脂肪酸专题:一文了解脂肪酸的分类、合成途径及相关疾病

2022-11-29 00:56:51, 小迈 武汉迈特维尔生物科技有限公司


脂肪酸(fattyacids,FAs)是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物。脂肪酸在生物体中广泛存在,在生命过程中具有非常重要的作用,它们通常是生物体内重要的营养成分和代谢产物,是机体主要能量来源之一。研究表明,脂肪酸与肠道疾病、心血管疾病、糖尿病、重症肝障碍、甲状腺功能亢进等疾病的发生发展相关。

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01
脂肪酸的分类

1. 根据碳氢链饱和与不饱和程度

脂肪酸按其饱和程度可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸,不饱和脂肪酸包括单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。

饱和脂肪酸:是指不含不饱和键的脂肪酸。

单不饱和脂肪酸:是指含一个不饱和键的脂肪酸。

多不饱和脂肪酸:是指含两个或两个以上双键的脂肪酸根据双键位置不同,多不饱和脂肪酸又可分为Omega-3、Omega-6等类。


2. 根据碳链长度

短链脂肪酸:指碳链上的碳原子数在1~6之间的脂肪酸。

中链脂肪酸:指碳链上碳原子数目在6~12的脂肪酸。

长链脂肪酸:指碳链上碳原子数目在12个以上的脂肪酸。



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02
脂肪酸的生物合成途径

动物体内脂肪酸主要由脂肪组织、肝脏和哺乳期乳腺中的碳水化合物合成。碳水化合物经糖酵解转化为乙酰辅酶A,乙酰辅酶A经TCA循环生成柠檬酸,柠檬酸在细胞质由ATP-柠檬酸裂解酶再生成乙酰辅酶A,然后经过一系列迭代反应,使脂肪酸链延长两个碳。在脂肪酸合成酶催化下,七个丙二酰辅酶A和一个乙酰辅酶A缩合生成棕榈酸(FA16:0)。棕榈酸(FA16:0)通过SCD、ELOVLs和FADs进行C链延伸和去饱和,产生硬脂酸(FA18:0)、油酸(FA18:1)等其他种类脂肪酸。


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03
脂肪酸相关疾病的研究



1. 心血管疾病

A.与动脉粥样硬化的关系

高浓度游离脂肪酸能引起高纤维蛋白原血症,血粘度升高,血管纤溶活性降低,血管壁纤维蛋白原沉积,对肝素有拮抗作用。高纤维蛋白原常促使血小板及红细胞凝集,纤溶活性降低,使动脉向着粥样硬化方向发展,原有的粥样硬化加重。


B.与心律失常的关系

急性心肌梗塞早期,心肌对游离脂肪酸的利用明显增加,并可动员脂肪组织中游离脂肪酸进入血液,使血浆游离Ca2+浓度降低,并使氧化磷酸化解偶联,诱发心律失常。


C.与缺血心肌收缩力的关系

高浓度游离脂肪酸可加重缺血心脏泵功能的损害。有氧条件下游离脂肪酸不改变心肌的收缩功能,而在低氧、缺氧条件下则可降低其收缩力,增加其静息张力,浓度越高,抑制作用越强,甚至还会引起心肌挛缩。


2. 代谢综合症

NEFA是人体最活跃的代谢脂质,半衰期仅2~3分钟,是一项能比TG、LDL、HDL和APOA1/B更早、更灵敏反应血脂代谢紊乱的指标。


3. 型糖尿病

血清中的NEFA在生理浓度范围内对葡萄糖刺激的胰岛素分泌(GSIS)有加强作用,但是长期的NEFA浓度升高有抑制葡萄糖的氧化和转运、抑制糖原的合成、促进糖异生、影响胰岛素的分泌和信号转导、影响β细胞的凋亡等作用。目前监测、控制NEFA浓度已成为防治2型糖尿病新的途径。


4. 肝脏疾病

高浓度的NEFA作用于肝细胞可致肝细胞线粒体肿胀和通透性增加,肝细胞变性、坏死和炎性浸润。即使极低浓度的NEFA也可改变粘膜的通透性,导致粘膜受损,损伤内皮细胞。因此,血清或肝脏中NEFA浓度略有增加即可损伤肝细胞。


脂肪肝的发生与脂代谢紊乱密切相关。高脂血症时,脂肪分解NEFA加快使血中NEFA含量增加;当肝细胞摄取过多的NEFA,超过了线粒体对NEFA的氧化能力,促使其合成TG增加,当肝细胞内TG合成的速度过快,并蓄积达到一定程度,即形成脂肪肝。


5. 胃肠道疾病

SCFAs可减少肠道电解质相关的腹泻,丁酸治疗先天性氯化物腹泻,适量SCFAs可抑制大肠埃希菌属、志贺菌属等致病菌或条件致病菌生长,保护肠道,高浓度的SCFAs损害肠黏膜,可能参与新生儿坏死性小肠结肠炎的发生。


6. 神经性疾病

SCFAs可以调节小胶质细胞的成熟及功能,通过脑肠-轴影响神经系统疾病,如帕金森、阿尔茨海默病等,SCFAs可缓解焦虑。


7. 免疫类疾病

丁酸可调节先天性和适应性免疫细胞的产生,流通和功能。


8. 肿瘤疾病

丁酸、二高γ-亚麻酸等脂肪酸能抑制某些肿瘤细胞增殖,并诱导肿瘤细胞分化和凋亡,可应用到肿瘤的治疗上。



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04
脂肪酸研究案例

新冠肺炎病患者肠道微生物群中短链脂肪酸和L-异亮氨酸生物合成的长期损害

期刊:Gastroenterology

发表时间:2021.10


研究背景

由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)感染引起的冠状病毒病2019(COVID-19)与肠道微生物组成改变有关。在SARS-CoV-2感染患者中,参与短链脂肪酸(SCFAs)代谢的肠道细菌的系统发育群减少。作者的目的是描述COVID-19患者在疾病治疗之前和之后肠道微生物群的功能特征。


在本研究中,作者前瞻性招募了66名使用抗生素治疗的COVID-19患者,并对他们从入院到出院后30天进行随访。利用宏基因组分析,对与疾病严重程度和免疫反应相关的肠道微生物群功能的改变和纵向动力学进行了表征。采用靶向代谢组学分析来检测粪便微生物代谢产物的变化进一步验证。


研究思路



研究结论

COVID-19患者即使在康复之后,肠道微生物组SCFA和L-异亮氨酸合成能力仍然存在受损的情况。这两种微生物功能代谢物与宿主免疫反应相关,凸显了肠道微生物功能在SARS-CoV-2感染发病机制和结局中的重要性。这是第一个描述COVID-19中整个肠道微生物群落的功能潜力和代谢输出的研究,有助于支持基于微生物群的COVID-19疗法的开发。

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05
科研延伸

1)数据库介绍

迈维代谢基于GC-MS气质联用平台,通过标准品建立了靶向脂肪酸数据库,对54种脂肪酸进行绝对定量检测。我们结合不同脂肪酸化学性质,针对性建立了48种游离脂肪酸检测和7种短链脂肪酸检测方法


2)项目经验

当前我们已做了1000多个项目脂肪酸检测,覆盖了人、小鼠、大鼠、水牛、猪、家蚕、鸭、鱼、蜥蜴等300多物种。不同物种短链脂肪酸物质检出数一般在5~7种,游离脂肪酸物质检出数一般在30~45种。


3部分项目文章展示

目前,合作客户已在GastroenterologyNatureCommunications、MetabolismClinical and Experimental等期刊发表了多篇论文。


参考文献

1.KimuraI, Ichimura A, Ohue-Kitano R, Igarashi M. Free Fatty Acid Receptorsin Health and Disease. Physiol Rev. 2020 Jan 1;100(1):171-210. doi:10.1152/physrev.00041.2018. Epub 2019 Sep 5. PMID: 31487233.

2.RöhrigF, Schulze A. The multifaceted roles of fatty acid synthesis incancer. Nat Rev Cancer. 2016 Nov;16(11):732-749. doi:10.1038/nrc.2016.89. Epub 2016 Sep 23. PMID: 27658529.

3.ZhangF, Wan Y, Zuo T.et al. Prolonged Impairment of Short-Chain Fatty Acidand L-Isoleucine Biosynthesis in Gut Microbiome in Patients WithCOVID-19. Gastroenterology. 2022 Feb;162(2):548-561.e4. doi:10.1053/j.gastro.2021.10.013. Epub 2021 Oct 21. PMID: 34687739;PMCID: PMC8529231.

4.WangR, Yao L, Meng T.et al. Rhodomyrtus tomentosa (Ait.) Hassk fruitphenolic-rich extract mitigates intestinal barrier dysfunction andinflammation in mice. Food Chem. 2022 Nov 1;393:133438. doi:10.1016/j.foodchem.2022.133438. Epub2022 Jun 8. PMID: 35696951.

5.WuJT, Sun CL, Lai TT.et al. Oral short-chain fatty acids administrationregulates innate anxiety in adult microbiome-depleted mice.Neuropharmacology.2022Aug15;214:109140.doi :10.1016/j.neuropharm.2022.109140. Epub 2022 May 22. PMID:35613660.

6.Lavelle A, Sokol H. Gut microbiota-derived metabolites as key actorsin inflammatory bowel disease. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2020Apr;17(4):223-237. doi: 10.1038/s41575-019-0258-z. Epub 2020 Feb 19.PMID: 32076145.

7.PerezMA, Magtanong L, Dixon SJ, Watts JL. Dietary Lipids InduceFerroptosis in Caenorhabditiselegans and Human Cancer Cells. DevCell. 2020 Aug 24;54(4):447-454.e4. doi:10.1016/j.devcel.2020.06.019. Epub 2020 Jul 10. PMID: 32652074;PMCID: PMC7483868.


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