脂肪酸与细胞凋亡

尚萍萍，李 琦，刘志国

(武汉轻工大学生物与制药工程学院，湖北武汉 430023)

脂肪酸是一类具有偶数碳原子的羧酸化合物，按碳氢链饱和与不饱和的不同，分为饱和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)，碳氢链上没有不饱和键;单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids，MUFA)，碳氢链上只有一个不饱和键;多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFA)，碳氢链上有二个或更多不饱和键。PUFA又根据第一个不饱和双键的位置不同分为ω-3系列和ω-6系列。脂肪酸是食物脂质基本成分之一，不同种类脂肪酸对机体的细胞生长发挥着不同作用。有文献［1］指出软脂酸(palmitic acid，PA)和硬脂酸(stearic acid，SA)致睾丸Leydig细胞凋亡的作用呈浓度和时间依赖性。生理浓度3—4倍的饱和脂肪酸处理细胞72 h导致80%以上的细胞死亡。而10倍于生理浓度的多不饱和脂肪酸花生四烯酸(arachidonic acid，AA)却能刺激细胞的生长。更有意义的是AA能够部分阻断SFA的致细胞凋亡作用。这些结果与在卵巢颗粒细胞发现的情况类似［2］，说明SFA和PUFA的浓度比例对细胞的功能非常重要。可见饮食脂质结构特别是不同类型脂肪酸含量比例，对机体的细胞凋亡有着截然不同的结果，看似矛盾现象背后的机制值得我们深入探讨。

细胞凋亡即程序性细胞死亡，是一种不同于坏死的由基因调控的细胞主动性死亡的生理过程，广泛存在于多细胞生物的各种组织中以清除群体中异常、受损、衰老的细胞。许多因素可以启动细胞凋亡，笔者主要介绍不同脂肪酸与细胞凋亡关系及其可能作用机制。

1 脂肪酸与细胞凋亡

1.1 饱和脂肪酸与细胞凋亡

研究显示:血清中游离脂肪酸特别是PA浓度长期高于正常水平的3—4倍时，肝脏脂肪代谢障碍，导致肝脏内的脂肪酸堆积，并可诱导肝细胞凋亡［3］。Eitel等［4］研究人胰岛 β 细胞系 RINl046-38，分别采用高浓度的PA和SA温育细胞24 h后，发现细胞凋亡率可高达20%，对其他的胰岛细胞也致明显凋亡。文献报道［5］神经生长因子分化型PC-12细胞经PA和SA处理24h后，细胞大量死亡，经染色分析和凋亡因子caspase-8及caspase-3等蛋白活性检测，显示为细胞凋亡。由此可见，某些正常细胞中饱和脂肪酸负荷可诱导细胞凋亡发生，而软脂酸和硬脂酸是饮食中常见的饱和脂肪酸。

1.2 单不饱和脂肪酸与细胞凋亡

拜明军等［6］观察了单不饱和脂肪酸(油酸)和饱和脂肪酸(软脂酸)对肝L02细胞凋亡的影响，通过Annexin-V/PI双标记流式细胞术检测及AO/EB染色形态观察发现，48 h和72 h油酸组细胞凋亡率显著低于软脂酸组。Artwohl等［7］采用人血管内皮细胞发现硬脂酸诱导细胞凋亡明显呈时间—剂量效应，而油酸诱导细胞凋亡不明显。可见油酸作为最重要的MUFA对细胞凋亡活化没有明显作用。

1.3 ω-6多不饱和脂肪酸与细胞凋亡

王韵［8］等观察了花生四烯酸对脐静脉内皮细胞凋亡的影响，结果发现花生四烯酸在25 μmol/L时对细胞没有显著的作用，但是在50—150 umol/L范围内却能引起凋亡，且凋亡率随着时间的延长和剂量的增加递增。另有对活的大鼠体内睾丸间质细胞研究显示花生四烯酸可以部分阻止由PA和SA引起的凋亡［9］。可见花生四烯酸作为ω-6 PUFA的主要成员在一定的浓度范围内对不同类型细胞发生细胞凋亡的作用不同。

1.4 ω-3多不饱和脂肪酸与细胞凋亡

Yong Zhang［10］等观察了不饱和脂肪酸(α-亚麻酸)和饱和脂肪酸(棕榈酸)对大鼠肝原代细胞凋亡的影响，发现棕榈酸可引起严重的细胞凋亡，而培养基中加入α-亚麻酸可显著降低细胞凋亡的数量。赵坤［11］等的研究表明，在使用免疫抑制剂的情况下，发生慢性排斥的玉米油试验组大鼠细胞凋亡率高达31%，而补充饲喂ω-3PUFA鱼油的大鼠细胞凋亡率降至14.8%。资料显示:动物饮食中增加二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)等的摄入可以降低乳腺癌细胞、前列腺癌细胞和肠癌细胞的增殖水平［12］。可见ω-3多不饱和脂肪酸可改善饱和脂肪酸所致的细胞凋亡，并有干预缓解癌症发生发展的作用。

2 脂肪酸在细胞凋亡中可能的作用机制

2.1 细胞凋亡机制

线粒体损伤(内源性途径)和死亡受体(Death receptors，DRs)活化(外源性途径)为细胞内两条经典的凋亡途径，已研究得较多。内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)介导的凋亡途径则是近些年才提出的。

线粒体损伤是一条由凋亡基因调控的高度保守的死亡途径。大多数凋亡信号，如DNA损伤、生长因子去除、外来刺激及部分化疗药物作用于线粒体，改变线粒体膜的通透性，诱导线粒体释放一些促凋亡多肽，如细胞色素C(cytochrome C，Cyto C)和核酸内切酶等，cytoC可与凋亡蛋白酶激活因子(Apaf-1)结合，激活Caspase9，活化的 Caspase9激活下游的效应Caspase诱导凋亡［13］。死亡受体活化是重要的细胞凋亡途径，死亡受体是一大类家族，目前研究比较详细的是肿瘤坏死因子受体(TNFR)家族，其在结构上有一个共同特征:相似的富含半胱氨酸的胞外结构域和同源氨基酸残基构成的胞内功能区，后者称“死亡区域”。目前结构和功能比较清楚的死亡受体有 TNFR-1、CD95(FAS)、DR3(又称 Apo-3，TRAMP，LARD)。激活这些受体的配体为TNF基因家族，目前所知的有 TNF、CD95L(FASL)、Apo-3L、Apo-2L(TRAIL)。死亡受体与相应的死亡配体结合通过死亡区域诱导凋亡发生［14］。内质网是细胞内重要的细胞器，广泛存在于真核细胞中，是调节蛋白质合成及合成后折叠、组装的场所，同时又对细胞内钙离子水平和细胞应激起调节作用;内质网还为二硫键的形成提供了独一无二的氧化折叠场所［15］。多种生理或病理条件如糖类和营养物质的缺乏、病毒感染、脂质代谢异常、钙离子流失、氧化还原状态的改变及药物等均可引起错误折叠或未折叠蛋白在内质网腔内堆积，引发内质网应激。当内质网应激活化后，细胞自身通过减少蛋白质翻译、编码伴侣蛋白基因上调以促进蛋白质正确折叠和降解相关蛋白等机制来恢复内质网稳态。但如果ERS反应过强或持续时间过长，则可启动未折叠蛋白应答(unfolded protein response，UPR)介导的细胞凋亡程序［16］。内质网膜上三种应激感受蛋白:抑制物阻抗性酯酶 1(inositol-requiring enzyme 1，IRE1)、双链RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶(PKP-like ER kinase，PERK)和活化转录因子6(activating transcription factor-6，ATF6)被激活后，都能诱导C/EBP-homologous protein(CHOP)的转录，然而PERK-eIF2α-ATF4是CHOP蛋白表达所必需的，随着ERS的过强或过长，PERK可通过诱导CHOP的表达而促进细胞的凋亡。另外，激活的IRE1，胞浆的酶结构域可招募接头分子TRAF2，并与ASKl共同形成IRE1-TRAF2-ASKl复合物，从而激活JNK介导细胞凋亡。

2.2 脂肪酸诱导或抑制细胞凋亡的作用机制

脂肪酸诱导凋亡或抑制凋亡并不是通过某一种单一的信号通路，可能涉及细胞的不同信号通路，并且还可能具有细胞特异性。Saitoh M［17］等研究了花生四烯酸对大鼠Neuro-2A细胞的凋亡的影响，发现AA可能是通过引起胞内钙离子升高及线粒体膜破坏，引发一条与caspase3无关的caspase级联反应来诱导Neuro-2A细胞凋亡。吴薇［18］等通过油酸诱导胰岛β细胞(INS-1)凋亡实验证实，油酸可能是通过激活糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase3，GSK-3)来诱导INS-1细胞凋亡。广泛报道指出GSK3与凋亡之间的联系与线粒体凋亡信号通路有关［19］。Johaszova［20］和 Gomez［21］等学者通过对心肌细胞的研究提出，GSK-3β是线粒体膜通透性转换孔(mPTP)开放阈值大小的决定性因素，发现通过抑制GSK-3β活性可增加mPTP阈值。同时GSK-3是caspase3、caspase9等级联反应发生的上游调节因子，可能通过促进线粒体凋亡信号引起线粒体功能障碍及细胞凋亡。承海［22］等观察了ω-3PUFA及其诱导的外源性跨膜型TNFα对肿瘤细胞增殖和凋亡的影响，结果发现在ω-3PUFA作用下，转染TNFα的肿瘤细胞高表达TNFα，细胞增殖显著受到抑制，细胞凋亡率也增加，由此认为，ω-3PUFA联合细胞外源性TNFα基因产物能有效抑制肿瘤细胞增殖，而TNFα介导的细胞凋亡可能在此过程中发挥重要作用，这为ω-3PUFA在抗肿瘤方面进一步研究和应用提供了新的思路。Jie Cao［23］等发现软脂酸可引起L02和HepG2细胞的凋亡，同时观察到ERS活化，PERK磷酸化，BIP、ATF4及CHOP等表达上调;而抑制PERK基因表达则显著降低L02和HepG2细胞的凋亡;可见，软脂酸可通过 ERS的PERK/ATF4/CHOP信号通路诱导细胞凋亡。在神经细胞、胰腺β细胞、肾细胞及巨噬细胞等正常细胞研究均显示ω-3 PUFA可通过ERS信号通路抑制饱和脂肪酸负荷所致的细胞凋亡［24-27］。

3 结束语

饱和脂肪酸影响正常细胞功能并激活细胞凋亡，是其脂毒性的表现，而不饱和脂肪酸特别是多不饱和脂肪酸则显示出对细胞的保护作用，改善细胞凋亡使细胞功能恢复正常。可见，饮食结构中不同脂肪酸种类及其比例会影响机体细胞生理功能，科学合理膳食结构有助机体健康。目前我国居民饮食结构，根据2002年中国居民营养与健康状况调查资料显示，平均每人每天动物性食物的摄入量为132 g，其中猪肉占总量的64.6%。由于猪肉的脂肪含量较高，饱和脂肪酸较多，属心脑血管病、肥胖及糖尿病等的危险引发因素，因此调整饮食结构，降低饱和脂肪酸摄入比例，增加不饱和脂肪酸的摄入，对疾病预防会起到积极作用。

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