支鏈脂肪酸的食源性分析及活性機理研究進展

黃夢瑤，程 明，王存芳,*，姜 華,*

（1.齊魯工業大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東 濟南 250353；2.青島市畜牧獸醫研究所，山東 青島 266000）

支鏈脂肪酸（branched-chain fatty acids，BCFA）是在直鏈碳鏈上具有一個或多個支鏈的飽和脂肪酸，其支鏈多為甲基，根據支鏈甲基的數量可分為單支鏈脂肪酸和多支鏈脂肪酸。當支鏈甲基在碳骨架的倒數第二個碳原子上時稱為異構支鏈脂肪酸（iso-BCFA），在倒數第三個碳原子上時稱為反異構支鏈脂肪酸（anteiso-BCFA）[1]。特殊的支鏈結構使得BCFA具有低熔點、防凍、氧化穩定性和良好的熱穩定性。目前國內外對BCFA的研究還相對較少，且多集中在反芻動物制品。本文對BCFA的食物來源及活性機理進行了總結歸納，以期為BCFA的進一步研究提供理論依據。

1 BCFA的食源性分析

1.1 BCFA的母乳源性分析

母乳是嬰兒的最佳營養來源，1958年首次從母乳中檢測出BCFA[2]，BCFA在母乳中的質量分數高達1.5%。以嬰兒對乳汁的需求量計算，3 月齡嬰兒對BCFA的攝入量約為23 mg/kg，遠高于其對二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）的攝入量（12 mg/kg）[3]。母乳中主要的BCFA組成及其質量分數如表1所示。有研究表明，隨著泌乳期的延長，母乳中BCFA的含量均有所下降，其中anteiso-C17:0、anteiso-C15:0和iso-C17:0下降最為明顯[4]。BCFA在母乳中的含量與多種因素有關，其中飲食是最大的影響因素。Dingess等[5]對美國辛辛那提州、上海和墨西哥3個地區母親（產后4 周）所分泌的乳汁進行脂肪酸組成分析。結果顯示不同地區母乳中BCFA的含量存在顯著性差異，辛辛那提州母乳中BCFA的含量約為上海地區的2 倍。分析差異原因與飲食有關，歐美地區的人們多食用乳制品和牛羊肉，而在中國人群飲食中，乳制品和反芻動物肉制品的占比比較低。這說明母乳中的BCFA含量受哺乳期母親飲食的影響很大，尤其是反芻類動物制品的攝入量。

表1 母乳中BCFA組成及其含量[4]Table 1 Composition and contents of BCFAs in breast milk[4]

不同脂肪酸在母乳乳脂甘油三酯中的位置不同，導致嬰幼兒對脂肪酸的消化吸收速度有所不同。油酸、棕櫚酸和亞油酸是母乳乳脂中3 種主要的脂肪酸，油酸主要分布在Sn-1位，棕櫚酸主要分布在Sn-2位，而亞油酸在Sn-3位上[6]。Sn-1和Sn-3位上不飽和脂肪酸優先釋放被腸道吸收，Sn-2位的棕櫚酸可阻止不溶性皂鈣的形成，從而提高嬰幼兒對鈣、礦物質的吸收[7]。有研究表明[8]，與甘油三酯的Sn-1和Sn-3位相比，BCFA在母乳乳脂中的Sn-2位上富集（約占BCFA的68%），但是在牛羊乳脂中BCFA在Sn-1、Sn-2和Sn-3位呈隨機分布。在人體腸道中脂肪酸會被分解成2-單酰甘油（2-monoacylglycerols，2-MAGs）和游離脂肪酸的形式再被吸收，Sn-2位的BCFA會以2-MAGs的形式優先被人類腸道細胞攝取，且Sn-2位的BCFA在腸細胞中的攝取量約為游離脂肪酸的2 倍；母乳中BCFA在Sn-2位的富集特性有利于嬰兒腸道對BCFA的消化吸收，尤其對于嬰幼兒來說，母乳是其出生之后獲取BCFA的最直接途徑。因此，母乳喂養的嬰兒對BCFA的攝取能力更佳，可為嬰幼兒奶粉中BCFA的強化提供參考。

1.2 BCFA的畜產品源性分析

乳脂是BCFA的主要來源，不同反芻動物乳脂BCFA的碳原子數大多為14～18，但其含量有所不同。王蕾等[9]對乳脂中主要BCFA含量的分析結果表明，anteiso-C17:0在乳脂中的含量最高，可達0.501 g/100 g。馬露[10]分別對奶牛、牦牛、水牛、娟珊牛、山羊、駱駝以及馬等不同物種的乳汁中BCFA含量進行了研究，由圖1可見，牦牛乳中BCFA含量最高，而馬乳中BCFA含量最低；對于BCFA的類型而言，在所有動物乳中anteiso-C13:0的含量最低，在4 種牛乳中iso-C15:0的含量最高，山羊乳和駱駝乳中anteiso-C17:0的含量最高，馬乳的iso-C15:0含量最高。孫萬成等[11]對不同泌乳期的牦牛乳進行了BCFA的檢測，結果表明，全乳期牛乳中BCFA的含量為2.00 g/100 g，牦牛乳中BCFA的含量為：全乳期4.07 g/100 g、半乳期為7.49 g/100 g。其中，牦牛乳中含量最高的BCFA是anteiso-C15:0和anteiso-C17:0[12]。有研究進一步對牦牛酥油及其酥油磷脂中的BCFA進行檢測分析[13]，結果顯示牦牛酥油中的BCFA含量顯著高于酥油磷脂中的BCFA含量，而且冬季與夏季得到的牦牛酥油及其酥油磷脂中BCFA含量均不同，其中冬季牦牛酥油中BCFA質量分數可高達9.10%，夏季酥油磷脂中BCFA質量分數僅有3.24%。Ran-Ressler等[14]對美國零售牛奶中BCFA含量進行了測定，發現樣品中anteiso-BCFA占BCFA總量的一半以上，且BCFA平均占乳脂脂肪酸的（2.05±0.14）%，與Pegolo等[15]的研究結果一致。

圖1 不同物種乳中BCFA含量[10]Fig. 1 Contents of BCFAs in milk from different species[10]

陳韜等[16]對不同品種的山羊肉脂中BCFA進行檢測發現，其BCFA含量均在4.35～5.15 g/100 g范圍內，且另有研究表明羊肉中的BCFA大多都是iso-BCFA[17]。Aldai等[18]在對加拿大零售牛肉的調查中得到其BCFA含量在1.25～1.82 g/100 g之間。Ran-Ressler等的研究也表明牛肉中的BCFA含量較低，在1.60～1.89 g/100 g，且iso-BCFA含量高于anteiso-BCFA[19]。Wang Donghao等[20]對意大利臘腸和牛肉中的BCFA進行檢測，結果表明，牛肉中C17:0和C18:0的BCFA占比更高，且牛肉中的BCFA含量顯著高于豬肉。各類乳制品中BCFA的含量如表2所示，其中總BCFA質量分數最高的是綿羊奶酪，可達2.73%，最低是淡奶油（1.37%）。除冰淇淋外，其他乳制品中均是anteiso-BCFA質量分數高于iso-BCFA，anteiso-C15:0在大多乳制品如奶酪、酸奶和黃油等中的含量最高，但是在冰淇淋中則是anteiso-C17:0含量最高[19]。由此可見，在畜產品源中，牦牛乳中的BCFA含量最高。在乳及乳制品中anteiso-BCFA含量相對較高，而肉制品中則是iso-BCFA的含量相對較高。在畜產品中BCFA的分布較為廣泛且含量相對其來源產品較高。

表2 不同乳制品中的BCFA含量[19]Table 2 BCFA contents in different dairy products[19]

1.3 BCFA的水產品源性分析

水產品中含有豐富的不飽和脂肪酸，BCFA在不同種類的魚及不同組織如魚肉制品、魚油、魚皮、內臟中的分布及含量亦存在差異。Yan Yuanyuan等[8]分析了金槍魚、鳀魚、巴沙魚、古比魚和鮭魚5 種海魚油中BCFA的含量及位置分布，其中巴沙魚油的BCFA質量分數最低，為0.19%，古比魚油的BCFA質量分數可高達2.94%。魚油中的BCFA絕大部分都是iso-BCFA，但甘油三酯Sn-2位主要分布的是anteiso-BCFA。Wang Donghao等[21]對在美國東北部捕獲的27 種淡水魚進行了脂肪酸含量的檢測。在這27 種淡水魚中，BCFA的平均含量為其可食用魚肉總脂肪酸的1%左右。在這27 種魚類中，魚皮中的BCFA含量明顯高于魚肉組織，且BCFA的主要種類為iso-C15:0、anteiso-C15:0、iso-C16:0、iso-C17:0和anteiso-C17:0。馮大偉等[22]通過氣象色譜-質譜聯用技術分析比較了鯉魚、魷魚和鱈魚皮中的脂肪酸，其中BCFA在3 種魚皮的魚油中均有少量存在，尤其3,7,11,15-四甲基十六烷酸在鱈魚皮中質量分數高達5.29%。樓喬明等[23]對海洋生物中的3 種多支鏈脂肪酸進行了分析，結果表明多BCFA在海洋生物中的質量分數均較低，一般都在0.1%以下，其中內臟中的含量明顯高于肌肉。孫麗霞等[24]采用超聲提取法從羅非魚內臟中提取油脂，其中BCFA質量分數為0.94%，iso-C17:0的含量占總BCFA的一半。通過BCFA的水產品源分析發現，海魚中的BCFA含量高于淡水魚；不同組織相比較，魚皮中的BCFA含量相對最高，內臟次之，肌肉組織相對最少。

1.4 BCFA的其他食品源性分析

由于亞洲國家對乳制品消費相對較低，所以Wang Donghao等[25]推測發酵食品可能是亞洲食品中BCFA的來源，并對納豆、蝦醬、魚露、味噌、泡菜和豆豉進行了BCFA檢測。其中，納豆中的anteiso-C15:0含量最高，可達總BCFA的1/3。蝦醬中的iso-C17:0質量分數最高，為0.5%。以上幾種食品中的iso-BCFA含量遠遠高于anteiso-BCFA，且BCFA碳原子個數均在15～18之間，其中蝦醬中還含有iso-C20:0和iso-C24:0。作為發酵食品的一種，納豆中的BCFA含量與乳脂相當，平均值為0.6 mg/g。與食品本身的成分相比，發酵可以顯著增加BCFA的含量。因此，發酵食品可為素食主義者，即攝入牛奶、牛肉和其他反芻動物產品較少的人群提供一定量的BCFA。

2 BCFA的功能活性及作用機理

2.1 抗炎作用及其機理

BCFA具有很好的抗炎功能，其抗炎機制如圖2所示。當脂多糖激活細胞表面的Toll樣受體（toll-like receptor 4，TLR-4），進而激活核因子（nuclear factor，NF）-κB時，BCFA可直接與NF-κB相互作用，抑制其表達，從而降低白細胞介素-8（interlukin-8，IL-8）的合成[26]。Yan等[27]研究了BCFA對人腸道上皮細胞株（Caco-2）產生IL-8和NF-κB的影響。通過用特定的BCFA預處理細胞，然后用脂多糖刺激使細胞產生炎癥。結果表明，anteiso-BCFA和iso-BCFA都能降低白細胞介素的抗炎基因表達。而且，在經脂多糖刺激的Caco-2細胞中，anteiso-BCFA的炎癥抑制效果比iso-BCFA更好。該研究首次證明了BCFA對人腸道上皮細胞有明顯的抗炎作用。

圖2 BCFA抗炎機理[27]Fig. 2 Anti-inflammatory mechanism of BCFAs[27]

新生兒壞死性小腸結腸炎（neonatal necrotizing enterocolitis，NEC）是一種常見的死亡率極高的新生兒胃腸道急癥。早產、腸道發育、喂養方式以及腸道菌群定植為影響NEC的主要因素[28]。與母乳喂養的早產兒相比，配方奶粉喂養的嬰兒發生NEC的概率更高[29]，這可能是因為大多數配方奶粉不含有BCFA。在妊娠后期，隨著胎兒吞食含有BCFA的皮脂量增加，其NEC的發病率下降。因此推測NEC的發生與BCFA的缺乏有關。Ran-Ressler等[30]實驗發現BCFA喂養的幼鼠回腸中的抗炎細胞因子IL-10含量增加了3 倍，BCFA可使NEC發病率降低50%以上，驗證了攝入BCFA能降低NEC發病率的假設。此外，BCFA會被回腸磷脂、血清和肝臟組織選擇性吸收，攝取BCFA的幼鼠腸道微生物群組成發生了改變。其枯草芽孢桿菌和銅綠假單胞菌的數量明顯增加，系統地改變幼鼠盲腸微生物群。由此可見，BCFA對預防NEC具有相當明顯的作用。

2.2 抗癌作用及其機理

有研究表明BCFA具有明顯的抗癌活性，可通過抑制細胞癌的生長、抑制脂肪合成酶以及誘導癌細胞凋亡等途徑表達。Yang Zhenhua等[31]利用大豆發酵產物13-甲基十四烷酸（13-methyltetradecanoic acid，13-MTD）治療腫瘤細胞，2 h后即觀察到腫瘤細胞的死亡，且在低質量濃度（10.03 μg/mL）下就可有效致死腫瘤細胞。尹心寶等[32]研究表明13-MTD有很強的誘導膀胱癌細胞凋亡的作用，其能明顯抑制膀胱癌T24細胞的生長，且質量濃度在35～140 mg/L范圍內增加時，細胞抑制率逐漸增大；不同的處理時間相比，24 h處理組的細胞抑制率高于12 h處理組，因此13-MTD的抑癌特性具有時間與濃度依賴性。翁繩美[33]對13-MTD誘導人早幼粒細胞白血病細胞HL60凋亡進行研究，結果表明，在藥物處理24 h時其半抑制質量濃度為20.5 μg/mL，而且13-MTD對HL60的抑制和殺滅作用有明顯的劑量依賴性。綜上，13-MTD主要是通過誘導細胞凋亡而有效抑制腫瘤細胞生長，且沒有明顯的毒副作用，是一種潛在的腫瘤化療藥物。

由于腫瘤細胞可表達高水平的脂肪酸合成酶，所以脂肪酸合成酶可作為抗癌藥物開發的靶點。對脂肪酸合成酶的抑制作用可以觸發細胞凋亡的信號轉導通路，從而導致細胞死亡。Wongtangtintharn等[34]證明了BCFA對人乳腺癌細胞中的抗腫瘤活性是由于BCFA對脂肪酸合成酶有直接的抑制作用，并且可以通過降低前體酶活性關系來降低脂肪酸的合成。在鏈長與抗腫瘤活性關系的研究中，iso-C16:0的活性最高，并且從C16:0開始，隨著鏈長的增加或減少，其抗腫瘤活性均降低。BCFA對癌細胞的細胞毒性與共軛亞油酸相當。袁錦瑩等[35]從牦牛酥油中提純出的BCFA對人乳腺癌細胞的抑制作用與其結果一致。

對于BCFA的抑癌機理，Wright等[36]發現動脈注射含12-甲基十四烷酸（13-methyltetradecanoic acid，12-MTA）的靶向劑可顯著抑制兔肌肉VX2鱗狀細胞癌的生長，抑制機理為12-MTA顯著降低了5-脂氧合酶（lipoxygenase，5-LOX）（一種前致癌物）在腫瘤細胞內的水平，同時增加了環氧合酶15-LOX-2的活性，從而導致了其產物羥基乙酸（一種抗癌化合物）水平的顯著增高。這是首次報道BCFA（如12-MTA）的靶向動脈輸送可能是治療實體腫瘤的一種潛在新療法。Wongtangtintharn等[37]進一步研究表明13-MTD是通過非依賴性半胱天冬酶途徑來誘導乳腺癌細胞的凋亡，其主要破壞線粒體的完整性，從而阻止癌細胞的增殖[32]。12-MTA也是通過半胱天冬酶途徑抑制前列腺PC3癌細胞的增殖[38]。Lin Tianxin等[39]發現13-MTD通過引起線粒體功能障礙，使細胞色素c從線粒體中釋放出來，同時激活半胱天冬酶的活性，從而導致細胞凋亡抑制膀胱癌細胞的增殖與生存能力。

2.3 防治缺血及再灌注損傷

Faung等[40]研究表明13-MTD有很強的細胞溶解活性，且對血小板的溶解作用有濃度依賴性。高濃度（＞60 μmol/L）的13-MTD可引起聚集的血小板溶解，其溶解作用是通過膜面積的擴張引起細胞裂解實現；低濃度（40 μmol/L）時13-MTD可以抑制血小板的聚集和黏附功能。綜上，13-MTD可以降低血液黏滯度，改善缺血組織的微循環，從而減輕再灌注時的無復流現象，對缺血再灌注損傷起到一定的保護作用，同時可防止血流灌通后的再狹窄。另有研究表明BCFA可以抑制5-LOX的活性，從而減少致炎因子的產生，有利于減輕因缺血再灌注損傷導致的組織炎癥[38]。因此，BCFA在血管內能抑制血小板和白細胞功能，在血管外可抑制5-LOX活性，降低細胞膜通透性，從而減輕水腫及炎癥反應[41]。Yu Juan等[42]研究表明13-MTD可立即減輕局灶性缺血再灌注損傷。不同劑量的13-MTD均能有效減少再灌注后24 h的梗死體積，減輕腦水腫，增加堿性成纖維細胞生長因子和血管內皮生長因子的mRNA和蛋白質表達，發揮神經保護作用，促進缺血半暗帶內皮細胞增殖和血管生成。何宏星等[43]認為各劑量的13-MTD對不同時間大鼠局灶性腦缺血所致的腦損傷均有保護作用，缺血6 h時，80 mg/kg的13-MTD療效較為明顯。

13-MTD具有保護神經細胞形態以及減少其超微結構損傷的作用，可減少神經元的凋亡，從而提高細胞的存活率[44]。余涓等[45]研究了13-MTD對氧反常誘導大鼠胚腦皮質神經元凋亡和形態學損傷的保護作用，結果表明，模型組神經元胞體腫脹，突起收縮甚至脫落，神經細胞存活率顯著下降。與模型組相比，不同劑量的13-MTD可有效改善神經元形態，使其細胞結構明顯恢復，且20 mg/L的13-MTD改善效果最為顯著。因此，13-MTD對氧反常誘導的大鼠胚腦皮質神經元損傷具有明顯的保護作用。

2.4 降脂作用及其機理

肥胖是由于一系列的代謝紊亂引起的，主要表現為血脂異常，即低密度脂蛋白、總膽固醇和甘油三酯水平的升高以及高密度脂蛋白水平的下降[26]。棕櫚酸的過量消耗可誘導高脂血癥、胰島素抵抗等代謝疾病，有研究表明BCFA可通過上調硬脂酰輔酶A去飽和酶的表達，促進9-十六碳烯酸的形成，進一步驅動9-十六碳烯酸參與三酰基甘油的合成，從而緩解由棕櫚酸誘導的內質網應激和細胞凋亡[46]。在人體脂肪酸中，BCFA和奇數碳鏈脂肪酸的含量雖較低，但對血脂有很大的調節功能。Mika等[47]通過氣相色譜-質譜法對超重患者血清中的奇數碳鏈脂肪酸和支鏈脂肪酸進行了綜合性研究。其中超重患者血清中的BCFA水平明顯低于對照組（圖3）。而且，血清中的總BCFA含量與胰島素、甘油三酯、18∶1/18∶0去飽和指數呈負相關。該研究首次證明了BCFA與肥胖之間的關系，在肥胖患者中，較低的BCFA含量可能導致血清中的甘油三酯水平升高。Su Xiong等[48]對肥胖患者術前和術后1 年的BCFA含量進行檢測，表明肥胖患者在減肥后BCFA的含量增加，其結果與Mika等[47]的結果相一致。盡管BCFA在人體血液中的含量較少，但適當攝入可能會產生許多健康益處，與通常補充的n-3多不飽和脂肪酸類似。

圖3 超重患者和對照組中BCFA含量[47]Fig. 3 Contents of BCFAs in overweight patients and control group[47]

Heimann等[49]對BCFA調節初級脂肪細胞的糖脂代謝進行了研究，結果表明，BCFA對基礎脂肪生成和胰島素刺激的脂肪生成均有抑制作用。李姣[50]探討了BCFA的降脂作用及其機制，BCFA降低肝細胞內脂質含量的原因主要是抑制肝臟細胞部分脂肪合成關鍵酶的表達，以及促進脂肪分解關鍵酶表達。肝臟病變的重要原因之一就是脂肪沉積，非酒精性脂肪肝就是一種典型的由于肝細胞脂肪堆積誘導形成的病癥。賀宇佳等[51]通過肝細胞脂肪沉積模型探討了BCFA對肝細胞脂肪沉積的影響，研究結果與李姣[50]的一致，且BCFA對肝細胞脂肪沉積的抑制作用呈劑量依賴性。因此，BCFA可潛在改善脂肪代謝，減少肝細胞脂肪累積。

3 結 語

BCFA在人體中的含量雖少，卻發揮著重要的作用，尤其對于嬰幼兒的腸道健康。BCFAs在嬰兒配方奶粉中的添加對預防新生兒NEC至關重要，因此，BCFAs是嬰兒配方奶粉中不可缺少的營養素。最新研究表明，利用尿素絡合法從羊毛脂游離脂肪酸中得到的BCFA濃縮物主要成分是anteiso-C15:0和anteiso-C17:0，說明BCFA濃縮物的組成和類型與母乳脂肪酸相似，在提高嬰幼兒配方奶粉質量方面具有潛在的應用前景[52]。

目前關于BCFA的應用研究較為少見，通過對其功能特性的研究可以看出BCFA的各種生理功能對治療某些疾病方面十分有益，說明BCFA有很大的應用空間，尤其在嬰幼兒特醫食品以及抗癌方面。反芻動物制品是人們攝取BCFA的主要來源，但我國對于乳制品的消費量相較于歐美地區低很多。所以，對于含BCFA的功能性食品或特殊醫療用途配方食品應受到相關研究者的重視。另外，我國對于BCFA的研究還較為匱乏，其生理作用機制、代謝途徑以及不同結構對其生理功能的影響等方面都尚不清楚。因此，BCFA這一領域還具有十分廣闊的研究前景。