硬脂酰辅酶A去饱和酶

硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD；EC 1.14.99.5）是一种含铁酶，可催化不饱和脂肪酸合成中的限速步骤。SCD的主要产物是油酸，它是由硬脂酸去饱和形成的。硬脂酸与油酸的比例通过对细胞膜流动性和信号转导的影响与细胞生长和分化的调节有关。四种 SCD 同种型，从 Scd1 到 Scd4，已在小鼠中鉴定。相比之下，只有 2 种 SCD 同种型，SCD1 和 SCD5（ 608370 ），已在人类中发现。SCD1 与所有 4 种小鼠 SCD 亚型以及大鼠 Scd1 和 Scd2 共享约 85% 的氨基酸同一性。相比之下，SCD5 与啮齿动物 SCD 的同源性有限，并且似乎是灵长类动物所独有的。张等人（1999）；王等人，2005 年）。

▼ 克隆与表达

蒂德等人（1986）分离编码大鼠 Scd 的 cDNA。通过基于大鼠 Scd 序列的引物对脂肪组织 RNA 进行 RT-PCR，Li 等人（1994）分离了部分人类 SCD cDNA。使用 RNase 保护分析，作者发现人类 SCD 在结肠癌和食道癌中的表达水平高于对应的正常组织。

张等人（1999）克隆了对应于全长人类 SCD 转录物的额外 cDNA，其与Li 等人的 15 个位置不同（1994），导致 6 个预测的氨基酸变化。张等人（1999）报道推导出的 359 个氨基酸的 SCD 蛋白包含 3 个高度保守的含组氨酸区域，这些区域对酶的催化活性至关重要。人 SCD 的编码区分别与小鼠 Scd1 和 Scd2 的编码区共享 85% 和 82% 的核苷酸同一性。Northern印迹分析显示SCD普遍表达为3.9-和5.2-kb mRNA，在脑和肝中水平最高。2 个转录本来自使用替代多聚腺苷酸化信号。

▼ 基因功能

通过在转化的人肺成纤维细胞中稳定表达 SCD 反义 cDNA，Scaglia 和 Igal（2005）发现 SCD 耗竭导致单不饱和脂肪酸和磷脂的合成减少，并促进富含饱和脂肪酸的未酯化脂肪酸和三酰基甘油的积累。同时，SCD 缺乏导致细胞增殖减少、不依赖锚定的生长丧失，以及对神经酰胺非依赖性细胞凋亡的敏感性增加。表达低 SCD 水平的细胞对外源性棕榈酸的细胞毒性作用更敏感。因为添加外源性油酸并不能逆转 SCD 缺乏症的影响，所以Scaglia 和 Igal（2005）得出结论，单不饱和脂肪酸的内源性合成对于维持细胞脂质稳态至关重要。

Zhang 等人使用 BCR（ 151410 ）/ABL（ 189980 ） 诱导的慢性粒细胞白血病的小鼠模型（2012）发现 Scd1 的表达在白血病干细胞中下调。在表达 BCR/ABL 的小鼠白血病干细胞中敲低 Scd1 会下调凋亡相关基因的表达。Scd1 表达由 PPAR-γ（PPARG; 601487 ） 激动剂诱导，导致白血病干细胞增殖减少。Scd1 似乎对正常造血干细胞的增殖或凋亡没有影响。

▼ 基因结构

张等人（1999）证明人类 SCD 基因跨越大约 24 kb 并包含 6 个外显子。他们指出，人类、小鼠和大鼠的 SCD 基因显示出相似的组织。

▼ 生化特征

晶体结构

白等人（2015）以 2.6 埃的分辨率确定了与硬脂酰辅酶 A 结合的小鼠 SCD1 的晶体结构。该结构显示了一个新的折叠，包括 4 个由胞质结构域覆盖的跨膜螺旋，以及用于侧向底物进入和产品出口的合理途径。结合的硬脂酰辅酶A的酰基链被包裹在一个埋藏在胞质结构域中的隧道中，隧道的几何形状和结合的酰基链的构象为去饱和反应的区域选择性和立体特异性提供了结构基础。

▼ 测绘

通过分析体细胞杂交组，Zhang 等人（1999）将 SCD 基因对应到第 10 号染色体，将一个转录失活、经过加工的 SCD 假基因对应到第 17 号染色体。

王等人（2005）指出，小鼠 Scd1、Scd2、Scd3 和 Scd4 基因在 19 号染色体上的 200-kb 范围内映射，并且可能源自串联重复事件。由于没有其他 SCD 基因对应到人类 10 号染色体，Wang 等人（2005 年）表明，类似于导致小鼠 Scd 基因的基因复制事件并未在人类中发生。

▼ 分子遗传学

苏尔等人（2011）报告了使用具有非靶向代谢组学的 GWAS 对基因型依赖性代谢表型的综合分析。他们确定了 37 个与血液代谢物浓度相关的基因位点，其中 25 个显示出 GWAS 的效应大小异常高，并且每个等位基因拷贝的代谢物水平差异占 10% 到 60%。这些关联为先前研究中报告的许多疾病相关关联提供了新的功能见解，包括心血管和肾脏疾病、2型糖尿病、癌症、痛风、静脉血栓栓塞和克罗恩病。苏尔等人（2011）确定SCD 基因中的rs603424与肉豆蔻酸酯/肉豆蔻酸酯比率相关，ap 值为 2.9 x 10（-57）。

▼ 动物模型

郑等人（1999）在 asebia（ab） 突变小鼠中发现了 Scd1 基因的缺失，该小鼠具有基本的皮脂腺并发展为脱发。

宫崎骏等人（2000）发现，尽管 Acat（参见 ACAT1； 607809）和 Gpat（GPAM；602395 ）具有高活性，asebia（Scd1 -/-） 小鼠的肝脏胆固醇酯和甘油三酯水平降低，这些酶催化胆固醇酯的合成和甘油三酯，分别。此外，Scd1 -/- 小鼠随意摄入富含油酸和棕榈油酸的饮食并不能将其肝脏胆固醇酯和甘油三酯恢复到正常小鼠的水平。宫崎骏等人（2000）得出结论，Scd1 在胆固醇和脂蛋白稳态中具有重要作用。

为了研究瘦素（ 164160 ） 代谢作用的潜在机制，Cohen 等人（2002）使用转录谱来识别 ob/ob 肝脏中瘦素调节的基因。发现瘦素特异性抑制 SCD 的 RNA 水平和酶活性，SCD 催化单不饱和脂肪酸的生物合成。缺乏 Scd1 的小鼠瘦且代谢亢进；具有 Scd1 突变的 ob/ob 小鼠的肥胖程度明显低于 ob/ob 对照组，并且能量消耗显着增加。具有 Scd1 突变的 Ob/ob 小鼠的肝脏组织学正常，甘油三酯储存和 VLDL 产生显着降低。科恩等人（2002）得出结论，Scd1 的下调是瘦素代谢作用的重要组成部分。

SCD 是一种催化合成单不饱和脂肪酸的中枢脂肪生成酶，主要是油酸（C18:1） 和棕榈油酸（C16:1），它们是膜磷脂、甘油三酯、蜡酯和胆固醇酯的组成部分。小鼠中存在几种 SCD 亚型（Scd1、-2 和 -3）。Ntambi 等人（2002）表明，靶向破坏 Scd1 同种型的小鼠身体肥胖减少，胰岛素增加（ 176730） 敏感性和对饮食引起的体重增加的抵抗力。防止肥胖涉及增加能量消耗和增加氧气消耗。与野生型小鼠相比，Scd1 -/- 小鼠血浆酮体水平升高，但血浆胰岛素和瘦素水平降低。在这些纯合的无效小鼠中，几个脂质氧化基因的表达被上调，而脂质合成基因被下调。这些观察结果表明，Scd1 缺乏的后果是除了减少甘油三酯的合成和储存外，还激活了脂质氧化。

宫崎骏等人（2003）发现肝脏 X 受体-α（NR1H3; 602423 ） 激动剂和高碳水化合物无脂肪饮食诱导小鼠中的 Scd4 表达，但与 Scd1 不同的是，饮食中的多不饱和脂肪酸不会抑制 Scd4 的表达。相对于野生型对照，瘦素（ 164160 ） 缺陷型 ob/ob 小鼠的心脏中 Scd4 mRNA 表达升高了 5 倍。用瘦素处理 ob/ob 小鼠降低了 Scd4 mRNA 水平，但不影响 Scd1 或 Scd2 mRNA 水平。Scd4 mRNA 水平在 Scd1 缺陷小鼠的心脏中被诱导了 3 倍。

宫崎骏等人（2005）发现 Scd2 表达在胚胎第 18.5 天至第 21 天之间的小鼠肝脏中很高，而在成年小鼠中则下降。相反，Scd1 表达在断奶后被诱导。宫崎骏等人（2005）发现 Scd2 敲除在某些小鼠中是胚胎致死的，这取决于遗传背景。在能够耐受 Scd2 缺失的品系中，新生 Scd2-null 小鼠比野生型同窝小鼠小，并且在出生后几个小时，由于渗透屏障缺陷，它们的皮肤出现干燥和龟裂。突变皮肤还显示亚油酸从表皮酰基神经酰胺重新分配为磷脂。存活到成年的动物皮脂腺和毛发生长正常，但它们的尾巴是扭曲的。

Gutierrez-Juarez 等人使用反义 Scd1 寡核苷酸（2006）降低了饮食诱导的胰岛素抵抗大鼠和小鼠的肝脏 Scd1 表达和活性。胰岛素钳夹研究显示高脂肪喂养的大鼠和小鼠严重的肝脏胰岛素抵抗在用反义 Scd1 治疗 5 天后完全逆转。小鼠中 Scd1 的下调也降低了葡萄糖的产生（约 75%）、糖异生和糖原分解。Scd1 的下调导致 Akt（AKT1; 164730 ） 磷酸化增加和葡萄糖 6-磷酸酶（G6PC; 613742 ） 和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PCK1; 261680 ） 的表达降低。古铁雷斯-华雷斯等人（2006）得出结论，饮食诱导的肝脏胰岛素抵抗的发作需要Scd1。

林等人（2007）发现大鼠脑室内给予葡萄糖通过抑制肝脏分泌 VLDL 来降低循环甘油三酯。葡萄糖的作用需要将其转化为乳酸，从而激活 ATP 敏感性钾通道并降低肝脏 Scd1 活性。注射序列特异性反义寡脱氧核苷酸降低了 Scd1 的肝脏活性，并概括了中枢葡萄糖给药对 VLDL 分泌的影响，而门静脉输注油酸抵消了中枢葡萄糖和 Scd1 缺乏对 VLDL 分泌的影响。葡萄糖的这些中枢作用，而不是乳酸的作用，在饮食诱导的肥胖大鼠中迅速消失。林等人（2007）表明脑葡萄糖感应的缺陷可能在代谢综合征的病因中起关键作用。