组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）是一类高度保守的蛋白酶[1]，通过调控组蛋白和非组蛋白的乙酰化状态调控染色体的结构修饰和基因表达，与细胞的增殖、凋亡和周期变化，以及肿瘤的发生等生物学进程均具有关系[2]，因此深受研究者的关注。但目前有关HDACs在畜禽生产养殖中的应用还比较缺乏，组蛋白去乙酰化酶6（histone deacetylase 6，HDAC6）是HDACs家族内结构以及功能较特殊的一员，可参与调控细胞内的异常蛋白降解[3-4]。畜禽养殖过程中出现的高温等理化刺激，营养物质如脂肪的代谢吸收障碍，其本质在于细胞内的多肽链未正确折叠形成具有生物活性的蛋白质，而是形成了具有毒性的错误折叠或未折叠的聚集体，导致细胞的正常功能受损，影响畜禽的健康生长[5-8]。因此，文章综述了目前有关HDAC6的最新研究成果，提出其在调节畜禽热应激以及脂代谢障碍上的作用机制，为畜禽养殖生产过程中防治热应激以及脂肪代谢研究提供参考依据。1组蛋白乙酰化和泛素化组蛋白是核小体的核心组成部分，组蛋白乙酰化是蛋白质翻译后修饰中最早被发现且最常见的表观遗传修饰机制之一[9]，发生在N-末端特定赖氨酸残基上，由组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferases，HATs）和HDACs共同调控的动态共价修饰过程[10]，见图1。HATs通过转移乙酰辅酶A的乙酰基至组蛋白Lys残基末端，打破组蛋白原有的电荷平衡使组蛋白乙酰化，造成DNA序列结构松散，促进转录因子、RNA聚合酶与DNA的特异性结合，增强基因的转录。而HDACs能够起到拮抗HATs的作用，逆转赖氨酸的乙酰化修饰，从而恢复赖氨酸的正电荷[11]，使之与带负电荷的DNA紧密结合，导致转录因子无法接近启动子，在一定程度上抑制了基因的转录[12]。泛素化是指泛素分子在一系列特殊酶的作用下，对细胞内特定的靶蛋白分子进行特异性修饰的过程，参与了细胞周期、增殖、凋亡、分化、信号传递、炎症免疫等几乎一切生命活动的调控[13]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.15.026.F001图1组蛋白乙酰化修饰2HDAC6的结构迄今为止发现哺乳动物体内共有18种HDACs，细分为两大家族4个类别[2]。Ⅰ类包括HDAC61、HDAC62、HDAC63和HDAC68；Ⅱ类包括Ⅱa（HDAC4、HDAC65、HDAC67和HDAC69）和Ⅱb（HDAC6、HDAC610）；Ⅲ类包括NAD-依赖性去乙酰化酶1~7（SIRT1~7）；Ⅳ类仅有HDAC11。HDAC6属于第一家族中的Ⅱb类，其结构见图2[14]，结构不同于家族内的其他亚型，具有独特的呈串联排列的双重乙酰化催化区域（deacetylase catalytic domain，DD）[15-16]，其中DD2作为HDAC6体外的主要去乙酰基活性区域；在HDAC6的C末端还具有一个锌指泛素结合域（zinc-finger ubiquitin-binding domain，ZnF-UBP）[17-18]，富含半胱氨酸和组氨酸；此外还有一个由8个连续的含丝氨酸-谷氨酸组成的十四肽重复序列（Ser-Glu-containing tetradecapeptide，SE14），作为HDAC6的细胞质定位域[19]，以及阻止HDAC6与细胞核蛋白结合的细胞核输出信号区（nuclear export signal，NES）[20]，同时有利于维持HDAC6在细胞质中的活性和稳定性。在猪机体中，HDAC6主要表达于肾脏、卵巢、肝脏、皮下脂肪、心脏等组织器官内[21]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.15.026.F002图2HDAC6的结构3HDAC6的功能研究发现，HDAC6是细胞内蛋白质泛素化以及蛋白质赖氨酸乙酰化两个翻译后修饰过程交叉路口的功能蛋白，调控细胞内的异常蛋白降解，影响细胞的周期、增殖、迁移和凋亡等过程[22]。HDAC6的功能见图3，在体外，HDAC6对组蛋白发挥去乙酰化活性[23]；在体内，HDAC6主要对α-微管蛋白（α-tubulin)、皮层肌动蛋白（cortical actin-binding protein，Cortactin)、热休克蛋白90（heat shock protein 90，HSP90）等多个非组蛋白底物蛋发挥去乙酰化酶活性[24]。α-tubulin是首个被发现的HDAC6的非组蛋白去乙酰化底物[16,25]，是微管的基本组成单位之一，对于保持细胞形状、运动、胞内物质运输具有不可缺少的作用。HDAC6通过使α-tubulin的赖氨酸去乙酰化，改变微管蛋白的构象，调控微管的稳定及更新。有研究发现，HDAC6过表达时会促进趋化细胞运动[26]，因此HDAC6介导的微管去乙酰化调节依赖细胞运动。HDAC6具有双重乙酰化的催化区域，能够催化不同底物脱乙酰化。HSP90是热休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）家族的一员，被确定为微管蛋白之后HDAC6的第二底物[27-28]。HSPs是生物体内重要的伴侣蛋白之一，在维持蛋白正常折叠、细胞正常分化、促进胚胎的生长发育以及热应激保护等方面发挥重要作用[29]。HSP90是细胞周期、增殖、信号转导和转录调节的重要调节因子，存在于大量的翻译后修饰过程中，其中包括磷酸化、乙酰化、苯甲酰化、甲基化和亚硝基化等[30]。除了去乙酰化酶活性外，HDAC6还具有结合泛素的功能[19]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.15.026.F003图3HDAC6的功能HDAC6是细胞内管理错误折叠蛋白质的关键参与者。毒性蛋白质聚集体的形成是由于多肽链没有正确折叠或未折叠聚集形成，不仅没有正常的生物活性功能，还会干扰正常的细胞功能[31]。因此，清除细胞内具有毒性的错误折叠蛋白聚集体对于细胞存活至关重要。作为机体内降解蛋白质的两种方式，泛素蛋白酶系统和细胞自噬对于清除细胞内错误折叠蛋白具有重要作用[22]。首先，错误折叠的蛋白质经泛素（ubiquitin，Ub）标记后，正常情况下可被蛋白酶体有效降解，当蛋白酶体受损时，错误折叠蛋白形成聚合物，此聚合物在泛素化酶的作用下产生HDAC6结合位点。HDAC6与这些聚合物结合后，可激活HSP90的编码基因所必需的热休克转录因子1（heat shock factor 1，HSF1），诱导主要分子伴侣的表达，指导蛋白质正确折叠[32]；还可与动力蛋白复合物形成聚集体后沿微管转运通过自噬调节降解错误折叠蛋白[33]，这一过程也体现了HDAC6的去乙酰化活性。同时，在HSP90相关研究中发现，缺乏HDAC6的细胞不能形成正确的聚集体，无法从细胞质中清除错误折叠的蛋白质聚集体[34]。目前有关HDAC6在动物生产方面的研究相对较少，主要集中在体细胞核移植技术以及与病毒互作等两个方面。种质资源是农业生产的核心，是农业生产可持续发展的基础和满足未来不可预见需求的重要基因库，保护和开发利用种质资源对农业、畜牧业生产创新具有重大意义。体细胞核移植技术（somatic cell nuclear transfer，SCNT）是当代探索生命科学的关键技术[35-36]，已相继在猪、牛、羊、狗等方面获得克隆后代，并应用于动物疾病模型构建、异种器官移植供体动物培育、地方物种资源及濒危哺乳动物保护等多个领域。目前虽取得了不错的成绩，但其生产水平尚不理想，克隆动物胚胎发育率不超过5%。重建SCNT胚胎重编程主要通过表观遗传重编程实现，异常表观遗传修饰是造成SCNT效率低的主要因素之一[35]。因此，调节DNA甲基化水平和组蛋白修饰纠正体细胞印迹，是改善体细胞核移植胚胎重编程的重要方向。HDAC6具有两个功能催化域，能够在细胞质和细胞核间穿梭进而调控信号转导，在染色质结构和修饰基因转录中起到关键作用，并且可调控细胞骨架的α-tubulin的乙酰化水平[24]。乙酰化异常会导致供体核重编程不完全，造成克隆胚胎发育不正常，利用HDAC6抑制剂处理体细胞克隆胚胎，能够有效改善囊胚质量[37]。HDAC6是一类调控细胞微管组蛋白乙酰化水平的去乙酰化酶。而在胚胎第一次有丝分裂中起到关键作用的纺锤体主要组成成分为纺锤丝，纺锤丝由微管组成[38]。因此，HDAC6对卵母细胞的减数分裂至关重要，是参与卵母细胞成熟的关键因子。随着养殖规模化、集约化的迅速发展，畜禽传染病种类不断变化，已成为阻碍养殖业健康持续发展的主要瓶颈之一。病毒入侵宿主的方式可分为包膜病毒和非薄膜病毒，均需要借助细胞骨架控制的膜动力学。微管（microtubules，MT）是细胞骨架重要构成部分，组成MT的基本单位是α-tubulin和β-tubulin形成的二集体[39]，病毒可利用沿MT运动的动力蛋白和驱动蛋白为大分子物质提供运输通道，将遗传物质在细胞内进行复制、组装及释放，感染动物机体[40-41]。HDAC6可脱乙酰化非组蛋白的底物蛋白及结合泛素化的蛋白，在机体被病毒感染时发挥其广谱抗病毒活性，阻止病毒的入侵、提高机体免疫能力、保护机体不受损伤[42]。研究发现，猪圆环病毒（porcine circovirus 2，PCV2）的蛋白外壳可保持α-tubulin的乙酰化水平和微管的稳定性，有利于病毒粒子的核靶向运输，抑制HDAC6的去乙酰化酶活性，可促进PCV2的复制过程[43-44]。新型疫苗和抗病育种的研发是科学家现今防控猪蓝耳病毒感染的两个主要研究方向。通过转基因技术制备过表达HDAC6的基因猪[42]，发现过表达猪的HDAC6基因对蓝耳病病毒的入侵和复制均具有抵抗作用，为防治猪蓝耳病提供新的路径。4HDAC6调节热应激机制热应激是影响畜禽养殖以及物种健康和生存的主要环境应激之一。高温热应激下，畜禽的采食量、代谢、免疫功能均会受到影响，最终造成畜禽生产和繁殖性能下降[34]。HSPs是细胞内最重要的分子伴侣蛋白[45]，可以在因热应激造成的内质网错误折叠或未折叠蛋白聚集时，帮助多肽链进行正确的折叠和加工，促进异常以及变性蛋白质的降解，对于维持细胞形态和内环境稳态具有积极作用。HSP90被认为是哺乳动物机体内最丰富的热休克蛋白，当机体因高温或理化因素等刺激进入应激状态时，HSP90基因可被诱导并在短时间内被大量表达，从胞浆内转移至细胞核并包围核仁，参与热应激调控过程，增强细胞在不利条件下的生存能力进而保护机体。有研究表明[20]，HSP90基因缺陷的细胞对热应激的耐受极限明显低于正常细胞。鲍恩东等[46]的研究也证明了HSP90家族成员与猪肉品质相关，可作为判断应激损伤的适应证。HDAC6可有效调控热应激，在热休克通路中利用其泛素结合性，分离调节HSP90与热休克转录因子的复合物HSP90-HSF1，释放和活化HSF1转录因子，激活应答的HSP90基因进行编码，导致主要的分子伴侣聚集后对错误折叠的蛋白聚集体进行修复和降解[47]。含缬酪肽蛋白（valosin-containing protein，VCP/p97）是进化保守的泛素化依赖性的ATP合酶[48]，对细胞内蛋白质的稳态具有至关重要的作用，同时具有分离酶活性，可使HSP90-HSF1复合物分离；由于其本身并没有识别泛素化的结构，故需要借助包含泛素化结合区域的伴侣蛋白与底物合作。HDAC6和p97/VCP之间的动态平衡是决定泛素化的蛋白是被降解还是形成聚集体的关键，HDAC6的泛素结合活性可使HDAC6p97/VCP复合物分离[47]，在HSP90-HSF1复合体解离过程中，促进蛋白酶体介导的蛋白质降解，进而有利于泛素化蛋白聚集形成聚集体。高温条件下，尽管机体可激活分子伴侣以及泛素蛋白酶系统对热应激源进行防御，但多数情况下并不能完全降解这些异常蛋白，最终导致错误折叠蛋白聚集后形成有毒性的聚集体。此时若上调HDAC6，将促进自噬途径对这些蛋白质聚集体进行降解或重新折叠。目前，热应激的防治措施主要有调控舍内外环境以及通过抗应激添加剂改善畜禽体内微环境等两种方法，泛素蛋白酶系统对热应激的防御还缺乏精准性。因此，HDAC6可作为未来畜禽养殖以及运输过程中应对环境应激的指征，降解细胞内的异常蛋白降解，维持细胞稳定，确保畜禽养殖业的健康生产。5HDAC6调节脂代谢机制畜禽肉质与机体内的脂肪沉积情况密切相关，而脂肪过度沉积则会影响胴体品质。研究发现，脂质进入细胞代谢通路并产生相应的代谢产物供给细胞维持生命活动的这一过程，需要代谢酶感知代谢产物变化而发生一系列反馈调节，并由乙酰化修饰调控[34]。哺乳动物的脂质主要在脂肪和肝脏中合成。机体的脂肪组织分为白色脂肪和棕色脂肪两类。前者主要是以甘油三酯的形式发挥储存能量的作用，还具有重要的内分泌功能，其结构和功能的紊乱会引发肥胖、炎症、胰岛素抵抗以及影响糖尿病、心脑血管疾病等多种疾病[49]；棕色脂肪在机体内主要发挥产热功能，这一过程主要由棕色脂肪胞内的解偶联蛋白（uncoupling protein 1，UCP1）介导[50]。HDACs对脂肪产热相关转录因子的调节影响棕色脂肪产热及白色脂肪米色化进程，敲除小鼠编码HDAC6的基因后，棕色脂肪组织UCP1的表达量显著降低，导致棕色脂肪组织产热受损。研究发现，HDAC6是与造成肥胖和衰老的异位脂肪堆积（Ectopic fat accumulation，EFA）过程的负调节因子，HDAC6功能缺失将会导致EFA显著上升和脂肪组成的失衡[51]；以及在肥胖动物的脂肪组织中发现HDAC6蛋白表达量显著降低[52-53]，这些结果均表明HDAC6对脂肪代谢具有重要作用。同时，肝脏作为一个重要的解毒器官，其脂肪性变对机体产生很大的伤害。脂代谢通常是指脂滴代谢过程，肝脏中脂滴的分解代谢主要通过脂自噬实现。HDAC6是控制聚集体降解即自噬过程的一个关键调节因子，自噬能够降解错误折叠蛋白聚集体，脂滴作为细胞内脂质存储的细胞器，其表面由许多参与脂代谢过程的蛋白酶所修饰[54]。因此，HDAC6在肝脏脂代谢中也发挥重要作用。HSP90是近年来癌症治疗、神经退化性疾病以及抗病毒等方面的研究热点，但对脂肪细胞增殖分化的作用机制研究较少。唐照等[55]研究发现，UPS是白色脂肪细胞分化所必需，对过氧化物酶体增殖物活化受体γ(peroxisome prolifera-tor-activated receptor gamma，PPARγ)和HSP90的结合具有作用，可调节脂肪细胞分化，参与脂肪形成、能量平衡以及脂质合成的过程。华东师范科技大学科研团队发现[56]，米色脂肪可通过HSF1感应局部温和热效应并激活产热，进而改善胰岛素抵抗和肝脏脂质沉积等代谢紊乱问题。郑月[57]研究表明，HDAC6调节的UPS和细胞自噬不仅是细胞内异常蛋白质降解的两种方式，还能调节脂肪细胞的分化。HDAC6在动物机体脂肪代谢中具有重要调节作用，目前相关研究大多集中于人类医学领域，有关畜禽方面的研究还有待进一步的探索。因此，上调HDAC6对脂肪细胞分化、调节机体能量平衡和胰岛素抵抗具有重要意义，可为改善动物胴体品质以及提供健康畜禽产品提供思路。6结论热应激和脂代谢均是影响畜牧业发展的重要因素。热应激会影响畜禽的繁殖性能，甚至导致生长发育迟缓和死亡等状况，造成严重的经济损失；脂代谢是机体获取脂质等营养物质的途径，影响动物机体的健康生长以畜禽的胴体品质。HDAC6可调节细胞自噬、迁移、增殖、凋亡等多种生理过程，利用其泛素化活性以及去乙酰化活性，参与细胞内错误折叠蛋白质的管理以及脂代谢过程，作为畜禽养殖及运输过程中应对环境应激的指征，利于改善畜禽胴体品质。本文从降解细胞内异常蛋白的功能等方面入手，叙述了HDAC6在防御畜禽热应激和脂代谢的作用，未来HDAC6在畜牧生产中的应用还需要不断地探索研究。