脂肪酸羥基脂肪酸脂的研究進展*

許小芬，胡長鋒，朱嬡嬡，張紀達

（1.浙江中醫藥大學 基礎醫學院，浙江 杭州310053；2.杭州市職業病防治院，浙江 杭州310014）

隨著脂質組學和分子生物學技術的發展，生物體內各類新型脂質分子及其功能正在不斷被發現。2014年Cell 雜志首次報道了一類具有抗糖尿病和抗炎癥等重要生物學功能的新型內源性脂質分子——脂肪酸羥基脂肪酸脂（FAHFAs）[1]。本文對該類脂質的復雜化學結構組成、體內各組織/器官中的分布，已發現的生物學功能及當前的檢測方法進行了詳細地綜述。另外，根據已知的生物學功能，筆者預測該大類脂質分子可能在風濕免疫性疾病的發生、發展中具有重要的作用。

1 FAHFAs化學結構及在體內分布

FAHFAs 是由主鏈羥基脂肪酸和側鏈脂肪酸通過酯化反應生成的脂質分子。目前已知構成FAHFAs 主鏈羥基脂肪酸和側鏈的脂肪酸主要由飽和或單不飽和的C16 或C18 脂肪鏈構成，例如硬脂酸（SA，C18:0）、油酸（OA，C18∶1 n-9）、軟脂酸（PA，C16∶0）、棕櫚油酸（PO，C16∶1 n-9）及其相應的羥基脂肪酸。另外，主鏈上根據羥基位置的不同也會產生多種同分異構體，例如5-和9-羥基SA與PA 酯化后分別形成5-PAHSA 和9-PAHSA[2]。因此，理論上根據主側鏈兩部分相互組合及羥基位置的改變可以形成幾大類近百種復雜的FAHFAs 異構體分子[3]。

FAHFAs 脂質分子廣泛存在于生物體內各種脂肪及肝臟、胰腺、腎臟、血液等組織內，并且不同組織FAHFAs 含量及種類存在顯著差異[3]。以含量最高的棕櫚酸羥基硬脂酸（AHSA）為例，在小鼠皮下脂肪組織中存在5-PAHSAs8、 7-PAHSAs8、 8-PAHSAs8、 9-PAHSAs8、 10-PAHSAs8、 11-PAHSAs8、12-PAHSAs8 和13-PAHSAs 這8 種異構體； 血清只含有9-PAHSAs、 10-PAHSAs、 11-PAHSAs、12-PAHSAs 和13-PAHSAs 這5 種異構體[3]。在人類的血液和脂肪組織中也存在類似差異，并且各組織間FAHFAs 種類和濃度會隨著飲食結構等外部環境的變化而改變[1]。PAHSA 同時也是AG4OX 小鼠（一種葡萄糖轉運載體Glut4 過表達使得糖耐量增加的肥胖小鼠模型）表達最高的FAHFA家族之一。有研究表明，在正常喂養狀態下，BAT（棕色脂肪組織）中PAHSA 總含量最高，在皮下和性腺周圍的WAT（白色脂肪組織）中略低，在肝臟、胰腺和腎臟中較低，禁食使WAT 和腎臟PAHSA 含量增加2～3 倍，胰腺增加65%，但不改變BAT、肝臟或血清中的水平，因此，禁食以組織特異性和異構體特異性的方式調節參與特定PAHSA 異構體的合成、降解或釋放[1]。體內FAHFAs 含量和種類主要是由各組織或器官重新合成的且含量受到內源性合成機制的嚴格調控，這種調控可能與其生物學功能密切相關[4-5]。最近對人HEK293 細胞的體外研究發現，有兩種水解酶優先靶向FAHFA，即AIG1 和ADTRP[6]，而另一項研究證實胰腺脂肪酶CEL 也能水解FAHFAs[7]。

2 FAHFAs生物學功能

2.1 ChREBP調控PAHSA水平

胰島素通過葡萄糖轉運蛋白4（Glut4）葡萄糖轉運體刺激脂肪組織攝取葡萄糖，改變脂肪組織Glut4 表達或功能，調節全身胰島素敏感性。Glut4也是脂肪細胞分泌脂肪和合成FAHFAs 的重要調節因子[8]。有研究表明，相比正常小鼠，Glut4 脂肪特異性過表達（AG4OX）小鼠脂肪組織和血液中FAHFAs 含量均顯著升高；而在胰島素抵抗的動物模型和人體的脂肪組織、血液中FAHFAs 含量發生明顯下調，且減少幅度與胰島素抵抗程度密切相關[1]。AG4OX 小鼠的這些效應是由碳水化合物反應元件結合蛋白（ChREBP）驅動的脂肪組織中葡萄糖依賴性誘導脂肪生成介導的。ChREBP 是脂肪組織Glut4 調節糖反應元件結合蛋白，該蛋白是造脂和糖酵解基因的轉錄調節因子，也是脂肪組織脂肪酸合成和全身性胰島素敏感性的主要決定因素之一[9]。通過ChREBP 驅動脂肪組織合成的FAHFAs 依賴于適應性抗氧化系統，表明FAHFAs 可能是聯系該系統的活性與外周組織的胰島素敏感性的中間環節[10]。正常小鼠ChREBP基因敲除會使性腺周圍和皮下白色脂肪組織中的總PAHSA 水平降低75%，而血清中沒有變化。同樣，AG4OX 模型小鼠敲除ChREBP表達后也可完全逆轉性腺周圍和皮下白色脂肪組織、血清PAHSA 顯著升高的趨勢。另有研究表明，脂肪特異性ChREBP基因敲除小鼠會出現高胰島素血癥、脂肪組織炎癥和葡萄糖轉運障礙等癥狀，伴隨血清和脂肪組織中PAHSAs 含量顯著降低[1]，經體外大量補充9-PAHSA 后可防止上述癥狀的顯現[11]，充分說明ChREBP 能夠調節PAHSA 水平，進而影響機體對胰島素的敏感性。

2.2 PAHSA刺激胰島素和胰高血糖素樣肽-1分泌

相關研究發現，在血糖含量升高時，PAHSA可刺激分泌胰島素和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），從而提高胰島素抵抗模型小鼠的糖耐量[1]。YORE等[1]研究發現在高血糖條件下，5-PAHSA 能夠直接作用于模型小鼠胰島，刺激胰島素分泌。深入研究發現5-PAHSA 和9-PAHSA 均可以快速誘導腸內分泌細胞系STC-1 細胞分泌GLP-1，且呈現一定劑量依賴性，進一步證實PAHSA 可以直接刺激GLP-1 分泌。這一效果與Omega-3 脂肪酸、α-亞麻酸和合成的GPR120 激動劑的產生相似[1,12-13]。因此，PAHSA 促進葡萄糖誘導的胰島素分泌的急性效應可能既有對胰島的直接作用，又有通過誘導腸道GLP-1 分泌的間接作用。

第一時相胰島素對葡萄糖反應的喪失是2 型糖尿病中早期胰島B 細胞功能損害的主要原因之一[14]。相比賦形劑治療的小鼠，經長期5-PAHSA和9-PAHSA 作用的小鼠體內胰島素分泌量增加40%。因此PAHSA 治療不僅可快速改善胰島素和GLP-1 對葡萄糖的第一相反應，且作用效果可以維持>5 個月，不會出現胰島B 細胞耗盡等副作用[15]。

2.3 PAHSA 通過激活GPR120 增強葡萄糖轉運和GLUT4移位

FAHFAs 能夠直接激活G 蛋白偶聯受體120（GPR120），提高脂肪組織中Glut4 等糖轉運載體表達量，增強胰島素的敏感性[1]。此外，PAHSA 還通過促進Glut4 移位來提高胰島素分泌水平，增加葡萄糖的轉運[4]。FAHFAs 還可以通過與G 蛋白偶聯受體（GPCRs）等細胞表面受體結合來影響其他的生物學功能[16]。HIRASAWA 等[12]認為PAHSA 對GLP-1分泌和葡萄糖轉運的影響與GPCRs 激活可能存在協同作用。

PAHSA 還具有信號傳導的功能，9-PAHSA 和5-PAHSA 都能與GPR120 結合并激活GPR120，而GPR120 激活又進一步促進脂肪細胞中葡萄糖的轉運和Glut4 移位[1,4]。另外，長期使用5-PAHSA 和9-PAHSA 可以改善小鼠的胰島素敏感性和糖耐量，這些胰島素敏感性的改善與PAHSA 在體外增加胰島素刺激的葡萄糖轉運和脂肪細胞中Glut4 移位的作用是一致的[3]。從臨床的角度而言，PAHSA 可同時激活多個脂質的G 蛋白偶聯受體，降低配體抵抗和毒性的風險[3]。

2.4 FAHFAs抗慢性炎癥的功能

慢性炎癥反應在肥胖誘導胰島素抵抗過程中發揮重要的作用[17]。脂肪組織增多、脂肪因子（如瘦素、視黃醇結合蛋白等）、脂降解、細胞死亡及缺氧均會引發相應的炎癥反應[18-20]。脂肪酸及其代謝物通過激活Toll 樣受體促使脂肪組織中相關的免疫細胞，如巨噬細胞、樹突狀細胞等發生免疫反應[21]。這些反應也會刺激后續炎癥信號通路，包括絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和核因子κB（NFκB）等，增加腫瘤壞死因子（TNF）、白細胞介素1β（IL-1β）、白細胞介素6（IL-6）等炎癥因子的分泌，引發一系列胰島素代謝通路的紊亂[22]。另外，Toll樣受體激活還可大量產生與胰島素抵抗密切相關的神經酰胺類脂質，促進炎癥小體的活化，進一步加劇炎癥反應[23]。

2.4.1 PAHSA 能夠抑制促炎因子的分泌 PAHSA已被證明同時影響免疫系統和β 細胞。有研究表明，PAHSA 既能減弱非肥胖糖尿病小鼠的自身免疫反應，又能促進β 細胞的存活[24]。PAHSA 通過減少JNK/MAPK 通路的激活，進而抑制內質網應激反應，減少非肥胖糖尿病小鼠胰腺T、B 細胞浸潤活化，而增加Treg 活化。

相關研究表明，FAHFAs 可以抑制肥胖模型小鼠脂肪組織中巨噬細胞TNF、IL-1β 等促炎癥因子的分泌和LPS 誘導的樹突狀細胞激活[1]。另外，化學誘導的結腸炎模型小鼠經PAHSA 處理后，體內炎癥細胞因子的表達顯著減少，并明顯延緩結腸炎的發作并減輕其嚴重程度[4,25]。因此，PAHSA 是一種很有希望的抗炎脂質，對炎癥性疾病的治療可能具有有益的效果。介導PAHSA 抗炎作用的受體尚不清楚，LEE 等[26]認為PAHSA 在體內導致結腸T 細胞活化的促炎細胞因子和趨化因子表達減少，在體外減弱T 細胞增殖和Th1 極化的這些抗炎作用似乎部分依賴于GPR120。但GPR120 是否介導PAHSA 的抗炎作用這一設想還有待進一步研究。

同時，并非所有的FAHFAs 都具有抗炎癥的功能[1]。9-PAHSA 可劑量依賴性抑制白細胞介素12 誘導的樹突狀細胞成熟，降低IL-1 和TNF-α 的分泌。此外，從巨噬細胞IL-6、TNF-α 和IL-1β 的基因表達量和IL-6 分泌水平來看，9-PAHSA 可減弱LPS誘導的巨噬細胞的激活[27]。然而與9-PAHSA 不同的是，5-PAHSA 在體外和體內實驗中均未觀察到抗炎作用，表明不同的FAHFAs 異構體具有不同的生物學功能[1]。

2.4.2 DHAHLA 在肥大細胞信號轉導中具有抗炎作用 二十二碳六烯酸羥基亞油酸酯（DHAHLA）是FAHFAs 家族中一種具有抗炎活性的脂類，通過研究骨髓單個核細胞對抗原和前列腺素E2（PGE2）的趨化反應發現[28]，對照細胞對PGE2 的趨化性高于抗原。與單獨暴露于二甲基亞砜的對照細胞相比，經13（R）和13（S）-DHAHLA 處理的細胞對抗原和PGE2 的趨化作用顯著且相似地受到抑制。DHA 及其代謝物的抗炎作用歸功于專門的促炎介質（如溶血素、保護素和松脂）[29-30]，其可以限制和化解持續的炎癥。肥大細胞的主要作用是感知局部微環境，識別趨化刺激，做出快速反應，并引發炎癥。一旦激活，15 種合成的炎癥介質在一個稱為脫顆粒的過程中被釋放。然而，慢性激活會導致組織損傷。有研究表明，13-DHAHLA 對抗原-IgE 復合物和PGE2 兩種不同的趨化物質和抗原介導的脫顆粒有一定的趨化作用[28]。

2.4.3 13-LAHLA對巨噬細胞具有抗炎活性 有研究證實，燕麥油餾分中的三種羥基亞油酸亞油酸酯（LAHLA）異構體（15-LAHLA、13-LAHLA 和9-LAHLA）是含量最豐富的FAHFAs[31]。在這些LAH‐LA 中，13-LAHLA 是攝入分離燕麥油脂質體后在人血清中含量最豐富的LAHLA 異構體，也是小鼠和人脂肪組織中含量最豐富的內源性LAHLA。

13-LAHLA 能夠抑制脂多糖刺激的細胞因子分泌和促炎基因表達。KUDA 等[27]發現13-DHAHLA可抑制脂多糖誘導的小鼠巨噬細胞RAW-264.7 細胞因子的分泌。當脂多糖刺激RAW 264.7 細胞時，13-LAHLA 也抑制誘導型一氧化氮合酶和環氧合酶-2mRNA 的表達，減少促炎癥細胞因子以及炎癥下游調節因子iNOS 和COX-2 的表達，并抑制IL-6和IL-1β 的mRNA 水平，表明13-LAHLA 具有廣泛的抗炎作用。

3 FAHFAs 在風濕免疫性疾病中應用的展望

風濕免疫性疾病是臨床常見的嚴重影響人們生活質量的慢性自身免疫性疾病，包括類風濕性關節炎、幼年特發性全身性關節炎、系統性紅斑狼瘡、成人Still 病、強直性脊柱炎、反應性關節炎、銀屑病關節炎等[32]。絕大多數風濕免疫性疾病患者體內存在異常的免疫炎癥反應，例如高水平的炎癥因子，慢性炎癥損傷可使內皮細胞、上皮細胞等釋放IL-33，當其與具有跨膜結構的ST2L 結合后，通過NF-κB 及MAPKs 通路引起血清TNF-α、IL-17、IL-113、IL-6 及Th2 細胞因子（IL-4、IL-5、IL-13）增多，繼而引起各組織器官損傷，如骨侵蝕，肺、腎臟及皮膚纖維化等，并進入炎癥反應的惡性循環中，加重炎癥反應[33]。

PAHSA 能抑制T 細胞反應[26]，特別是Th1 相關的致炎基因（IFN-γ、Tbx2）和Th17 相關基因（IL-17、IL-23）的表達。此外，PAHSA 還能顯著降低促炎細胞因子（TNF-α、IL-6 和IL-1β）和趨化因子（趨化因子巨噬細胞炎性蛋白1、人巨噬細胞趨化蛋白1 和角質形成細胞的趨化因子）的表達。另外，9-PAHSA 也可以通過直接影響樹突狀細胞的成熟，抑制促炎T 細胞的活化和隨后的擴張，從而發揮其調節免疫反應和抗慢性炎癥的功能[25]。單獨刺激LPS 可誘導骨髓來源的樹突狀細胞活化，導致MHCII、CD80、CD86 和CD40 水平升高。然而，用9-PAHSA 預處理骨髓來源的樹突狀細胞，然后刺激LPS，可降低MHCII 和共刺激分子的水平。除PAHSA 具有抗炎作用外， 有研究也發現13DHAHLA 和13-LAHLA 對巨噬細胞具有抗炎活性，13-LAHLA 能影響細胞炎癥反應的許多分支，包括細胞因子的產生和分泌、一氧化氮信號和前列腺素的產生[32]。總之，FAHFAs 參與調節眾多免疫炎癥反應通路，具有重要的生物學功能。因此，研究風濕免疫性疾病患者體內FAHFAs 代謝水平可進一步深入認識相關的發病機理，對于開發新的治療方法具有重要意義。

4 FAHFAs定性定量分析方法

FAHFAs 功能研究依賴于靈敏、準確的定性、定量方法[34]。然而，由于生物體內FAHFAs 含量極低，且每個FAHFA 家族又包含眾多化學結構極其相似的異構體組成。因此，FAHFAs 準確的定性、定量分析是個巨大的難題。

目前建立的FAHFA 定量分析的方法基本上都是基于固相微萃取聯合LC-MS 分析[2，35-37]。例如ZHANG 等[2]提出硅膠固相萃取與LC-MS 聯用測定16 種不同脂肪酸家族的策略；LOPEZ-BASCON等[35]建立了一種基于固體在線耦合的血清中FAHFAS 采用固相萃取和LC-MS 聯用的的自動定性定量檢測方法；VERONIKA 等[28]建立了一種高靈敏性、高準確度的生物樣品FAHFAs 分析方法：超高效液相色譜-質譜聯用技術。這些方法成功實現了部分FAHFAs 分子的定性、定量分析，具有開創性意義，但同時也存在諸多不足：①樣本前處理復雜；②單獨的流動相體系；③所需樣本量大；④分析時間長；⑤各組分之間不能完全分開。另外，這些方法還有在FAHFAs 流動相中溶解度低、所需標準品種類多、數據重現性差及其他脂質干擾產生的假陽性等問題。

最近，基于多維質譜的鳥槍脂組學原理，以一種合成的FAHFA 標準品為內標，建立了生物樣品經固相萃取和AMPP 化學衍生化后脂類提取物中FAHFAs 分析的新方法[38]。該方法不僅大大地提高了FAHFAs 離子化效率，且還有效地克服了其他方法中存在的神經酰胺類物質干擾產生的假陽性。同時，該方法具有所需生物樣品量少、敏感性高、特異性好和線性動態范圍寬等特點。因此，該方法將有助于研究各種生理/特定條件下FAHFA 水平的變化，極大地促進FAHFAs 脂質分子的生物學功能的研究。

5 小結

FAHFAs 是近年脂質研究領域最重大的發現之一。大量研究已證實，FAHFAs 參與調節大量免疫炎癥反應相關通路，在體內具有重要的生物學功能。因此，研究風濕免疫性疾病患者體內FAHFAs代謝特征及信號傳導途徑的變化，可以深入揭示風濕免疫性疾病的發病機制，對早期的標志物尋找和精準的個性化治療方法開發均具有重大的意義。