十八碳四烯酸的研究進展

李哲夫，何靖宇，王明茲，何勇錦*

1. 福建師范大學生命科學學院（福州 350117）；2. 廈門海洋職業技術學院生物技術系（廈門 361102）

十八碳四烯酸（Stearidonic acid，SDA），即順-6, 9, 12, 15-十八碳四烯酸（18∶4ω-3），是由α-亞麻酸（α-linolenic acid，18∶3ω-3，ALA）經脂代謝的Δ6脫氫酶第一次脫氫后形成的多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）。1957年，Klenk和Brockerhoff第一次檢測到鯡魚魚油中的SDA[1]。隨后，Yamazaki等[2]首次研究飼喂添加1% ALA和1% SDA的飼料對小白鼠肝臟極性脂和甘三脂脂肪酸組成的影響，結果表明：在三個試驗組中，飼喂含SDA的小白鼠肝臟極性脂和甘三脂形式的SDA（飼喂ALA的小白鼠未檢測到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，飼喂含ALA的小白鼠組次之，對照組最低。這些結果暗示小白鼠機體可以將攝入的ALA和SDA經機體代謝轉成EPA和DHA。對于包括人類在內的其他哺乳動物，由于沒有了第一步Δ6脫氫酶的限速作用[3]，攝入的SDA在機體內轉化為EPA的效率高于攝入的ALA，這為人類機體組織積累ω-3 PUFA提供了一個新資源。另外，與ALA、EPA、DHA等ω-3脂肪酸一樣，SDA具有預防心肌梗塞、高血壓、動脈粥硬化等心血管疾病，抑制腫瘤細胞的生長和分裂，治療皮炎和過敏性皮炎，促進細胞之間的信號轉導和傳遞等功效[4-7]。因此，通過攝入富含SDA的食品來使人體中大量富集ω-3 PUFA可被認為是一種安全健康的方式。目前，人體攝入的ω-3 PUFA主要來自魚油和海產品。但是，近年來全球魚油的價格不斷攀升，直接影響食用魚油和海產品的可持續發展[8]；此外，世界經濟快速發展的同時，對海洋環境的污染也日益嚴重，使人們對海產品的安全性產生了質疑。為了尋找天然綠色的富含ω-3 PUFA的油源替代當前食用魚油并建立一個符合特定人群攝入量的標準，世界各國的大學和研究機構一直在開展關于ω-3 PUFA的研究。該文對ω-3 PUFA與SDA的攝入量、含SDA的油源、生物學功能和油脂改性等方面進行綜述。

1 ω-3 PUFA和SDA的攝入量

合理的ω-3 PUFA攝入量對人體健康的維持至關重要[9-10]。目前，世界各國和組織對不同人群攝入ω-3 PUFA含量的設定標準有較大的差異，主要是受到地域、溫度、食物供應等原因的影響。世界衛生組織、歐洲食品安全局以及2010年美國膳食指南建議每天攝入0.25 g的EPA和DHA。聯合國糧食與農業組織則建議每天攝入日常飲食0.5%～0.6%的ALA及0.5%～2%的總ω-3 PUFA來防止心血管疾病的產生[11-13]。

SDA并非人類日常的膳食主要組成且通常不被列入營養表中，這給估計SDA的攝入量帶來較大的困難[12]，目前尚未有權威機構制定相關的攝入標準。對于SDA的攝入量，Krul等[3]指出每天食用0.61 g的SDA，機體將SDA代謝轉化成EPA、DPA和DHA的值最高，即轉化率為41%；但隨著食用SDA含量的增加，機體轉化率逐漸降低。當人體每天食用3 g的EPA和SDA時會對機體產生副作用。

2 含SDA的油源

SDA廣泛存在于魚油、微生物油脂、天然植物油、微藻油脂和轉基因植物油中（表1）。在自然條件下，魚油中SDA的含量為2%～4%[14]。在植物油中，藍薊油富含SDA，可達15%左右[15]。近年來，隨著基因工程、代謝工程等學科的發展，研究者將合成SDA的相關基因轉入植物種子或微生物細胞內，以實現表達富含SDA的油脂。Clemente等[16]通過基因工程技術實現大豆油中富含SDA。Lee等[17]首先將克隆出來的柑橘褐腐霉菌Δ6脫氫酶基因（Phytophthora citrophthoraΔ6 desaturase，PcD6DES）導入在釀酒酵母中，實現其異源表達使LA和ALA分別轉化為GLA和SDA，驗證了該基因的功能。

表1 魚油、植物油和藻油中SDA的含量

與其他油脂相比，微藻油脂具有多不飽和脂肪酸含量高、ω-6和ω-3的脂肪酸比例適中等優點，是最有潛力成為代替富含ω-3 PUFA的魚油的油源之一。表1列出常見幾種微藻油脂中SDA含量。在現有報道資料中，微擬球藻（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的最佳藻種，其含量占總脂肪酸的12.1%～19.9%。

近年來，研究者通過代謝工程等手段提高微藻的生物量和油脂含量，如：Norshiikin等[22]通過代謝工程技術增強內源性小球藻ω-3脂肪酸脫氫酶啟動，進而提高藻合成ALA；Zhu等[23]將三角褐指藻的內源性Δ6脂肪酸脫氫基因進行過表達，促進EPA的合成；Adarme-Vega等[21]研究不同鹽度對Tetraselmissp.的油脂類型和脂肪酸組成的影響，結果發現隨著鹽度的增加，Tetraselmissp.產的SDA量呈上升趨勢。因此，通過代謝工程可以使微藻的蛋白質和糖類的碳代謝流向油脂方向轉移，甚至促進藻油中ω-3 PUFA（如SDA，EPA和DHA）合成。

3 SDA的生物學功能

3.1 改善細胞膜的蛋白質和油脂微環境

機體將攝入富含ω-3 PUFA的油脂經油脂代謝消耗和重新組裝、轉運到機體各個組織，從而構成了各個組織細胞的必需元素。細胞膜上ω-3 PUFA含量的高低會影響膜油脂微環境的生理生化性質，如ω-3 PUFA會影響膜筏和膜泡的聚集，進一步影響特定膜蛋白及其蛋白受體所對應的信號轉導通路[6]。富含ω-3 PUFA的膜脂會擾亂Toll樣受體4的補給，進而降低LPS介導的炎癥反應[24]。有研究報道指出，心臟收縮受膜脂微環境影響，即膜蛋白如離子通道蛋白轉運細胞內外的鈉離子和鈣離子，從而使細胞內外產生電勢差。而ω-3 PUFA可結合在轉運蛋白的特異位點抑制鈉離子和鈣離子通道，通過電壓依賴抑制和將穩態失活轉移到電負性更大的部位來阻止去極化刺激激活鈉離子通道產生動作電位，防止心律不齊的發生[25]。

3.2 抑制腫瘤細胞生長

大量研究已經證實，食用ω-3 PUFA可以抑制癌癥細胞的生長和分裂。Pondugula等[26]研究發現，SDA可通過與P-糖蛋白結合位點的親和結合抑制P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）對化療藥物的外排作用，從而促進狗淋巴瘤細胞對化療藥物的敏感性。并且SDA的致敏濃度不會影響狗血液白細胞的活性，有較高的安全性。此外，SDA還與一些轉運因子如MRPs或BCRP有一定的相關性。

3.3 提高動物肉質、蛋和奶制品的營養價值

研究發現，將富含SDA的油源代替日糧中的魚油對動物的生長性能、飼料利用率等指標影響不顯著，但可以提高動物對日糧中的ω-3 PUFA的積累；此外，SDA可經代謝轉化為EPA和DHA，最終改善動物肉質和相關制品的營養價值。Baindridge等[27]研究發現，日糧中藍薊籽油含量的增加對奶牛的生長性能影響不顯著，奶牛產奶中總ω-3 PUFA和SDA含量逐漸增加；荷蘭奶牛攝入日糧中的SDA轉移到牛奶脂肪中的SDA的轉移率為3.4%。Elkin等[28]研究日糧中添加不同油源對母雞的生長性能、產蛋量、蛋營養價值以及肝臟代謝的影響，結果發現：添加傳統的大豆油更能促進母雞將日糧中的ALA轉化為蛋黃的長鏈ω-3 PUFA，轉化率為13.2%；而飼喂含SDA的日糧的母雞傾向將日糧的SDA積累到脂肪組織。Rymer等[29]研究了不同油源飼喂肉雞對其雞肉脂肪酸組成和肉質感官特性的影響，結果發現在飼喂富含SDA的轉基因豆油的肉雞雞肉中SDA的積累量遠大于飼喂傳統的大豆油的肉雞雞肉，其中雞胸肉的SDA積累量可達522 mg/100 g；雞腿肉的SDA積累量可達861 mg/g。并且轉基因豆油飼喂的肉雞雞肉魚腥味顯著地小于魚油飼喂的肉雞，只有重新加熱過的雞腿肉才會出現魚腥味。這些肉類可成為人體攝入SDA的重要來源。

4 改性富含SDA的油源

富集ω-3 PUFA和研發新型結構脂一直是油脂改性方向的兩大熱門領域[30-31]。Teichert等[32]利用脂肪酶Novozym 435和Lipozyme TL IM催化富含SDA的大豆油和軟脂酸甘油脂制備人乳結構脂，利用響應面設計優化Liopzyme TL IM和Novozym 435催化制備的結構脂中SDA和Sn-2位軟脂酸含量分別為6.82%，67.19%和8.01%，64.43%。Yüksel等[33]利用響應面設計法優化Liopzyme TL IM催化軟脂酸甘油脂和榛子油的脂肪酸，優化后得到的結構脂中SDA、油酸和2位軟脂酸的含量分別為2.2%，23.4%和54.8%。本課題組與丹麥奧胡斯大學工程系的Zheng Guo教授共同合作研究發現，在過量乙醇條件下，以等鞭金藻藻油為原料，來自南極假絲酵母（Candida antarctica）的脂肪酶A在35 ℃下醇解48 h 后，可制備含90%以上的ω-3 PUFA的單甘脂，其中SDA和DHA含量分別約為60%和28%，比原油的SDA和DHA提高了約4.6倍和5.1倍[34]。此外，課題組還利用多種微藻油脂為底物，以Lipozyme TL IM為催化劑，通過兩步法制備新型的結構脂，即結構脂的2位脂肪酸為軟脂酸和SDA（或DHA），1，3位為短中鏈脂肪酸。課題組正在著手對這些含SDA的改性油脂產物進行功能性評估，為SDA應用于食品、醫藥等領域提供理論依據。

5 結語

ω-3 PUFA一直是研究油脂領域的熱點方向。SDA作為一種典型的ω-3脂肪酸，對人體抗腫瘤免疫系統、調節細胞微環境、提高動物制品營養價值等方面有著理想的功效，是機體健康的有益元素。目前，國內外關于SDA的研究熱點主要集中在以下三個方面：（1）開發SDA的新油源。與植物油脂相比，微藻細胞具有生長速度快、油脂含量高等特點，它將成為21世紀研發富含SDA的最佳油源。（2）挖掘SDA的新生物學功能。目前，國內外研究者采用細胞模型和動物模型評估含SDA食用油，旨在挖掘SDA的新功能。（3）酶法改性SDA油脂制備新型油脂。通過上述三個方面的研究，將獲得更有價值的科學理論和技術指導，推動含SDA的油源替代魚油和植物油應用到醫學、農業、工業、食品等領域的發展。