DHA及其衍生物對腸道炎癥作用的研究進展

查 睿,尹 輝,劉 濤

(廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院，廣東藥科大學廣東省生物活性藥物研究重點實驗室,廣東廣州 510006)

順式-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)是一種長鏈,高度不飽和的n-3脂肪酸(n-3 polyunsaturated fatty acid,n-3 PUFA)。它的酰基鏈中含有22 個碳,包括6 個雙鍵。與二十碳五烯酸(Eicosapntemacnioc acid,EPA)和二十二碳五烯酸(Docosapentaenoic acid,DPA)相同,DHA在海洋生物中含量相當高。在人體,DHA主要存在于大腦和眼睛中。據報道,人嬰兒大腦皮層和視網膜的平均DHA含量分別約占脂肪酸含量的8%和12%[1],因此DHA目前多被應用于補充大腦營養物質,提高認知能力,抵抗神經損傷。

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease,IBD)是一種慢性復發性胃腸道的炎癥疾病。臨床上主要類型有克羅恩病(Crohn’s disease,CD)和潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis,UC)。IBD是遺傳、環境和腸道微生物群之間復雜的相互交叉作用的慢性免疫介導疾病。雖然在全世界都有流行,但IBD高發病率的人群主要在北美和歐洲[2-3],且二十世紀下半葉發病率快速增長[2,4]。此外,之前被認為是“低風險”的國家如印度[5]和日本[6],其發病和患病人數也在逐漸增加。IBD的這種發病趨勢,可能的原因之一是經過工業革命的歐美國家的飲食結構變成了以谷物和精制糖為主[7],從而間接攝入大量的脂肪,其中包括n-3和n-6脂肪酸,且以n-6脂肪酸居多[8-9]。

研究發現,n-6脂肪酸促進了許多疾病的發病,包括心血管疾病、癌癥、腸炎等,而n-3多不飽和脂肪酸的增加(低n-6/n-3比例)會產生抑制作用[8,10-12]。隨著IBD的發病率逐漸上升,人們開始研究n-3多不飽和脂肪酸對腸道炎癥的具體作用,盡管目前的作用機制尚不清楚,但可以肯定其在包括腸道菌群[13]、炎癥信號通路[14]、促炎介質釋放[15]等方面均有顯著的效果。DHA作為n-3多不飽和脂肪酸的主要成員之一,其生物學活性、食用和藥用價值遠不僅限在大腦神經方面,大量的實驗結果顯示DHA能有效緩解慢性結腸炎的發生發展,并且有調查表明,DHA的攝入量與CD的發展呈負相關[16],結腸炎相關研究已成為DHA藥效評估的熱點。

本文著眼于DHA及其衍生物,總結了近年DHA及其衍生物在各種腸炎模型進程中發揮的作用與效應,在世界各國炎癥性腸病發病率日益上升的局勢下探討了該病更有效的用藥方式和DHA的更多藥用形式,為相關炎癥疾病的用藥和DHA的深入研究提供參考。

1 DHA作用機制和腸道炎癥

根據目前的部分研究,人們已經對DHA的作用機制有了一定的理解,總結如圖1。

圖1 DHA主要作用機制和影響

DHA作為一種脂質,可以參與組成細胞膜磷脂,其高度不飽和的性質使得DHA的空間構型與其他常見的膜脂肪酸不同,這種形狀對膜的構成有很大影響[17],進而影響膜蛋白功能和脂筏的組裝,又因為膜磷脂是產生第二信使的底物,因此DHA的存在能夠對磷脂及其產生的一些信號分子產生影響,如視覺信號分子、神經信號分子等[18-19]。游離的DHA能夠通過細胞膜進入細胞,產生新的生物活性代謝產物,包括消退素(Resolvins)、保護素(Protectins)和馬林素(Maresins)等,進入細胞內的DHA還可以通過過氧化物酶體增殖物激活受體(the Peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)的誘導和激活,抑制NF-κB通路[20],達到抑制炎癥的效果;還可通過細胞膜上的G蛋白耦聯受體之一的GPR120或Toll樣受體4(Toll-like receptors 4,TLR4)進入細胞激活細胞內的抗炎通路[21-22],從而緩解炎癥。另外,DHA及其衍生物也能通過類似途徑調節糖類和脂質代謝[23]。

1.1 DHA和魚油可緩解腸道炎癥損傷

DHA除了對細胞內信號分子的傳遞產生影響,還能激活細胞膜上或者細胞核內的激素受體,經過細胞內的代謝,形成的衍生物或代謝產物也在炎癥消退方面具有顯著的療效。炎癥性腸病之一的克羅恩病由于其廣泛的異質表現且與其他炎性疾病重疊發病,常常難以觀察到有特征的腸外癥狀,因此難以發現病因[24]。研究者們使用了白細胞介素-10敲除小鼠(該小鼠模型已被證明與人CD癥狀最為相似),用5%玉米油和4%魚油(脂肪酸組成見表1[25])+1%玉米油完全平衡飲食。研究發現,喂食魚油的小鼠在疾病發展前T細胞增殖水平顯著降低,在非甾體抗炎藥治療后,魚油組T細胞增殖減少,TNF-α的產生被抑制[25]。這在豬的體內也得到了類似結果,魚油(脂肪酸組成見表2)喂養后的幼豬在LPS誘導炎癥條件下能保持腸道完整性,研究顯示其可能與TLR4和NOD2通路有關[26]。

表1 小鼠平衡飲食各脂肪酸含量

表2 幼豬平衡飲食各脂肪酸含量

而后在一組DHA給藥的實驗結果中,DHA能減少促炎細胞因子如IL-17、TNF-α和IFN-γ的表達[27]。Zhao等[28]發現,通過抑制TAK1/IKK-α/IkB-α/p65途徑觸發GPR120可能是克羅恩病的重要靶點。同時有研究表明,DHA可通過抑制mTOR途徑觸發自噬,從而減輕慢性結腸炎癥狀[29]。另外Kang等[30]發明的Fat-1轉基因小鼠能夠在不飽和脂肪酸烴鏈中添加雙鍵并將n-6脂肪酸轉化為n-3脂肪酸。該模型可被用于研究n-6/n-3多不飽和脂肪酸在疾病中的關聯。在應用該模型的一系列實驗中證實,n-3多不飽和脂肪酸能夠有效緩解或預防胃腸道損傷疾病[31-32],并調節免疫細胞活性[33]。用2,4,6-三硝基苯磺酸(Trinitro ben-zene sulfonic acid,TNBS)造模前腹腔給藥DHA 7 d以評估其預防效果,再用TNBS給藥3 d后處死進行取材,結果顯示,與Fat-1轉基因小鼠的情況一樣,DHA給藥的野生型(Wild type,WT)小鼠免受TNBS誘導的結腸炎侵害,并且發現與抑制NF-κB活化、下調COX-2表達、激活Nrf2和在腸粘膜中上調HO-1表達有關[34]。

表3 DHA對PPARs的影響作用

1.2 過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)與DHA

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)是一種核受體激素超家族成員,有三個亞家族成員:PPARα、PPARβ/δ和PPARγ。像所有的核受體一樣,PPARs也有三個主要的功能域:N-末端結構域攜帶轉錄激活功能,一個保守的DNA結合結構域和一個C端結構域的配體結合域。PPARs可由脂肪酸及其衍生物激活,因此能夠感知來自膳食脂質、致病性脂蛋白或必需脂肪酸代謝物的脂肪酸信號[35],目前已經被廣泛用于治療或緩解高脂血癥和糖尿病等的研究。DHA與其它n-3脂肪酸代謝相關,它可以由植物來源的α-亞麻酸合成或直接從飲食中獲得,因此研究者們開始探尋DHA與PPARs的聯系。如表3所示,兩者之間的關系在近年來的研究中也得到了證實。

最初,PPARs被發現在脂質和碳水化合物代謝中起重要作用,常被用作治療糖尿病的靶向位點,之后的研究表明它們也參與調節炎癥反應。研究已經證實DHA可作為PPARs的配體,主要通過激活PPARα/γ發揮作用,而結腸是除脂肪組織外表達這兩種受體最多的組織[42]。在結腸炎的發生發展過程中,PPARγ信號通路的激活常常會預防結腸炎模型的表現,因其可抑制NF-κB促炎通路[21,43],而PPARα的作用卻相反[44]。考慮PPARγ在結腸炎治療中可能發揮的重要作用,目前其已成為結腸炎研究的熱點方向之一。

2 DHA衍生物與腸道炎癥

2.1 DHA代謝產物與炎癥

DHA可以通過核受體發揮作用也表明其在細胞內參與了一些代謝反應,在炎癥性腸病過程中除了DHA本身以外,其活性代謝產物也可能通過不同途徑取得顯著的抗炎效果,其中DHA產生的D系列消退素已經被證實在炎癥性腸病中發揮有益的作用[45]。在DSS和2,4,6-三硝基苯磺酸誘導的結腸炎模型中,由阿司匹林誘導產生的消退素D1(Resolvin D1,AT-RvD1)、其前體17(R)-羥基二十二碳六烯酸和消退素D2(Resolvin D2,RvD2)均能有效改善兩種模型的疾病表現,并且能夠降低TNF-α、IL-1β、MIP-2和CXCL1/KC的結腸細胞因子水平,以及NF-κB和粘附分子VCAM-1、ICAM-1和LFA-的mRNA表達[45]。同樣,二十二碳六烯酸衍生的脂質介質馬林素1(Maresin 1,MaR1)在上述兩種模型中也發揮了類似的緩解作用,此外,LPS刺激的骨髓來源的巨噬細胞培養物與MaR1的孵育減少了中性粒細胞遷移和活性氧物質的產生,還減少了IL-1β、TNF-α、IL-6和INF-γ的產生[46]。DHA的兩種氧化產物17-氧代二十二碳六烯酸(17-Oxodocosahexaenoic acid,17-oxo-DHA)和神經前列腺素(Neuroprostanes),前者在轉錄測定中激活PPARγ和PPARα,可歸類為α/γ雙重激動劑[47],后者對PPARγ也具有較強的激活活性[48],因此在一定程度上它們的抗炎能力得到了證明。

2.2 DHA偶聯物的抗炎作用

脂肪酸在生物體內的代謝過程中常會與其他物質相偶聯,如與乙醇胺、單胺神經遞質或氨基酸的綴合物,此前了解較多的是花生四烯酸乙醇胺(Arachidonoyl ethanolamine,AEA),研究表明其具有緩解炎癥作用[49],且在腸道中作用顯著[50]。二十二碳六烯酰乙醇胺(Docosahexaenoyl ethanolamine,DHEA)是AEA的n-3結構類似物,可以通過調節環氧合酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)的活性起到抗炎作用[51]。另一種有生物活性的DHA與5-羥色胺的綴合物,是內源性大麻素的同源物,又稱為二十二碳六烯酸血清素(Docosahexaenoyl serotonin,DHA-5-HT),通過減弱IL-23-IL-17信號傳導,并抑制CCL-20的釋放起到抗炎的作用[52-53]。CCL-20是一種典型的Th17細胞產生的促炎介質,可協助Th17細胞參與慢性腸道炎癥發病過程。而IL-17/Th17途徑目前正在成為新的靶向治療研究熱點,因為它在類風濕性關節炎、多發性硬化、炎癥性腸病以及癌癥等疾病中都具有治療潛力[54]。

近年的研究發現了一種新型的DHA偶聯物——芐胺化二十二碳六烯酸(N-benzyl docosahexaenamide,NBDHA),從結構上看是由DHA與芐胺經酯化反應而成,如圖2。

圖2 NBDHA結構

該化合物最初是從天然植物瑪咖中分離得到的,結構與瑪咖中的其他酰胺類化合物類似,故并稱為瑪咖酰胺(Macamides)。瑪咖酰胺是一類存在于天然植物瑪咖中的特征物質,在2000年被首次發現[55],其共同點是不同種類的脂肪酸與芐胺縮合形成的酰胺類脂肪酸衍生物。截至目前已經發現了四十多種瑪咖酰胺類化合物,如不飽和的芐胺化十四碳二烯酸,芐胺化十六碳三烯酸等。最初的研究證實瑪咖酰胺具有改善性功能的效果[54],后來也有研究者發現瑪咖酰胺具有抗疲勞和抗輻照損傷等功效[56],近年來瑪咖酰胺的抗炎活性也被發現,并有研究指出瑪咖酰胺與內源性大麻素系統之間的聯系[57-59],能夠起到止痛抗炎和神經保護的作用。盡管研究已經發現NBDHA存在于天然瑪咖中,但在天然植物中含量極低,分離純化的成本高昂,NBDHA作為一種典型的瑪咖酰胺類化合物和具有高不飽和度的DHA衍生物,含有潛在的更為可觀的藥物研究價值,因此有研究者提出了較高效的NBDHA的合成方法,大大降低了分離純化的成本。NBDHA關于腸道炎癥的研究尚欠缺,未來有望在化學合成技術支持的基礎上,從腸道炎癥及相關領域研究中獲得更多的關注和研究借鑒。

3 DHA聯合用藥

早在2001年就有學者證實了使用DHA與紫杉醇進行共價結合能夠更加有效的抑制腫瘤的生長,同樣是最佳劑量的條件下,120 mg/kg的DHA-紫杉醇結合物能夠使10 只小鼠肺腫瘤完全消退,而20 mg/kg的紫杉醇僅僅能使10 只小鼠的肺腫瘤生長減緩,不能起到消退作用[60],基于該結果在2004年進行了臨床試驗研究,盡管標本量較少,但一些患者的病情得到緩解或發展穩定[61]。此后,DHA被用于治療藥物的聯合用藥研究逐漸開展,主要集中在癌癥用藥,如胃癌、肝癌[62-63]等,結果均表現出更顯著的促凋亡效果。另外與神經生長因子(Nerve growth factor,NGF)的聯用能夠加快神經損傷恢復[64]。雖然DHA在結腸炎的聯合用藥研究較少,但在結腸炎的臨床治療中,已經有研究顯示n-3脂肪酸可對5-氨基水楊酸(5-Aminosalicylic acid,5-ASA)的療效起到輔助效果[65]。在一項用于治療IBD患者的營養搭配專利中,優化方案之一為TNF-α抑制劑和含有EPA、DHA等必需脂肪酸類的組合營養物[66]。在魚油的輔助治療中,n-3脂肪酸和5-ASA均能夠抑制PGE2和LTB4的產生,聯合治療后顯示減少NF-κB活化和誘導PPARγ激活,并且使用n-3脂肪酸可以減少常規療法的用藥劑量[65]。現階段研究者們在腸炎治療中的聯合用藥主要為脂肪酸混合物,這主要是基于單體脂肪酸獲取成本高,以及不同n-3脂肪酸的作用效果和機制尚未明確的考慮。研究表明脂肪酸混合物的聯合用藥有一定的輔助療效,但從表1、表2可以看出魚油中n-3脂肪酸的比例并不高,且含有大量的n-6脂肪酸,由于不同脂肪酸的作用機制差異,可能會對輔助藥效產生影響,應用DHA等脂肪酸單體進行輔助治療或許可以獲得更加穩定且靶向明確的效果。隨著獲取方法的優化和發展,DHA單體可以作為一個輔助用藥的研究方向進行探討。

4 討論與展望

已有研究證實,DHA及其相關產物能夠顯著抑制促炎細胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6等的釋放,激活膜受體GPR120、TLR4和核受體PPARs,抑制NF-κB通路活化,還能激活自噬通路,上調腸道上皮屏障相關蛋白表達,使被破壞的腸粘膜得到恢復。DHA及其相關產物緩解腸炎的機制較為相似,可能與結構和性質相關,因其脂溶性特質和特殊的代謝過程,DHA可能會參與很多不同的炎癥消退機制,與其他藥物或許可以有很好的協同作用,但是目前這方面的研究還不夠完善,在以后的研究中DHA代謝相關途徑和機制或將成為IBD治療探究的一大方向。在炎癥性腸病的治療方案中,現有的治療方案由于病因不明無法對癥下藥,且因患者體質差異易導致藥效不穩。考慮加入DHA等n-3不飽和脂肪酸或其類似物作為補充劑協助治療,能夠有助于治療藥物的藥效發揮,減少藥效不穩帶來的弊端。DHA的相關產物聯合用藥的效果和機制還有待探索,且機制研究或許可以幫助探明炎癥性腸病的病因,為疾病的治療鋪路,也為天然產物的開發利用提供借鑒。