棕櫚酸在心血管疾病中的研究進展

仲美楠 綜述，李玉子 審校(延邊大學附屬醫院，吉林 延吉 133000)

棕櫚酸(palmitate acid，PA)，為飽和脂肪酸，在脂肪中以甘油酯的形式存在，是人體內含量最多的游離脂肪酸。隨著肥胖、糖尿病患者數的增多，我國心血管疾病發病率逐年增高，例如冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(CHD)、心力衰竭等，心血管疾病的發生與體內游離脂肪酸含量的升高密不可分。

新時代新世紀下，人們的生活方式逐步改變為高熱量飲食、缺乏充足運動的不良生活方式，肥胖癥、糖尿病患病率飛速增長，由此心血管事件誘發率也隨之大大提升[1]。

體內游離脂肪酸(fatty acid，FFA)長時間的分配與儲存不合理，尤其是在確診為糖尿病的患者及體重指數超標的肥胖人群中顯得尤為突出。體內游離脂肪酸分布不均衡直接導致了心臟及外周器官細胞脂質沉積，并轉化為三酰甘油[2]，在人體內通過多種途徑，最終導致細胞功能出現嚴重障礙。血漿脂質代謝紊亂是導致血管動脈粥樣硬化的首要因素。游離脂肪酸參與了內皮細胞功能失調、細胞炎性反應、氧化應激增加等一系列變化，使機體內的細胞逐漸喪失功能，出現動脈粥樣硬化及心力衰竭的表現。多種啟動因子(如高脂血癥，內皮細胞功能失調等)和發病機制是形成動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)的必要條件，當體內影響動脈粥樣硬化的危險因素過多時，AS的發生率也會隨之提高。一般而言動脈粥樣硬化會出現多種形式的病理性改變，其中就包括了內皮細胞的損害及凋零，組織內膜之間的通透性隨之增加，血漿脂質及平滑肌細胞在內皮下組織大量聚集，隨之組織周圍出現大量的單核細胞，并伴有蛋白聚糖增多，在內皮下發展成粥樣斑塊。當體內脂質超負荷時，將會引起內皮細胞凋亡以及功能障礙，從而促進了AS的發生與發展。血管內皮細胞是存在于血液和血管內膜下組織之間的細胞組織，它參與了多種細胞因子的合成、調節膽固醇和脂質平衡以及免疫炎性反應等多項生理過程，血管內皮細胞的損傷是AS的始動位點，AS主要的病理生理改變是血管內皮結構的改變，這不僅僅是診斷AS的金標準，也是AS起始的一項重要指標。糖尿病、肥胖人群中的FFA較正常人明顯增高，FFA水平的上升與AS、急性冠狀動脈綜合征(ACS)等心血管疾病的發生密切相關。以動脈粥樣硬化為病理特征的心腦血管并發癥，是造成患者死亡的主要原因，其在我國的發病率也呈逐年上升的發展趨勢。

眾所周知，過量攝入膳食飽和脂肪酸會導致心力衰竭[3-4]。心力衰竭(heart failure，HF)包括左心力衰竭及右心力衰竭，常常伴有心臟結構和功能障礙的改變 ，心力衰竭的發病率在我國呈逐年上升的趨勢，2016年北京舉辦的“2016年中國國際心力衰竭大會”上獲悉，全球每1 000人中就有9例心力衰竭患者，其中老年人發病概率很高，成為老年人的主要負擔。盡管醫學進展很快，但是HF發病后的死亡率仍然存在。心力衰竭最主要的危險因素是CHD，因此，體內游離脂肪酸的增高，大大地增加了心力衰竭的發病率。

棕櫚酸(palmitate acid，PA)是血漿脂質中含量最豐富的游離脂肪酸，是飽和的高級脂肪酸，以甘油酯的形式廣泛存在于動植物油脂中。有證據表明，血液中主要飽和脂肪酸PA的積累可能通過誘導氧化應激和持續的內質網應激導致心肌細胞脂毒性最終誘導炎性反應、細胞肥大[5-10]、細胞功能障礙甚至細胞死亡[11-13]。PA誘導的炎性反應和細胞死亡包括細胞凋亡和自噬，已被廣泛研究在不同的細胞類型中[14]。此外，研究表明，心臟中飽和脂肪酸的累積也參與心肌病的發展[15]。此外，棕櫚酸可以改變心肌細胞心磷脂的水平，心肌細胞心磷脂是線粒體內膜的重要組成部分[16]。心血管疾病的發生多半有其參與，并以不同形式促進了心血管疾病的進展。

1Caspase-3

Caspase家族是一組天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶，通過剪切底物致使細胞發生凋亡。有研究表明可通過AnnexinⅤ-FITC/PI法檢測到棕櫚酸增加了Caspase-3的活性，促使內皮細胞凋亡，引起血管活性減低，促使心臟功能減退，從而引起心血管疾病的發生。眾多研究表明caspase-3蛋白酶是致使細胞凋亡最主要的終末剪切酶，是細胞凋亡關鍵的執行分子，起著不可替代的作用[17]。

2ROS

氧化應激是由于機體產生過量的活性氧(ROS)或者活性氧清除減少造成了體內活性氧自由基蓄積，ROS是機體有氧代謝生成的副產物，在有外來微生物入侵機體時，生理量的ROS在體內可以啟動固有免疫應答發揮有益作用，生理水平的ROS還可作為細胞外信號轉導中的第二信使，但是過多ROS積累作為高反應活性分子可損害DNA、蛋白質、脂肪酸等細胞內大分子，大量ROS的產生通過以下兩種途徑促使內皮細胞發生凋亡，一種是與核轉錄因子NF-κB誘導內皮細胞凋亡；另一種是通過線粒體途徑誘導內皮細胞凋亡。ROS對內皮細胞的作用還包括促進LDL過氧化修飾生成氧化低密度脂蛋白(OX-LDL)，ROS和OX-LDL均可促進炎性因子及內皮細胞黏附分子(VCAM)的產生，如VCAM-1和細胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)表達，促進單核細胞轉移黏附至內膜下，而炎性因子和VCAM又可進一步促進ROS的生成，進一步加快AS進程。研究表明棕櫚酸能夠增加血管內皮細胞ROS的生成[18]。正常機體狀態下，ROS的產生與清除可維持平衡關系。但在某些病理情況下，由于FFA在線粒體內的氧化不充分導致ROS生成增加，體內產生大量ROS，同時機體的抗氧化防御能力下降，抗氧化能力遠遠低于氧化能力而導致氧化應激致使ROS生成增加，ROS作為第二信使，通過啟動一系列信號傳導級聯反應，影響細胞凋亡、相關基因和蛋白活性產物表達，引起細胞內蛋白及酶變性、DNA 損傷、生物膜脂質過氧化，導致細胞凋亡及組織損傷[19-20]，最終導致心血管疾病的發生。FFA還可以導致線粒體功能失調，通過抑制電子轉移和減少超氧自由基的清除，引起內皮細胞功能失調。因此，ROS的增多可誘導內皮細胞凋亡[21]；誘導內皮VCAM-1表達，促使單核細胞轉移黏附至內膜下；并且促使內皮下LDL氧化修飾成OX-LDL，OX-LDL可導致纖維肌動蛋白微絲破壞、分布紊亂，進而導致內皮細胞通透性增加，大分子脂質成分容易通過內膜屏障進入內皮下，加重了內皮細胞的損傷，促進AS的發生發展。氧化損傷-炎性反應學說認為：血管內皮細胞功能障礙是AS發生的始動位點，氧化應激可使血管內皮細胞嚴重受損，最終促使了心血管事件的發生。

3 細胞凋亡

細胞凋亡主要依賴于半胱天冬酶-1(caspase-1)發揮作用，屬于一種程序性細胞壞死，可釋放了大量的促炎性反應因子，通過激活caspase-1可導致細胞膜的完整性消失，形成細小孔隙約1～2 nm，致使細胞內容物(細胞器及細胞質)腫脹破裂并溢出至細胞外，引發局部炎性反應。試驗研究表明，內皮細胞經過棕櫚酸處理后，活力顯著降低，同時釋放出更多的乳酸脫氫酶(LDH)、提高了caspase-1的活性以及促使了caspase-1、IL-1β、ICAM-1 蛋白表達。當PA濃度≤10 μmol/L時，caspase- 1、IL- 1β及ICAM- 1蛋白表達變化不明顯，棕櫚酸對內皮細胞活力的影響及對釋放LDH水平的影響不大，對內皮細胞無明顯影響；當PA濃度≥100 μmol/L時，促使細胞凋亡的關鍵蛋白—caspase- 1增加，IL- 1β、ICAM- 1 的表達也呈上升趨勢，使得caspase-1、IL-1β及ICAM-1表達增加，呈劑量依賴關系，LDH釋放水平增強，使內皮細胞活力下降，同時導致細胞發生膨脹、破裂，細胞活力受損，說明了棕櫚酸具有誘導內皮細胞凋亡的作用；當PA濃度≥200 μmol/L時，caspase-1活性顯著增強，LDH的釋放明顯增加，細胞活力明顯下降[22]，使細胞發生凋亡。因此，試驗說明了當存在高濃度棕櫚酸時，內皮細胞嚴重受損，促使動脈粥樣硬化性疾病的發生，同時進一步增加了心力衰竭發生的可能性。

4TLRs

TLRs家族蛋白( toll-like receptors，TLRs) 是炎性反應細胞膜識別的受體，它可以與心肌細胞在經過炎性反應刺激后，激活HMGB1、HSP60等配體，并與之相互作用，并參與心肌細胞內的炎性反應級聯反應。TLRs 家族蛋白在心臟慢性炎性反應性疾病的進程中發揮了非常重要的作用。飽和脂肪酸(SFA)被發現可以激活先天免疫系統，棕櫚酸是體內含量最多的SFA，它可以引起心臟的慢性炎性反應，通過一個包含TLRs的信號通路的過程，在巨噬細胞中激活TLRs信號轉導參與慢性炎性反應，促進了內皮細胞的損傷，誘發心肌進一步的損害，稱為脂毒性反應。血液中SFA水平升高是一個危險因素，糖尿病和肥胖癥人群中SFA均較高。有試驗表明，棕櫚酸作用于心肌細胞后，通過AMPK/SIRT1/PGC-1α的信號通路，致使TLR2和NLRC5的增多，引起心肌細胞脂毒性反應，最終促使心肌細胞的凋亡，試驗說明了棕櫚酸通過TLR2/NLRC5介導的通路相關信號參與了心肌細胞的脂毒性反應，誘導對心肌細胞的凋亡[23]，凋亡的細胞摧毀了內皮的完整性及屏障保護功能，最終導致心血管事件的發生。

5EGFR

表皮生長因子受體(EGFR)，屬于酪氨酸激酶型受體，是細胞間信號傳導的受體，在多種組織中表達，介導細胞增殖、分化、遷移和存活。EGFR在高脂血癥中可引起心臟炎性反應損傷，脂質超載常伴隨著促炎細胞因子的產生和釋放，炎性細胞因子激活一系列細胞內信號通路，包括核因子NF-κB，而JNK(應激活化蛋白激酶)則上調了更多細胞因子的轉錄，并夸大了炎性反應。這些事件進一步觸發巨噬細胞活化、遷移和組織濾過，導致組織損傷。試驗表明，當棕櫚酸刺激心肌細胞時，在EGFR的信號轉導下，促進了炎性細胞因子的產生和釋放，使心肌細胞出現炎性反應，證實了棕櫚酸激活了EGFR對心肌細胞的炎性反應性損傷。由于食用高脂或高脂肪飲食，肥胖現在已變得越來越普遍，脂肪常與動脈粥樣硬化、血脂異常、缺血性心臟病等疾病的風險增加有關，通過特異性酪氨酸激酶抑制劑顯著抑制EGFR的生成，可減少血管緊張素Ⅱ介導的轉化生長因子(TGF)的合成 — 纖維連接蛋白。在糖尿病患者和高脂血癥患者人群中，EGFR可對血管緊張素Ⅱ 1型產生刺激，進而介導血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)的形成，誘導TGF-β和纖連蛋白的表達，促使心臟重塑的發生。棕櫚酸在心肌細胞中觸發EGFR的磷酸化，磷酸化的EGFR參與了心肌纖維化和微血管內皮功能障礙，從而導致心肌纖維化的發生。EGFR抑制劑的過量表達顯著降低了心肌細胞中的TGF-β和纖連蛋白的表達，提示EGFR信號傳導的促纖維化作用。因此，棕櫚酸可通過EGFR途徑引起心臟炎性反應、心肌纖維化、心臟重塑的發生[24]。

6TNF

腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)是一種廣泛存在的炎性因子，誘導了很多炎性反應疾病的發生。高脂飲食增加了TNF的表達。TNF-α是其中的一個最重要的炎性細胞因子，其可誘導氧化應激、血管重構、細胞凋亡、浸潤、血栓形成而造成血管損傷。TNF-α可促使內皮細胞增加ROS的生成導致內皮功能紊亂。試驗證明，TNF-α可誘導骨髓細胞ROS生成增多并伴有caspase-3活性增加[25]，造成細胞凋亡。在肥胖人群中，高脂血癥成為了普遍的現象。高脂血癥可引起大量的心臟炎性反應，介導了心臟損傷與重塑，進一步促進炎性細胞因子的表達水平，在AS內皮損傷中也發揮重要作用，促進AS的發生。

7IL-6

白細胞介素-6(IL-6)為活化的T細胞和成纖維細胞產生的淋巴因子，和集落刺激因子協同，能增強自然殺傷細胞的裂解功能。體內脂肪酸的增加促進了IL-6表達，從而促進了心肌細胞的炎性反應，促進心血管事件的發生。

8ET、NO

內皮素(ET)是能調節心血管張力的因子，通過調節血管基本張力來維持心血管系統的穩態。ET有4種異構體：ET-1、ET-2、ET-3及血管活性腸收縮肽(VIC)。其中，ET-1 mRNA是目前公認的最有效的血管收縮劑。它主要存在于血管內皮細胞中，可引起血管收縮、代謝紊亂和心肌缺血，是血管疾病的重要危險因子。

一氧化氮(NO)是一種血管內皮細胞分泌的重要舒張血管的因子，它的活性主要靠NOS的生物活性來維持。在內皮細胞內合成的NO的酶，主要分為：內皮型(eNOS)和誘導型(iNOS)。正常的生理狀態下，eNOS合成的正常濃度NO通過舒張血管、抑制血小板聚集和抑制血管平滑肌細胞增殖，有效地保護心血管系統的平衡，在維持內皮細胞的正常結構和功能方面起著重要作用[26]。

研究發現HCD(高熱量高膽固醇飲食)可引起肥胖癥、高脂血癥、胰島素抵抗等疾病，從而引起PA的增加，使ET-1水平顯著上調，eNOS脫偶聯，造成 NO合成明顯減少[27]，促使ROS生成過多，引起強烈的氧化應激反應，進而導致內皮功能嚴重失衡，同時顯著升高TNF-α、IL-6等炎性指標水平，最終損傷血管內皮細胞并致使其發生功能障礙，加大了心血管疾病的發生率。

9 神經酰胺

神經酰胺(Caramide)是生物膜雙層中鞘磷脂分解產物，是公認的第二信使，在細胞的生長、分化、凋亡和損傷過程中發揮著重要作用。試驗證明，PA作用于心肌細胞后，神經酰胺合成酶5(CERS 5)和神經酰胺去飽和酶-1(CERS 5)的表達分別提高了2.3倍和1.9倍，引起了神經酰胺在細胞內的蓄積，神經酰胺作為第二信使激活了參與細胞凋亡的信號[27-29]，同時也激活了JNK信號，極大地促進了細胞凋亡，導致心臟功能的紊亂，最終引起心血管事件的發生。棕櫚酸酯誘導的損傷可以與釋放的細胞毒性自由基和細胞色素神經酰胺的生產過剩有關，從而引起凋亡性細胞死亡[30-31]。

10 結語與展望

心血管疾病是一種慢性疾病，尤其當體內PA的過度增加時，促進了心肌細胞的損傷，極大地增加了心血管事件的發生。心肌細胞損傷是導致心血管疾病如CHD、心功能不全和心力衰竭的主要原因。因此，防止心肌細胞損傷可顯著改善心肌功能。目前眾多研究表明PA促進了AS、HF的發生與發展，對于是否參與了心肌纖維化及其主要通路有待于進一步探索與研究，逐步明確其發生機制，從而實現成功治療和預防心血管事件的發生。

11 參考文獻

[1] Hooper L, Summerbell CD, Thompson R, et al. Reduced or modified dietary fat for preventing cardiovascular disease[J]. Cochrane Database Syst,2011,13(4):389.

[2] 劉曉穎，蔡詩婷，楊敏，等. TLR2/NLRC5參與棕櫚酸誘導的心肌細胞凋亡及相關機制研究[J].中國臨床藥理學與治療學，2015，20(7)：763.

[3] Drosatos K, Schulze P C. Savings precede spending: fatty acid utilization relies ontriglyceride formation for cardiac energetics[J]. Circulation，2014，130(20)：1775.

[4] Zhou YT, Grayburn P, Karim A, et al. Lipotoxic heart disease in obese rats: implications for human obesity[J].Proc Natl Acad Sci USA,2000,97(6):1784.

[5] Xu Q, Chen S Y, Deng L D, et al. Antioxidant effect of mogrosides against oxidative stress induced by palmitic acid in mouse insulinoma NIT-1 cells[J]. Brazilian Journal of Medical and Biological Research,2013,46(11):949.

[6] Akoumi A,Haffar T,Mousterji M, et al. Palmitate mediated diacylglycerol accumulation causes endoplasmic reticulum stress Plin2 degradation and cell death in H9C2 cardiomyoblasts[J]. Exp Cell Res,2017,354(2):85.

[7] Guo R1,Wu Z1,Jiang J, et al. New mechanism of lipotoxicity in diabetic cardiomyopathy Deficiency of Endogenous H2S Production and ER stress[J]. Mech Ageing Dev,2017,3(162):46.

[8] Rizzi F, Naponelli V, Silva A, et al. Polyphenon E(R), a standardized green tea extract, induces endoplasmic reticulum stress, leading to death of immortalized PNT1a cells by anoikis and tumorigenic PC3 by necroptosis[J].Carcinogenesis,2014,35(4):828.

[9] Wen SY, Velmurugan BK, Day CH, et al. High density lipoprotein (HDL) reverses palmitic acid induced energy metabolism imbalance by switching CD36 and GLUT4 signaling pathways in cardiomyocyte[J]. Cell Physiol,2017,232(11):3020.

[10] Zhao M,Lu L,Lei S,et al. Inhibition of Receptor Interacting Protein Kinases Attenuates Cardiomyocyte Hypertrophy Induced by Palmitic Acid[J].Oxid Med Cell Longev,2016,2016:1451676.

[11] Park E-J, Lee AY, Park S, et al. Multiple pathways are involved in palmitic acid-induced toxicity[J].Food and Chemical Toxicology,2014,67(17):26.

[12] Cetrullo S, Tantini B, Flamigni F, et al. Antiapoptotic and antiautophagic effects of eicosapentaenoic acid in cardiac myoblasts exposed to palmitic acid[J]. Nutrients,2012,4(2):78.

[13] Ricchi M, Odoardi M R, Carulli L, et al. Differential effect of oleic and palmitic acid on lipid accumulation and apoptosis in cultured hepatocytes[J]. Journal of Gastroenterology and Hepatology,2009,24(5):830.

[14] Chang F, Liu J, Fu H, et al. GSK-3β promotes PA-induced apoptosis through changing β-arrestin 2 nucleus location in H9c2 cardiomyocytes[J]. Apoptosis,2016,21(9):1045.

[15] Chiu H C, Kovacs A, Ford D A, et al. A novel mouse model of lipotoxic cardiomyopathy[J]. Clin Invest,2001,10(7):813.

[16] Ostrander D B, Sparagna G C, Amoscato A A, et al. Decreased cardiolipin synthesis corresponds with cytochrome release in palmitate induced cardiomyocyte apoptosis[J]. Biol Chem,2001,57(276):38061.

[17] 張 丹，王玉霞，劉國良，等. Ghrelin對棕櫚酸誘導的大鼠主動脈內皮細胞凋亡的影響[J]. 中國動脈硬化雜志，2011，19(9)：747.

[18] 張 丹，索琳娜，韓玲玲，等. Ghrelin 抑制棕櫚酸誘導的人血管內皮細胞凋亡[J]. 現代預防醫學, 2012，39(18)：4805.

[19] Alves MNM, Roman-Campos D, Parreira AB, et al. Exercise Training Protects Cardiomyocytes from Deleterious Effects of Palmitate[J]. Int Sports Med,2017,38(12):949.

[20] Wang L,Han J,Shan P, et al. MD2 Blockage Protects Obesity-Induced Vascular Remodeling via Activating AMPK/Nrf2[J].Obesity,2017,25(9):1532.

[21] Gambert S, Vergely C, Filomenko R, et al. Adverse effects of free fatty acid associated with increased oxidative stress in postischemic isolated rat hearts[J]. Mol Cell Biochem,2006,283(28):147.

[22] 胡 琴，張 婷，易 龍，等. 二氫楊梅素抑制棕櫚酸誘導的血管內皮細胞凋亡[J]. 第三軍醫大學學報，2017，39(5)：448.

[23] Yamada H,Umemoto T,Kawano M,et al. High-density lipoprotein and apolipoprotein AI inhibit palmitate-induced translocation of toll-like receptor 4 into lipid rafts and inflammatory cytokinesin 3T3-L1 adipocytes[J]. Biochemical and Biophysical ResearchCommunications,2017,484(18):403.

[24] Weixin Li, Qilu Fang, Peng Zhong, et al. EGFR Inhibition Blocks Palmitic Acid induced inflammation in cardiomyocytes and Prevents Hyperlipidemia induced Cardiac Injury in Mice[J]. Scientific Reports volume,2016,37(12):523.

[25] 汪 淵，魏 偉，王 怡. MicroRNA-126對棕櫚酸誘導的內皮細胞損傷的調節作用及其機制研究[J]. 安徽醫科大學學報，2014，9(15)：303.

[26] Tsang MY, Cowie SE, Rabkin SW. Palmitate increases nitric oxidesyntha seactivitythatis involved in palmitate-induced cell deathin cardiomyocytes[J]. Nitric Oxide,2004,10(1):11.

[27] 魯云霞，錢 磊. 棕櫚酸誘導血管內皮損傷及非諾貝特(酸)干預機制的初步研究[J]. 中國動脈硬化雜志，2012，24(10)：124.

[28] Dyntar D, Eppenberger-Eberhardt M, Maedler K, et al. Glucose and palmitic acid induce degeneration of myofibrils and modulate apoptosis in rat adult cardiomyocytes[J]. Diabetes,2001,50(9):2105.

[29] Leonardini, D′Oria, Incalza MA, et al. GLP-1 Receptor Activation Inhibits Palmitate-Induced Apoptosis via Ceramide in Human Cardiac Progenitor Cells[J]. Clin Endocrinol Metab,2017,102(11):4136.

[30] Ghafourifar P, Klein S D, Schucht O, et al. Ceramide induces cytochromec release from isolated mitochondria.Importance of mitochondrial redox state[J]. Biol Chem,2013,10(48):6080.

[31] Ghosh S, Rodrigues B. Cardiac cell death in early diabetes and itsmodulation by dietary fatty acids[J].Biochim Biophys Acta,2016, 116 (86):1148.