十八碳四烯酸的研究进展

李哲夫，何靖宇，王明兹，何勇锦*

1. 福建师范大学生命科学学院（福州 350117）；2. 厦门海洋职业技术学院生物技术系（厦门 361102）

十八碳四烯酸（Stearidonic acid，SDA），即顺-6, 9, 12, 15-十八碳四烯酸（18∶4ω-3），是由α-亚麻酸（α-linolenic acid，18∶3ω-3，ALA）经脂代谢的Δ6脱氢酶第一次脱氢后形成的多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）。1957年，Klenk和Brockerhoff第一次检测到鲱鱼鱼油中的SDA[1]。随后，Yamazaki等[2]首次研究饲喂添加1% ALA和1% SDA的饲料对小白鼠肝脏极性脂和甘三脂脂肪酸组成的影响，结果表明：在三个试验组中，饲喂含SDA的小白鼠肝脏极性脂和甘三脂形式的SDA（饲喂ALA的小白鼠未检测到SDA）、二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid，20∶5ω-3，EPA）和二十二碳六烯酸（Docosahexaenonic acid，22∶6ω-3，DHA）的含量最高，饲喂含ALA的小白鼠组次之，对照组最低。这些结果暗示小白鼠机体可以将摄入的ALA和SDA经机体代谢转成EPA和DHA。对于包括人类在内的其他哺乳动物，由于没有了第一步Δ6脱氢酶的限速作用[3]，摄入的SDA在机体内转化为EPA的效率高于摄入的ALA，这为人类机体组织积累ω-3 PUFA提供了一个新资源。另外，与ALA、EPA、DHA等ω-3脂肪酸一样，SDA具有预防心肌梗塞、高血压、动脉粥硬化等心血管疾病，抑制肿瘤细胞的生长和分裂，治疗皮炎和过敏性皮炎，促进细胞之间的信号转导和传递等功效[4-7]。因此，通过摄入富含SDA的食品来使人体中大量富集ω-3 PUFA可被认为是一种安全健康的方式。目前，人体摄入的ω-3 PUFA主要来自鱼油和海产品。但是，近年来全球鱼油的价格不断攀升，直接影响食用鱼油和海产品的可持续发展[8]；此外，世界经济快速发展的同时，对海洋环境的污染也日益严重，使人们对海产品的安全性产生了质疑。为了寻找天然绿色的富含ω-3 PUFA的油源替代当前食用鱼油并建立一个符合特定人群摄入量的标准，世界各国的大学和研究机构一直在开展关于ω-3 PUFA的研究。该文对ω-3 PUFA与SDA的摄入量、含SDA的油源、生物学功能和油脂改性等方面进行综述。

1 ω-3 PUFA和SDA的摄入量

合理的ω-3 PUFA摄入量对人体健康的维持至关重要[9-10]。目前，世界各国和组织对不同人群摄入ω-3 PUFA含量的设定标准有较大的差异，主要是受到地域、温度、食物供应等原因的影响。世界卫生组织、欧洲食品安全局以及2010年美国膳食指南建议每天摄入0.25 g的EPA和DHA。联合国粮食与农业组织则建议每天摄入日常饮食0.5%～0.6%的ALA及0.5%～2%的总ω-3 PUFA来防止心血管疾病的产生[11-13]。

SDA并非人类日常的膳食主要组成且通常不被列入营养表中，这给估计SDA的摄入量带来较大的困难[12]，目前尚未有权威机构制定相关的摄入标准。对于SDA的摄入量，Krul等[3]指出每天食用0.61 g的SDA，机体将SDA代谢转化成EPA、DPA和DHA的值最高，即转化率为41%；但随着食用SDA含量的增加，机体转化率逐渐降低。当人体每天食用3 g的EPA和SDA时会对机体产生副作用。

2 含SDA的油源

SDA广泛存在于鱼油、微生物油脂、天然植物油、微藻油脂和转基因植物油中（表1）。在自然条件下，鱼油中SDA的含量为2%～4%[14]。在植物油中，蓝蓟油富含SDA，可达15%左右[15]。近年来，随着基因工程、代谢工程等学科的发展，研究者将合成SDA的相关基因转入植物种子或微生物细胞内，以实现表达富含SDA的油脂。Clemente等[16]通过基因工程技术实现大豆油中富含SDA。Lee等[17]首先将克隆出来的柑橘褐腐霉菌Δ6脱氢酶基因（Phytophthora citrophthoraΔ6 desaturase，PcD6DES）导入在酿酒酵母中，实现其异源表达使LA和ALA分别转化为GLA和SDA，验证了该基因的功能。

表1 鱼油、植物油和藻油中SDA的含量

与其他油脂相比，微藻油脂具有多不饱和脂肪酸含量高、ω-6和ω-3的脂肪酸比例适中等优点，是最有潜力成为代替富含ω-3 PUFA的鱼油的油源之一。表1列出常见几种微藻油脂中SDA含量。在现有报道资料中，微拟球藻（Nannochloropsis oculata）、扁藻（Tetraselmis chui）、巴夫藻（Pavlova viridis）、湛江等鞭金藻（Isochrysis Zhangjiangensis）等海洋微藻是合成SDA的最佳藻种，其含量占总脂肪酸的12.1%～19.9%。

近年来，研究者通过代谢工程等手段提高微藻的生物量和油脂含量，如：Norshiikin等[22]通过代谢工程技术增强内源性小球藻ω-3脂肪酸脱氢酶启动，进而提高藻合成ALA；Zhu等[23]将三角褐指藻的内源性Δ6脂肪酸脱氢基因进行过表达，促进EPA的合成；Adarme-Vega等[21]研究不同盐度对Tetraselmissp.的油脂类型和脂肪酸组成的影响，结果发现随着盐度的增加，Tetraselmissp.产的SDA量呈上升趋势。因此，通过代谢工程可以使微藻的蛋白质和糖类的碳代谢流向油脂方向转移，甚至促进藻油中ω-3 PUFA（如SDA，EPA和DHA）合成。

3 SDA的生物学功能

3.1 改善细胞膜的蛋白质和油脂微环境

机体将摄入富含ω-3 PUFA的油脂经油脂代谢消耗和重新组装、转运到机体各个组织，从而构成了各个组织细胞的必需元素。细胞膜上ω-3 PUFA含量的高低会影响膜油脂微环境的生理生化性质，如ω-3 PUFA会影响膜筏和膜泡的聚集，进一步影响特定膜蛋白及其蛋白受体所对应的信号转导通路[6]。富含ω-3 PUFA的膜脂会扰乱Toll样受体4的补给，进而降低LPS介导的炎症反应[24]。有研究报道指出，心脏收缩受膜脂微环境影响，即膜蛋白如离子通道蛋白转运细胞内外的钠离子和钙离子，从而使细胞内外产生电势差。而ω-3 PUFA可结合在转运蛋白的特异位点抑制钠离子和钙离子通道，通过电压依赖抑制和将稳态失活转移到电负性更大的部位来阻止去极化刺激激活钠离子通道产生动作电位，防止心律不齐的发生[25]。

3.2 抑制肿瘤细胞生长

大量研究已经证实，食用ω-3 PUFA可以抑制癌症细胞的生长和分裂。Pondugula等[26]研究发现，SDA可通过与P-糖蛋白结合位点的亲和结合抑制P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）对化疗药物的外排作用，从而促进狗淋巴瘤细胞对化疗药物的敏感性。并且SDA的致敏浓度不会影响狗血液白细胞的活性，有较高的安全性。此外，SDA还与一些转运因子如MRPs或BCRP有一定的相关性。

3.3 提高动物肉质、蛋和奶制品的营养价值

研究发现，将富含SDA的油源代替日粮中的鱼油对动物的生长性能、饲料利用率等指标影响不显著，但可以提高动物对日粮中的ω-3 PUFA的积累；此外，SDA可经代谢转化为EPA和DHA，最终改善动物肉质和相关制品的营养价值。Baindridge等[27]研究发现，日粮中蓝蓟籽油含量的增加对奶牛的生长性能影响不显著，奶牛产奶中总ω-3 PUFA和SDA含量逐渐增加；荷兰奶牛摄入日粮中的SDA转移到牛奶脂肪中的SDA的转移率为3.4%。Elkin等[28]研究日粮中添加不同油源对母鸡的生长性能、产蛋量、蛋营养价值以及肝脏代谢的影响，结果发现：添加传统的大豆油更能促进母鸡将日粮中的ALA转化为蛋黄的长链ω-3 PUFA，转化率为13.2%；而饲喂含SDA的日粮的母鸡倾向将日粮的SDA积累到脂肪组织。Rymer等[29]研究了不同油源饲喂肉鸡对其鸡肉脂肪酸组成和肉质感官特性的影响，结果发现在饲喂富含SDA的转基因豆油的肉鸡鸡肉中SDA的积累量远大于饲喂传统的大豆油的肉鸡鸡肉，其中鸡胸肉的SDA积累量可达522 mg/100 g；鸡腿肉的SDA积累量可达861 mg/g。并且转基因豆油饲喂的肉鸡鸡肉鱼腥味显著地小于鱼油饲喂的肉鸡，只有重新加热过的鸡腿肉才会出现鱼腥味。这些肉类可成为人体摄入SDA的重要来源。

4 改性富含SDA的油源

富集ω-3 PUFA和研发新型结构脂一直是油脂改性方向的两大热门领域[30-31]。Teichert等[32]利用脂肪酶Novozym 435和Lipozyme TL IM催化富含SDA的大豆油和软脂酸甘油脂制备人乳结构脂，利用响应面设计优化Liopzyme TL IM和Novozym 435催化制备的结构脂中SDA和Sn-2位软脂酸含量分别为6.82%，67.19%和8.01%，64.43%。Yüksel等[33]利用响应面设计法优化Liopzyme TL IM催化软脂酸甘油脂和榛子油的脂肪酸，优化后得到的结构脂中SDA、油酸和2位软脂酸的含量分别为2.2%，23.4%和54.8%。本课题组与丹麦奥胡斯大学工程系的Zheng Guo教授共同合作研究发现，在过量乙醇条件下，以等鞭金藻藻油为原料，来自南极假丝酵母（Candida antarctica）的脂肪酶A在35 ℃下醇解48 h 后，可制备含90%以上的ω-3 PUFA的单甘脂，其中SDA和DHA含量分别约为60%和28%，比原油的SDA和DHA提高了约4.6倍和5.1倍[34]。此外，课题组还利用多种微藻油脂为底物，以Lipozyme TL IM为催化剂，通过两步法制备新型的结构脂，即结构脂的2位脂肪酸为软脂酸和SDA（或DHA），1，3位为短中链脂肪酸。课题组正在着手对这些含SDA的改性油脂产物进行功能性评估，为SDA应用于食品、医药等领域提供理论依据。

5 结语

ω-3 PUFA一直是研究油脂领域的热点方向。SDA作为一种典型的ω-3脂肪酸，对人体抗肿瘤免疫系统、调节细胞微环境、提高动物制品营养价值等方面有着理想的功效，是机体健康的有益元素。目前，国内外关于SDA的研究热点主要集中在以下三个方面：（1）开发SDA的新油源。与植物油脂相比，微藻细胞具有生长速度快、油脂含量高等特点，它将成为21世纪研发富含SDA的最佳油源。（2）挖掘SDA的新生物学功能。目前，国内外研究者采用细胞模型和动物模型评估含SDA食用油，旨在挖掘SDA的新功能。（3）酶法改性SDA油脂制备新型油脂。通过上述三个方面的研究，将获得更有价值的科学理论和技术指导，推动含SDA的油源替代鱼油和植物油应用到医学、农业、工业、食品等领域的发展。