二十碳五烯酸生物活性及藥理作用研究進展

張兆倩 ，劉 飛 ，張金華，黃 碩 ，朱希強

（1. 山東大學 藥學院 生化與生物技術(shù)藥物研究所，山東 濟南 250012；2. 山東省藥學科學院 山東省生物藥物重點實驗室 多糖類藥物發(fā)酵與精制國家地方聯(lián)合工程實驗室，山東 濟南 250101；3. 山東省藥學科學院 博士后科研流動站，山東 濟南 250101）

二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）屬ω-3系列多不飽和脂肪酸，分子量為302.451，是人體內(nèi)必需的微量生物活性物質(zhì)。人體自身無法合成EPA，但可通過日常飲食獲取。攝入二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）也可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為EPA。天然存在的EPA主要在藻類、真菌、細菌等浮游生物中通過脂肪酸碳鏈延長、脫氫去飽和途徑和聚酮合酶（polyketide synthase，PKS）途徑合成。天然存在的EPA多為順式結(jié)構(gòu)（見圖1），進入機體后在β-氧化酶系的作用下，在過氧化物酶體和線粒體中被氧化分解，但只有在特殊情況下才有可能被氧化分解供能，如重度饑餓時且其他脂肪酸被大量利用后。

圖1 EPA結(jié)構(gòu)

EPA的分子結(jié)構(gòu)中含5個雙鍵，極易發(fā)生脂質(zhì)過氧化，因此提取分離過程較為復雜，常用的有尿素包合法、低溫結(jié)晶法、分子蒸餾法、超臨界萃取法和吸附分離法。為了得到高純度的EPA，工業(yè)上常采用兩種或兩種以上分離方法相結(jié)合。

EPA作為ω-3家族的重要成員，近年多被報道具有降血脂、降低心血管疾病風險、抗腫瘤、抗炎、抗氧化應(yīng)激、穩(wěn)定斑塊及穩(wěn)定細胞膜等生物活性，國外已有EPA相關(guān)降血脂藥物上市，是重要的輔助治療藥物和保健品。本文對EPA國內(nèi)外相關(guān)臨床試驗和作用機制研究結(jié)果作一綜述，旨在為EPA的進一步研究和相關(guān)適應(yīng)癥研究提供參考。

1 EPA相關(guān)上市藥物及臨床試驗

現(xiàn)有EPA相關(guān)藥物能顯著降低重度高甘油三酯血癥患者的甘油三酯（triglyceride，TG）水平，如美國Amarin公司2012年獲FDA批準的藥物Vascepa（處方藥）的有效成分是EPA乙酯；2014年5月，阿斯利康ω-3脂肪酸制劑Epanova獲得FDA批準，主要成分EPA和DHA，作為飲食療法的輔助藥物；又如日本武田制藥公司的 Lotriga包含高度濃縮及純化的EPA乙酯和DHA乙酯，此外還有Lovaza和Omtryg等國際上市藥物。國內(nèi)已上市的藥物有多烯酸乙酯膠囊、膠丸，其成分為EPA乙酯和DHA乙酯，具有降低甘油三酯和總膽固醇的作用。美國Amarin公司于2019年第一季度末在美國提交一份補充新藥申請，增加EPA心臟保護作用。

2 EPA的生物活性及藥理作用

2.1 降血脂作用

血脂代謝紊亂，指血液中的膽固醇、TG、低密度脂蛋白異常升高，而高密度脂蛋白異常降低。血脂紊亂是引發(fā)動脈粥樣硬化、冠心病等心血管疾病的主要原因之一，降血脂藥可有效預防心血管疾病。目前臨床常用的降脂藥物可分為5大類：他汀類、貝特類、煙酸類、膽酸螯合劑、膽固醇吸收抑制劑。此外，新型的PCSK9抑制劑和魚油類降血脂藥物也具有較大的市場潛力。

EPA可抑制肝臟脂肪和脂蛋白的合成，促進膽固醇排泄，降低血液中的TG和低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C），同時增高有益的高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）。針對于高脂血癥病人的兩項隨機、雙盲、多中心擴展的III期臨床試驗結(jié)果[1]證實，Amarin公司開發(fā)的主要成分為EPA乙酯的降血脂藥AMR101對混合型血脂異常有顯著療效，在降低TG水平的同時，不會增加LDL-C水平。EPA導致餐后TG水平的降低是由于脂蛋白脂酶（lipoprteinlipase，LPL）活性增加和血清極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）濃度降低引起的，從而導致乳糜微粒清除率增加。但EPA減少VLDL產(chǎn)生的確切機制尚不清楚，有可能是EPA減少了肝臟中脂質(zhì)的保留，增加了肝臟脂肪酸氧化。載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）多存在于血漿乳糜微粒（chylomicron，CM）、VLDL及其殘粒中，是LDL受體的高親和力配體，與脂蛋白的代謝密切相關(guān)。ApoE的基因位點具有遺傳多態(tài)性，與個體血脂水平的發(fā)展變化密切相關(guān)，EPA對LDL-C的作用機制復雜，并受ApoE遺傳多態(tài)性影響[2]。研究證實，補充魚油（含EPA和DHA）的患者脂肪組織中LPL mRNA表達增加[3]。LPL的活性受載脂蛋白的調(diào)控，載脂蛋白C II（ApoC-II）是其內(nèi)源性激活劑，載脂蛋白C III（ApoC-III）是其內(nèi)源性抑制劑。ApoC-III是富含TG的脂蛋白代謝和肝臟TG水平穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子，ApoC-III的主要作用是通過非競爭性抑制內(nèi)皮結(jié)合的LPL來調(diào)節(jié)脂解過程，從而減少血漿中TG的清除[1]。使用EPA乙酯和ω-3不飽和脂肪酸制劑治療可降低血漿ApoC-III水平[1,4-5]。

2.2 心血管保護作用

EPA現(xiàn)已被證明可降低心血管疾病風險，在面向所有潛在的心臟疾病事件的大型隨機臨床試驗中，ω-3不飽和脂肪酸（EPA和DHA）的攝入可減少心臟死亡事件[6]，補充ω-3不飽和脂肪酸可積極預防致命性心律失常。在Amarin公司開展的一項心血管試驗中[7]，以EPA乙酯為活性成分的藥物Vascepa將心血管病死亡風險降低20 %，將心血管病死亡、非致死性心臟病發(fā)作和非致死性卒中的相對風險降低26 %。與安慰劑相比，EPA乙酯將首發(fā)和再發(fā)心血管病死亡、非致命性心臟病發(fā)作或卒中、冠狀動脈疾病手術(shù)治療（如支架置入）或不穩(wěn)定型心絞痛住院治療的復合事件發(fā)生率降低了30 %。

Nomura等[8]評估了沙格雷酯、EPA和匹伐他汀對2型糖尿病患者動脈粥樣硬化閉塞癥相關(guān)生物標志物的影響，結(jié)果表明匹伐他汀和EPA聯(lián)合治療具有抗動脈粥樣硬化的作用，并有助于預防2型糖尿病患者的血管并發(fā)癥。在體外研究和針對高甘油三酯血癥患者的臨床試驗中[9]，發(fā)現(xiàn)EPA可通過有效的抗氧化機制減少含載脂蛋白B（ApoB）顆粒的氧化，有助于LDL-C的清除和減緩血管斑塊的進展。EPA對于心臟細胞可發(fā)揮直接的電生理效應(yīng)[10]，EPA的抗氧化作用可增強HDL-C的動脈粥樣硬化保護功能。Sherratt等[9]研究發(fā)現(xiàn)EPA以劑量依賴性方式阻止HDL-C氧化，并隨著時間的推移而保持抗氧化作用的穩(wěn)定性。

Den等[10]發(fā)現(xiàn)EPA可使舒張壓降低，腎上腺素引起的心肌細胞的敏感性降低，同時可調(diào)節(jié)離子通道的活動[11]。在常用劑量下，檢查EPA對脂質(zhì)和載脂蛋白水平及腦血管疾病（cerebrovascular disease，CVD）風險的炎癥生物標志物的影響，發(fā)現(xiàn)高劑量EPA（1800 mg/d）組脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2濃度降低14.1 %[12]。

EPA乙酯不直接影響血管，而是EPA乙酯代謝物具有血管保護作用。大鼠灌胃給予14C標記的EPA乙酯，EPA、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DPA）和DHA被鑒定為EPA乙酯的代謝產(chǎn)物[13]，這些代謝物直接影響血管反應(yīng)性。推測EPA乙酯的血管保護作用部分歸因于血管內(nèi)皮保護因子的功能增強，從而改善內(nèi)皮功能障礙[14]。

2.3 抗腫瘤作用

EPA具有較好的抗腫瘤及協(xié)同抗腫瘤作用。絕大多數(shù)研究體外實驗、動物實驗及對腫瘤患者的臨床觀察中發(fā)現(xiàn)EPA可影響腫瘤細胞膜表面酶活性、受體表達及離子代謝通道等，進而調(diào)控腫瘤細胞內(nèi)的細胞增殖周期、信號傳導和蛋白質(zhì)代謝等過程，同時EPA還可改善腫瘤患者的營養(yǎng)狀況。

多不飽和脂肪酸代謝和生物轉(zhuǎn)化通路對腫瘤影響很大，多種來自ω-3多不飽和脂肪酸的代謝產(chǎn)物可明顯抑制腫瘤發(fā)生通路，如EPA代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物環(huán)氧化物能級聯(lián)激活抗增殖和促凋亡通路，經(jīng)脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）代謝產(chǎn)生的消退素是腫瘤源性炎癥通路的有效抑制因子。因此，含ω-3多不飽和脂肪酸的磷脂分子可能是潛在抗癌劑，近來已成功對這類分子進行烷基化修飾以提高體內(nèi)的穩(wěn)定性。烷基化磷脂對多種腫瘤（皮膚癌和白血病）有較高的抗癌活性[15]，并可與已有抗癌藥一起發(fā)揮協(xié)同作用。

早期大型流行病學研究顯示，ω-3不飽和脂肪酸具有抗結(jié)直腸癌特性，膳食ω-3不飽和脂肪酸可預防初級結(jié)直腸癌。近年，大量的人體觀察臨床前數(shù)據(jù)表明ω-3不飽和脂肪酸可能在治療結(jié)直腸癌方面具有臨床效用，不僅僅是預防原發(fā)性結(jié)直腸癌。趨化因子配體2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）是一種在腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用的促炎趨化因子，Volpato等[16]發(fā)現(xiàn)EPA治療后結(jié)直腸癌患者血漿CCL2水平顯著下降，且以前列腺素E2依賴性方式減少直結(jié)腸癌細胞CCL2的產(chǎn)生。同時EPA可調(diào)節(jié)環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX）代謝，減少前列腺素的產(chǎn)生，進而抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展[16-17]。

近期有研究顯示EPA以劑量依賴的方式有效抑制Nav1.5通道鈉電流，進而抑制Nav1.5通道介導的卵巢癌細胞遷移和生長[18]。Wang等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，EPA可下調(diào)腫瘤細胞中蛋白激酶B，抑制雷帕霉素靶蛋白信號通路中吲哚胺雙加氧酶的表達，從而激活宿主抗腫瘤免疫。同時，用EPA處理腫瘤細胞后，觀察到犬尿氨酸水平的顯著降低和T細胞存活的增加[19]。EPA能使腫瘤體積明顯縮小，該效應(yīng)與EPA可抑制血管內(nèi)皮生長因子α（vascular endothelial growth factor α，VEGF-α）的表達有關(guān)。乳腺癌小鼠接受魚油治療后腫瘤生長減慢，肺轉(zhuǎn)移灶數(shù)目明顯減少，腫瘤血管內(nèi)皮上VEGF 和血小板內(nèi)皮細胞黏附分子CD31 的表達下降，腫瘤組織血管面積縮小。EPA 能下調(diào)VEGF 受體KDR 的表達，VEGF 誘導的內(nèi)皮細胞增殖和管腔的形成呈EPA劑量依賴性抑制。

EPA具有良好的安全性和耐受性，在抗腫瘤及協(xié)同抗腫瘤免疫治療方面具有較大的應(yīng)用潛力。

2.4 抗炎作用

EPA口服給藥可改善特殊飲食誘導的特異性皮炎小鼠的皮膚屏障功能障礙和瘙癢。特異性皮炎小鼠的角質(zhì)層中，共價結(jié)合的神經(jīng)酰胺顯著減少，給予EPA后，神經(jīng)酰胺水平恢復正常。Che等[20]的研究表明EPA降低細胞內(nèi)淀粉樣前體蛋白（APP）水平并改變APP的裂解，從而抑制氧化應(yīng)激、高磷酸化、神經(jīng)炎癥和細胞凋亡，表明EPA可用作食品補充劑或功能性成分以緩解神經(jīng)退行性疾病。

2.5 預防肥胖作用

棕色脂肪組織可對白色脂肪進行分解、氧化，加快新陳代謝，促進白色脂肪消耗，在能量消耗中起關(guān)鍵作用，因此活化棕色脂肪組織可預防、治療肥胖癥。高脂飲食喂養(yǎng)小鼠給予EPA后，小鼠棕色脂肪組織中產(chǎn)熱基因如PRDM16和PGC1α及解偶聯(lián)蛋白1的表達水平顯著升高，同時在EPA處理的HIB 1B細胞中，產(chǎn)熱基因PGC1α和SIRT2的mRNA表達水平顯著升高。Rossignoli等[21]的研究表明膳食補充EPA可降低棕色脂肪組織中的線粒體密度，且EPA誘導的線粒體變化與身體能量消耗增加有關(guān)。

此外，EPA可下調(diào)與產(chǎn)熱負相關(guān)的基因如缺氧誘導因子1α亞基抑制劑，上調(diào)與產(chǎn)熱相關(guān)的途徑如過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR），下調(diào)與肥胖和炎癥相關(guān)的途徑如活化B細胞的核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）。Pahlavani等[22]對來自棕色脂肪組織的RNA進行測序，發(fā)現(xiàn)參與產(chǎn)熱的關(guān)鍵miRNA如miR-455-3p和miR-129-5p受EPA調(diào)節(jié)。EPA對其他miRNA的調(diào)控作用需更進一步的研究。

2.6 其他作用

Che等[20]通過Morris迷宮試驗，發(fā)現(xiàn)EPA顯著改善了高脂肪喂養(yǎng)SAMP8小鼠的學習和記憶功能，進一步的機制研究表明，EPA可通過抑制β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)生，顯著改善阿爾茨海默病模型小鼠的認知障礙。對新生幼仔小鼠喂食富含EPA的人造乳，通過行為測試發(fā)現(xiàn)小鼠腦功能得到提高，表現(xiàn)出優(yōu)秀的學習和記憶能力[23]。

董白霞等[24]研究發(fā)現(xiàn)在背景期和增殖前期體內(nèi)應(yīng)用EPA，可通過封閉flk-1受體、抑制VEGF發(fā)揮作用延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變進展；還可下調(diào)基因Bax的表達抑制視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞的凋亡，延緩糖尿病視網(wǎng)膜病進展。

EPA目前在臨床上用作改善不孕癥的營養(yǎng)補充劑，特別是在患有多囊卵巢綜合征的女性中，EPA可誘導胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）mRNA基因表達，并抑制環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX-2）的mRNA基因表達[25]。EPA治療增加了卵泡細胞層的數(shù)量并促進了卵母細胞的成熟。EPA能通過膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1（SREBP-1）/Toll樣受體4（TLR4）途徑改善大鼠多囊卵巢綜合征[26]。

此外，補充EPA還可改善人類肘屈肌的周圍肌肉向心收縮功能[27]、降低耐藥性癲癇患者的癲癇發(fā)作頻率[28]及抑制膽道閉鎖患者的肝纖維化[29]等。

3 總結(jié)

近年，越來越多的體內(nèi)和體外研究專注于EPA的生理作用。眾多臨床研究證實，EPA具有多種生物學活性，可保護心血管和關(guān)節(jié)的健康，有效幫助腦部和神經(jīng)發(fā)育，提高機體免疫力，適量補充EPA對機體尤為重要。目前市場上的高純度EPA主要來源于魚油，魚腥味明顯且價格昂貴。所以開發(fā)利用微生物資源生產(chǎn)EPA具有廣闊的應(yīng)用前景。