更好地深入研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝、基因互作、功能表觀修飾以及Exosome信號(hào)的生化機(jī)制，才能使?fàn)I養(yǎng)研究更好地為人類健康和生存做出新的貢獻(xiàn)。