摘要：3) 信号传导：LCFAs是前列腺素和类花生酸等生物活性脂质的前体，这些物质在炎症反应、血压调节和免疫反应中发挥作用。一些LCFAs能够激活核受体（如PPARs），调节基因表达，影响代谢、炎症和细胞增殖等生理过程。

PART 1

LCFAs在生物体中扮演着多种重要的生物学功能，它们不仅是能量的主要来源，还参与了多种生理过程。以下是一些主要的生物学功能：

1) 细胞膜结构：LCFAs是细胞膜磷脂的关键组成部分，它们影响膜的流动性和稳定性。膜脂质中的长链脂肪酸种类和比例可以影响细胞的功能和信号传导。

2) 能量储存与提供：LCFAs是体内脂肪储存的主要形式，主要存在于脂肪组织中。它们可以在需要时被分解以提供能量。

3) 信号传导：LCFAs是前列腺素和类花生酸等生物活性脂质的前体，这些物质在炎症反应、血压调节和免疫反应中发挥作用。一些LCFAs能够激活核受体（如PPARs），调节基因表达，影响代谢、炎症和细胞增殖等生理过程。

4) 细胞功能和生长：LCFAs通过调节细胞膜的流动性和信号传导，影响细胞的增殖和凋亡。某些LCFAs（如DHA和EPA）对脑部健康至关重要，参与神经细胞的结构和功能，影响认知功能和神经保护。

5) 代谢调节：LCFAs通过调节脂肪酸氧化、脂质合成和脂肪储存等途径，影响整体代谢平衡。它们与胰岛素敏感性、糖代谢和体重管理相关。LCFAs还可以影响胆固醇的合成和代谢，进而影响血脂水平。

6) 免疫系统调节：LCFAs对免疫系统的调节作用包括影响炎症反应和免疫细胞的功能。例如，ω-3脂肪酸具有抗炎作用，可以减少慢性炎症。

7) 心血管健康：LCFAs（尤其是ω-3脂肪酸）有助于降低血液中的甘油三酯水平，减少动脉粥样硬化风险，保护心血管健康。

PART 2

从单细胞生物到人类，生存的关键在于根据生理状况和营养供应来调整宏量营养素的代谢。在哺乳动物中，过剩的能量主要以甘油三酯的形式储存，并在能量需求增加时被动员。激素通过感知生理条件，在各器官间协调能量代谢。例如，胰腺β细胞感知营养充足时分泌胰岛素，激活多种代谢途径，包括糖原合成、糖酵解、葡萄糖氧化、从头脂质生成和蛋白质合成；而当急需能量时，肾上腺髓质分泌的去甲肾上腺素则动员储存的能量。

过去几十年中，越来越明确的是，碳水化合物、蛋白质和脂质等所有宏量营养素在能量代谢调控中也起着重要作用。LCFAs调控能量代谢的发现是一个仍在不断深入的进展。本部分主要聚焦于LCFAs作为过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）配体在调节能量代谢中的作用。主要在肝脏中表达的PPAR-α在饥饿状态下通过诱导β氧化和酮体生成相关基因，并通过纤维母细胞生长因子21下调能量消耗，从而对代谢适应性至关重要。PPAR-δ在骨骼肌中高度表达，在禁食和耐力运动期间诱导LCFAs氧化相关基因。此外，PPAR-δ还通过诱导FOXO1和PGC1-α调节葡萄糖代谢和线粒体生成。PPAR-γ在脂肪细胞中靶向的基因表明，PPAR-γ感知进入的非酯化LCFAs，并激活将LCFAs储存为三酰甘油的途径。PPAR-γ的另一个重要靶点——脂联素，可能作为脂肪细胞之间的“间隔物”，以维持它们的代谢活性和胰岛素敏感性。

1.1. LCFAs作为PPARs的内源性配体

LCFAs主要通过作为核受体家族转录因子PPAR-α、PPAR-γ和PPAR-δ的激动性配体来调节能量代谢。PPAR-α最早通过筛选类固醇激素受体保守序列的cDNA文库克隆出来，因其能介导一类称为过氧化物酶体增殖物的药物引发的转录激活而得名。随后，PPAR的其他亚型PPAR-γ和PPAR-δ（在非洲爪蟾中称为PPAR-β）也从非洲爪蟾和哺乳动物的cDNA文库中被鉴定出来。PPAR-α和PPAR-γ在物种间高度保守，而PPAR-β/δ则表现出一定的物种差异。例如，鸡的PPAR-β/δ序列介于人类PPAR-δ和非洲爪蟾PPAR-β之间。虽然鸡的PPAR-β/δ和非洲爪蟾的PPAR-β可以被过氧化物酶体增殖物激活，但哺乳动物的PPAR-δ对这些增殖物无反应。

PPARs与视黄酸X受体（RXR）形成异源二聚体，并结合到靶基因上的过氧化物酶体增殖物反应元件（PPRE）。PPRE通常包含RGGTCAaAGKTCA或类似的序列，这些序列核心的六个核苷酸通过一个核苷间隔重复，称为直接重复1型（direct repeat 1）。在哺乳动物中，PPAR-α主要在肝脏和胃肠道中表达，在心脏和肾脏中的表达较少。PPAR-γ在白色脂肪组织和免疫细胞中高度表达，而PPAR-δ则广泛表达于各类组织中。

多种两亲性化合物，包括合成和内源性物质，都可以与PPARs结合并以不同的特异性激活它们。本部分重点讨论LCFAs在作为PPARs的配体介导代谢调控中的作用。

LCFAs能够与所有PPAR亚型结合并激活它们，因此成为PPARs强有力的内源性配体候选者。通过闪烁近距竞争测定法和凝胶过滤测定法表明，LCFAs与PPAR-α和PPAR-γ的解离常数（Kd）约为1微摩尔（µM），与PPAR-δ的Kd约为5微摩尔。另一方面，使用荧光配体竞争测定法时，LCFAs与PPAR-α的结合亲和力所测得的Kd比上述方法低了1到2个数量级。虽然这一差异的原因尚不明确，但无论哪种情况，LCFAs的Kd都远低于组织中非酯化LCFAs的生理浓度，后者在肝脏中的浓度为0.1–0.5毫摩尔（mM）。因此，如果大多数非酯化LCFAs以自由形式存在，那么LCFAs对PPARs的激活将无法发挥调节作用，因为LCFAs与PPARs的结合将始终处于饱和状态。

然而，细胞内自由LCFAs的浓度远低于非酯化LCFAs的浓度。脂肪酸结合蛋白（FABPs）在利用LCFAs的组织中非常丰富。估计FABPs的浓度接近或超过1毫摩尔。LCFAs与FABPs的结合亲和力很高，Kd处于低纳摩尔（nM）范围。因此，细胞内大多数非酯化LCFAs都与FABPs结合。报道指出，脂肪细胞中自由LCFAs的浓度在低纳摩尔范围。此外，FABP4的缺失会增加巨噬细胞中PPAR-γ的活性，从而提高靶基因的表达。综上所述，细胞内自由LCFAs的浓度接近或低于PPARs的Kd，表明它们可能作为生理调节因子调控PPAR的活性。

PPARs的配体结合口袋呈“T”字形，并且其体积比其他核受体更大。这个较大的配体结合位点空间使得多种化合物能够与PPARs结合并激活它们。LCFAs占据了“T”字形口袋的一侧，而能够占据两侧的合成配体则表现出比LCFAs更强的亲和力。无论是哪种情况，LCFAs和合成配体的头基团会以相同的方式排列，从而将AF2区域置于活性位置。由于PPARs具有较大的结合口袋，短链和中链脂肪酸的亲和力较低，因此无法激活PPARs。虽然LCFAs可以与所有PPAR亚型结合并激活它们，但某些较为庞大的合成配体对特定的PPAR亚型表现出强烈的特异性。通过利用配体与结合口袋之间的位阻作用，可以实现配体的特异性，因为不同PPARs的结合口袋形状虽然存在细微但显著的差异。

1.2. 与LCFAs结合或被LCFAs抑制的其他核受体

1) RXR

RXR是多个核受体的异源二聚体伴侣，如PPARs、肝X受体（LXR）、法尼醇X受体（FXR）、视黄酸受体（RAR）、维生素D受体（VDR）和甲状腺激素受体（TR）。RXR也有一个配体结合域，9-顺-视黄酸以低纳摩尔（nM）的高亲和力结合并激活RXR。不饱和脂肪酸也能在低微摩尔（µM）范围内激活RXR。当RXR与具有许可作用的伴侣（如PPARs和LXR）形成异源二聚体时，配体激活RXR对转录活性具有累加效应；而当RXR与不具有许可作用的伴侣（如VDR和TR）结合时，RXR的配体结合不会影响转录活性。虽然9-顺-视黄酸是RXR的高亲和力配体，但其可能不会在哺乳动物组织中产生。因此，LCFAs可能通过作为RXR的生理配体来增强PPARs的转录活性。

2) HNF4

肝细胞核因子4α（HNF4α）是另一种核受体，其配体结合口袋能够与LCFA结合。HNF4α在肝脏、肾脏、肠道和胰腺β细胞中具有组织特异性的高表达。与PPARs不同，HNF4α不与RXR形成异源二聚体，而是仅以同源二聚体形式存在。HNF4α与16至18个碳的脂肪酸在其配体结合口袋中共同结晶。然而，所结合的脂肪酸无法移除，表明它是一个不可或缺的结构组成部分。此外，晶体结构显示，HNF4α同源二聚体中的一个处于活性、C末端关闭构象，另一个则处于非活性、开放构象，尽管两者的配体结合口袋中均发现LCFA。后续研究表明，当HNF4α与共激活因子结合时，其同源二聚体处于活性构象，这表明HNF4α的活性由共激活因子的结合调控，而非LCFA的结合。此外，HNF4α与1000多个基因的启动子结合，约占人类肝脏中RNA聚合酶II结合基因的42%。这些HNF4α的靶基因包括多种与肝脏功能相关的基因，如解毒作用（细胞色素P450s）、胆汁酸代谢（ATP结合盒B11）、脂蛋白代谢/分泌（载脂蛋白A1、A5、B，微粒体甘油三酯转移蛋白）、碳水化合物代谢（葡萄糖激酶调节蛋白、葡萄糖-6-磷酸酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1、2）、脂肪生成（脂肪酸合酶、硬脂酰-CoA去饱和酶）、激素（类胰岛素生长因子1）、尿素循环（鸟氨酸转氨甲酰酶）和酒精代谢（醛脱氢酶）。另一方面，酰基CoA被报道为HNF4α的配体，能够调节其活性。然而，酰基CoA作为调节性配体的作用与HNF4α的晶体结构及其靶基因范围并不吻合，后者非常广泛，不仅限于脂肪酸代谢相关基因。综上所述，现有证据表明HNF4α并非由配体调控，其主要功能是引导肝脏及少数其他组织中的组织特异性基因表达。

3) LXR

与脂肪酸不同，胆固醇不能被降解为乙酰CoA。因此，多余的胆固醇通过高密度脂蛋白（HDL）从组织运输至肝脏，并通过胆汁分泌到肠腔排出体外，这一过程称为胆固醇逆向运输。LXR由胆固醇衍生物——氧化甾醇激活，并诱导逆向胆固醇运输过程所需基因的表达。LXR还通过诱导SREBP1c的转录，在肝脏中促进de novo脂肪生成，从而提供合成胆固醇酯的底物，暂时隔离多余的胆固醇。在细胞培养中， PUFAs、油酸（一种单不饱和脂肪酸）以及硬脂酸（一种饱和脂肪酸）抑制了LXR激动剂诱导的SREBP1c表达。此外，结合研究表明，PUFAs和油酸抑制了LXR与共激活因子基序肽的结合，而硬脂酸则没有这种作用，这表明LXR可能介导了LCFAs对de novo脂肪生成的抑制作用，这一作用的体内相关性仍需进一步研究。

1.3. 受PUFAs调节，但不受广泛的LCFAs调节的其他转录因子

1) SREBP1c

SREBP1c是一种转录因子，主要通过响应胰岛素水平的升高来启动de novo脂肪生成的整个程序。PUFAs通过抑制SREBP1c的活性，抑制肝脏中的de novo脂肪生成。这种抑制作用仅限于PUFAs，而包括油酸在内的饱和和单不饱和脂肪酸则无此效应。前文中提到的油酸和硬脂酸对LXR活性的体外抑制与PUFAs在体内对SREBP1c的特异性抑制相矛盾。此外，PUFAs通过抑制蛋白水解激活和降低mRNA稳定性来抑制SREBP1c的活性，而在大鼠肝脏中，PUFAs对SREBP1c的转录并无影响。这与PUFAs通过抑制LXR活性在体外模型中抑制SREBP1c转录的结果也存在矛盾。

2) ChREBP

ChREBP是另一种转录因子，响应高葡萄糖水平，诱导de novo脂肪生成相关基因的表达。在大鼠肝脏中，PUFAs抑制了ChREBP的表达，而三油酸甘油酯（triolein）则无此作。此外，富含n-3 PUFA的鱼油降低了大鼠肝脏中ChREBP异源二聚体伴侣Mlx蛋白的水平，而富含油酸的橄榄油则无此影响。尽管醋酸盐、辛酸盐和棕榈酸盐被报道可以通过增加AMP浓度和AMPK活性来减少ChREBP的活性，但另一研究小组未能重复这些结果，且缺乏相关体内证据。

3) 意义

在啮齿类动物的肝脏中，PUFAs抑制了SREBP1c和ChREBP的表达和活性，这两者是诱导de novo脂肪生成相关基因的关键转录因子。然而，这种效应仅限于PUFAs，并未在作为主要能量来源的饱和和单不饱和LCFAs中观察到。因此，这种PUFA特异性效应可能更与磷脂脂肪酸合成的调控相关，而非能量代谢或碳水化合物与脂肪酸之间燃料切换的调控。关于PUFA特异性基因调控的综述已有详细讨论。

1.4. 游离脂肪酸受体(FFARs)

FARs属于G蛋白偶联受体（GPRs）家族，这类受体位于细胞表面，当配体与受体的胞外域结合后会启动细胞内信号传导。FFARs 可能在LCFAs介导的能量代谢调控中发挥重要作用，然而目前对这些受体的生理功能的研究仍处于早期阶段。因此，本部分仅对这一话题进行简要介绍。读者若对此感兴趣，可参阅相关综述。

LCFAs 能够结合并激活 FFAR1（GPR40）和 FFAR4（GPR120），而 FFAR2（GPR43）和 FFAR3（GPR41）则由 C2-5 的短链脂肪酸激活。

FFAR1（GPR40）的生理功能最早被确认为介导胰腺β细胞中脂肪酸刺激的胰岛素分泌。随后，研究发现FFAR1存在于整个胃肠道的内分泌细胞中，这表明FFAR1能感知肠腔中的 LCFAs并引发内分泌反应。FFAR4（GPR120）在小鼠和人类的肺部表达量最高，其次是结肠。刺激肠道中的 FFAR4 能够通过LCFAs增加血浆中的GLP1水平，这意味着该受体可能作为感应未被吸收的 LCFAs 到达下肠道的传感器，进而反馈抑制胃肠道的蠕动。目前，FFAR4在肺部的功能尚未明确。此外，FFAR1 和 FFAR4 均表达于味蕾中，并作为脂肪酸的味觉受体。

FFAR2 和 FFAR3 表达于下肠道，表明它们可能充当传感器，介导对多糖细菌发酵产生的短链脂肪酸的代谢适应。FFAR3 还在脂肪细胞中高度表达，而 FFAR2 则在免疫细胞中高度表达。

PART 3

代谢与免疫的相互作用已被多位学者描述。脂肪酸在代谢紊乱及伴随炎症的慢性疾病中发挥着至关重要的作用。多项证据表明，肥胖（其中脂肪酸水平升高）与免疫反应受损之间存在关系。脂肪酸在免疫细胞中的生理功能与非免疫细胞相似，如作为能量来源和膜的组成成分，但它们还通过抗炎或促炎效应调节免疫稳态。此外，脂肪酸作为信号分子的全新角色也开始被逐步揭示。脂肪酸对免疫反应的影响多种多样，主要取决于脂肪酸的类型和免疫细胞的种类。例如，ω-3 脂肪酸具有公认的抗炎作用，已在T细胞和炎性细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）中得以证实。相反，饱和脂肪酸则具有促炎作用。

属于LCFAs的油酸、亚油酸、棕榈酸、二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）在健康和疾病中具有重要作用。在血液中，一些脂肪酸（如油酸、棕榈酸或亚油酸）的水平较其他脂肪酸更高，它们在糖尿病、胰岛素抵抗和肥胖中可显著升高。亚油酸是一种必需脂肪酸，也是人类饮食中最丰富的多不饱和脂肪酸（PUFA）。某些脂肪酸（如 DHA 和 EPA）在炎症调节中至关重要。众所周知，富含单不饱和脂肪酸（尤其是油酸）的饮食有助于降低冠心病的风险。同样，脂肪酸在某些疾病（如癌症、炎症和自身免疫性疾病）中的作用已在多篇综述中深入探讨。油酸和亚油酸，分别被称为ω-9 和 ω-6 脂肪酸，是单不饱和脂肪酸，其血浆总脂类水平范围为 0.03–5 mmol/L（油酸为 0.03–3.2 mmol/L，亚油酸为 0.2–5 mmol/L）。DHA 和 EPA 是多不饱和脂肪酸，也被称为 ω-3 脂肪酸，其中 DHA 的血浆水平为 7.2–237.5 μmol/L。相反，棕榈酸是一种饱和脂肪酸，其血浆总脂类水平范围为 0.3–4.1 mmol/L。LCFAs部分通过膜受体发挥作用，这些受体最早在胰腺和肠道细胞中被发现。然而，这些受体已在免疫细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）中被检测到。

(A) 油酸和棕榈酸能够激活细胞内信号通路。油酸能减少细胞因子的释放，而棕榈酸则会增加细胞因子的释放。亚油酸降低T细胞的存活率并抑制其增殖。然而，在该类细胞中，并无证据表明这些反应涉及FFA1受体。ω-3脂肪酸能够抑制细胞因子的释放、细胞迁移和增殖，但尚未证明FFA4受体在这些细胞中有参与。(B) 油酸和亚油酸通过FFA1受体在牛中性粒细胞中刺激不同的信号通路并释放炎性产物。棕榈酸则增加NETosis的发生，但FFA1受体的作用尚未被证实。DHA通过FFA4受体诱导中性粒细胞内钙离子的增加，同时也会增加炎性产物的释放，但这一过程与FFA4受体无关。

(C) 油酸、亚油酸和棕榈酸在巨噬细胞中激活信号通路，并刺激或抑制炎性介质的释放。然而，FFA1受体的参与尚未被描述。ω-3脂肪酸通过FFA4受体抑制巨噬细胞的细胞内信号传导及炎性产物的释放。实线表示脂肪酸诱导的细胞反应中已证明FFA受体的参与，虚线则表示尚无证据表明FFA受体参与这些反应。问号表示FFA受体的参与尚未被证明或尚未在这些细胞中检测到FFA受体。

PART 4

长链ω-3脂肪酸——二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）存在于海产品、补充剂和浓缩药物制剂中。前瞻性队列研究显示，较高的EPA+DHA摄入量或体内较高的EPA和DHA水平与较低的心血管疾病（CVD）发病风险，尤其是冠心病和心肌梗死，以及一般人群的心血管死亡率之间存在关联。EPA和DHA的心脏保护作用源于它们对多种CVD危险因素的有益调节。一些大型试验支持在高风险患者中使用EPA+DHA（或单独使用EPA），但证据尚不一致。

PART 5

1. Nakamura, M.T., Yudell, B.E., and Loor, J.J. (2014). Regulation of energy metabolism by long-chain fatty acids. Prog. Lipid Res. 53, 124–144. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2013.12.001.

2. Hidalgo, M.A., Carretta, M.D., and Burgos, R.A. (2021). Long Chain Fatty Acids as Modulators of Immune Cells Function: Contribution of FFA1 and FFA4 Receptors. Front. Physiol. 12, 668330. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.668330.

3. Djuricic, I., and Calder, P.C. (2023). Pros and Cons of Long-Chain Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids in Cardiovascular Health. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 63, 383–406. https://doi.org/10.1146/annurev-pharmtox-051921-090208.

PART 6

本文涉及LCFAs的靶向代谢检测分析、以及基因和蛋白的检测等相关实验等均可由君飞科技提供专业的解决方案和服务。

PART 7

来源：典典说科学