FABPs 基因家族在動物育種領域的研究進展

林彭楚彬，孫三山，高亞杰，阮 超，嚴杜建

（1.香港都會大學， 香港 九龍區 999077；2.阿克蘇職業技術學院/反芻動物群發病防控工作室， 新疆 阿克蘇843000；3.新疆農業大學，新疆 烏魯木齊 830000）

脂肪酸結合蛋白 （fatty acid binding proteins，FABPs） 屬于細胞內脂質結合蛋白（intracellular lipid binding proteins，iLBPs）超家族的成員，是一類分子量在12～15 kDa 的小分子胞內蛋白， 廣泛存在于動物各種器官組織當中，在不同物種之間的同源性較高， 對于脂肪酸具有優異的結合能力［1］。目前FABPs 基因家族已發現了12 種類型， 其中只 有4 種 類 型 （A-FABP、H-FABP、I-FABP、LFABP）被列為主要影響畜禽胴體與肉質性狀的候選基因， 其他類型主要在癌癥發生發展機制及代謝病方面研究較為深入，因此，畜禽的大多數生產表型與4 種FABPs 基因家族成員的表達有關。 近年來，FABPs 基因在提升畜禽胴體與肉質方面的多態性研究成為分子育種改良的熱點， 有效推動了畜禽生產提質增效的進程［2-3］。 筆者介紹了FABPs 基因家族主要成員在動物組織器官中的分布情況和主要功能， 綜述了該基因家族代表性成員H-FABP 基因和A-FABP 基因在畜禽育種領域的研究進展， 以期為利用該基因家族開展畜禽分子標記輔助育種、改善畜禽生產性狀提供參考。

1 FABPs 基因家族的功能及分布

1.1 主要功能及作用

FABPs 作為一種進化高度保守的蛋白質，在動物組織器官的脂質轉運和代謝反應中起著核心作用，FABPs 基因家族由至少9 個具有相似三級結構和分布在特定組織細胞的同源蛋白組成，由于氨基酸序列的差異，不同類型的FABPs 對脂肪酸結合均存在較為顯著的功能特異性，因此，可以通過其功能特異性反映其在不同組織細胞表達的獨特環境［4］。 FABPs 的主要作用如下：①調控脂肪酸的運輸和代謝；②與各種膜蛋白和胞內蛋白（如血清可溶性轉鐵蛋白受體、脂肪甘油三酯脂肪酶）相互作用；③調節組織和細胞特異性脂質反應［5］。

1.2 在機體內的分布

FABPs 在心臟、腸道、肝臟、腦、肌肉、髓鞘、視網膜、上皮組織、脂肪組織等多個組織器官中廣泛存在，但同一物種并非包含所有FABPs 基因家族成員，單個FABPs 基因家族成員僅在特定組織器官中顯著表達， 例如A-FABP 基因主要在脂肪組織表達、H-FABP 基因主要在心臟和肌肉表達［6］。根據在不同組織中的分布特點及表達差異，FABPs 基因家族成員主要以第一次被發現的組織器官命名， 截至目前已在不同的物種及其組織器官上發現12 種類型（見表1），其中，有10 種類型主要在哺乳類動物中表達，2 種類型發現于非哺乳動物，但主要表達部位定義仍未明確［4，7-8］。

表1 FABPs 基因家族的類型及分布

2 FABPs 基因家族常見的成員

2.1 H-FABP 基因

目前H-FABP 基因的研究在豬和禽類上報道較多，在其他物種的報道上較少。 Gerbens 等［9］通過對兩個約克夏豬群體進行研究， 建議H-FABP基因作為肌內脂肪沉積的候選基因。 Mao 等［10］研究發現，鴿子H-FABP 基因的mRNA 表達水平與肌內脂肪含量密切相關， 認為該基因可以作為標記輔助優質肉選擇的候選基因。 曹?。?1］研究發現H-FABP 基因檢測區域的突變會影響甘南閹牦牛的眼肌面積和胴體重，AA 型閹牦牛個體眼肌面積最小，BC 型個體胴體重最小， 而AB 型個體眼肌面積最大。 H-FABP 基因多態性位點在一定程度上會影響畜禽的產肉性狀， 可以作為提高產肉性狀的候選基因。

2.2 A-FABP 基因

A-FABP 基因主要參與肌內脂肪代謝相關過程，對調控肌內脂肪沉積具有重要作用。劉艷妍［12］對秦川牛A-FABP 基因的多態性及其與肉用性狀的關聯性進行研究， 發現A-FABP 基因5′側翼區的突變對產肉性狀影響較大， 外顯子3 的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）與眼肌面積有相關性，A-FABP 基因的3′側翼區突變與胴體有相關性，外顯子2 的SNP 與屠宰率、肌肉嫩度、 胴體長和眼肌面積有相關性， 從而確定

A-FABP 基因多態性與肉用性狀顯著相關。 Cho等［13］研究發現A-FABP 基因多態性與牛的背部脂肪厚度也呈現顯著相關。Yin 等［14］研究表明延邊黃牛后腿肌肉組織中A-FABP 基因的mRNA 相對表達量與肌內脂肪含量呈顯著正相關， 與背最長肌組織中肌內脂肪含量呈極顯著正相關。A-FABP基因可作為肉質性狀的輔助標記基因。

2.3 L-FABP 基因

目前關于L-FABP 基因的研究主要集中在雞和鴨的肉質性狀改良方面。 Mentari 等［15］通過研究Cihateup 鴨的L-FABP 基因多態性與脂肪酸組成、胴體和肉質的關系，發現L-FABP 基因與胴體率極顯著相關， 并顯著影響肌肉中月桂酸和棕櫚酸等飽和脂肪酸的含量。Wang 等［16］通過研究肝臟脂肪酸結合蛋白與雞腹部脂肪沉積的關聯性，揭示了L-FABP 的組織表達特性及L-FABP 基因對生長和體組成性狀具有重要影響， 推測L-FABP基因可能是影響雞脂肪沉積性狀的一個候選位點或與某些決定該性狀的主效基因有關。L-FABP 基因可作為雞鴨脂肪沉積及肉質改良的候選基因［17］， 同時圍繞該基因開展研究可為明晰禽類脂質代謝調控機制提供參考。

2.4 I-FABP 基因

I-FABP 基因主要在空腸組織中表達，而不是在十二指腸、回腸、近端和遠端結腸等部位。 通過免疫熒光定位技術發現，相較于L-FABP、I-FABP在細胞質、 小腸微絨毛和基底外側膜中分布更為均勻， 因此，I-FABP 基因的表達產物更適用于動物腸道疾病的檢測［18］。 Niewold 等［19］參考人類IFABP 的研究結果，通過人I-FABP 酶聯免疫吸附試驗對豬血液樣本進行研究， 認為豬的血漿IFABP 濃度可作為腸黏膜輕度損傷的敏感標記物。Cahyaningsih 等［20］通過研究感染不同劑量柔嫩艾美耳球蟲卵囊的雞血清中I-FABP 的濃度變化，發現I-FABP 與機體巨噬細胞和脂肪組織中的關鍵脂質敏感途徑密切相關，從而參與腸道炎癥的調控。 也有研究表明，I-FABP 基因可為探究魚腸道的發育機制提供有效標記［21］。 在生物醫學上，I-FABP 濃度可作為早期檢測胃腸道損傷的參考指標。

2.5 M-FABP 基因

M-FABP 在肌肉細胞中發揮作用， 與肌肉能量代謝和脂肪酸氧化等過程有關， 對于生物機體脂肪酸代謝、 肌肉生長以及能量平衡均具有重要的生理作用。 目前關于M-FABP 的功能表達在脊椎動物的耐力及運動研究方面較為突出， 尤其是在長期遷徙的候鳥肌肉組織中表達水平最高 （約占胸肌細胞胞漿蛋白的14%～21%）， 而在非遷徙階段的候鳥體內表達水平減少。 由此可知，MFABP 基因表達的季節性變化可能與候鳥遷移過程中肌肉組織能量供應有關， 特別是在脂肪酸供應中發揮關鍵作用［22］。 M-FABP 可作為改善動物運動及耐力性能的候選基因。

2.6 其他基因

相較于前幾種FABPs 基因家族成員，其他成員的功能主要在醫學領域被關注，如癌癥研究，多數成員的主要功能暫不明確，因此，在畜牧領域研究進展緩慢。 在畜禽育種領域，針對FABPs 基因家族成員的研究主要聚焦于其在脂肪酸調控過程中發揮的作用， 例如：E-FABP 基因和Ex-FABP基因主要與雞的腹脂重、腹脂率等表型相關［23-24］，T-FABP 基因的表達產物在不同溫度下會影響虹鱒魚肝臟、腸道和脾臟的脂質調節平衡［25］。綜上所述，不同種類的FABPs 家族成員在畜禽群體及個體中的遺傳多樣性及其與生產性狀表達的關系是今后研究的重點方向。

3 FABPs 基因家族代表性成員在動物育種領域的研究進展

在畜禽遺傳改良及品種選育領域， 對FABPs基因家族成員的研究主要以H-FABP 基因和AFABP 基因為對象， 對其他成員的深入研究較少。目前H-FABP 基因和A-FABP 基因的研究主要集中在對動物生產性能的影響，包括生長速度、肉質和繁殖性能等［26］。 例如，H-FABP 基因的表達量與畜禽的生長速度和繁殖性能有關， 而A-FABP 基因的表達量則與畜禽的肉質性狀有關。 深入研究H-FABP 基因和A-FABP 基因的多態性、 表達特征、 作用機制及影響因素將有助于提高畜禽生產性能。

3.1 牛

A-FABP 基因被定位在牛的14 號染色體上，全長4 391 bp， 有4 個外顯子；H-FABP 基因被定位于2 號染色體上， 由4 個外顯子和3 個內含子組成。 王卓等［27］研究發現秦川牛H-FABP 基因第1 外顯子上存在SNP 位點且與肉用性狀有較強的關聯性。 Ye 等［28］研究表明棕櫚酸和硬脂酸處理可調節水牛乳腺上皮細胞中大部分FABPs 的表達，從而影響水牛產奶量，為進一步研究FABPs 基因家族在水牛奶合成調控中的潛在作用提供了參考。Ardicli 等［29］使用聚合酶鏈式反應-限制性片段長度多態性分析 （polymerase chain reaction followed by restriction fragment length polymorphism assay，PCR-RFLP） 對荷斯坦公牛12 個育肥性狀候選基因進行了基因分型， 最終確定A-FABP 基因多態性影響飼料轉化率與平均日增重等重要經濟性狀。Al-Janabi 等［30］研究發現FABP3 基因多態性可用于奶牛遺傳改良策略的制定， 通過選擇和雜交可獲得最佳繁殖性能的基因型。通過研究HFABP 基因和A-FABP 的基因多態性與體型、眼肌面積、 產奶量和繁殖能力等性狀的關聯性可以為牛的遺傳育種改良提供一定的理論依據。

3.2 羊

H-FABP 基因被定位在綿羊和山羊的2 號染色體上，均有5 個外顯子；A-FABP 基因被定位于山羊的14 號染色體上，有4 個外顯子。 Ibrahim 等［31］通過聚合酶鏈反應-單鏈構象多態性分析（polymerase chain reaction-single-stranded conformational polymorphism，PCR-SSCP）對Sfakia 綿羊HFABP 基因分型后發現，H-FABP 基因型變異與產奶性狀之間存在相關性。 Eer 等［32］研究發現HFABP 基因的2 個SNP 位點在湖羊和灘羊的生長繁殖性狀之間存在顯著相關性，可以作為灘羊育種的分子標記。 艾錦新等［33］在黔北麻羊群體中H-FABP 基因第5 外顯子和3′非翻譯區篩選出1 個對體型性狀有極顯著影響的SNP 位點g.13665051C>T，并產生3 種基因型，將其與體型性狀進行關聯分析得出該位點對體高、體斜長、胸寬、體深、胸圍和管圍等均有顯著影響，在小尾寒羊、巴什拜羊等群體中均得出了相似的結果。熱依拉·普拉提等［34］通過研究巴什拜羊發現A-FABP基因的GA 型個體的胸圍、體重、體長均顯著高于GG 型個體，可作為巴什拜羊育種的分子標記。 通過進一步挖掘H-FABP 基因和A-FABP 基因與羊的生長性狀之間的關聯性， 可以為羊的育種及遺傳改良提供參考。

3.3 豬

H-FABP 基因被定位在豬的6 號染色體上，有4 個外顯子；A-FABP 基因被定位于4 號染色體上，有4 個外顯子。 Tyra 等［35］研究發現H-FABP基因在豬肌肉組織中的表達不隨年齡或品種變化， 并且H-FABP 基因與豬脂肪組織的發育和功能存在關聯性。Shang 等［36］比較了高肌內脂肪的藏豬和低肌內脂肪的大白豬H-FABP 基因的mRNA和蛋白表達量， 并基于PCR-RFLP 對其進行基因分型，結果表明，C-1375G 位點可能與豬肌內脂肪沉積相關。 Zhu 等［37］研究表明，肥育豬飼糧中添加二丁酰環腺苷酸降低了A-FABP 基因的表達水平，抑制了前脂肪細胞的增殖和分化，從而減少了脂肪沉積。 目前關于A-FABP 基因和H-FABP 基因的研究主要涉及豬脂肪組織代謝， 通過調節脂肪組織中脂肪沉積和分解之間的平衡可以為提升豬生產性狀及品種改良提供依據。

3.4 雞

H-FABP 基因被定位于雞的23 號染色體上，有4 個外顯子；A-FABP 基因被定位于2 號染色體上，有4 個外顯子。 Wang 等［38］通過研究拜城油雞胸肌和腿肌中A-FABP 基因多態性和mRNA量與肌內脂肪含量之間的關聯性， 表明A-FABP基因是進一步研究雞肌內脂肪沉積機制的合理候選基因。 Wang 等［2］利用全基因組分析手段研究發現雞FABPs 基因家族成員與哺乳動物具有相似的功能域、基因結構和進化歷史，但表現出不同的表達譜和調控機制。 通過進一步了解A-FABP 基因和H-FABP 基因對雞肌內脂肪沉積作用機制，可為加快雞品種選育及改良進展提供支持。

4 小結與展望

目前已鑒定出12 種FABPs 基因家族成員，有9 種在畜禽中較為常見。 FABPs 基因主要參與調控不同器官組織脂肪酸的轉運代謝， 通過影響肌內脂肪含量來改善肉質的嫩度、風味和多汁性。近年來，FABPs 基因家族成為提高動物肉質、胴體等表型的重要研究對象， 其基因多態性也成為動物肌內脂肪性狀分子育種改良的熱點［39-41］。

探索新興生物技術在動物育種領域的應用，通過全基因組關聯分析、基因敲除、基因轉染等現代分子生物學方法，進一步了解FABPs 基因家族成員在不同細胞和組織中調節脂肪酸代謝的機制，挖掘FABPs 基因家族成員在育種領域的應用潛力， 可為畜禽分子育種發現新的候選基因提供技術支撐。