作者：李振李培青
动物体的表型值（生长发育等）受到基因与外部环境的综合作用。随着分子生物技术的不断发展，营养学者认识到：饲料营养素作为动物的外部环境因子与其基因表达存在着广泛的互作，使得通过改变日粮中的组分来控制个体的基因表达，获得人们理想的动物变得日益可行。本文介绍一些矿物质微量元素对动物基因表达的影响。
    1 锌
    锌是动物细胞内最丰富的微量元素，对生长发育有重要的作用。其作用包括催化、结构和调节3个方面，都与基因表达有关。研究发现所有6类含锌酶如RNA核苷酸转移酶（RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）、碱性磷酸酶和碳酸酐酶等，均有催化作用。Mills（1989）试验表明：眼虫缺锌导致其生长受阻，原因可能是锌缺乏使DNA复制和蛋白质合成下降。儿童补锌时所看到的生长反应是与蛋白质合成有关的又一事例，可能是通过增强RNA聚合酶的活性而提高了蛋白质的合成。锌的结构功能是生物学研究中发展很快的一个领域，在金属酶中的锌存在结构作用，如细胞溶质酶??Cu/zn超氧化物歧化酶（Cu/zn SOD），铜在其催化部位起作用，而锌却在此部位有结构功能。蛋白质的锌指基序代表一种非常重要的结构作用，在锌指结构中，锌与4个胱氨酸和（或）组氨酸的不同的排列组成4面体结构（4个胱氨酸；2个胱氨酸，2个组氨酸；3个胱氨酸，1个组氨酸），其结构非常稳定，锌可以通过锌指结构，把激活子蛋白结合到DNA的增强子上调节几种基因的表达。据报道，基因组中约1%为锌指蛋白编码。多数锌指蛋白是转录因子，某些锌指蛋白也参与蛋白质间的相互作用，并通过其激酶结合区域传递信号。若锌缺乏或从锌指结构中除去锌可能引起功能损失，影响基因表达，这在转录因子SP-I在体外的作用中，已得到证实。锌的第3种生化功能是作为一个负责调节基因表达的反式作用因子刺激物。如金属硫蛋白（MT）的基因表达，其过程是：在细胞质中锌与MRE结合转录因子（MTF）结合，然后转移到细胞核内，MTF识别金属硫蛋白基因启动子的特异序列金属反应元件（MRE），并与DNA结合，启动基因转录。有证据表明，MRE的核心序列也存在于其它基因启动子上，并受日粮锌的调节。周国顺（1996）报道，在猪屠宰前几周饲料中添加锌，可启动生长基因，促进猪非脂肪生长，获得较高胴体瘦肉率[1]。
    2 铁
    铁在动物体内主要以Fe3+或Fe2+形成存在是组成血红素、细胞色素及许多酶的必需成分。目前，对基因表达调控典型代表是转铁蛋白和铁蛋白，Bremner等（1990）铁通过控制RNA的稳定性和翻译来调节转铁蛋白和铁蛋白的水平。Mcknight等（1980）在肉鸡试验中发现日粮中缺铁将导致血液中转铁蛋白含量迅速增加，肝脏中转铁蛋白的基因mRNA含量增加到正常水平的2.5倍。当饲料中补铁后，转铁蛋白基因的mRNA含量和转铁蛋白含量在3天内回到正常水平，鸡肝脏中铁的贮存量也同时增加。研究证明，由于铁缺乏所引起的转铁蛋白基因表达的加强是通过提高转录水平来实现的[2]。铁对铁蛋白基因表达的调控与转铁蛋白基因表达控制不同，当铁存在时，它能与铁反应要素结合，导致景露翻译起始位点，使细胞中很快合成铁蛋白，而且铁含量越高铁蛋白基因表达就越强；当铁的供给不足时，起始位点被铁反应要素覆盖，铁蛋白的合成就快速停止[3]。
    3 硒
    硒是动物体必需的一种微量元素，它是许多代谢酶如谷胱苷肽过氧化物酶、碘化甲腺原氨酸脱碘酶等富硒蛋白的组成成份，在其中它以半胱氨酸硒的形式存在。研究发现，硒掺入发生在mRNA翻译阶段，在这种情况下，UGA密码的不是作为翻译的终止信号，而是作为半胱氨酸硒掺入的编码信号，这一过程需要特定的非翻译序列发生结构变化。在动物体内硒蛋白有50~100种，它的合成是在转录水平上通过组织特异性的细胞发育和环境因素调节。Bermano等（1995）报道硒可调节细胞质谷胱苷肽过氧化物酶、磷脂羟基过氧化物谷胱苷肽过氧化物酶和工型碘化甲腺原氨酸-5′-脱碘酶活性及mRNA丰度，但作用程度不明显。魏守刚（2000）在体外实验发现，硒缺乏能明显抑制细胞核中糖皮质激素受体、甲状腺受体和视黄酸受体与相匹配体的特异结构，并能抑制受体基因的表达[4]。
    4 铬
    铬对胰岛素有增强作用。Anderson(1987)报道，铬可能通过增强胰岛素受体的数量和（或）提高胰岛素对受体的亲合力而影响胰岛素的活性[5]。铬能够降低体脂肪的沉积已被证实，它降低胴体脂肪可能是通过提高生长激素基因来实现的（Robert，1996）,铬同样可以通过提高葡萄糖乳酸盐循环的基因表达来降低血浆乳酸水平（Pagan等，1995）。Wacker和Valley(1959)发现RNA中含有较高的铬浓度，它可能改变或调节RNA的合成（Okada等，1981，1989）。进一步试验表明，在给部分肝切除的大鼠投放铬时，在肝重生过程中诱导出一个70，000Da的高分子蛋白。这种形式的铬在体外试验可与DNA结合，并增加启动位点的数目，显著地刺激RNA的合成（Okada等，1989）。
    5 铜
    动物机体中的铜作为一些酶的组成成份及酶的激活剂对基因表达的调控有重要作用。Wilson（1997）报道，日粮中铜缺乏可诱导脂肪酸的合成。给断奶大鼠饲喂蔗糖日粮，一组日粮中含铜0.7mg/g (CuD组)，一组日粮中含铜5.0mg/g (CuA组)，CuD组脂肪酸合成酶活性增加2.0倍（P<0.05），脂肪酸合成酶mRNA丰度增加3.0倍，脂肪酸合成酶基因转录速度增加2.5倍（P<0.05），这表明铜缺乏可以在转录水平上调节脂肪酸合成酶基因的表达。缺乏铜也会阻止动物IL-2基因的转录而减少在T淋巴细胞中IL-2的合成（Hopkins ,1999），同时，缺铜会诱导肝内脂肪酸合成酶（Zhongren, Tang, 2000）以及线粒体RNA转录因子（Shumin , Mao, 2000）基因的表达。
    6 锰
    动物体内锰超氧化物歧化酶（MnSOD）、精氨酸酶、丙酮酸羧化酶均为含锰酶，同时锰还能激活一些酶。试验证明，锰缺乏的大鼠组织中的锰超氧化物歧化酶活性显著低于对照组的大鼠，其活性下降机制是一种转录阻断。锰除了可以特异性激活磷酸稀醇式丙酮酸羧基激酶，谷氨酸胺合成酶，还可以直接妨碍胰腺的胰岛素的合成与分泌。据报道，缺锰日粮时，大鼠胰岛素的mRNA浓度低于对照组大鼠，这一结果与这些动物胰岛素合成相一致。
    7 碘
    动物机体中大部分碘以激素或激素前体的形成存在甲状腺。甲状腺激素以三碘甲腺原氨酸的形式直接作用于基因组中以调节细胞的功能，并在此处与甲状腺交换元件接触，经过在几个基因部位的一系列反应，开启或关闭与某些信使RNA合成有关基因的活性，从而控制与细胞功能有关的特殊蛋白质的合成与抑制。
    8 砷
    砷可以在某些酶促反应中起作用，以砷酸盐的形成代替磷酸盐作为酶的激活剂，并以亚砷酸盐形式与巯基发生反应作为抑制剂，而明显影响某些酶，亚砷酸盐也可诱导细胞内产生某些蛋白质，以调节基因表达，如热休克或应激反应蛋白的蛋白质，这些蛋白质产生对亚砷酸盐的反应主要在转录水平上控制，并可能参与核内组蛋白的甲基化变化。研究发现：大鼠、鸡、仓鼠机体砷缺乏，可影响不稳定甲基的代谢，此外，砷可使植物血凝素刺激人淋巴细胞DNA的合成增加。
    此外，镉、汞等微量元素都能诱导多种组织合成金属硫因蛋白（MT）的合成，其机理是由于金属离子（如锌、铜、镉、汞等）激活了MT基因的启动因子,使MT基因的转录增加。[6]Zelent 等（1989）报道，在镉采食1h内MT转录速度明显增加，而在6~8h内其mRNA的水平达到最高。
    微量元素作为动物的必需营养素，不仅在新陈代谢过程中作为底物、辅酶或辅因子，而且在调节编码各种蛋白质，如酶、载体、受体和生物体的结构成分的基因等方面发挥作用。细胞类型和功能上的多样化取决于营养素的适宜摄入量，调节营养素的摄入可以控制个体基因型的表型表达[7]。因此，通过日粮微量元素来控制基因转录、翻译，调节基因表达，可以控制动物生长发育，提供消费者满意的畜产品。
    参考文献
    [1] 周国顺. 启动肉猪生长基因表达的锌触发因子. 中国饲料, 1996,(20):22
    [2] 奚刚. 日粮营养成分对动物基因表达的调控. 动物营养学报, 2000,(1):2~7
    [3] 白群安,王志跃. 营养素与基因表达. 饲料博览, 20001,(9):13~15
    [4 ]魏守刚. 硒对糖皮质激素等三种核受体的影响. 国外医学-卫生学分册, 2000, (4): 205~206
    [5] 颜新春. 日粮对脂肪酸合成酶(FAS)基因的表达调控及其应用. 饲料研究. 2000. (7):5~7
    [6] 彦世铭,洪昭毅. 李增禧. 实用元素医学. 河南医科大学出版社, 1999, 10
    [7] 闻芝梅等. 现代营养学. 人民卫生出版社, 1997,7