ω-3超长链多不饱和脂肪酸合成酶系在哺乳动物的重建

多不饱和脂肪酸尤其是ω-3超长链多不饱和脂肪酸（ω-3VLCPUFAs）如EPA、DHA等对人体十分重要，但人体包括其他哺乳动物由于其自身有关酶活性的缺乏或缺失而仅能合成很少的一部分，更多的需求依赖食物供给。但自然界PUFAs分布不均衡，故人体并不易获得足够的ω-3VLCPUFAs。若能使哺乳动物自身合成高水平的ω-3 VLCPUFAs，则可大大增加人体ω-3VLCPUFAs的供给。本研究通过基因超表达而增强哺乳动物细胞自身2种延长酶和2种去饱和酶活性，同时引入哺乳动物细胞自身缺失的、来源于非哺乳动物的2种去饱和酶活性，在哺乳动物细胞中重建ω-3VLCPUFAs合成酶系，实现ω-3VLCPUFAs尤其是DHA和EPA的高表达，并进一步制备转基因小鼠，在哺乳动物个体水平同样实现ω-3VLCPUFAs合成酶系的重建，为将来制备转基因家畜奠定基础。同时这种转基因小鼠还可作为有重要价值的研究模型。

生物体内活性最强的三种多不饱和脂肪酸是DHA（22：6n-3）、EPA（20：5n-3）和ARA（20：4n-6），它们在促进大脑发育和功能维持以及在预防和治疗心血管疾病、炎症、癌症等多种疾病方面有着重要作用。然而，哺乳动物合成这些多不饱和脂肪酸(尤其是DHA)的效率很低而主要依赖于食物获取。本项目旨在在哺乳动物中重建ω-3系的多不饱和脂肪酸如DHA、EPA高效的生物合成酶系，使哺乳动物能生产高水平的DHA、EPA等重要物质。研究主要获得如下重要结果：①应用转基因方法，将哺乳动物来源的△6和△5脂肪酸去饱和酶以及△6和△5脂肪酸延长酶这4种酶的编码基因构建成为一个多基因表达载体，然后转染哺乳动物细胞HEK293T，实现了4个目的基因的超表达，再通过气质联用（GC-MS）分析证实了EPA、DHA和ARA等长链多不饱和脂肪酸的合成效率及水平显著增加。②成功地克隆并证实了两种△4去饱和酶基因sEgD4（源于小眼虫）和sScD4（源于篮子鱼）均能够高效地将DPA直接转化成为DHA。在哺乳动物细胞（HEK293T）中，sEgD4和sScD4基因的△4去饱和酶活性均可与△15去饱和酶协同作用可以将添加的亚油酸及花生四烯酸转化为较高水平DHA，同时大大降低了ω-6/ω-3 PUFAs的比率。③在哺乳动物细胞（CHO）中, sEgD4和sScD4基因的△4去饱和酶活性均可与△6/△5去饱和酶协同作用可以将添加的α-亚麻酸转化为高水平DHA，这一技术非常有利于在转基因哺乳动物中将α-亚麻酸转化为DHA的实验研究。④利用Δ15 去饱和酶Δ4去饱和酶的编码基因的双基因表达载体制作了转基因小鼠，初步研究结果表明在动物中这些酶活性表现出了类似于细胞中的情况，能够有效地将添加在食物中的亚麻酸及花生四烯酸等ω-6PUFAs转化为DHA、EPA等重要物质。同时，我们还利用Elovl-5/Elovl-2/FADS2/FADS1四基因表达载体（命名为pcDNA3.1-EF）制备转基因小鼠，初步结果显示这些基因在小鼠中的超表达类似于培养细胞中一样可以将短链的LA、ALA转化为长链的PUFAs。这些研究为将来应用于其他转基因动物生产DHA等ω-3 PUFAs奠定了基础。