1、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和基因表達(dá)，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和在營(yíng)養(yǎng)學(xué)中的應(yīng)用，從分子水平明確養(yǎng)分代謝過程和規(guī)律，正確確定動(dòng)物群體和個(gè)體的營(yíng)養(yǎng)需求，掌握養(yǎng)分?jǐn)z入過剩和不足的結(jié)果，解決營(yíng)養(yǎng)代謝疾病的防治和其他營(yíng)養(yǎng)問題成為可能。 營(yíng)養(yǎng)與基因表達(dá)的關(guān)系及其作用機(jī)制已成為分子生物學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容和營(yíng)養(yǎng)學(xué)的新研究領(lǐng)域。 這個(gè)領(lǐng)域的研究在過去的510年中取得了很大的進(jìn)展。 營(yíng)養(yǎng)與基因表達(dá)的一般關(guān)系是兩個(gè)方面：之一是養(yǎng)分?jǐn)z入量影響基因表達(dá)，二是基因表達(dá)的結(jié)果影響?zhàn)B分的代謝途徑和代謝效率，決定營(yíng)養(yǎng)需求量。動(dòng)態(tài)性能(meat、milk、egg、wool、etc) (growth、development、etc )、genotype

2、 (gene )管理)、inter-relationshipsbeen 基因表達(dá)：某些編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)控制包括轉(zhuǎn)錄控制、RNA加工控制、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)控制、翻譯控制、mRNA穩(wěn)定性控制及翻譯后的控制。 每個(gè)控制點(diǎn)直接或間接地與養(yǎng)分相關(guān)(Clarke，1992 )。 研究表明，營(yíng)養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)的作用主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄或翻譯前水平，對(duì)翻譯后的影響小(Berdanier，1998 )。 發(fā)現(xiàn)真核細(xì)胞的mRNA的5和3末端堿基不能翻譯成蛋白質(zhì)，被稱為非編碼區(qū)(UTR )。 UTR包含調(diào)節(jié)mRNA腺苷聚合、穩(wěn)定性、細(xì)胞中分布定位及翻譯的調(diào)節(jié)信號(hào)，在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中起著核心作用(Kozak，1992

3、； Choi，1995 )。 養(yǎng)分對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用由UTR，特別是3UTR來實(shí)現(xiàn)。 Nutrient intake、Gene expression DNA RNA protein、nutrientuptakepathwayandmetabolism、Nutrient requirement、 互關(guān)系shipsofnutritionandgeneexpression、Which genes、particularlythoseinvolvedincontrolofmetabolism、grow ws howdonutrism howistheexpressionofspecificgenepr

4、oductsinvolvedinmetabolismandchannellingofnutrients，基礎(chǔ)質(zhì)量。 directandirecteffectsofnutritiononregulationofgeneexpression、關(guān)鍵控制點(diǎn)、 transcriptionalregulationactivation transcriptionalspeedpost-transcriptionalregulationmrnaprocessing (splicing ) mrnatransporta 本地化mrnastabilitymrnatranslationpost-translatio

5、n regulation是regulatorysignalsintheuntranslatedregionsandtheirinterac interactionbetweennutritionandgeneexpressionnutritionalregulationofgeneexpressionmolecularbiologicalapproachestonutrient-genes lfactorsonnutrient-gene交互，principles :安裝。 Vance，1992 )。 能量蛋白對(duì)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的影響可能具有組織特異性。 二、氨基酸對(duì)基因表達(dá)的影響氨基酸除了參與

6、調(diào)節(jié)igf和GHR基因表達(dá)外，還參與調(diào)節(jié)多種其他基因表達(dá)。 Marten (1994 )報(bào)道，從大鼠肝細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)中去除氨基酸后，促進(jìn)一些基因的表達(dá)，最大幅度提高的是CHOP基因。 CHOP是分子量小的核蛋白，是轉(zhuǎn)錄因子C/EBP (CCAAT/促進(jìn)子結(jié)合蛋白)的同源蛋白。 CHOP通過與C/EBP結(jié)合形成二聚體調(diào)節(jié)多種基因表達(dá)(Cao，1991； Birkenmeier，1989； Umek，1991 )。 bru hat (1997，1999 )證明在人細(xì)胞培養(yǎng)中，低濃度亮氨酸明顯提高了CHOP基因的表達(dá)，其機(jī)制提高了基因轉(zhuǎn)錄率和CHOP mRNA的穩(wěn)定性。 賴氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苯丙氨

7、酸、蘇氨酸等其他氨基酸的限制也能促進(jìn)CHOP的表達(dá)。Wang (1996 )認(rèn)為，氨基酸缺乏引起的基因表達(dá)變化不是氨基酸本身的作用，而是氨基酸濃度降低引起的異常蛋白質(zhì)合成的結(jié)果。 但是bru hat (1997，1999 )認(rèn)為，低濃度氨基酸誘導(dǎo)CHOP的表達(dá)不是細(xì)胞應(yīng)激的結(jié)果，而是氨基酸自身的直接作用。 他們?cè)贑HOP基因上發(fā)現(xiàn)了氨基酸缺乏時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的2種轉(zhuǎn)錄因子。 氨基酸調(diào)控CHOP基因表達(dá)的作用機(jī)制尚需深入研究。 三、脂肪酸對(duì)基因表達(dá)的影響1脂肪合成酶系自古以來就知道日食脂肪具有抑制肝臟脂肪合成的作用。 脂肪除直接作用于脂肪酶體系外(如脂肪酶a是ACC的結(jié)構(gòu)變化抑制劑)，能調(diào)節(jié)脂肪酶的表

8、達(dá)是抑制生脂作用的重要原因。 LCFA通過肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶(CPT )系統(tǒng)進(jìn)入線粒體內(nèi)進(jìn)行氧化供給，而CPT系統(tǒng)主要是位于線粒體膜外側(cè)的CPT和位于膜中間的肉堿?；鈮A轉(zhuǎn)移酶和位于膜內(nèi)側(cè)的CPT 在這個(gè)過程中，由于CPT在進(jìn)入控制LCFA進(jìn)入線粒體的主要部位(McGarry線粒體后的LCFA氧化供給能量受到3 -羥基-3-甲基戊二醇coa(hmgcoa )合成酶的限制，這兩種酶被LCFA 一些實(shí)驗(yàn)證明n - 6和n - 3多不飽和脂肪酸(PUFA )能夠抑制肝臟脂肪合成所需的多種酶。 受PUFA阻礙的生物脂肪酶包含脂肪酸合成酶、乙酰CoA羧化酶(ACC )、6 -磷酸葡萄糖脫氫酶、硬脂酰Co

9、A脫飽和酶、l -丙酮酸激酶(lpk )和S14蛋白(參與脂肪代謝的蛋白質(zhì))，主要是脂肪酸合成作用活躍的land Ntambi，1992 )。 脂肪酸抑制作用的大小與鏈長(zhǎng)和飽和度有關(guān)。 魚油中脂肪酸抑制作用最強(qiáng)。 18 33602 (n-6 )和183360 (n-3 )經(jīng)過去飽和作用，分別轉(zhuǎn)換為18 33602 (n-6 )和183360 (n-3 )才有抑制作用PUFA的主要作用機(jī)制是抑制基因轉(zhuǎn)錄，降低mRNA水平。 發(fā)現(xiàn)PUFA可以與基因上的轉(zhuǎn)錄因子直接結(jié)合。 現(xiàn)有S14和lpk基因上PUFA的作用部位(Jump，1999； 里伊瑪特塔，1994 )。SCD1 :硬脂基coa脫飽和酶、F

10、AS :脂肪酸合成酶、P K:丙酮酸激酶、ACC :乙酰coa羧化酶、GLU T4 :胰島素反應(yīng)性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4， PEPCK:磷酸烯醇丙酮酸羧化酶、ACO :乙酰輔酶氧化酶、CCP :細(xì)胞色素P450 4A2、GK:葡萄糖激酶、ME :蘋果酸酶、APO A - 1 :脫脂蛋白A - 1， LPL :脂蛋白脂肪酶、HSL :激素敏感性脂肪酶、C/EBP: CCAA T/促進(jìn)子結(jié)合蛋白、PPAR:過氧化體增殖活性受體、aP2 :脂肪細(xì)胞脂質(zhì)結(jié)合蛋白、A TP - CL : A TP -檸檬酸分解酶、g 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入細(xì)胞膜后才能進(jìn)一步代謝。 已知在動(dòng)物體內(nèi)存在多種葡

11、萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(從GLUT1到GLU T5、GLUT7)。 根據(jù)編碼這些蛋白質(zhì)的基因的表達(dá)程度，決定葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞的數(shù)量。 Long 1996 )、Tebbey (1994 )等研究表明，脂肪酸，特別是花生四烯酸(ADA )是脂肪細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的生理調(diào)節(jié)物。 ADA是t細(xì)胞中硬脂酰- CoA脫飽和酸(Long，1996 )、肝臟脂肪酸合成酶(Clarke，1992 )、3T3 - L 1脂肪細(xì)胞中的GLU T4 (Tebbey，1994 )等基因的Tebbey等(1994 )或ADA是GLU T4基因的將完全分化的3T3 - L 1脂肪細(xì)胞放入ADA中培養(yǎng)48小時(shí)，GLU T4mRNA的量降低

12、了90 %，這是因?yàn)镚LU T4基因的轉(zhuǎn)錄降低了50 %，GLU T4mRNA的穩(wěn)定性也顯著降低了。 四、碳水化合物對(duì)基因表達(dá)的影響，高碳水化合物飼料促進(jìn)脂肪的合成，其作用包括基因轉(zhuǎn)錄、mRNA加工和穩(wěn)定性(Katsurada，1990； Clarke，1992； Towle，1997年)。 大鼠肝細(xì)胞在蔗糖介質(zhì)中培養(yǎng)2小時(shí)，脂肪酸合成酶和S14 mRNA水平增加1015倍絕食大鼠喂食高碳水化合物飼料后，肝中果糖激酶和丙酮酸激酶的mRNA量在46小時(shí)內(nèi)提高7倍。 另外，碳水化合物促進(jìn)ATP -檸檬酸分解酶、甘油- 3 -磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶、十八烷基CoA脫飽和酶等基因表達(dá)的作用也在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過程(T

13、owle，1997 )中發(fā)生。 碳水化合物對(duì)S14基因(Burmeister，1991 )、apoB基因(Baum，1990 )的調(diào)節(jié)作用發(fā)生在mRNA的加工過程中，肝臟蘋果酸酶、6磷酸葡萄糖脫氫酶等的作用是通過提高mRNA的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)的(doz ) IRNA 摩斯塔德，1991 )。 碳水化合物中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵成分是葡萄糖，但是現(xiàn)在還不清楚是葡萄糖直接作用還是激素分泌變化引起的。 磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK )是肝臟和腎臟中糖元異生的關(guān)鍵酶，其基因轉(zhuǎn)錄區(qū)起點(diǎn)上游500bp內(nèi)含有多個(gè)調(diào)節(jié)單元，與代謝信號(hào)相稱的該基因的表達(dá)受日糧營(yíng)養(yǎng)成分的調(diào)控。 營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)PEPCK的調(diào)控主要是通過其啟

14、動(dòng)子作用來實(shí)現(xiàn)的。 葡萄糖的直接作用很重要，胰島素對(duì)生脂基因的調(diào)節(jié)被認(rèn)為是通過葡萄糖實(shí)現(xiàn)的(Ferre，1999 )。 日食中糖類含量多時(shí)，胰島素的作用會(huì)抑制PEPCK基因的轉(zhuǎn)錄，降低其水平。 如果禁食或日食含有低糖，情況恰好相反。 目前鑒別了L - P K，S14和ACC基因中葡萄糖作用區(qū)Girard，1997 )。 但是，在一些基因的最大表達(dá)中，葡萄糖與激素的協(xié)同作用(Clarke，1992； Vaulont，1994 )。 五、礦物質(zhì)和維生素對(duì)基因表達(dá)的影響、鐵：鐵的吸收和運(yùn)輸需要轉(zhuǎn)鐵蛋白及其受體的參與，鐵蛋白是鐵的體內(nèi)貯藏形式和高劑量鐵的解毒形式，兩蛋白質(zhì)的表達(dá)受到翻譯后調(diào)節(jié)機(jī)制的控制

15、。 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的3UTR中含有鐵調(diào)節(jié)區(qū)(IRE )。 鐵缺乏時(shí)，鐵調(diào)節(jié)蛋白(IRP )與IRE結(jié)合，保護(hù)mRNA不被RNA分解酶分解，提高運(yùn)動(dòng)鐵蛋白受體水平。 如果存在鐵，IRP脫離mRNA分子，失去保護(hù)的mRNA變得不穩(wěn)定，其翻譯率降低，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的合成量減少，鐵的吸收率降低(Klausner，1989； Koeller，1989； Theil，1994年)。 鐵的情況不影響轉(zhuǎn)鐵蛋白受體基因的轉(zhuǎn)錄(Klausner，1989 )。 然而，Zakin (1992 )綜述說，許多組織含有轉(zhuǎn)鐵蛋白基因，而不同組織的基因含有不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，使轉(zhuǎn)鐵蛋白基因的表達(dá)具有明顯的組織特異性。 硒、硒以半胱氨酸硒的形式參與硒蛋白質(zhì)(例如GSH - Px、碘化甲狀腺氨酸- 5-脫碘酶)的組成。 在硒蛋白的翻譯過程中，UGA密碼子不再作為終止信號(hào)，而是作為半胱氨酸硒的代碼信號(hào)，向蛋白質(zhì)中插入半胱氨酸硒(Shen，1993 )。 Burk (19