miRNA-33对胆固醇合成的调控作用及其在肉牛上的研究进展

靳 青 ，魏 晨 ，张相伦 ，谭秀文 ，刘桂芬 ，3*

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，济南 250100；2.山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，济南 250100；3.山东省肉牛生产性能测定中心，济南 250100）

胆固醇（cholesterol）为生物体内重要的营养物质和脂类物质，是细胞膜的重要组成成分，同时还是体内许多重要生物活性物质合成的原料[1-2]。胆固醇作为一种食物成分，对保持机体健康是必需的，但如果摄入过多，则会增加患心血管疾病的风险[3-4]。正常的情况下，机体内的胆固醇含量保持着一定的动态平衡，为了达到这种平衡，胆固醇不仅需要合成和摄取，而且流出和降解也需受到精确调控。

牛肉是低脂肪高蛋白的优质食品，胆固醇含量低，而对于高档牛肉而言，必须含有丰富的肌内脂肪才能提升品质、提高等级，这就会导致胆固醇含量随之提高。山东省拥有丰富的地方黄牛品种资源，具有耐粗抗病、适应性强、遗传稳定、肉质细嫩、易沉积肌内脂肪等优良生物学特性，是生产高档牛肉的理想品种。增加牛肉中肌内脂肪含量的同时控制胆固醇含量，开发低胆固醇的高档牛肉，对提高地方良种牛养殖的经济效益、保障人体健康具有重要意义。

miRNAs对人体内中的mRNA调控比例达40%~90%[5]，一种miRNA可靶向作用上百个mRNA[6]，通过抑制基因转录后翻译或促进靶基因的信使RNA（mRNA）降解发挥重要的调节作用，从而参与包括脂类代谢在内的多种生理学进程。miRNA-33是维持细胞内胆固醇动态平衡的关键转录后调节因子[7]，可通过靶向作用于固醇调节原件结合蛋白（Sterol-Regulatory Element Binding Proteins，SREBP）基因来调控脂代谢。目前，国内外的研究主要集中在人、小鼠等的研究上，在牛上的研究比较少。本文不仅对miRNA-33在胆固醇合成代谢进行了综述，而且还对其在牛肉生产和人类疾病治疗及诊断方面进行了展望。

1 miRNA在脂类代谢中的作用

miRNA作为一类高度保守的非编码小RNA，在基因转录后水平上通过与靶mRNA互补结合抑制其翻译或促进靶mRNA降解。miRNA是一类功能强大的基因表达调控因子，可通过对下游靶基因的调控来参与多种生命过程[8-9]，尤其在肥胖、衰老、疾病等诸多生理或病理过程中扮演着重要的角色[10-12]。其中miRNA对脂质代谢的调控作用[13]为目前脂质代谢研究领域尤其是在胆固醇逆向转运方面的一个热点[14]。目前已知参与脂质代谢基因表达调控的miRNA包括miRNA-33、miRNA-27、miRNA-122、miRNA-370、miRNA-320等[15]。

2 miRNA-33的结构和作用机制

miRNA-33由SREBPs的内含子编码，并与SREBPs协同作用调控生物体内胆固醇水平，平衡脂肪代谢相关基因的表达。人类的miRNA-33分为miRNA-33a和miRNA-33b两种亚型，其中miRNA-33a位于第22号染色体上，存在于SREBP-2基因的第16个内含子中；miRNA-33b位于第17号染色体，存在于SREBP-1基因的内含子17中（图1）[16]。人体内血液中miRNA-33水平和总胆固醇（Total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL）胆固醇和甘油三酯（Triacylglycerol，TG）含量具有很高的正相关性，但与高密度脂蛋白（High-density lipoprotein，HDL）胆固醇含量却是负相关的[17]。有研究表明，在人类的肝脏细胞中，过量表达miRNA-33a/b能导致甘油三酯的过量聚集[18-19]。猪的miRNA-33b位于SREBP1基因的内含子16中，在猪的皮下前体脂肪细胞中，可以通过调节早期B-细胞因子1 (Early B-cell Factor-1，EBF1)、CCAAT 增强子结合蛋白 α（CCAAT/enhancer binding protein Alpha，C/EBPα）和过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferators-activated receptors γ，PPARγ）等基因的表达来影响脂肪细胞的分化[20]。三磷酸腺苷结合盒转运体 A1（ATP binding cassette transporter A1，ABCA1）的 3'UTR含有 3个miRNA-33的高度保守结合位点，该结合位点一般为脂质分泌尤其是胆固醇聚集比较敏感的区域，在人和小鼠的研究中均证实miRNA-33与SREBP-2协同作用来靶向沉默三磷酸脂苷结合盒 （ATP Binding Cassette，ABC），并通过调节ABCA1基因和胆固醇的逆向转运减少细胞中胆固醇的流出，同时增加三羟三甲基辅酶 A 还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMGCR）和 HDL 的合成（图 2）[14]，这些研究结果表明其可能作为脂代谢紊乱的治疗靶标[21]。

图1 人类miRNA-33a和miRNA-33b结构示意图（仿Najafi-Shoushtari et al.,2010）

图2 miRNA-33在人类细胞内胆固醇代谢中的作用机制（SREBP-2和肝X受体（LXR）对HMGCR、LDL-R和ABCA1基因正向和负向调节）（仿陈五军等，2011）

另外，miRNA-33在高密度脂蛋白胆固醇（High-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）的代谢中也发挥着重要的作用，在细胞中，miRNA-33a的过量表达会减少胆固醇流向载脂蛋白 （apolipoprotein A-1，apoA 1），而胆固醇流向载脂蛋白正是HDL形成的关键一步；与之相反的是，细胞中抑制miRNA-33的表达会导致ABCA1蛋白表达上调，从而减少胆固醇流向apoA 1[22-23]，这些结果充分说明miRNA-33能够通过调节靶基因来保持细胞中胆固醇的平衡。近年来在医学方面，miRNA-33除了可以直接作为药物外，还能作为治疗与脂类相关的疾病的药物靶点，且越来越多的研究证明这种方法是可行的，例如，用anti-miRNA-33直接治疗LDL受体敲除的小鼠，结果试验鼠血浆HDL-C水平明显升高，同时小鼠血浆和肝脏组织中胆固醇的逆转录水平也随之提高[24-25]。

3 miRNA-33在肉牛上的研究进展

miRNA-33a位于肉牛第5号染色体，miRNA-33b位于第19号染色体，研究者针对不同饲喂条件下（高脂肪组和低脂肪组）的肉牛皮下脂肪和内脏脂肪做了miRNA表达谱分析，挖掘到与脂肪沉积位点有明显相关性的2个miRNAs[26]和与背膘厚有明显的相关性的18个miRNAs[27]。Sun等[28]对秦川牛脂肪组织进行了miRNA表达谱分析，发现miRNA25和miRNA26参与了脂肪和脂肪酸的代谢调控网络。Wang等[27]利用miRNA芯片对肉牛皮下脂肪和肌内脂肪进行生物信息学分析，发现4种miRNA的靶标基因对脂肪沉积有调控作用[29]，miRNA-33a参与肉牛脂类代谢。上述研究表明miRNA-33在肉牛胆固醇含量的调节中起重要作用。

4 小结

目前，尽管从细胞水平上对miRNA在脂质代谢中的作用做了较深入的研究，研究也证实了miRNA的一部分功能。胆固醇代谢的调控是一个复杂多因素调控的结果，miRNA-33在胆固醇代谢方面的研究使得我们从另外一个角度了解了胆固醇代谢问题，基于miRNA-33在胆固醇转运过程中靶向作用于SREBP基因来调节机体胆固醇代谢的动态平衡，将其作为调控胆固醇的一种手段，为人为调节肉牛胆固醇的应用研究提供一定的理论基础，尤其是在为人类高胆固醇疾病的研究及治疗中提供思路。