尚萍萍，李 琦，劉志國

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北武漢 430023)

脂肪酸是一類具有偶數(shù)碳原子的羧酸化合物，按碳?xì)滏滐柡团c不飽和的不同，分為飽和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)，碳?xì)滏溕蠜]有不飽和鍵;單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids，MUFA)，碳?xì)滏溕现挥幸粋€(gè)不飽和鍵;多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFA)，碳?xì)滏溕嫌卸€(gè)或更多不飽和鍵。PUFA又根據(jù)第一個(gè)不飽和雙鍵的位置不同分為ω-3系列和ω-6系列。脂肪酸是食物脂質(zhì)基本成分之一，不同種類脂肪酸對機(jī)體的細(xì)胞生長發(fā)揮著不同作用。有文獻(xiàn)［1］指出軟脂酸(palmitic acid，PA)和硬脂酸(stearic acid，SA)致睪丸Leydig細(xì)胞凋亡的作用呈濃度和時(shí)間依賴性。生理濃度3—4倍的飽和脂肪酸處理細(xì)胞72 h導(dǎo)致80%以上的細(xì)胞死亡。而10倍于生理濃度的多不飽和脂肪酸花生四烯酸(arachidonic acid，AA)卻能刺激細(xì)胞的生長。更有意義的是AA能夠部分阻斷SFA的致細(xì)胞凋亡作用。這些結(jié)果與在卵巢顆粒細(xì)胞發(fā)現(xiàn)的情況類似［2］，說明SFA和PUFA的濃度比例對細(xì)胞的功能非常重要?？梢婏嬍持|(zhì)結(jié)構(gòu)特別是不同類型脂肪酸含量比例，對機(jī)體的細(xì)胞凋亡有著截然不同的結(jié)果，看似矛盾現(xiàn)象背后的機(jī)制值得我們深入探討。

細(xì)胞凋亡即程序性細(xì)胞死亡，是一種不同于壞死的由基因調(diào)控的細(xì)胞主動(dòng)性死亡的生理過程，廣泛存在于多細(xì)胞生物的各種組織中以清除群體中異常、受損、衰老的細(xì)胞。許多因素可以啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，筆者主要介紹不同脂肪酸與細(xì)胞凋亡關(guān)系及其可能作用機(jī)制。

1 脂肪酸與細(xì)胞凋亡

1.1 飽和脂肪酸與細(xì)胞凋亡

研究顯示:血清中游離脂肪酸特別是PA濃度長期高于正常水平的3—4倍時(shí)，肝臟脂肪代謝障礙，導(dǎo)致肝臟內(nèi)的脂肪酸堆積，并可誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡［3］。Eitel等［4］研究人胰島 β 細(xì)胞系 RINl046-38，分別采用高濃度的PA和SA溫育細(xì)胞24 h后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡率可高達(dá)20%，對其他的胰島細(xì)胞也致明顯凋亡。文獻(xiàn)報(bào)道［5］神經(jīng)生長因子分化型PC-12細(xì)胞經(jīng)PA和SA處理24h后，細(xì)胞大量死亡，經(jīng)染色分析和凋亡因子caspase-8及caspase-3等蛋白活性檢測，顯示為細(xì)胞凋亡。由此可見，某些正常細(xì)胞中飽和脂肪酸負(fù)荷可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生，而軟脂酸和硬脂酸是飲食中常見的飽和脂肪酸。

1.2 單不飽和脂肪酸與細(xì)胞凋亡

拜明軍等［6］觀察了單不飽和脂肪酸(油酸)和飽和脂肪酸(軟脂酸)對肝L02細(xì)胞凋亡的影響，通過Annexin-V/PI雙標(biāo)記流式細(xì)胞術(shù)檢測及AO/EB染色形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，48 h和72 h油酸組細(xì)胞凋亡率顯著低于軟脂酸組。Artwohl等［7］采用人血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)現(xiàn)硬脂酸誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡明顯呈時(shí)間—?jiǎng)┝啃?yīng)，而油酸誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡不明顯。可見油酸作為最重要的MUFA對細(xì)胞凋亡活化沒有明顯作用。

1.3 ω-6多不飽和脂肪酸與細(xì)胞凋亡

王韻［8］等觀察了花生四烯酸對臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)花生四烯酸在25 μmol/L時(shí)對細(xì)胞沒有顯著的作用，但是在50—150 umol/L范圍內(nèi)卻能引起凋亡，且凋亡率隨著時(shí)間的延長和劑量的增加遞增。另有對活的大鼠體內(nèi)睪丸間質(zhì)細(xì)胞研究顯示花生四烯酸可以部分阻止由PA和SA引起的凋亡［9］?？梢娀ㄉ南┧嶙鳛棣?6 PUFA的主要成員在一定的濃度范圍內(nèi)對不同類型細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡的作用不同。

1.4 ω-3多不飽和脂肪酸與細(xì)胞凋亡

Yong Zhang［10］等觀察了不飽和脂肪酸(α-亞麻酸)和飽和脂肪酸(棕櫚酸)對大鼠肝原代細(xì)胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)棕櫚酸可引起嚴(yán)重的細(xì)胞凋亡，而培養(yǎng)基中加入α-亞麻酸可顯著降低細(xì)胞凋亡的數(shù)量。趙坤［11］等的研究表明，在使用免疫抑制劑的情況下，發(fā)生慢性排斥的玉米油試驗(yàn)組大鼠細(xì)胞凋亡率高達(dá)31%，而補(bǔ)充飼喂ω-3PUFA魚油的大鼠細(xì)胞凋亡率降至14.8%。資料顯示:動(dòng)物飲食中增加二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)等的攝入可以降低乳腺癌細(xì)胞、前列腺癌細(xì)胞和腸癌細(xì)胞的增殖水平［12］。可見ω-3多不飽和脂肪酸可改善飽和脂肪酸所致的細(xì)胞凋亡，并有干預(yù)緩解癌癥發(fā)生發(fā)展的作用。

2 脂肪酸在細(xì)胞凋亡中可能的作用機(jī)制

2.1 細(xì)胞凋亡機(jī)制

線粒體損傷(內(nèi)源性途徑)和死亡受體(Death receptors，DRs)活化(外源性途徑)為細(xì)胞內(nèi)兩條經(jīng)典的凋亡途徑，已研究得較多。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)介導(dǎo)的凋亡途徑則是近些年才提出的。

線粒體損傷是一條由凋亡基因調(diào)控的高度保守的死亡途徑。大多數(shù)凋亡信號(hào)，如DNA損傷、生長因子去除、外來刺激及部分化療藥物作用于線粒體，改變線粒體膜的通透性，誘導(dǎo)線粒體釋放一些促凋亡多肽，如細(xì)胞色素C(cytochrome C，Cyto C)和核酸內(nèi)切酶等，cytoC可與凋亡蛋白酶激活因子(Apaf-1)結(jié)合，激活Caspase9，活化的 Caspase9激活下游的效應(yīng)Caspase誘導(dǎo)凋亡［13］。死亡受體活化是重要的細(xì)胞凋亡途徑，死亡受體是一大類家族，目前研究比較詳細(xì)的是腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族，其在結(jié)構(gòu)上有一個(gè)共同特征:相似的富含半胱氨酸的胞外結(jié)構(gòu)域和同源氨基酸殘基構(gòu)成的胞內(nèi)功能區(qū)，后者稱“死亡區(qū)域”。目前結(jié)構(gòu)和功能比較清楚的死亡受體有 TNFR-1、CD95(FAS)、DR3(又稱 Apo-3，TRAMP，LARD)。激活這些受體的配體為TNF基因家族，目前所知的有 TNF、CD95L(FASL)、Apo-3L、Apo-2L(TRAIL)。死亡受體與相應(yīng)的死亡配體結(jié)合通過死亡區(qū)域誘導(dǎo)凋亡發(fā)生［14］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器，廣泛存在于真核細(xì)胞中，是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成及合成后折疊、組裝的場所，同時(shí)又對細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平和細(xì)胞應(yīng)激起調(diào)節(jié)作用;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)還為二硫鍵的形成提供了獨(dú)一無二的氧化折疊場所［15］。多種生理或病理?xiàng)l件如糖類和營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏、病毒感染、脂質(zhì)代謝異常、鈣離子流失、氧化還原狀態(tài)的改變及藥物等均可引起錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)堆積，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激活化后，細(xì)胞自身通過減少蛋白質(zhì)翻譯、編碼伴侶蛋白基因上調(diào)以促進(jìn)蛋白質(zhì)正確折疊和降解相關(guān)蛋白等機(jī)制來恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。但如果ERS反應(yīng)過強(qiáng)或持續(xù)時(shí)間過長，則可啟動(dòng)未折疊蛋白應(yīng)答(unfolded protein response，UPR)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡程序［16］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上三種應(yīng)激感受蛋白:抑制物阻抗性酯酶 1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)、雙鏈RNA依賴的蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PKP-like ER kinase，PERK)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor-6，ATF6)被激活后，都能誘導(dǎo)C/EBP-homologous protein(CHOP)的轉(zhuǎn)錄，然而PERK-eIF2α-ATF4是CHOP蛋白表達(dá)所必需的，隨著ERS的過強(qiáng)或過長，PERK可通過誘導(dǎo)CHOP的表達(dá)而促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。另外，激活的IRE1，胞漿的酶結(jié)構(gòu)域可招募接頭分子TRAF2，并與ASKl共同形成IRE1-TRAF2-ASKl復(fù)合物，從而激活JNK介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.2 脂肪酸誘導(dǎo)或抑制細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制

脂肪酸誘導(dǎo)凋亡或抑制凋亡并不是通過某一種單一的信號(hào)通路，可能涉及細(xì)胞的不同信號(hào)通路，并且還可能具有細(xì)胞特異性。Saitoh M［17］等研究了花生四烯酸對大鼠Neuro-2A細(xì)胞的凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)AA可能是通過引起胞內(nèi)鈣離子升高及線粒體膜破壞，引發(fā)一條與caspase3無關(guān)的caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)來誘導(dǎo)Neuro-2A細(xì)胞凋亡。吳薇［18］等通過油酸誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞(INS-1)凋亡實(shí)驗(yàn)證實(shí)，油酸可能是通過激活糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase3，GSK-3)來誘導(dǎo)INS-1細(xì)胞凋亡。廣泛報(bào)道指出GSK3與凋亡之間的聯(lián)系與線粒體凋亡信號(hào)通路有關(guān)［19］。Johaszova［20］和 Gomez［21］等學(xué)者通過對心肌細(xì)胞的研究提出，GSK-3β是線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)開放閾值大小的決定性因素，發(fā)現(xiàn)通過抑制GSK-3β活性可增加mPTP閾值。同時(shí)GSK-3是caspase3、caspase9等級(jí)聯(lián)反應(yīng)發(fā)生的上游調(diào)節(jié)因子，可能通過促進(jìn)線粒體凋亡信號(hào)引起線粒體功能障礙及細(xì)胞凋亡。承海［22］等觀察了ω-3PUFA及其誘導(dǎo)的外源性跨膜型TNFα對腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在ω-3PUFA作用下，轉(zhuǎn)染TNFα的腫瘤細(xì)胞高表達(dá)TNFα，細(xì)胞增殖顯著受到抑制，細(xì)胞凋亡率也增加，由此認(rèn)為，ω-3PUFA聯(lián)合細(xì)胞外源性TNFα基因產(chǎn)物能有效抑制腫瘤細(xì)胞增殖，而TNFα介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡可能在此過程中發(fā)揮重要作用，這為ω-3PUFA在抗腫瘤方面進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供了新的思路。Jie Cao［23］等發(fā)現(xiàn)軟脂酸可引起L02和HepG2細(xì)胞的凋亡，同時(shí)觀察到ERS活化，PERK磷酸化，BIP、ATF4及CHOP等表達(dá)上調(diào);而抑制PERK基因表達(dá)則顯著降低L02和HepG2細(xì)胞的凋亡;可見，軟脂酸可通過 ERS的PERK/ATF4/CHOP信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在神經(jīng)細(xì)胞、胰腺β細(xì)胞、腎細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等正常細(xì)胞研究均顯示ω-3 PUFA可通過ERS信號(hào)通路抑制飽和脂肪酸負(fù)荷所致的細(xì)胞凋亡［24-27］。

3 結(jié)束語

飽和脂肪酸影響正常細(xì)胞功能并激活細(xì)胞凋亡，是其脂毒性的表現(xiàn)，而不飽和脂肪酸特別是多不飽和脂肪酸則顯示出對細(xì)胞的保護(hù)作用，改善細(xì)胞凋亡使細(xì)胞功能恢復(fù)正常?？梢姡嬍辰Y(jié)構(gòu)中不同脂肪酸種類及其比例會(huì)影響機(jī)體細(xì)胞生理功能，科學(xué)合理膳食結(jié)構(gòu)有助機(jī)體健康。目前我國居民飲食結(jié)構(gòu)，根據(jù)2002年中國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查資料顯示，平均每人每天動(dòng)物性食物的攝入量為132 g，其中豬肉占總量的64.6%。由于豬肉的脂肪含量較高，飽和脂肪酸較多，屬心腦血管病、肥胖及糖尿病等的危險(xiǎn)引發(fā)因素，因此調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，降低飽和脂肪酸攝入比例，增加不飽和脂肪酸的攝入，對疾病預(yù)防會(huì)起到積極作用。

［1］呂朝暉，母義明，汪保安.游離飽和脂肪酸誘導(dǎo)大鼠睪丸Leydig細(xì)胞凋亡［J］.中華內(nèi)分泌代謝雜志，2002，18(6):481-483.

［2］Mu Y M，Yanase T，Nishi Y，et al.Saturated free fatty acids，palmitic acid and stearic acid，induce apoptosis in human granulose cells［J］.Endocrinology，2001，142:3590-3597.

［3］張利，紀(jì)軍，朱曉鈺.軟脂酸誘導(dǎo)人肝癌HepG2細(xì)胞的凋亡［J］.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26(6):671-676.

［4］Eitel K，Staiger H，Rieger J，et al.Protein kinase activation and translocation to the nucleus are required for fatty acid-induced apoptosis of insulin-secreting cells［J］.Diabetes，2003，52(4):991-997.

［5］UIIoth J E，Casiano C A，DeLeon M，et a1.Palmitic and fatty acids induce caspase-depend-ent cell death in nerve growth factor differentiated PC12 cells［J］.J Neurochem，2003，84(4):655-668.

［6］拜明軍，沈薇，洪江龍.不同性質(zhì)的脂肪酸對脂肪變性L02肝細(xì)胞凋亡和葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78表達(dá)的影響［J］.中國生物制品學(xué)雜志，2008，21(10):843-847.

［7］Artwohl M，Roden M，Waldhausl W，et a1.Free fatty acids trigger apoptosis and inhibit cell cycle progression in human vascular endothelial cells［J］.Faseb J，2004，18(1):146-148.

［8］王韻，汪炳華，陳麗達(dá)，等.花生四稀酸誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷和凋亡［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2004，24(1):61-65.

［9］Lu Z H，Mu Y M，Wang B A，et a1.Saturated free fatty acids，palmitic acid and stearic acid，induce apoptosis by stimulation of ceramide generation in rat testicular leydig cell［J］.Biochem Biophys Res Commun，2003，303(4):1002-1007.

［10］Yong Zhang，Lei Dong，Xia Yang，et a1.a-Linolenic acid prevents endoplasmic reticulum stress-mediated apoptosis of stearic acid lipotoxicity on primary rat hepatocytes［J］.Lipids Health Dis，2011，10:81.

［11］趙坤，張海云，王萌，等.n-3多不飽和脂肪酸對大鼠小腸移植慢性排斥腸黏膜細(xì)胞凋亡的抑制作用［J］.腸外與腸內(nèi)營養(yǎng)，2009，16(6):355-363.

［12］Bartsch H，Nair J，Owen R W.Dietary polyunsaturated fatty acids and cancers of the breast and colorectum:e-merging evidence for their role as risk modifiers ［J］.Carcinogenesis，1999，20(12):2209-2218.

［13］劉麗君，彭建新，洪華珠，等.線粒體在細(xì)胞凋亡中的變化與作用［J］.細(xì)胞生物學(xué)雜志，2005，27:117-120.

［14］劉文，黃文方，盧賢瑜.死亡受體信號(hào)傳導(dǎo)途徑研究進(jìn)展［J］.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)與臨床，2006，3(9):445-447.

［15］Gentile C L，F(xiàn)rye M，Pagliassotti M J.Endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response in nonalcoholic fatty liver disease［J］.Antioxid Redox Signal，2011，15(2):505-521.

［16］Susan E，Logue Patricia，Cleary，et al.New directions in ER stress-induced cell death［J］.Apoptosis，2013，18:537-546.

［17］Saitoh M， Nagai K， Yanguchi T， et al.Arachidonic acid peroxides induce apoptotic Neuro-2A cell death in association with intracellular Ca2+rise and mitochondrial damage independently of caspase3 activation［J］.Brain Res，2003，991(1-2):187-194.

［18］吳薇，羅小平.糖原合成酶激酶3抑制劑降低胰島β細(xì)胞凋亡［J］.中華內(nèi)分泌代謝雜志，2008，24:2.

［19］Beurel E，Jope R S.The paradoxical pro-and anti-apoptotic actions of GSK3 in the intrinsic and extrinsic apoptosis signaling pathways［J］.Prog Neurobiol，2006，79:173-189.

［20］Juhaszova M，Zorov D B，Kim S H，et al.Glycogen synthase kinase-3beta mediates convergence of protection signaling to inhibit the mitochondrial permeability transition pore［J］.J Clin Invest，2004，113:1535-1549.

［21］Gomez L，Paillard M，Thibault H，et al.Inhibition of GSK3beta by postconditioning is required to prevent opening of the mitochondrial permeability transition pore during reperfusion［J］.Circulation，2008，117:2761-2768.

［22］承海，糜漫天，張乾勇.ω-3 PUFA及其誘導(dǎo)的外源性跨膜型TNFα對腫瘤細(xì)胞生長的影響［J］.營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2005，27(3):200-206.

［23］Jie Cao，Dong-Ling Dai，Long Yao，et al.Saturated fatty acid induction of endoplasmic reticulum stress and apoptosis in human liver cells via the PERK/ATF4/CHOP signaling pathway［J］.Mol Cell Biochem，2012，364:115-129.

［24］Kim SJ，Zhang Z，Saha A，et al.Omega-3 and omega-6 fatty acids suppress ER-and oxidative stress in cultured neurons and neuronal progenitor cells from mice lacking PPT1［J］.Neurosci Lett，2010，479(3):292-296.

［25］Němcová-Fürstová V，James RF，Ková?J.Inhibitory effect of unsaturated fatty acids on saturated fatty acid-induced apoptosis in human pancreatic β-cells:activation of caspases and ER stress induction［J］.Cell Physiol Biochem，2011，27(5):525-538.

［26］Katsoulieris E，Mabley J G，Samai M，et al.alpha-Linolenic acid protects renal cells against palmitic acid lipotoxicity via inhibition of endoplasmic reticulum stress［J］.Eur J Pharmacol，2009，623(1-3):107-12.

［27］Ishiyama J，Taguchi R，Akasaka Y，et al.Unsaturated FAs preventpalmitate-induced LOX-1 induction via inhibition of ER stress in macrophages［J］.J Lipid Res，2011，52(2):299-307.