母 童 虎紅紅 馮小芳 顧亞玲 張 娟

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750105)

乳腺作為提供犢牛生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗體的外分泌腺體，在家畜體成熟后仍然不斷進(jìn)行增殖和分化[1]。乳腺組織內(nèi)部匯集大量具有泌乳功能的腺泡，乳腺上皮細(xì)胞(Mammary epithelial cell, MEC)以單層而緊密的方式排列在腺泡周圍，乳汁正是在MEC內(nèi)由血液中的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜生化過(guò)程而形成[2]。反芻家畜乳汁中含有多種生物活性脂肪酸，如飽和脂肪酸和共軛亞油酸等。一直以來(lái)乳脂不僅是影響乳汁風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的主要因素，也是奶牛育種的主要目標(biāo)性狀[3]，在一定程度上對(duì)人體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)代謝具有重要作用[4]。研究表明,不同的消費(fèi)群體對(duì)乳脂的含量和比例要求各異。小孩在成長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)奶中的乳蛋白和乳脂肪要求偏高；相反，老年人和患有糖尿病、肥胖癥以及心腦血管疾病的人更有可能選擇低脂奶制品或脫脂奶制品[5]。因此，乳脂合成和脂肪酸組成調(diào)控的研究仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。乳脂代謝的整個(gè)過(guò)程不僅受多基因調(diào)控，還有一系列效應(yīng)較大的調(diào)控因子參與[6]。近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明，占總RNA 98%的非編碼RNA(Non-coding RNA, ncRNA)在乳脂代謝過(guò)程中同樣具有非常重要的調(diào)控作用[7-8]。目前在反芻家畜乳脂代謝過(guò)程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并鑒定的microRNA有很多，而lncRNA和circRNA在這方面的研究還處于起步階段[9]。本文綜述了反芻家畜乳脂代謝相關(guān)的microRNA、lncRNA和circRNA，旨為反芻家畜乳脂調(diào)控機(jī)制研究提供有價(jià)值的理論參考，對(duì)改良奶牛生產(chǎn)性能，生產(chǎn)功能性乳制品具有重要意義。

1 microRNA、lncRNA及circRNA

microRNA是由較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物(pri-microRNA)剪切形成的一類大多數(shù)具有高度序列保守性、表達(dá)時(shí)序性和組織特異性且長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼小RNA分子[10]。在哺乳動(dòng)物中microRNA控制大約60%蛋白編碼基因的活性，基本所有的microRNA均在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控靶向mRNA的表達(dá)[11]。在動(dòng)物和細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中，microRNA可以通過(guò)其5’端2～8個(gè)核苷酸或完全與目標(biāo)基因mRNA的3’-UTR互補(bǔ)配對(duì)，從而導(dǎo)致mRNA降解或翻譯抑制[12]。

lncRNA是一種長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸且含有5’-帽子和多腺苷酸的長(zhǎng)鏈非編碼RNA[13]，其對(duì)基因的作用模式較microRNA復(fù)雜。目前研究較為成熟的調(diào)控方式為轉(zhuǎn)錄干擾，當(dāng)某個(gè)lncRNA被轉(zhuǎn)錄時(shí)會(huì)干擾另一個(gè)正義或反義基因的起始轉(zhuǎn)錄、延伸或終止[14]。lncRNA也會(huì)特異性的與某些轉(zhuǎn)錄因子或microRNA配對(duì)，從而阻止其與目標(biāo)基因的結(jié)合，充當(dāng)類似mRNA的誘餌[15]。相反，一些lncRNA在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子起正向促進(jìn)作用，增強(qiáng)其活性[16]；一部分lncRNA與其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后直接進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中調(diào)控轉(zhuǎn)錄過(guò)程[17]。少數(shù)lncRNA在基因表達(dá)過(guò)程中的功能同增強(qiáng)子類似，但其激活基因功能的具體機(jī)制尚未闡明[18]。

circRNA最早是由Sanger等[19]在植物類病毒中發(fā)現(xiàn)的一種由線性RNA的反向剪接反應(yīng)產(chǎn)生的非編碼轉(zhuǎn)錄本[20]。與傳統(tǒng)的線性RNA(包含5’和3’端)相比，circRNA閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定且對(duì)RNA外切酶不敏感[21]。circRNA含有豐富microRNA結(jié)合位點(diǎn)，在細(xì)胞中充當(dāng)microRNA的“海綿”，基因表達(dá)過(guò)程中通過(guò)吸附microRNA從而阻止其對(duì)目的基因的抑制作用[22]。此外，一部分circRNA是在細(xì)胞核內(nèi)由內(nèi)含子環(huán)化而來(lái)，它們通過(guò)作用于RNA聚合酶Π來(lái)加強(qiáng)目的基因在細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)[23]。一些含有開(kāi)放閱讀框的內(nèi)源性circRNA可能會(huì)表達(dá)為相應(yīng)的蛋白[24]。circRNA在形成前期與mRNA還存在競(jìng)爭(zhēng)性剪接關(guān)系，線性剪切效率的提高會(huì)顯著減少circRNA的合成數(shù)量[25]。

2 乳脂代謝

乳脂是影響鮮奶質(zhì)量的關(guān)鍵因素，幾乎99%的乳脂以脂滴的形式存在，其中甘油三酯(TAG)約占脂滴的98%，其余2%是單酰甘油、二酰甘油、膽固醇和游離脂肪酸[26]。乳脂代謝涉及到一個(gè)龐大、復(fù)雜的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，受到眾多激素及信號(hào)分子等調(diào)控，包括TAG的消化、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，脂肪酸的氧化分解和生物合成，脂滴的形成和分泌等過(guò)程。脂肪酸的從頭合成和從血液中攝取脂肪酸是乳脂合成的主要方式。對(duì)泌乳第一個(gè)月的奶牛而言，從血液中攝取脂肪酸占主導(dǎo)地位，超低密度脂蛋白受體(VLDLR)與脂蛋白脂酶(LPL)協(xié)同作用，水解血液中的TAG，并從極低密度脂蛋白(VLDL)中釋放長(zhǎng)鏈脂肪酸(LCFA)[27]，一旦LCFA進(jìn)入細(xì)胞外環(huán)境中，它們就會(huì)通過(guò)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(CD36)，脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SLC27A)和乙?；g的協(xié)調(diào)活性而被主動(dòng)吸收和激活(即添加輔酶A)。脂肪酸從頭合成主要通過(guò)脂肪酸合成酶(FASN)和乙酰輔酶A羧化酶α(ACACA)完成，當(dāng)脂肪酸合成后其中的一些被硬脂酰輔酶A脫飽和酶1(SCD1)去飽和，并由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶1(DGAT1)加工成TAG，期間還有線粒體3-磷酸甘油?；D(zhuǎn)移酶(GPAM)、1-?；视?3-磷酸O-?；D(zhuǎn)移酶6(AGPAT6)和類脂1(LPIN1)的參與[28]。脂肪酸運(yùn)輸是利用CD36和脂肪酸結(jié)合蛋白4(FABP4)進(jìn)行[29]；脂滴的形成涉及到脂滴包被蛋白2(PLIN2)、脂滴包被蛋白3(PLIN3)和含脂肪甘油三酯脂酶(PNPLA2)結(jié)構(gòu)域的參與[30]。另外，參與乳脂代謝相關(guān)的基因和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路還包括異檸檬酸脫氫酶1(IDH1)[31]、脂肪酸去飽和酶1(FADS1)、脂肪酸去飽和酶2(FADS2)[29]、過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)[32]、轉(zhuǎn)錄共激活因子YAP[33]、連環(huán)蛋白β-1(CTNNB1)[34]、JAK-STAT5途徑[35]、HIPPO通路[33]和Wnt/-catenin通路[36]等。隨著候選基因篩選策略和比較基因組學(xué)研究方法的發(fā)展，更多的乳脂代謝相關(guān)基因及調(diào)控因子被學(xué)者發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證其功能，microRNA、lncRNA和circRNA是目前研究最為廣泛且具有重要功能的3種調(diào)控因子。

3 microRNA調(diào)控反芻家畜乳脂代謝

3.1 microRNA調(diào)控牛乳腺乳脂代謝

乳脂是牛奶的主要營(yíng)養(yǎng)成分，已成為奶牛育種的重要性狀之一。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明microRNA在牛乳腺乳脂代謝過(guò)程中發(fā)揮著重要作用(表1)。

脂肪酸從頭合成過(guò)程中ACACA是乙酰輔酶A形成丙二酸單酰輔酶A的關(guān)鍵酶。Cai等[37]以2頭經(jīng)產(chǎn)奶水牛(10歲的為非泌乳期，8歲的為泌乳3個(gè)月)乳腺組織為材料構(gòu)建microRNA文庫(kù)，結(jié)果表明miR-103在水牛BMECs中的過(guò)表達(dá)或抑制可下調(diào)或上調(diào)泛酸激酶3(PKAN3)的表達(dá)，并顯著增加轉(zhuǎn)錄因子類固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)ACACA基因mRNA的表達(dá)，加速脂肪酸的從頭合成。超長(zhǎng)鏈脂肪酸延伸酶(ELOVL)家族可以催化長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸鏈的延伸。Shen等[38]研究表明miR-124a能夠通過(guò)直接下調(diào)反-2-烯醇基-輔酶A還原酶基因(PECR)影響下游極長(zhǎng)鏈脂肪酸限速酶基因(ELOVL2)的表達(dá)，調(diào)節(jié)TAG和游離脂肪酸的含量。miR-21是在很多類型哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度表達(dá)microRNA家族的一員，有研究發(fā)現(xiàn)miR-21-3p在高乳脂組中高表達(dá)，提示其可能在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要作用[39]。Li等[40]利用生物信息學(xué)方法對(duì)miR-21-3p的靶基因進(jìn)行分析，闡明了miR-21-3p的表達(dá)與ELOVL5mRNA和蛋白水平呈負(fù)相關(guān)，miR-21-3p促進(jìn)TAG的產(chǎn)生可能與靶基因ELOVL5的表達(dá)有關(guān)。在奶牛乳腺組織中與ELOVL5基因?qū)儆诓煌瑏喰偷腅LOVL6被報(bào)道受miR-142-5p和miR-20a-5p的調(diào)控參與乳脂代謝[41]。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)是脂肪酸沉積中的關(guān)鍵調(diào)控因子，Bian等[42]研究表明，干擾miR-29 s能夠引起泌乳相關(guān)PPARγ啟動(dòng)子的甲基化，使得牛乳腺上皮細(xì)胞(Bovine mammary epithelial cells, BMECs)分泌TAG含量減少。miR-454被廣泛報(bào)道參與細(xì)胞增殖、凋亡和癌癥發(fā)展[43]，研究已證實(shí)miR-454與PPARγ也有直接的相互作用，miR-454通過(guò)靶向BMECs中PPARγ的 3’非編碼區(qū)來(lái)調(diào)控TAG的合成[44]。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)miR-34b模擬轉(zhuǎn)染可以減少細(xì)胞內(nèi)TAG的含量和脂滴的積累，同時(shí)miR-34b的過(guò)表達(dá)可抑制乳脂代謝相關(guān)基因如PPARγ、FASN、FABP4和CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α的表達(dá)；miR-27a位于牛7號(hào)染色體12 981 791～13 839 090 bp，Tang等[46]利用熒光素酶分析證實(shí)PPARγ是miR-27a的直接靶標(biāo)，且miR-27a可以靶向PPARγ來(lái)控制BMECs中脂滴的形成和TAG的積累。

乳脂分解代謝方面，長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A合成酶(ACSL1)負(fù)責(zé)在體內(nèi)催化合成酯酰輔酶A，是哺乳動(dòng)物利用脂肪酸的第一步反應(yīng)。Lian等[47]利用TargetScan和PicTar軟件進(jìn)行生物信息學(xué)分析表明ACSL1是miR-181a的潛在靶基因，進(jìn)一步功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)miR-181a可能通過(guò)靶向ACSL1參與乳腺細(xì)胞脂質(zhì)合成的負(fù)調(diào)控。UCP3(Uncoupling protein 3)是脂肪代謝的候選基因之一，占主導(dǎo)地位時(shí)，使得乙酰輔酶A羧化酶濃度降低，進(jìn)而降低骨骼肌丙二酸單酰輔酶 A 的濃度，從抑制狀態(tài)釋放肉毒堿輔酶A轉(zhuǎn)移酶，促進(jìn)脂肪酸的β氧化[48]。Shen等[5]研究表明，miR-152可以靶向UCP3影響細(xì)胞內(nèi)TAG的含量。?；o酶A脫氫酶(ACADM)是線粒體脂肪酸氧化的關(guān)鍵酶，特異性地分解短鏈?；o酶A底物的脂肪酸β氧化反應(yīng)中的第一個(gè)限速酶[49]。Shen等[50]通過(guò)生物信息學(xué)分析初步預(yù)測(cè)酰基輔酶A脫氫酶基因(ACADM)是miR-224的靶基因，功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)miR-224可以下調(diào)ACADM的表達(dá)，且miR-224過(guò)表達(dá)后，BMECs內(nèi)TAG產(chǎn)量減少，細(xì)胞凋亡率增加。

表1 參與反芻家畜乳脂代謝相關(guān)的microRNAsTable 1 MicroRNAs related to milk fat metabolism in ruminants

ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Al(ABCAl)是一種重要的膽固醇流出調(diào)節(jié)蛋白，能介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，使之與載脂蛋白A-Ⅰ結(jié)合并包裝形成高密度脂蛋白(HDL)的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，Chen等[4]研究發(fā)現(xiàn)miR-106b能夠結(jié)合ABCA1基因的3’-UTR，且miR-106b在牛乳腺上皮細(xì)胞中過(guò)表達(dá)導(dǎo)致TAG和膽固醇含量下降，抑制miR-106b后TAG和膽固醇含量升高。腫瘤抑制基因(LATS1)作為Hippo信號(hào)通路主要成員之一，參與多種器官組織的發(fā)育調(diào)控，主要表現(xiàn)在調(diào)控心臟體積大小和心肌發(fā)育[51]。近期研究發(fā)現(xiàn)miR-16a可通過(guò)LATS1調(diào)節(jié)與TAG、膽固醇和不飽和脂肪酸合成相關(guān)的生物過(guò)程[52]，進(jìn)一步豐富了LATS1基因的生物學(xué)功能。

目前對(duì)于牛而言，研究人員已經(jīng)針對(duì)不同牛的品種、同一品種牛不同的泌乳時(shí)期和高低乳脂率篩選出很多與乳脂合成相關(guān)的差異microRNA，并證實(shí)了microRNA在牛乳腺乳脂合成和分解代謝過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用。乳脂合成過(guò)程中PPARγ是至關(guān)重要的調(diào)控因子，miR-29s、miR-454、miR-34b 和miR-27a均與其有不同的結(jié)合位點(diǎn)，分別在啟動(dòng)子區(qū)和3’-UTR等位置發(fā)揮重要作用，進(jìn)而影響B(tài)MECs分泌TAG的含量，這些microRNA在今后乳脂調(diào)控機(jī)制研究中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 microRNA調(diào)控羊乳腺乳脂代謝

日常飲食中羊肉和其乳制品是不可缺少的營(yíng)養(yǎng)品。羊奶中含量較高的癸酸、辛酸、中鏈脂肪酸和較小的顆粒提高了羊奶的消化率，具有抗氧化和降脂功能，這對(duì)促進(jìn)人身體健康具有一定積極效果，深入了解泌乳期間羊乳腺中脂肪代謝相關(guān)基因及調(diào)控因子是必要的[53]。

脂肪酸合成過(guò)程中FASN基因起著至關(guān)重要的作用，miR-15b被干擾后可通過(guò)提高FASN的表達(dá)，進(jìn)而增加山羊乳腺上皮細(xì)胞(Goat mammary epithelial cells, GMECs)的脂質(zhì)含量[54]。在非反芻動(dòng)物中，已經(jīng)證明miR-24參與前脂肪細(xì)胞的分化、肝臟脂肪和血漿TAG的合成[55]，Wang等[56]測(cè)定了泌乳早期(產(chǎn)后15 d)、泌乳高峰期(產(chǎn)后60 d)、泌乳中期(產(chǎn)后120 d)和干乳期(產(chǎn)前60 d)山羊乳腺組織中miR-24的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)泌乳高峰期的miR-24表達(dá)量最高，熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)證實(shí)FASN是miR-24的靶點(diǎn)，且過(guò)表達(dá)miR-24能夠增加不飽和脂肪酸的濃度。在脂肪酸沉積和脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中PPARγ具有關(guān)鍵作用，Lin等[57]研究表明在山羊乳腺系統(tǒng)中過(guò)表達(dá)miR-27a可以有效抑制PPARγ蛋白水平，從而降低了與TAG合成相關(guān)的基因mRNA的表達(dá)。miR-26家族靶基因?qū)儆赑I3K-Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路和脂肪酸生物合成通路，主要參與人類脂肪細(xì)胞的發(fā)育以及和棕色脂肪細(xì)胞特性相關(guān)[58]。Wang等[59]研究表明在GMECs中miR-26a/b及其宿主基因的下調(diào)降低了與脂肪酸合成相關(guān)的基因(PPARγ、FASN、ACACA、GPAM、LPIN1、DGAT1和SCD1等)、TAG積累和不飽和脂肪酸合成。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體輔活化子-1α(PGC1α)是PPARγ的轉(zhuǎn)錄輔助活化因子，Chen等分別以泌乳早期(產(chǎn)后15 d)和泌乳高峰期(產(chǎn)后60 d)[60]、泌乳早期和干乳期[61]的山羊乳腺組織為試驗(yàn)材料，利用S-Poly(T)和高通量測(cè)序來(lái)評(píng)估m(xù)icroRNA和mRNA的表達(dá)，泌乳早期和泌乳高峰期測(cè)序結(jié)果中PGC1α被證明是miR-130b的潛在靶點(diǎn)。有趣的是，miR-130b可以靶向PGC1α基因 mRNA編碼區(qū)和3’非翻譯區(qū)，有效抑制了PGC1α的表達(dá)；同時(shí)在泌乳早期和干乳期發(fā)現(xiàn)PGC1α也是miR-17-5p的作用靶點(diǎn)。過(guò)氧化物酶體增殖性激活受體γ輔活化子1β(PGC1β)同樣是脂類的關(guān)鍵調(diào)控因子，在山羊體內(nèi)被證明是miR-25的直接靶點(diǎn)，miR-25在PGC1β 3’-UTR內(nèi)存在3個(gè)特異性位點(diǎn)，過(guò)表達(dá)miR-25后顯著抑制TAG合成和脂滴積累[53]。

脂肪酸氧化過(guò)程中PPARα是重要的調(diào)節(jié)因子，Chen等[61]研究表明miR-17-5p通過(guò)抑制GMECs中的PPARα來(lái)調(diào)節(jié)脂肪酸代謝。3-羥-3甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶是膽固醇合成的限速酶，胰島素誘導(dǎo)基因1(INSIG1)主要通過(guò)調(diào)控固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白(SREBP)和3-羥-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGR)來(lái)影響脂質(zhì)代謝。Wang等[62]研究表明INSIG1基因是miR-145的直接靶點(diǎn)，且過(guò)表達(dá)miR-145增加了與乳脂合成相關(guān)的基因的轉(zhuǎn)錄，促使脂滴形成和TAG積累，增加不飽和脂肪酸的比例，同時(shí)miR-26a/b也可以靶向調(diào)控INSIG1[63]。Chen等[33]篩選了山羊泌乳高峰期和干乳期相關(guān)差異microRNA，發(fā)現(xiàn)在泌乳高峰期高表達(dá)的miR-30e-5p和miR-15a過(guò)表達(dá)后促進(jìn)脂肪代謝，敲除后則抑制脂肪代謝；同時(shí)證實(shí)了低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6(LRP6)和YAP1基因是miR-30e-5p和miR-15a的靶基因。

Chen等[64]研究證實(shí)具有抑制GMECs成脂作用的miR-181b通過(guò)調(diào)節(jié)Hippo通路中的LATS1基因和靶向胰島素受體底物2(IRS2)來(lái)抑制山羊乳脂代謝。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-183含量與山羊乳中脂肪酸含量呈高度正相關(guān)，同樣靶向調(diào)控 Hippo通路的主要元件之一的哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1(MST1)來(lái)抑制乳脂代謝[65]。miR-142與泌乳牛乳腺中的乳脂代謝密切相關(guān)[41]，而在山羊體內(nèi)miR-142-5p可通過(guò)抑制CTNNB1的表達(dá)來(lái)促進(jìn)乳脂代謝[34]。

迄今為止，microRNA在羊乳腺乳脂合成中的研究基本都以山羊?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)于山羊乳脂合成相關(guān)microRNA研究報(bào)道已有很多(表1)，盡管如此，仍有很多microRNA有待挖掘和進(jìn)一步深入驗(yàn)證其功能。其次，研究證實(shí)的眾多調(diào)控山羊乳脂代謝的microRNA，其靶基因很多都來(lái)自過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體家族，提示該家族對(duì)山羊乳脂合成和分解代謝起著關(guān)鍵調(diào)控作用。值得關(guān)注的是，miR-27a目前在反芻家畜牛和羊中均已被鑒定出通過(guò)調(diào)控PPARγ來(lái)抑制TAG的合成及相關(guān)成脂基因的表達(dá)。因此，microRNA 對(duì)山羊乳脂代謝相關(guān)靶基因具有重要的調(diào)控作用，而且存在協(xié)同調(diào)控機(jī)制，但調(diào)控網(wǎng)絡(luò)極其復(fù)雜，深入解析microRNA參與的乳脂代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是改善乳品質(zhì)非常重要的理論基礎(chǔ)。

4 lncRNA調(diào)控反芻家畜乳脂代謝

哺乳動(dòng)物中的功能研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA通過(guò)在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，在各種生物學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用[66]。

Ji等[67]研究表明，參與刺激反應(yīng)、多生物過(guò)程、發(fā)育、生殖過(guò)程和生長(zhǎng)的lncRNA與山羊乳腺發(fā)育和泌乳密切相關(guān)。Yu等[68]測(cè)定了泌乳早期(5 d)和成熟期(30 d)山羊乳腺組織中mRNA和lncRNA的序列，發(fā)現(xiàn)lncRNAs-00055666、Tcon-00144689和Tcon-00108242在泌乳成熟期的表達(dá)趨勢(shì)(上調(diào))與富集在EMC-受體相互作用、PI3K-Akt信號(hào)通路和MAPK信號(hào)通路中的凝血酶敏感蛋白1(THBS1)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2(FGFR2)、L型鈣離子通道α1C亞基(CACNA1C)、層粘連蛋白α2(LAMA2)和膠原蛋白Ⅳ型α5鏈(COL4A5)相反，而lncRNAs TCONS-00144434、TCONS-00148514和TCONS-00055666在泌乳成熟期表達(dá)趨勢(shì)(上調(diào))與具有脂肪酸生物合成、甾醇生物合成和膽固醇儲(chǔ)存作用的FASN、LPL、GPAM和甲基固醇單加氧酶1(MSMO1)基因相同，然而具體的調(diào)控機(jī)制還有待深入研究。

在牛上Tong等[69]研究發(fā)現(xiàn)TCONS_00162862的靶基因涉及脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性、連接酶活性和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)，主要富集于MAPK信號(hào)通路、PI3K-Akt信號(hào)通路和胰島素信號(hào)通路等。Zheng等[70]對(duì)荷斯坦奶牛泌乳高峰期和泌乳后期的4個(gè)乳腺組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)LNC-XLOC_274111的靶基因是牛乳腺中能夠編碼脂肪酸結(jié)合蛋白的FABP3和FABP4；XLOC_000752的靶基因在PPAR、AMPK和胰島素信號(hào)通路以及甘油脂代謝通路中顯著富集；LNC-XLOC_274111可能參與了奶牛泌乳過(guò)程中的乳脂代謝和乳腺功能，然而該假設(shè)還需要進(jìn)一步功能驗(yàn)證。Yang等[71]從荷斯坦奶牛的干乳期乳腺和泌乳乳腺中共鑒定出3 746個(gè)差異lncRNA和2 890個(gè)差異基因，且差異表達(dá)lncRNA的靶基因參與了乳脂合成相關(guān)信號(hào)通路(JAK-STAT和PI3K-Akt)。Ibeagha-awemu等[72]探究lncRNA在牛乳腺中的表達(dá)特征中發(fā)現(xiàn)涉及脂質(zhì)代謝作用的STARD13基因是XLOC_007663的潛在順勢(shì)靶基因。

目前有關(guān)lncRNA在反芻家畜乳脂方面的研究已有報(bào)道，很多被篩選出的lncRNA在脂肪酸代謝相關(guān)通路顯著富集，研究人員已對(duì)部分與乳脂代謝相關(guān)的lncRNA進(jìn)行了潛在靶基因預(yù)測(cè)，但都處于生物信息學(xué)預(yù)測(cè)階段，相關(guān)機(jī)制方面的研究報(bào)道非常少，因此還有較大的研究空間。

5 circRNA調(diào)控反芻家畜乳脂代謝

circRNA是40年前發(fā)現(xiàn)的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性非編碼RNA[73]。多項(xiàng)研究已經(jīng)證明，circRNA在惡性腫瘤以及細(xì)胞生長(zhǎng)和侵襲過(guò)程中都具有調(diào)控作用[74-75]。在現(xiàn)階段，有研究報(bào)道circRNA可以充當(dāng)“microRNA海綿”，結(jié)合蛋白質(zhì)影響多種生物過(guò)程[22]。miR-574-5p是細(xì)胞遷移和增殖的一個(gè)非常重要的調(diào)節(jié)因子，Liu等[76]研究表明miR-574-5p可以靶向促分裂原活化蛋白激酶9(MAP3K9)并通過(guò)PI3K/AKT-mTOR通路減少山羊乳腺上皮細(xì)胞分泌β-酪蛋白和TAG，通過(guò)生物信息學(xué)預(yù)測(cè)CIRC-016910作為miR-574-5p的海綿，并阻斷了其在GMECs中承擔(dān)生物學(xué)效應(yīng)的相關(guān)行為。Zhang等[77]檢測(cè)了miR-574-5p與CircRNA-006258之間的靶向關(guān)系，結(jié)果證實(shí)CIRCCRNA-006258也可通過(guò)海綿吸附miR-574-5p從而調(diào)控GMECs中TAG的產(chǎn)生。Hao等[78]利用RNA-Seq技術(shù)探究泌乳高峰期小尾寒羊和甘肅高山細(xì)毛羊乳腺組織中circRNAs的表達(dá)譜，對(duì)篩選出具有表達(dá)差異的 CIRC-001091進(jìn)行目標(biāo)microRNA預(yù)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-432、miR-200b和miR-29是CIRC-001091的靶microRNA，其中miR-29已被證明調(diào)控奶牛乳腺上皮細(xì)胞中乳蛋白、TAG和乳糖的分泌[42]。

Wang等[79]探討熱應(yīng)激對(duì)奶牛乳腺組織中circRNA表達(dá)水平的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與乳脂代謝相關(guān)的差異基因CD36和14個(gè)不同的circRNA的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，差異基因SLC27A6與8個(gè)circRNA的表達(dá)呈顯著正相關(guān)；并構(gòu)建了circRNA-microRNA-CD36調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，生物體內(nèi)circRNA在microRNA行使功能的過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用，對(duì)基因的表達(dá)具有積極的效應(yīng)。然而目前有關(guān)circRNA在反芻家畜乳脂調(diào)控方面的研究還相對(duì)較少，具體作用機(jī)制還有待更深入的研究和探索。

6 展 望

乳脂代謝是一個(gè)非常復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，需要各種轉(zhuǎn)錄因子共同參與才能夠精確完成。ncRNA更是如此，對(duì)于microRNA而言，在反芻家畜乳脂代謝過(guò)程中，多個(gè)microRNA可直接或間接作用于同一個(gè)基因，如PPARγ基因受miR-29 s、miR-454和miR-27a調(diào)控，INSIG1受miR-145和miR-26a/b調(diào)控，F(xiàn)ASN基因受miR-15b和miR-24調(diào)控，PGC1α受miR-130b和miR-17-5p調(diào)控，并且在乳脂代謝過(guò)程中microRNA靶基因很多來(lái)自過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體家族，其中PPARγ是miR-27a在牛和山羊中共同的靶基因，提示該家族對(duì)反芻家畜乳脂代謝起著關(guān)鍵作用；然目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同一個(gè)microRNA調(diào)控多個(gè)乳脂相關(guān)基因的研究報(bào)道，這可能是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

microRNA在反芻家畜乳脂代謝方面的研究目前多集中于脂肪酸從頭合成過(guò)程，研究并鑒定出microRNA的靶基因主要有ACACA、FASN和ELOVL家族、PPARγ及其受體活化因子，脂肪酸氧化方面的研究相對(duì)較少，這也從側(cè)面體現(xiàn)出研究?jī)?nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合。隨著microRNA對(duì)反芻家畜乳脂代謝的調(diào)控研究越來(lái)越透徹，大量的microRNA被鑒定，但仍處于細(xì)胞驗(yàn)證階段，對(duì)生產(chǎn)上乳脂真正意義上的提高還有待更深入的研究。

lncRNA和circRNA在乳脂合成方面目前還處于生物信息學(xué)預(yù)測(cè)階段，功能機(jī)制方面的研究報(bào)道較少，缺乏試驗(yàn)驗(yàn)證材料的積累，然而可以明確的是lncRNA和circRNA對(duì)乳脂的調(diào)控更多的是通過(guò)microRNA間接作用于成脂基因(CIRC-016910-miR-574-5p-MAP3K9)，對(duì)基因的表達(dá)具有積極的效應(yīng)，在調(diào)控乳脂代謝過(guò)程中具有重要生物學(xué)意義。

目前，lncRNA、circRNA和microRNA在乳脂代謝調(diào)控方面的研究空間還很大，具體的作用機(jī)制還有待更深入的研究和探索，從而進(jìn)一步為反芻家畜乳脂合成機(jī)理的揭示提供新的解釋。其次，乳脂含量不僅受ncRNA的表觀遺傳調(diào)控，同時(shí)日糧營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)對(duì)其影響也較大，因此，通過(guò)改變反芻家畜的日糧水平，將營(yíng)養(yǎng)供給和ncRNA結(jié)合到一起，找出其中的必然聯(lián)系，這將對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中乳脂真正意義上的改善具有重要意義。