游离脂肪酸与组织细胞损伤相关性的研究进展

袁 涛综述，赵建宁，包倪荣审校

0 引 言

游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)在人体内的含量变化对心脏、肺、肝、肾等器官影响明显，且FFA对靶器官的作用主要是通过氧化应激反应。活性氧自由基是较常见的对机体危害较大的一类自由基，它是由氧直接或间接转变而来的氧自由基及其衍生物，能与细胞膜上的多不饱和脂肪酸发生氧化反应，生成对细胞具有毒性作用的过氧化物，致使蛋白质氧化、损伤脫氧核醣核酸突变甚至断裂、脂质氧化、细胞膜起泡等，红细胞膜脂质的氧化破坏可直接导致红细胞的损伤［1-2］。FFAs的“脂毒性”与红细胞破坏的机制研究，对防治红细胞及机体其他组织器官的氧化损伤及由此引起的病理变化有重要意义。

1 FFA的特性

FFA是指非酯化的脂肪酸，由饱和脂肪酸(软脂酸和硬脂酸)、单不饱和脂肪酸(油酸)、ω6-多不饱和脂肪酸(二十碳三烯酸、亚油酸、花生四烯酸)、ω3-PUFAs(α-亚麻酸和二十二碳六烯酸)等组成，血液中的FFA主要由皮下和内脏脂肪脂解产生，是脂肪代谢的中间产物，也是人体重要的能源物质之一。研究表明，随实验动物的血浆FFA浓度增加，血浆氧化应激的标志物异前列腺素和蛋白质羰基增高，表明FFA可增加细胞的氧化应激［3］。从而降低机体抗氧化能力，引起机体发生氧化应激反应，当体内FFA含量达到一定程度时，自会使内皮细胞膜受损，通透性升高，最终导致病理性反应［4］。Shankar等［5］观察正常体重的健康人在血中FFA含量升高2～3倍后，都可使内皮源性一氧化氮产生或释放减少，内皮源性血管舒张功能障碍，提示高FFA血症可使血管内皮功能受损。

2 FFA对靶器官的作用

近年来有研究表明，在大鼠心肌缺血再灌注试验中，随着血清中FFA增多，心肌过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα)表达减少［6］。通过建立大鼠心肌缺血再灌注模型中发现脂肪酸的氧化减少，心肌氧耗量降低，缺血和缺氧的耐受性明显增加，对心肌有一定的保护作用。PPARα可控制心肌线粒体编码脂肪酸氧化酶核基因，在分解脂肪酸的组织细胞中高表达，它还表达于血管内皮、平滑肌、单核巨噬细胞及粥样硬化的斑块之中。目前研究证实PPARα同多种心血管疾病相关联［7］。应激性反应能加强心肌细胞利用FFA的能力，活化的PPARα能增加心肌细胞利用脂肪酸的基因表达，主要从3方面发挥作用:①脂肪酸的转运和酯化。②线粒体对脂肪酸的摄入。③线粒体和过氧化物酶体的β氧化［8］。因此PPARα是成年心肌脂质和能量代谢的重要调控子。PPARα的下调可使脂肪酸氧化减少，从而大鼠血液中FFA增多，使心肌梗死程度加重，导致血液FFA浓度高低与急性心肌梗死的面积密切相关［9］。试验结果也提示降低血液FFA可能对于减轻缺血再灌注损伤具有积极意义。

同时研究表明，高FFA血症可引起血压升高，其作用机制可能是通过抑制内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)mRNA 表达，导致内皮依赖性血管舒张功能受损，氧化应激在其中也起了重要作用［10］。测定血中活性氧和还原型谷胱甘肽的水平发现，FFA水平升高可致内皮依赖性血管舒张功能(endothelium dependent vasodilatation，EDV)受损［11］。升高血液循环中 FFA 水平后，FFA组血浆内皮细胞内皮型eNOS水平明显降低，因此eNOS mRNA的表达降低，提示FFA水平升高可能通过降低eNOS表达减少内皮源性一氧化氮的产生，使EDV受损，参与高血压发病。因此可通过一氧化氮介导的血管舒张抗高血压，这可能与乙酰半胱氨酸减少活性氧生成，增加谷胱甘肽浓度，减弱氧化应激反应及增强一氧化氮对机体的作用相关［12］。目前认为 FFA还可通过多种机制影响血压:①FFA升高可增加α1肾上腺素受体的敏感性，使交感活性增加。②FFA可损伤血管内皮功能。③FFA可激活蛋白激酶C，抑制Na+-K+-ATP酶泵，导致细胞内钠、钙水平升高，进而影响血压。④FFA还可抑制内皮一氧化氮的合成，从而影响血管舒张［13］。

FFA引起肺损伤的机制尚不明确，但有研究表明可能与过氧化反应和细胞因子的作用有关［14］。FFA的升高可致使细胞黏附分子-1(intercellular adhesion module-1，ICAM-1)增加，ICAM-1与肺血管内皮损伤密切相关，有利于中性粒细胞和内皮细胞的黏附，同时还释放炎性介质、细胞毒性氧代谢产物及磷酯酶产物，损伤血管内皮细胞，使其通透性增强，这与肺部的病理表现和血管通透性改变相符［15］。

FFA慢性升高对肝胰岛素抵抗有影响［16］。FFA慢性升高可致葡萄糖输注率下降，葡萄糖的利用障碍，肝的蛋白激酶C δ向细胞膜转位增加，说明在慢性高FFA导致的肝胰岛素抵抗中，氧化应激反应起了重要作用［17］。胰岛素抵抗可使脂质分解增加，肝的线粒体中氧化的FFA负荷增加，脂肪酸的β氧化能力下降，最终肝细胞内脂肪酸堆积，脂肪在肝的代谢失衡是脂肪肝形成的主要启动因素［18］。FFA还可通过细胞因子毒性等途径损伤肝细胞，并直接或通过枯否细胞激活肝星状细胞。FFA通过外源性和内源性途径促进肝细胞的凋亡，而肝细胞凋亡在非酒精性脂肪肝的发病机制中起着重要作用。

有研究发现，人的胰腺长期经FFA作用后会出现大量异常自噬体，同时溶酶体基因表达受限，可对β 细胞自噬功能产生影响［19］。Masini等［20］将 β 细胞置于较高浓度的非酯化脂肪酸时，胞内大量空泡聚集，同时细胞凋亡的速率上升，与溶酶体相关的膜蛋白2表达较少，可反映β细胞内自噬功能情况，干扰细胞的新陈代谢途径，加快细胞的死亡。

3 活性氧与红细胞损伤的相关性

细胞膜表面的多不饱和脂肪酸和胞内血红蛋白受到活性氧的氧化会导致红细胞的损伤［21］。细胞膜主要由脂类物质和蛋白质组成。而细胞膜脂主要有磷脂、胆固醇和糖脂等3种类型。当过量的自由基攻击红细胞膜、氧化不饱和脂肪酸及其中间产物自由基及最终产物丙二醛等，会使红细胞膜变形性下降［22］。用不同浓度的过氧化氢作用于离体正常红细胞，再分别用不同方法测定红细胞溶血度、红细胞膜过氧化脂质及红细胞膜微黏度，发现不同浓度的过氧化氢作用于红细胞后均引起红细胞氧化溶血，红细胞溶血度、红细胞膜过氧化脂质、红细胞膜微黏度均明显增加。有研究指出红细胞膜微黏度与红细胞溶血度及胞膜过氧化脂质成正相关［23］。活性氧引发红细胞膜脂质过氧化导致红细胞膜流动性降低，在活性氧诱导红细胞发生氧化溶血的机制中起一定的作用。近年研究发现，许多疾病的发病与活性氧诱导红细胞发生氧化溶血密切相关，但其作用机制尚不明确［9-17］。有研究表明，活性氧可激发红细胞膜的脂质过氧化，红细胞膜脂质过氧化物的增加可破坏细胞膜的完整性，活性氧的增多导致红细胞膜脂质过氧化，这也是红细胞损伤的主要机制［23-24］。红细胞中的金属络合物血红蛋白可促进脂质过氧化，红细胞膜上的多价不饱和脂肪酸也易受到活性氧的氧化作用，引发膜脂质过氧化是红细胞产生过氧化脂质的场所［25］。红细胞膜流动性与过氧化脂质负相关，提示氧化剂是红细胞膜脂质过氧化的主要因素。红细胞膜流动性改变和红细胞膜脂质过氧化密切相关，细胞膜中不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例变化也是影响膜流动性的重要因素之一。红细胞膜的流动性改变则引起红细胞变形能力变化，变形能力降低的红细胞通过毛细血管时在高切应力的作用下易发生破裂溶血［26］。活性氧作用于红细胞膜致使脂质过氧化，红细胞膜流动性降低，渗透脆性减小，引起红细胞的破坏，在诱导红细胞发生氧化性溶血的机制中起重要的作用［27］。

血液中的血红蛋白具有氧化酶活性及促进脂质过氧化的作用。研究发现，血红蛋白主要与过氧化氢和过氧化物结合引起氧化应激反应［28］。血红蛋白的结构与过氧化氢酶具有相似的空间结构和相同的铁叶啉辅基，能表现类似与过氧化氢酶的催化活性，而血红蛋白不仅具有加氧酶的活性，还可促进脂质过氧化作用，活化细胞内毒性物质，进而引起一系列连锁反应产生细胞氧化应激。由于血红蛋白氧化——还原循环反应而诱导多种活性氧产生，从而导致氧化性损伤，在血红蛋白不断被氧化的过程中形成了大量氧自由基，如超阳阴离子自由基、过氧化氢等，它们会攻击血红蛋白等多种蛋白质，引起脂质过氧化，形成脂性自由基及蛋白质自由基，导致脂质、蛋白质的交联和聚合，使多种重要的蛋白质和酶失去活性，细胞膜的流动性降低，通透性增强，细胞膜和有膜细胞器功能异常，从而对细胞和组织成氧化性损伤［29］。同时，研究者还发现在生理病理的状态下生物系统中还存在一氧化氮的氧化产物ONOO—，这种自由基可引起自由基链反应，如直接氧化蛋白质、脂质过氧化作用，引发谷胱甘肽自由基链的消耗［30］。最终血红蛋白可被过氧化物降解导致自由基和超氧离子的形成，释放出铁离子造成贫血。

4 FFA与红细胞损伤的关系

各项研究表明FFA是参与氧化应激的重要物质，同时也是活性氧的刺激物［31］。长链自由脂肪酸及其代谢产物不仅通过结合辅酶Ⅰ、Ⅲ减少电子流的转运模式在线粒体途径上能影响活性氧的产生，且FFA可灭活氧化性谷胱甘肽，减少谷胱甘肽的形成，从而减缓清除过氧化氢的速率，同时FFA在线粒体内的高度聚集可影响膜流动性［20，30］。正常红细胞表面有丰富的过氧化物还原酶，具有抗氧化能力，如过氧化物还原酶2在红细胞膜上含量丰富，它能保护红细胞免遭破坏，当这些过氧化物还原酶减少或抗氧化能力降低时，红细胞就会遭到破坏。有研究分析指出，FFA能刺激过氧化物的产生，可能会引起红细胞膜上的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化能力降低，最终引起红细胞膜的破坏、血红蛋白损伤和渗透脆性增加，导致红细胞溶血性贫血［21］。同时，研究发现人工关节置换术后患者出现严重贫血，红细胞计数及血红蛋白含量明显下降，因此红细胞的氧化性破坏，也可能是临床手术后隐性失血的发病机制［32］。

5 结 语

综上所述，FFA在体内参与的氧化应激反应与多个靶器官的组织病变密切相关，其与红细胞破坏的相关性，可通过探究体内FFA含量变化与红细胞计数、红细胞渗透脆性、血红蛋白含量、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶、过氧化氢等指标变化的相关性予以证实。这为研究氧化性贫血的危险因素提供了新的方向，同时也将为临床隐性失血预测及防治措施开拓新的思路。

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