導語：脂調(diào)節(jié)基因研究分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

論文關鍵詞UCP3；定位；功能；表達調(diào)控；多態(tài)性

論文摘要UCP3基因是線粒體載體蛋白家族的重要成員，是肥胖的候選基因。綜述了UCP3基因的分子結構、染色體定位、生物學功能、表達調(diào)控機理，及其在人類疾病、脂肪代謝、動物生產(chǎn)和系統(tǒng)發(fā)育等領域中的應用，并對其進行了總結和展望。

UCP3（uncouplingprotein3，UCP3）是肥胖的候選基因，主要分布于骨骼肌線粒體內(nèi)膜，介導氧化過程與ADP磷酸化過程的解偶聯(lián)，使能量不以ATP形式儲存，而是以熱能的形式釋放。1997年，Boss等在棕色脂肪組織發(fā)現(xiàn)了UCP3蛋白，屬于線粒體載體蛋白家族，位于肥胖基因的QTL位點[1]。本文對國內(nèi)外關于UCP3基因的分子結構、染色體定位、表達調(diào)控機理及其應用等方面最新的研究進展進行了比較全面的總結和論述，以期為UCP3基因的進一步研究提供參考。

1UCP3基因的定位及分子結構

研究發(fā)現(xiàn)，豬UCP3基因定位在9P21-P24，有6個外顯子，開放性讀碼框架（Openreadingframe，ORF）為936bp，編碼的UCP3蛋白包含311個氨基酸，并有6個跨膜功能域和1個嘌呤核苷酸結合區(qū)，與UCP2緊密連鎖，比UCP2表達更為廣泛。人的UCP3基因位于11q13，在骨骼肌中大量表達，棕色和白色脂肪組織中也有表達，與UCP2同屬解偶聯(lián)蛋白家族L且有73％的同源性，兩者緊密連鎖，相隔75～150bp，UCP3基因全長8.5Kb，至少有7個外顯子，產(chǎn)生2個轉錄產(chǎn)物：UCP3短型（UCP3S）和UCP3長型（UCP3L），UCP3短型是由于C端外顯子7缺乏，與UCP3長型不同。小鼠UCP3基因定位于7號染色體，大鼠定位于1號染色體，也與UCP2基因緊密相連，二者相距7～8Kb。小鼠的UCP3基因主要分布于骨骼肌和灰色脂肪組織中。

UCP3存在活化和非活化2種狀態(tài)，UCP3mRNA在棕色脂肪組織中有高水平的表達，在小鼠出生后高表達，后開始下降，停止下降在3月齡，以后又開始上升（腸系膜灰色脂肪組織到7月齡才開始恢復），這與UCP1在灰色脂肪組織表達規(guī)律一致[2]。

2UCP3基因的生物學功能

2.1解偶聯(lián)作用

UCP3蛋白分布在骨骼肌的線粒體內(nèi)膜，可引起質(zhì)子經(jīng)線粒體內(nèi)膜回漏增加（即“質(zhì)子漏”），使合成ATP所依賴的線粒體質(zhì)子跨膜梯度降低從而ATP合成效率下降，使呼吸鏈中的氧化與磷酸化作用解偶聯(lián)，并將貯存的能量以熱能形式釋放。

UCP3蛋白作為線粒體的質(zhì)子通道，脂肪酸陰離子的移動對質(zhì)子的轉運必不可少。這是因為游離脂肪酸為其提供必需的自由羧基，使質(zhì)子轉運成為可能或轉運更加容易。值得一提的是，UCP3介導的解偶聯(lián)需要輔助因子（如：超氧化物、輔酶Q、脂肪酸及他們的衍生物）。UCP3缺失的小鼠ROS產(chǎn)物（破壞作用）增加[3]，UCP3基因表達增加可以降低活性氧產(chǎn)物。UCP3蛋白也可通過質(zhì)子漏減少膜上質(zhì)子梯度和膜電壓，從而利于ROS的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，UCP3基因可使用它轉化的酵母線粒體膜電位下降[4]。C2C12成肌細胞不表達UCP3蛋白也說明其可顯著降低線粒體膜電位。

Goog等研究發(fā)現(xiàn)，UCP3基因敲除的小鼠質(zhì)子滲出增加，但可通過補償機制使基礎代謝保持不變[5]。補償作用的另一個證明是野生型倉鼠脂肪中，PPAR配體處理可以促進UCP3基因的表達，在突變連鎖缺失UCP3基因阻斷PPAR依賴型的UCP3基因的反式激活中，表型值無變化，冷適應的UCP3缺失型倉鼠既不影響去甲腎上腺素誘導的最大的顫抖性產(chǎn)熱，也不影響寡霉素存在下線粒體的解偶聯(lián)的呼吸作用[6]。

2.2生熱作用

在哺乳動物骨骼肌中，UCP3基因是T3生熱作用的調(diào)節(jié)因子，其通過UCP3基因敲除的小鼠注射高劑量的T3基礎代謝增加得到證明[5]，同時通過大鼠攝入瘦素試驗可說明UCP3蛋白為維持身體正常的生熱而產(chǎn)熱散能的作用。

通過將動物冷適應、急性和持久運動[7]、2周的耐力訓練[8]，研究骨骼肌UCP3（rUCP3）和rUCP2蛋白的表達，得到骨骼肌中rUCP3蛋白可能是僅有的體溫調(diào)節(jié)因素，短期產(chǎn)熱是UCP3行使熱調(diào)節(jié)功能的主要形式。

UCP3蛋白在葡萄糖平衡中有重要的調(diào)節(jié)作用，這可能是UCP3解偶聯(lián)在糖代謝及生熱調(diào)節(jié)的表觀現(xiàn)象。線粒體復合物中過氧化物可激活UCP3蛋白的質(zhì)子導電率限制線粒體過氧化物產(chǎn)量，從而較好地保持UCP3蛋白功能的穩(wěn)定，更好地進行不同程度的熱調(diào)節(jié)。

2.3調(diào)節(jié)脂代謝

UCP3基因是脂肪代謝的候選基因，通過對日糧調(diào)節(jié)，組織中脂質(zhì)底物融合的阻斷和生理條件下，高脂肪酸氧化的UCP3基因表達測定可證明，UCP3基因作為燃料底物調(diào)節(jié)脂類代謝。其調(diào)節(jié)機制是骨骼肌脂肪酸氧化激活，即占主導地位時，使得乙酰輔酶A羧化酶濃度降低，這樣降低骨骼肌丙二酸單酰輔酶A的濃度，從而從抑制狀態(tài)釋放肉毒堿輔酶A轉移酶1（carnitine/palmitoyl-CoAtransferase1，CPT1），提高β氧化，也就提高了UCP3基因的表達[9]；并且UCP3過表達的肌肉中，CoA和肉毒堿含量高證實UCP3利于肌肉中脂肪酸的氧化[10]，從而完成其調(diào)節(jié)脂類代謝的功能。但UCP3的主要功能是轉運蛋白而不是調(diào)控循環(huán)的能量消耗（主要是ATP酶效應）。

UCP3基因敲除的小鼠血中FFA（自由脂肪酸）沒有明顯變化或有輕微降低，脂肪酸氧化也未發(fā)生變化而且UCP3基因剔除的小鼠并不肥胖[11]，這說明UCP3基因?qū)FA的調(diào)節(jié)作用也存在補償機制。

UCP3基因在肌肉代謝從饑餓下的脂代謝為主轉化為重新獲取食物后的脂肪利用的降低起重要作用，在這個階段中，代謝效率增加和脂肪貯存的再次積累，其存在機制可能相當于用脂肪酸合酶抑制子（fattyacidsynthaseinhibitor）長期處理肥胖小鼠，其結果是肌肉UCP3表達增加，攝取食物降低，脂肪組織脂解和肝生酮作用減弱，血中游離脂肪酸升高，在肌肉組織中脂肪酸和酮的利用顯著升高[12]。在這個過程中，UCP3介導GDP調(diào)節(jié)順烏頭酸酶的活性，不過依賴于高的質(zhì)子動力[13]。

2.4其他功能

在?；瘧さ鞍祝ˋcylation-stimulatingprotein，ASP）缺失的小鼠肝臟和肌肉脂肪酸氧化增加，并且UCP3基因表達增加，從而證明ASP缺失導致能量的重新分配[14]，這從側面說明UCP3基因參與能量的重新分配，其可能的機制是ASP通過UCP3啟動子發(fā)揮作用。因為UCP3基因啟動子的變異對體脂分配有作用[15]。

3UCP3基因表達的調(diào)控

UCP3基因的表達受很多因素影響和調(diào)控，主要包括以下幾個方面：

3.1激素與禁食

在家畜和家禽方面，甲狀腺激素，尤其甲狀原腺三甘酸（T3）是調(diào)節(jié)能量代謝和線粒體功能的主要因子，T3可增強肌肉中UCP3的表達。其具體調(diào)節(jié)機制是：甲狀腺激素通過與UCP3基因啟動子領近區(qū)的TR結合活化UCP3基因。值得一提的是：鼠科UCP3基因的啟動子依賴Myod并且與甲狀腺激素作用[16]。另外調(diào)節(jié)UCP3基因表達的激素還有胰島素、β3AR（β3腎上腺素能受體激動劑）、瘦素和生長激素，他們調(diào)節(jié)的組織和影響的程度各不相同。Boss（1998）等研究發(fā)現(xiàn)，過夜禁食、1周內(nèi)減少40％食物攝取量，脛骨前肌中UCP3基因表達水平不同[17]，并且這種調(diào)節(jié)被認為是通過循環(huán)FFA水平調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，而且在禁食條件下肌肉中UCP3mRNA的表達不受交感神經(jīng)的控制。因此，基因UCP3的表達對禁食時間長短敏感，這與動物受冷肌肉抽搐一致，說明UCP3基因表達的調(diào)節(jié)可能是動物機體抵御寒冷的機制之一。

3.2脂肪酸及其他

游離脂肪酸對白色脂肪和骨骼肌中UCP3基因的表達有上調(diào)作用；但其對UCP3的促進作用是間接的，主要通過β氧化和在脂肪降解中未證實的中間產(chǎn)物[2]。Samec（1999）報道[18]，碳水化合物等能替代食物脂肪時，可增加肌肉中UCP3mRNA的表達；但高脂日糧的生熱作用低于低脂日糧，并且在日糧誘導的肥胖小鼠肌肉中，UCP3mRNA的表達達到非日糧誘導肥胖小鼠的18倍，這提示我們肥胖和高脂肪食物之間聯(lián)系在于UCP3的表達。

冷應激對仔豬骨骼肌UCP3mRNA的表達影響呈變化性，6～24h間表達增加，6d后又開始下降，說明UCP3基因的表達是準確實時冷應急，并與前面UCP3發(fā)揮作用主要是通過短期調(diào)節(jié)發(fā)揮作用相一致。不同頻率的耐受訓練對UCP3基因表達的豐度不同，低頻率的耐受訓練提高UCP3基因的表達，而高頻率無影響。原因是低頻率耐受訓練依賴AMPK-PGC-1alpha途徑，而高頻率耐受訓練依賴PKB-TSC2-mTOR途徑[19]，與這個觀點一致的試驗結論是：UCP3的過量表達可以提高AMPK（AMP-activatedproteinkinase）alpha1的活性[20]。

4UCP3基因多態(tài)性及其應用

4.1脂肪氧化

UCP3基因第6號外顯子拼接供體點存在變異（IVS6g→a，+1），該基因變異與非洲裔美國人基礎脂肪氧化率及呼吸熵相關[21]。這說明UCP3基因第6號外顯子拼接供體點的變異可能是人類長期適應熱帶環(huán)境形成的，這也是其生熱調(diào)節(jié)作用的基因改變途徑，提示我們UCP3基因的生熱調(diào)節(jié)作用從多個角度綜合調(diào)節(jié)。

4.2與人類疾病的關系

研究發(fā)現(xiàn)，人UCP3基因（CA）n串連重復序列多態(tài)標記與中國漢族人Ⅱ型糖尿病相關聯(lián)，Otabe等在60個青春期肥胖者就發(fā)現(xiàn)UCP3基因255位C/T多態(tài)性使肥胖者體重顯著增加[22]，且該變異與白種人的血脂水平相關；但是研究表明，UCP3基因多態(tài)性不是肥胖和Ⅱ型糖尿病易感性的主要原因，依據(jù)是對UCP3啟動子近側直接測序，發(fā)現(xiàn)TATA盒上游6bp處有C/T置換，C/T多態(tài)性與印第安皮馬男性非糖尿病患者骨骼肌UCP3表達相關，此突變對能量代謝有調(diào)節(jié)作用[23]，與糖尿病無關。另外一個證明是在UCP3基因啟動子區(qū)55位C/T的SNP在被調(diào)查的法國人代謝綜合癥（metabolicsyndrome，MS）中不起主要作用[24]。

5總結與展望

線粒體代謝效率主要由2種細胞機制引起，即基礎的質(zhì)子漏和脂肪酸誘導的解偶聯(lián)作用。質(zhì)子漏作用于各種組織和細胞中，并且其數(shù)量對休眠或休息時的能量消耗很重要，失眠導致肌肉UCP3基因表達上調(diào)[25]，這證明UCP3基因解偶聯(lián)作用和質(zhì)子漏影響線粒體代謝效率。UCP3基因表達解偶聯(lián)作用正反兩方面調(diào)節(jié)可從肌膜和內(nèi)肌纖維中ANT（線粒體陰離子載體）對解偶聯(lián)顯著降低得到進一步證明。并且UCP3基因的作用主要在肌原纖維而不是在肌質(zhì)部分[26]。

在禁食狀態(tài)下，UCP3mRNA表達水平提高時，肌肉收縮與ROS產(chǎn)物的增加密切相關，這使我們推測禁食條件下，動物出現(xiàn)肌肉收縮的現(xiàn)象機理就是UCP3的解偶聯(lián)作用，這使得UCP3基因的調(diào)節(jié)和功能緊密相連。在UCP3mRNA表達調(diào)節(jié)上有直接因素，也有間接因素的影響，時有單個因素獨立影響，也不缺乏因素間影響，如禁食與胰島素、膳食鈣和瘦素，但是如體育鍛煉和瘦素的影響還未涉及。另外其機理的研究對鍛煉利于人體減肥有重要意義。

UCP3基因的表達與胰島素、糖尿病和人肥胖之間有密切的關系，這提示我們可以從UCP3基因相關的路徑研究這些病的發(fā)生原因及治療方法。由于線粒體和細胞凋亡有很大關系，故可從UCP3基因的角度來研究細胞凋亡過程中基礎能量的變化規(guī)律和機制。

6參考文獻

[1]FLEURYC，NEVEROVAM，COLLINSS，etal.Uncouplingprotein-2：anovelgenelinkedtoobesityandhyperinsulinemia[J].NatGenet，1997（15）：269-272.

[2]OLIVERP，PICOC，PALOUA.Differentialexpressionofgenesforuncouplingproteins1，2and3inbrownandwhiteadiposetissuedepotsduringratdevelopment[J].CMLS，Cell.Mol.LifeSci，2001，58（3）：470-476.

[3]SKULACHEVVP.Roleofuncoupledandnon-coupledoxidationsinmaintenanceofsafelylowlevelsofoxygenanditsone-electronreductants[J].QRevBiophys，1996，29（2）：169-202.

[4]GONGDW，HEY，KARASM，etal.Uncouplingprotein-3isamediatorofthermogenesisregulatedbythyroidhormone，β-adrenergicagonists，andleptin[J].JBiolChem，1997，272（39）：24129-24132.

[5]GONGDW，MONEMDJOUS，GAVRILOVAO，etal.Lackofobesityandnormalresponsetofastingandthyroidhormoneinmicelackinguncouplingprotein-3[J].JBiolChem，2000，275（21）：16251-16257.

[6]LIEBIGM，VONPRAUNC，HELDMAIERG，etal.AbsenceofUCP3inbrownadiposetissuedoesnotimpairnonshiveringthermo-genesis[J].PhysiolBiochemZool，2004，77（1）：116-126.

[7]GIACOBINOJP.Effectsofdietarydeprivation，obesityandecerciseonUCP3mRNAlevels[J].IntJObesRelatMetabDisord，1999，23（Suppl6）：s60-s63.

[8]SCHRAUWENP，RUSSELLAP，MOONEN-KORNIPSE，etal.Effectof2weeksofendurancetrainingonuncouplingprotein3contentinuntrainedhumansubjects[J].ActaPhysiolScand，2005，183（3）：273-280.

[9]CHASH，HUZ，CHOHNANS，etal.Inhibitionofhypothalamicfattyacidsynthasetriggersrapidactivationoffattyacidoxidationinskeletalmuscle[J].ProcNatlAcadSci，2005，102（41）：14557-14562.

[10]BEZAIREV，SPRIETLL，CAMPBELLS，etal.ConstitutiveUCP3overexpressionatphysiologicallevelsincreasesmouseskeletalmusclecapacityforfattyacidtransportandoxidation[J].FASEBJ，2005，19（8）：977-979.

[11]VIDAL-PUIGAJ，GRUJICD，ZHANGCY，etal.Energymetabo-lisminuncouplingprotein3geneknckoutmice[J].JBiolChem，2000，275（21）：16258-16266.

[12]CHASH，HUZ，LANEMD.Long-termeffectsofafattyacidsynthaseinhibitoronobesemice：foodintake，hypothalamicneuro-peptides，andUCP3[J].BiochemBiophysResCommun，2004，317（2）：301-308.

[13]TALBOTDA，BRANDMD.Uncouplingprotein3protectsaconitaseagainstinactivationinisolatedskeletalmusclemitochondria[J].BiochimBiophysActa，2005（1709）：150-156.

[14]XIAZ，STANHOPEKL，DIGITALEE，etal.Acylation-stimulatingprotein（ASP）/complementC3adesArgdeficiencyresultsinincreasedenergyexpenditureinmice[J].JBiolChem，2004，279（6）：4051-4057.

[15]KIMOY，CHOEY，PARKHY，etal.Additiveeffectofthemutationsinthebeta3-adrenoceptorgeneandUCP3genepromoteronbodyfatdistributionandglycemiccontrolafterweightreductioninoverweightsubjectswithCADormetabolicsyndrome[J].IntJObesRelatMetabDisord，2004，28（3）：434-441.

[16]SOLANESG，PEDRAZAN，CALVOV，etal.Thyroidhormonesdirectlyactivatetheexpressionofthehumanandmouseuncouplingprotein-3genesthroughathyroidresponseelementintheproximalpromoterregion[J].JBiochem，2005（386）：505-513.

[17]BOSSO，SAMECS，KUHNEF，etal.Uncouplingproteinexpressioninrodentskeletalmuscleismodulatedbyfoodin2takebutnotbychangesinenvironmentaltemperature[J].JBiolChem，1998（273）：5-8.

[18]SAMECS，SEYDOUXJ，DULLOOAG，etal.SkeletalmuscleUCP3andUCP2geneexpressioninresponsetoinhibitionoffreefattyacidfluxthroughmitochondrialb-oxidationp[J].JPhysiol，1999（438）：452-457.

[19]ATHERTONPJ，BABRAJJ，SMITHK，etal.SelectiveactivationofAMPK-PGC-1alphaorPKB-TSC2-mTORsignalingcanexplainspecificadaptiveresponsestoenduranceorresistancetraining-likeelectricalmusclestimulation[J].FASEBJ，2005，19（7）：786-788.

[20]SCHRAUWENP，HARDIEDG，ROORDAB，etal.ImprovedglucosehomeostasisinmiceoverexpressinghumanUCP3：aroleforAMP-kinase?[J].IntJObesRelatMetabDisord，2004，28（6）：824-828.

[21]ARGYROPOULOSG，BROWNAM，WILLISM，etal.Effectsofmutationsinthehumanuncouplingprotein3geneontherespiratoryquotientandfatoxidationinsevereobesityandtype2diabetes[J].JClinInvest，1998，102（7）：1345-1351.

[22]OTABES，CLEMENTK，DINAC，etal.Ageneticvariationinthe5’flankingregionoftheUCP3geneisassociatedwithbodymassindexinhumansininteractionwithphysicalactivity[J].Diabetologia，2000（43）：245-249.

[23]SCHRAUWENP，XIAJ，BOGARDUSC，etal.Skeletalmuscleuncouplingprotein3expressionisadeterminantofenergyexpenditureinPimaIndians[J].Diabetes，1999（48）：146-149.

[24]MEIRHAEGHEA，COTTELD，AMOUYELP，etal.Lackofassoci-ationbetweencertaincandidategenepolymorphismsandthemetabolicsyndrome[J].MolecularGeneticsandMetabolism，2005（86）：293-299.

[25]CIRELLIC，TONONIG.Uncouplingproteinsandsleepdeprivation[J].ArchItalBiol，2004，42（4）：541-549.

[26]LJUBICICV，ADHIHETTYPJ，HOODDA.RoleofUCP3instate4respirationduringcontractileactivity-inducedmitochondrialbiogenesis[J].JApplPhysiol，2004，97（3）：976-983.