DHA及其衍生物對(duì)腸道炎癥作用的研究進(jìn)展

查 睿,尹 輝,劉 濤

(廣東藥科大學(xué)生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院，廣東藥科大學(xué)廣東省生物活性藥物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510006)

順式-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)是一種長(zhǎng)鏈,高度不飽和的n-3脂肪酸(n-3 polyunsaturated fatty acid,n-3 PUFA)。它的酰基鏈中含有22 個(gè)碳,包括6 個(gè)雙鍵。與二十碳五烯酸(Eicosapntemacnioc acid,EPA)和二十二碳五烯酸(Docosapentaenoic acid,DPA)相同,DHA在海洋生物中含量相當(dāng)高。在人體,DHA主要存在于大腦和眼睛中。據(jù)報(bào)道,人嬰兒大腦皮層和視網(wǎng)膜的平均DHA含量分別約占脂肪酸含量的8%和12%[1],因此DHA目前多被應(yīng)用于補(bǔ)充大腦營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),提高認(rèn)知能力,抵抗神經(jīng)損傷。

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease,IBD)是一種慢性復(fù)發(fā)性胃腸道的炎癥疾病。臨床上主要類型有克羅恩病(Crohn’s disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis,UC)。IBD是遺傳、環(huán)境和腸道微生物群之間復(fù)雜的相互交叉作用的慢性免疫介導(dǎo)疾病。雖然在全世界都有流行,但I(xiàn)BD高發(fā)病率的人群主要在北美和歐洲[2-3],且二十世紀(jì)下半葉發(fā)病率快速增長(zhǎng)[2,4]。此外,之前被認(rèn)為是“低風(fēng)險(xiǎn)”的國(guó)家如印度[5]和日本[6],其發(fā)病和患病人數(shù)也在逐漸增加。IBD的這種發(fā)病趨勢(shì),可能的原因之一是經(jīng)過工業(yè)革命的歐美國(guó)家的飲食結(jié)構(gòu)變成了以谷物和精制糖為主[7],從而間接攝入大量的脂肪,其中包括n-3和n-6脂肪酸,且以n-6脂肪酸居多[8-9]。

研究發(fā)現(xiàn),n-6脂肪酸促進(jìn)了許多疾病的發(fā)病,包括心血管疾病、癌癥、腸炎等,而n-3多不飽和脂肪酸的增加(低n-6/n-3比例)會(huì)產(chǎn)生抑制作用[8,10-12]。隨著IBD的發(fā)病率逐漸上升,人們開始研究n-3多不飽和脂肪酸對(duì)腸道炎癥的具體作用,盡管目前的作用機(jī)制尚不清楚,但可以肯定其在包括腸道菌群[13]、炎癥信號(hào)通路[14]、促炎介質(zhì)釋放[15]等方面均有顯著的效果。DHA作為n-3多不飽和脂肪酸的主要成員之一,其生物學(xué)活性、食用和藥用價(jià)值遠(yuǎn)不僅限在大腦神經(jīng)方面,大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示DHA能有效緩解慢性結(jié)腸炎的發(fā)生發(fā)展,并且有調(diào)查表明,DHA的攝入量與CD的發(fā)展呈負(fù)相關(guān)[16],結(jié)腸炎相關(guān)研究已成為DHA藥效評(píng)估的熱點(diǎn)。

本文著眼于DHA及其衍生物,總結(jié)了近年DHA及其衍生物在各種腸炎模型進(jìn)程中發(fā)揮的作用與效應(yīng),在世界各國(guó)炎癥性腸病發(fā)病率日益上升的局勢(shì)下探討了該病更有效的用藥方式和DHA的更多藥用形式,為相關(guān)炎癥疾病的用藥和DHA的深入研究提供參考。

1 DHA作用機(jī)制和腸道炎癥

根據(jù)目前的部分研究,人們已經(jīng)對(duì)DHA的作用機(jī)制有了一定的理解,總結(jié)如圖1。

圖1 DHA主要作用機(jī)制和影響

DHA作為一種脂質(zhì),可以參與組成細(xì)胞膜磷脂,其高度不飽和的性質(zhì)使得DHA的空間構(gòu)型與其他常見的膜脂肪酸不同,這種形狀對(duì)膜的構(gòu)成有很大影響[17],進(jìn)而影響膜蛋白功能和脂筏的組裝,又因?yàn)槟ち字钱a(chǎn)生第二信使的底物,因此DHA的存在能夠?qū)α字捌洚a(chǎn)生的一些信號(hào)分子產(chǎn)生影響,如視覺信號(hào)分子、神經(jīng)信號(hào)分子等[18-19]。游離的DHA能夠通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,產(chǎn)生新的生物活性代謝產(chǎn)物,包括消退素(Resolvins)、保護(hù)素(Protectins)和馬林素(Maresins)等,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的DHA還可以通過過氧化物酶體增殖物激活受體(the Peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)的誘導(dǎo)和激活,抑制NF-κB通路[20],達(dá)到抑制炎癥的效果;還可通過細(xì)胞膜上的G蛋白耦聯(lián)受體之一的GPR120或Toll樣受體4(Toll-like receptors 4,TLR4)進(jìn)入細(xì)胞激活細(xì)胞內(nèi)的抗炎通路[21-22],從而緩解炎癥。另外,DHA及其衍生物也能通過類似途徑調(diào)節(jié)糖類和脂質(zhì)代謝[23]。

1.1 DHA和魚油可緩解腸道炎癥損傷

DHA除了對(duì)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的傳遞產(chǎn)生影響,還能激活細(xì)胞膜上或者細(xì)胞核內(nèi)的激素受體,經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)的代謝,形成的衍生物或代謝產(chǎn)物也在炎癥消退方面具有顯著的療效。炎癥性腸病之一的克羅恩病由于其廣泛的異質(zhì)表現(xiàn)且與其他炎性疾病重疊發(fā)病,常常難以觀察到有特征的腸外癥狀,因此難以發(fā)現(xiàn)病因[24]。研究者們使用了白細(xì)胞介素-10敲除小鼠(該小鼠模型已被證明與人CD癥狀最為相似),用5%玉米油和4%魚油(脂肪酸組成見表1[25])+1%玉米油完全平衡飲食。研究發(fā)現(xiàn),喂食魚油的小鼠在疾病發(fā)展前T細(xì)胞增殖水平顯著降低,在非甾體抗炎藥治療后,魚油組T細(xì)胞增殖減少,TNF-α的產(chǎn)生被抑制[25]。這在豬的體內(nèi)也得到了類似結(jié)果,魚油(脂肪酸組成見表2)喂養(yǎng)后的幼豬在LPS誘導(dǎo)炎癥條件下能保持腸道完整性,研究顯示其可能與TLR4和NOD2通路有關(guān)[26]。

表1 小鼠平衡飲食各脂肪酸含量

表2 幼豬平衡飲食各脂肪酸含量

而后在一組DHA給藥的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,DHA能減少促炎細(xì)胞因子如IL-17、TNF-α和IFN-γ的表達(dá)[27]。Zhao等[28]發(fā)現(xiàn),通過抑制TAK1/IKK-α/IkB-α/p65途徑觸發(fā)GPR120可能是克羅恩病的重要靶點(diǎn)。同時(shí)有研究表明,DHA可通過抑制mTOR途徑觸發(fā)自噬,從而減輕慢性結(jié)腸炎癥狀[29]。另外Kang等[30]發(fā)明的Fat-1轉(zhuǎn)基因小鼠能夠在不飽和脂肪酸烴鏈中添加雙鍵并將n-6脂肪酸轉(zhuǎn)化為n-3脂肪酸。該模型可被用于研究n-6/n-3多不飽和脂肪酸在疾病中的關(guān)聯(lián)。在應(yīng)用該模型的一系列實(shí)驗(yàn)中證實(shí),n-3多不飽和脂肪酸能夠有效緩解或預(yù)防胃腸道損傷疾病[31-32],并調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞活性[33]。用2,4,6-三硝基苯磺酸(Trinitro ben-zene sulfonic acid,TNBS)造模前腹腔給藥DHA 7 d以評(píng)估其預(yù)防效果,再用TNBS給藥3 d后處死進(jìn)行取材,結(jié)果顯示,與Fat-1轉(zhuǎn)基因小鼠的情況一樣,DHA給藥的野生型(Wild type,WT)小鼠免受TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎侵害,并且發(fā)現(xiàn)與抑制NF-κB活化、下調(diào)COX-2表達(dá)、激活Nrf2和在腸粘膜中上調(diào)HO-1表達(dá)有關(guān)[34]。

表3 DHA對(duì)PPARs的影響作用

1.2 過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)與DHA

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)是一種核受體激素超家族成員,有三個(gè)亞家族成員:PPARα、PPARβ/δ和PPARγ。像所有的核受體一樣,PPARs也有三個(gè)主要的功能域:N-末端結(jié)構(gòu)域攜帶轉(zhuǎn)錄激活功能,一個(gè)保守的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合域。PPARs可由脂肪酸及其衍生物激活,因此能夠感知來自膳食脂質(zhì)、致病性脂蛋白或必需脂肪酸代謝物的脂肪酸信號(hào)[35],目前已經(jīng)被廣泛用于治療或緩解高脂血癥和糖尿病等的研究。DHA與其它n-3脂肪酸代謝相關(guān),它可以由植物來源的α-亞麻酸合成或直接從飲食中獲得,因此研究者們開始探尋DHA與PPARs的聯(lián)系。如表3所示,兩者之間的關(guān)系在近年來的研究中也得到了證實(shí)。

最初,PPARs被發(fā)現(xiàn)在脂質(zhì)和碳水化合物代謝中起重要作用,常被用作治療糖尿病的靶向位點(diǎn),之后的研究表明它們也參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。研究已經(jīng)證實(shí)DHA可作為PPARs的配體,主要通過激活PPARα/γ發(fā)揮作用,而結(jié)腸是除脂肪組織外表達(dá)這兩種受體最多的組織[42]。在結(jié)腸炎的發(fā)生發(fā)展過程中,PPARγ信號(hào)通路的激活常常會(huì)預(yù)防結(jié)腸炎模型的表現(xiàn),因其可抑制NF-κB促炎通路[21,43],而PPARα的作用卻相反[44]。考慮PPARγ在結(jié)腸炎治療中可能發(fā)揮的重要作用,目前其已成為結(jié)腸炎研究的熱點(diǎn)方向之一。

2 DHA衍生物與腸道炎癥

2.1 DHA代謝產(chǎn)物與炎癥

DHA可以通過核受體發(fā)揮作用也表明其在細(xì)胞內(nèi)參與了一些代謝反應(yīng),在炎癥性腸病過程中除了DHA本身以外,其活性代謝產(chǎn)物也可能通過不同途徑取得顯著的抗炎效果,其中DHA產(chǎn)生的D系列消退素已經(jīng)被證實(shí)在炎癥性腸病中發(fā)揮有益的作用[45]。在DSS和2,4,6-三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中,由阿司匹林誘導(dǎo)產(chǎn)生的消退素D1(Resolvin D1,AT-RvD1)、其前體17(R)-羥基二十二碳六烯酸和消退素D2(Resolvin D2,RvD2)均能有效改善兩種模型的疾病表現(xiàn),并且能夠降低TNF-α、IL-1β、MIP-2和CXCL1/KC的結(jié)腸細(xì)胞因子水平,以及NF-κB和粘附分子VCAM-1、ICAM-1和LFA-的mRNA表達(dá)[45]。同樣,二十二碳六烯酸衍生的脂質(zhì)介質(zhì)馬林素1(Maresin 1,MaR1)在上述兩種模型中也發(fā)揮了類似的緩解作用,此外,LPS刺激的骨髓來源的巨噬細(xì)胞培養(yǎng)物與MaR1的孵育減少了中性粒細(xì)胞遷移和活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生,還減少了IL-1β、TNF-α、IL-6和INF-γ的產(chǎn)生[46]。DHA的兩種氧化產(chǎn)物17-氧代二十二碳六烯酸(17-Oxodocosahexaenoic acid,17-oxo-DHA)和神經(jīng)前列腺素(Neuroprostanes),前者在轉(zhuǎn)錄測(cè)定中激活PPARγ和PPARα,可歸類為α/γ雙重激動(dòng)劑[47],后者對(duì)PPARγ也具有較強(qiáng)的激活活性[48],因此在一定程度上它們的抗炎能力得到了證明。

2.2 DHA偶聯(lián)物的抗炎作用

脂肪酸在生物體內(nèi)的代謝過程中常會(huì)與其他物質(zhì)相偶聯(lián),如與乙醇胺、單胺神經(jīng)遞質(zhì)或氨基酸的綴合物,此前了解較多的是花生四烯酸乙醇胺(Arachidonoyl ethanolamine,AEA),研究表明其具有緩解炎癥作用[49],且在腸道中作用顯著[50]。二十二碳六烯酰乙醇胺(Docosahexaenoyl ethanolamine,DHEA)是AEA的n-3結(jié)構(gòu)類似物,可以通過調(diào)節(jié)環(huán)氧合酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)的活性起到抗炎作用[51]。另一種有生物活性的DHA與5-羥色胺的綴合物,是內(nèi)源性大麻素的同源物,又稱為二十二碳六烯酸血清素(Docosahexaenoyl serotonin,DHA-5-HT),通過減弱IL-23-IL-17信號(hào)傳導(dǎo),并抑制CCL-20的釋放起到抗炎的作用[52-53]。CCL-20是一種典型的Th17細(xì)胞產(chǎn)生的促炎介質(zhì),可協(xié)助Th17細(xì)胞參與慢性腸道炎癥發(fā)病過程。而IL-17/Th17途徑目前正在成為新的靶向治療研究熱點(diǎn),因?yàn)樗陬愶L(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化、炎癥性腸病以及癌癥等疾病中都具有治療潛力[54]。

近年的研究發(fā)現(xiàn)了一種新型的DHA偶聯(lián)物——芐胺化二十二碳六烯酸(N-benzyl docosahexaenamide,NBDHA),從結(jié)構(gòu)上看是由DHA與芐胺經(jīng)酯化反應(yīng)而成,如圖2。

圖2 NBDHA結(jié)構(gòu)

該化合物最初是從天然植物瑪咖中分離得到的,結(jié)構(gòu)與瑪咖中的其他酰胺類化合物類似,故并稱為瑪咖酰胺(Macamides)。瑪咖酰胺是一類存在于天然植物瑪咖中的特征物質(zhì),在2000年被首次發(fā)現(xiàn)[55],其共同點(diǎn)是不同種類的脂肪酸與芐胺縮合形成的酰胺類脂肪酸衍生物。截至目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四十多種瑪咖酰胺類化合物,如不飽和的芐胺化十四碳二烯酸,芐胺化十六碳三烯酸等。最初的研究證實(shí)瑪咖酰胺具有改善性功能的效果[54],后來也有研究者發(fā)現(xiàn)瑪咖酰胺具有抗疲勞和抗輻照損傷等功效[56],近年來瑪咖酰胺的抗炎活性也被發(fā)現(xiàn),并有研究指出瑪咖酰胺與內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)之間的聯(lián)系[57-59],能夠起到止痛抗炎和神經(jīng)保護(hù)的作用。盡管研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)NBDHA存在于天然瑪咖中,但在天然植物中含量極低,分離純化的成本高昂,NBDHA作為一種典型的瑪咖酰胺類化合物和具有高不飽和度的DHA衍生物,含有潛在的更為可觀的藥物研究?jī)r(jià)值,因此有研究者提出了較高效的NBDHA的合成方法,大大降低了分離純化的成本。NBDHA關(guān)于腸道炎癥的研究尚欠缺,未來有望在化學(xué)合成技術(shù)支持的基礎(chǔ)上,從腸道炎癥及相關(guān)領(lǐng)域研究中獲得更多的關(guān)注和研究借鑒。

3 DHA聯(lián)合用藥

早在2001年就有學(xué)者證實(shí)了使用DHA與紫杉醇進(jìn)行共價(jià)結(jié)合能夠更加有效的抑制腫瘤的生長(zhǎng),同樣是最佳劑量的條件下,120 mg/kg的DHA-紫杉醇結(jié)合物能夠使10 只小鼠肺腫瘤完全消退,而20 mg/kg的紫杉醇僅僅能使10 只小鼠的肺腫瘤生長(zhǎng)減緩,不能起到消退作用[60],基于該結(jié)果在2004年進(jìn)行了臨床試驗(yàn)研究,盡管標(biāo)本量較少,但一些患者的病情得到緩解或發(fā)展穩(wěn)定[61]。此后,DHA被用于治療藥物的聯(lián)合用藥研究逐漸開展,主要集中在癌癥用藥,如胃癌、肝癌[62-63]等,結(jié)果均表現(xiàn)出更顯著的促凋亡效果。另外與神經(jīng)生長(zhǎng)因子(Nerve growth factor,NGF)的聯(lián)用能夠加快神經(jīng)損傷恢復(fù)[64]。雖然DHA在結(jié)腸炎的聯(lián)合用藥研究較少,但在結(jié)腸炎的臨床治療中,已經(jīng)有研究顯示n-3脂肪酸可對(duì)5-氨基水楊酸(5-Aminosalicylic acid,5-ASA)的療效起到輔助效果[65]。在一項(xiàng)用于治療IBD患者的營(yíng)養(yǎng)搭配專利中,優(yōu)化方案之一為TNF-α抑制劑和含有EPA、DHA等必需脂肪酸類的組合營(yíng)養(yǎng)物[66]。在魚油的輔助治療中,n-3脂肪酸和5-ASA均能夠抑制PGE2和LTB4的產(chǎn)生,聯(lián)合治療后顯示減少NF-κB活化和誘導(dǎo)PPARγ激活,并且使用n-3脂肪酸可以減少常規(guī)療法的用藥劑量[65]。現(xiàn)階段研究者們?cè)谀c炎治療中的聯(lián)合用藥主要為脂肪酸混合物,這主要是基于單體脂肪酸獲取成本高,以及不同n-3脂肪酸的作用效果和機(jī)制尚未明確的考慮。研究表明脂肪酸混合物的聯(lián)合用藥有一定的輔助療效,但從表1、表2可以看出魚油中n-3脂肪酸的比例并不高,且含有大量的n-6脂肪酸,由于不同脂肪酸的作用機(jī)制差異,可能會(huì)對(duì)輔助藥效產(chǎn)生影響,應(yīng)用DHA等脂肪酸單體進(jìn)行輔助治療或許可以獲得更加穩(wěn)定且靶向明確的效果。隨著獲取方法的優(yōu)化和發(fā)展,DHA單體可以作為一個(gè)輔助用藥的研究方向進(jìn)行探討。

4 討論與展望

已有研究證實(shí),DHA及其相關(guān)產(chǎn)物能夠顯著抑制促炎細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、IL-6等的釋放,激活膜受體GPR120、TLR4和核受體PPARs,抑制NF-κB通路活化,還能激活自噬通路,上調(diào)腸道上皮屏障相關(guān)蛋白表達(dá),使被破壞的腸粘膜得到恢復(fù)。DHA及其相關(guān)產(chǎn)物緩解腸炎的機(jī)制較為相似,可能與結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相關(guān),因其脂溶性特質(zhì)和特殊的代謝過程,DHA可能會(huì)參與很多不同的炎癥消退機(jī)制,與其他藥物或許可以有很好的協(xié)同作用,但是目前這方面的研究還不夠完善,在以后的研究中DHA代謝相關(guān)途徑和機(jī)制或?qū)⒊蔀镮BD治療探究的一大方向。在炎癥性腸病的治療方案中,現(xiàn)有的治療方案由于病因不明無法對(duì)癥下藥,且因患者體質(zhì)差異易導(dǎo)致藥效不穩(wěn)。考慮加入DHA等n-3不飽和脂肪酸或其類似物作為補(bǔ)充劑協(xié)助治療,能夠有助于治療藥物的藥效發(fā)揮,減少藥效不穩(wěn)帶來的弊端。DHA的相關(guān)產(chǎn)物聯(lián)合用藥的效果和機(jī)制還有待探索,且機(jī)制研究或許可以幫助探明炎癥性腸病的病因,為疾病的治療鋪路,也為天然產(chǎn)物的開發(fā)利用提供借鑒。