支链脂肪酸酯

 

　　因此，开展不同条件下脂肪细胞代谢变化规律及机制的研究将有助于阐明肥胖和肥胖相关疾病的机制。2014年YoreMM等通过选择性脂肪组织转基因干预动物模型并采用脂类代谢组学技术首次在哺乳动物脂肪组织细胞中发现和鉴定了一类新型脂类分子-羟脂肪酸支链脂肪酸酯（branchedfattyacidestersofhydroxyfattyacids，FAHFAs，简称支链脂肪酸酯），这类分子具有增强胰岛素敏感性和抗炎作用。

 

　　1支链脂肪酸脂的发现

 

　　脂肪组织细胞以脂滴形式贮存能量并根据机体需要释放脂肪酸和甘油，参与机体能量稳态、产热和血糖调节等。近年来研究发现脂肪组织具有重要的内分泌、旁分泌和自分泌作用，可合成和分泌多种生物活性分子，包括脂类、肽类和蛋白质分子，统称为脂肪因子（adipokines）。

 

　　这类分子通过信号转导与下丘脑、肝脏、心脏、骨骼肌、肾上腺、胰岛和血管内皮等组织细胞之间进行对话，构成了复杂调控网络，从而影响下丘脑-垂体-肾上腺轴和性腺轴功能、胰岛素分泌、骨骼肌和脂肪组织对胰岛素敏感性、物质代谢稳态、炎症、血管内皮细胞功能和免疫防御等。许多研究证实能量失衡导致肥胖会引起脂肪组织代谢和内分泌紊乱，而这与代谢综合征、胰岛素抵抗、糖尿病和动脉粥样硬化等疾病发生过程密切相关。骨骼肌、心肌和脂肪细胞通过葡萄糖转运载体4（glucosetransporter4，Glut4）摄取葡萄糖，Glut4受胰岛素调节，人和啮齿类动物肥胖或T2D时主要表现为脂肪细胞Glut4下调，而选择性下调脂肪细胞Glut4表达的动物会发生胰岛素抵抗，增加T2D风险；反之过表达Glut4则降低空腹血糖和提高葡萄糖耐量。

 

　　同时发现胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受个体一般伴有血中脂肪酸水平增高；而补充ω-3脂肪酸和内源性棕榈油酸则产生有益代谢作用。一些大样本的流行病学研究揭示，血甘油三酯中的不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比例升高与T2D风险降低相关。脂肪细胞Glut4过表达动物虽然显示血脂肪酸水平提高和储脂增加，但空腹血糖下降和葡萄糖耐量提高。有人对此解释是Glut4过表达增加脂肪合成，同时会产生一些有利于代谢效应的脂类分子。为了证实Glut4过表达动物产生了有益脂类分子，YoreMM等利用脂肪组织选择性过表达Glut4转基因小鼠（AG4OX），通过定量质谱技术平台分析小鼠脂肪组织脂类代谢组，发现和鉴定了一类新型脂类分子FAHFAs。

 

　　2支链脂肪酸酯结构和种类

 

　　质谱数据分析表明：FAHFAs分子有两个脂肪酸分子构成，其中一条脂肪酸链上有一个羟基，称羟脂肪酸，如羟硬脂酸（hydroxystearicacid，HSA），另一个脂肪酸通过羧基与羟脂肪酸的羟基脱水形成支链脂肪酸酯，1分子16碳的棕榈酸（palmiticacid，PA）与HSA结合形成棕榈酸羟硬脂酸（palmiticacidhydroxystearicacid，PAHSA）。

 

　　由于脂肪酸链长度、饱和度以及羟基位置的不同，可以预见FAHFAs的种类很多。YoreMM等在小鼠血清中共发现16种FAHFAs：由4种脂肪酸和4种羟脂肪酸的不同组合而形成16种FAHFAs，其中4种脂肪酸分别是16碳1个双键的棕榈油酸（palmitoleicacid，PO），PA，18碳1个双键的油酸（oleicacid，OA）和硬脂酸（stearicacid，SA）；羟脂肪酸分别是羟棕榈油酸（hydroxypalmitoleicacid，HPO），羟棕榈酸（hydroxypalmiticacid，HPA），羟油酸（hydroxyoleicacid，HOA）和HSA。

 

　　研究发现AG4OX小鼠血清中，由PO、PA和OA分别与HPA和HSA结合组成不同FAHFAs，包括POHPA、POHSA、PAHPA、PAHSA、OAHPA、OAHSA，并且发现AG4OX小鼠血清FAHFAs水平显著高于野生型。其中PAHSA变化最明显，由于羟基位置不同（5、7、8、9、10、11、12和13），PAHSAs存在8种同分异构体。在AG4OX小鼠的血清、皮下白色脂肪、内脏白色脂肪和棕色脂肪中，这8种PAHSAs都显著上调，其中9-PAHSA上调最显著而在肝脏组织是下调的。研究证实PAHSAs水平明显受碳水化合物反应元件结合蛋白（carbohydrateresponseelementbindingprotein，CHREBP）的调节。在不同病理生理条件下，不同的PAHSAs同分异构体变化是不同的，存在组织专一性和同分异构体专一性。禁食状态下，皮下白色脂肪组织和肾脏的总PAHSAs上调2~3倍，胰腺上调65%，而棕色脂肪、肝脏和血清则没有变化。

 

　　因为禁食状态下机体脂肪合成和CHREBP是下降的，因此白色脂肪组织PAHSAs上调可能与抑制降解和释放有关。同时，禁食状态下PAHSAs同分异构体变化也不一样：血清中总的PAHSAs没有变化，但10-PAHSA，9-PAHSA和5-PAHSA明显下降；皮下和内脏白色脂肪组织中大部分同分异构体（13/12-PAHSA，11-PAHSA，10-PAHSA，9-PAHSA，和8-PAHSA）水平增加，而7-PAHSA和5-PAHSA不变。禁食对棕色脂肪和肝脏中任何一种PAHSA没有影响；肾脏组织内所有PAHSAs都明显上调；胰腺中11-PAHSA和9-PAHSA上调而13/12-PAHSA和7-PAHSA不变。同时PAHSAs同分异构体在丰度差别上也非常大，皮下脂肪组织中9-PAHSA与5-PAHSA之间水平差别达到60倍之多。这些结果表明PAHSAs变化存在明显的组织专一性和同分异构体专一性。

 

　　3支链脂肪酸酯的生物学作用

 

　　FAHFAs是新近发现的新型脂类分子，其功能尚未阐明。YoreMM等定量分析表明FAHFAs在AG4OX小鼠比正常鼠脂肪组织高16倍，这提示FAHFAs可能在胰岛素-葡萄糖稳态调节中发挥重要作用。定量分析表明PAHSAs血清浓度一般在0.4~2.5nM水平，与脂类信号分子（如前列环素，前列腺素，类固醇和内源性大麻素）浓度范围一致的，这提示PAHSAs可能以某种信号分子方式来参与调节组织器官代谢稳态。

 

　　3.1PAHSAs可以改善胰岛素抵抗研究发现胰岛素抵抗个体血清PAHSAs（除9-PAHSA外）水平比胰岛素敏感的个体下降40%~55%，血清总PAHSAs水平及其同分异构体水平与胰岛素敏感性呈显著正相关。同时，皮下白色脂肪组织中的13/12-，10-，9-，和5-PAHSA水平比胰岛素敏感个体低60%~73%。白色脂肪组织总PAHSAs，以及9-和5-PAHSA水平与胰岛素敏感性高度相关的。这表明血清和白色脂肪组织中总PAHSAs水平与整体胰岛素敏感性相关。同样，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型上也获得了相似结果，即肥胖并伴有胰岛素抵抗小鼠的皮下白色脂肪组织总PAHSAs水平，以及血清13/12-和5-PAHSA水平明显低于野生小鼠水平。这些动物和人体数据表明PAHSAs水平与胰岛素抵抗呈现反向关系，这提示PAHSAs可能具有改善胰岛素抵抗的作用。YoreMM等进一步观察摄入外源性PAHSAs对肥胖和胰岛素抵抗小鼠的影响，选择与胰岛素敏感性关系最密切的9-和5-PAHSA进行管饲并观察葡萄糖耐量变化，结果显示：野生鼠和高脂饮食小鼠管饲后，血清9-和5-PAHSA水平可提高3~5倍，达到AG4OX小鼠水平，表明胃肠道可以吸收外源性PAHSAs；同时发现明显改善糖耐量曲线，降低血糖水平。提示口服外源性PAHSAs可以提高胰岛素敏感性。关于PAHSAs增强胰岛素敏感性，改善胰岛素抵抗的作用机制还没有阐明，动物和细胞水平初步实验结果表明PAHSAs能明显促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌，同时可以促进胰高血糖素样肽-1（glucagon-likepeptide-1，GLP-1）分泌，提示PAHSAs既可直接促进胰岛素分泌，又可以间接通过GLP-1来增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌。

 

　　并且发现PAHSAs在500nM低浓度条件下可明显增加脂肪细胞膜上Glut4水平。PAHSAs直接刺激胃肠道细胞系STC-1分泌GLP-1的作用类似于ω-3脂肪酸，α-亚麻酸和G蛋白偶联受体120（G-proteincoupledreceptor120，GPR120）配体。已有研究证实脂类活性分子可通过细胞膜G蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptors，GPCRs）发挥作用；脂类活性分子可能通过激活GPCRs促进GLP-1分泌和Glut4表达发挥作用。最近，YoreMM等筛选了一组相关的GPCRs，证实PAHSAs通过剂量依赖方式激活GPR120发挥上述作用，这与ω-3脂肪酸和单不饱和脂肪酸作用机制基本相同。

 

　　3.2PAHSAs具有抗炎作用一些生物活性脂肪酸如ω-3脂肪酸，不仅通过GPR120介导胰岛素-葡萄糖稳态调节作用，还可发挥抗炎作用。GPR120还表达于介导先天免疫反应的骨髓源性树突状细胞（bone-marrow-deriveddendriticcells，BMDCs），而肥胖个体脂肪组织中先天性免疫激活与胰岛素抵抗密切相关。同时，饱和脂肪酸如棕榈酸，以及内毒素脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可通过Toll样受体（Toll-likereceptors，TLRs）信号通路促进BMDCs成熟，而细胞水平研究显示9-PAHSA可以阻断LPS激活BMDCs，主要表现为抑制LPS诱导BMDCs表达CD80、CD86、CD40和MHCII，同时以剂量依赖方式阻断LPS诱导的IL-12分泌，并显著降低IL-1β和TNFα分泌。

 

　　但用9-PAHSA分子中的棕榈酸组分或油酸处理BMDCs并没有上述作用。这表明9-PAHSA具有明显的抗炎作用。体内实验结果显示：高脂食物饲养小鼠的脂肪组织巨噬细胞（adiposetissuemacrophages，ATMs）是激活的，主要表现为表达IL-1β和TNFα的ATMs比例明显上升，但管饲9-PAHSA3天后，TNFα阳性的ATMs比例恢复正常，IL-1β阳性或双阳性ATMs比例显著下降。这表明了PAHSAs具有明显的体内抗炎作用。上述这些研究提示胰岛素抵抗状态下PAHSAs水平下降是有利于激活先天免疫，从而倾向于发生脂肪组织炎症和整体胰岛素抵抗。

 

　　4总结和展望

 

　　脂肪组织专一性Glut4水平与人类胰岛素敏感性密切相关，动物研究显示脂肪组织过表达Glut4后产生了有益代谢效应。通过代谢组学研究发现一类新型脂类分子FAHFAs，其中的PAHSAs同分异构体与胰岛素敏感性密切相关，同时PAHSAs具有明显抗炎作用。胰岛素抵抗患者血清和脂肪组织PAHSA同分异构体明显下降。PAHSAs作为一类信号分子主要通过激活GPR120发挥改善胰岛素抵抗和抗炎作用。口服PAHSAs能够降低血糖和促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌，改善胰岛素抵抗，抑制整体炎症反应。PAHSAs作用及机制与ω-3脂肪酸基本相似，不同的是PAHSAs可在人体脂肪和肝脏细胞内合成。

 

　　目前关于体内合成PAHSAs途径和相关酶还不清楚，而相关合成途径和酶很可能是干预和治疗胰岛素抵抗、T2D和炎症性疾病的重要靶点。血清PAHSAs本身可能是胰岛素抵抗和T2D诊断标志物，同时PAHSAs具有潜在治疗T2D的作用。因此，亟待开展PAHSAs基础与临床研究，阐明其合成和调节分子机制将具有重要临床意义。