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學(xué)術(shù)報告廳

The advancement of the study on n-3 PUFAs for cell mechanism of inflammation and immunity

蘇宜香 夏延平(中山大學(xué)公共衛生學(xué)院營(yíng)養系,廣州 510089)
  摘要: 細胞培養、動(dòng)物實(shí)驗、臨床實(shí)驗都有證據表明魚(yú)油補充能改善一些免疫性疾病,抑制炎癥反應。其機制包括,魚(yú)油中n-3多不飽和脂肪酸(EPA,DHA)能置換細胞膜上的花生四烯酸(AA,n-6),競爭環(huán)加氧酶和脂氧合酶減少來(lái)源于AA的炎性介質(zhì),減輕炎癥反應;n-3 PUFAs也可通過(guò)改變細胞膜脂肪酸構成來(lái)影響細胞膜流動(dòng)性,膜上相關(guān)信號分子、酶、受體的功能,從而改變信號傳導過(guò)程。此外,通過(guò)影響酶或細胞因子的基因表達,抑制前炎癥因子產(chǎn)生,調節粘附分子表達來(lái)調節免疫功能,這種機制可不依賴(lài)類(lèi)二十烷酸物質(zhì)產(chǎn)生。魚(yú)油中富含的EPA(C20:5,n-3)和 DHA(C22-6,n-3)對抑制炎癥和免疫的作用最為顯著(zhù)。
  關(guān)鍵詞:n-3多不飽和脂肪酸;魚(yú)油;細胞因子;炎癥;免疫

  有關(guān)n-3 PUFAs對炎性及免役性疾病作用機制的研究,涉及細胞因子、粘附分子、分化抗原及其受體的表達,自由基、過(guò)氧化物,抗體的產(chǎn)生,以及與淋巴細胞增殖,抗原提呈細胞功能,自然殺傷細胞的細胞毒作用,吞噬細胞的吞噬作用等多個(gè)方面。有研究表明膳食n-3PUFA具有抑制免疫的作用,包括減少炎癥因子,抑制淋巴細胞增殖等。但也有不一致甚至相反的結論。本文將從n-3 PUFAs對類(lèi)二十烷酸(eicosanoids)生成,細胞膜流動(dòng)性信號傳導基因表達的影響等方面綜述n-3 PUFAs對炎癥和免疫細胞功能影響的分子機制。

1、n-3 PUFAs 對類(lèi)二十烷酸產(chǎn)生及免疫功能影響的機制
  
人體免疫細胞膜磷脂包含6%~10%亞油酸,1%~2%雙同型-γ-亞麻酸(diohomo-γ-linolenic,DGLA)15%~25%的花生四烯酸(arechidic acid, AA)。而n-3 PUFAs比例較低,α-亞麻酸(α-linolenic acidALA)很少,EPA大概占0.1%~0.8%DHA占2%~4%。動(dòng)物實(shí)驗研究發(fā)現增加膳食n-3 PUFAs(魚(yú)油)可減少免疫細胞膜磷脂AA比例而增加n-3 PUFAs的比例。人體實(shí)驗也發(fā)現膳食魚(yú)油能顯著(zhù)增加免疫細胞膜的二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA,n-3)、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA,n-3)含量,使AA含量下降。在細胞因子、類(lèi)毒素、酵母多糖、氧自由基等的刺激下,細胞膜各種磷脂酶活化,然后動(dòng)員膜上磷脂中的不飽和脂肪酸(AA,EPA),在脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)和環(huán)加氧酶(cyclo-oxygenase,COX)氧化作用下產(chǎn)生各種類(lèi)型的類(lèi)二十烷酸,如AA產(chǎn)生PGs-2,TXs-2,LTs-4類(lèi)物質(zhì),EPA產(chǎn)生PGs-3,TXs-3,LTs-5類(lèi)物質(zhì)。類(lèi)二十烷酸合成的數量以及類(lèi)型取決于細胞膜AA,EPA水平,磷脂酶A2,磷脂酶C,LOX和COX的活性。
  n-3 PUFAs,EPA、DHA能競爭抑制環(huán)氧酶對AA的氧化作用,細胞膜n-3 PUFAs的增加能抑制AA的氧化代謝產(chǎn)物,如每天6g的DHA可使PGE2的產(chǎn)生下降60%,LTB4下降75%。EPA作為COX,5-LOX的底物,氧化生成結構上不同于AA來(lái)源的類(lèi)二十烷酸,它們的生物學(xué)作用常常要比AA來(lái)源的類(lèi)二十烷酸活性低。如來(lái)源于n-3的TXA3對凝聚血小板,收縮血管的作用較TXA2低;LTB5對嗜中性粒細胞的趨化和凝聚,釋放溶菌酶作用大概是LTB4的10%。LTB4增加血管的滲透性和血液的流動(dòng)性,是潛在的白細胞趨化劑,能誘導釋放溶菌酶,LT-4類(lèi)物質(zhì)能調節產(chǎn)生前炎癥細胞因子,如強化TNF-α,IL-1,IL-6,IL-2和IFN-γ的產(chǎn)生。減少這類(lèi)物質(zhì)的形成有助于抗炎癥及抑制免疫。
TXA2是人體單核細胞受刺激后產(chǎn)生的主要類(lèi)二十烷酸。研究發(fā)現,在體外培養的人單核細胞中加  入TXA2拮抗劑或TXA2受體拮抗劑后可呈劑量-反應的減少TNF-α、IL-1β的產(chǎn)生。因而n-3 PUFA通過(guò)競爭抑制作用減少TXA2的產(chǎn)生能減輕炎癥反應。
  PGs的也是炎癥反應中的重要炎性介質(zhì),給予大鼠不同脂肪酸膳食,發(fā)現富AA膳食大鼠白細胞產(chǎn)生的前列腺素PGE2增加,而EPA或DHA(魚(yú)油)膳食則減少前列腺素PGE2的產(chǎn)生,且EPA膳食能消除淋巴細胞增殖及自然殺傷細胞的活性,減弱細胞調節的免疫反應。推測,攝入魚(yú)油能減少細胞膜AA水平,通過(guò)競爭性抑制作用減少來(lái)源于AA的類(lèi)二十烷酸(PGE2)合成,抑制淋巴細胞增殖和自然殺傷細胞的活性,從而抑制炎癥和免疫反應的強度和范圍。也有研究發(fā)現魚(yú)油補充雖然減少單核細胞PGE2的產(chǎn)生,但是淋巴細胞的增殖反應增加,TH1細胞產(chǎn)生的INF-γ也增加。也有研究發(fā)現魚(yú)油補充雖然減少單核細胞PGE2的產(chǎn)生,但是淋巴細胞的增殖反應增加,TH1細胞產(chǎn)生的INF-γ也增加。除了競爭性抑制作用外,n-3 PUFAs也能直接減少細胞膜AA的含量,這也可減少來(lái)源于AA的類(lèi)二十烷酸。
  此外,也可能通過(guò)抑制磷脂酶PLA2的活性,從而減少膜磷脂AA的釋放。AA從膜上動(dòng)員游離出來(lái)需要磷脂酶PLA2的作用,不同的脂肪酸也能影響磷脂酶活性從而影響這些酶對膜磷脂的水解,如橄欖油(油酸)能提高它們的活性,EPA、DHA則能顯著(zhù)抑制磷脂酶PLA2的活性。因此認為魚(yú)油的抗炎作用可能與減少AA或減少AA來(lái)源的類(lèi)二十烷酸炎性介質(zhì)有關(guān)。

2、n-3 PUFA對細胞膜的流動(dòng)性及免疫功能影響的機制

  細胞膜由脂質(zhì)雙分子層構成,具有流動(dòng)性,用棕櫚酸和多不飽和脂肪酸培養Caco-2細胞,可見(jiàn)棕櫚酸對細胞膜的流動(dòng)性沒(méi)有顯著(zhù)影響,而多不飽和脂肪酸則能增加膜的流動(dòng)性,并呈劑量-反應。多數研究表明,n-3 PUFAs培養淋巴細胞能顯著(zhù)改變膜磷脂組成從而增加膜流動(dòng)性。也有n-3 PUFAs不會(huì )顯著(zhù)改變淋巴細胞膜流動(dòng)性的報道。脂肪酸結構或性質(zhì)的改變能影響膜的流動(dòng)性,從而改變膜連接酶、受體、離子通道功能。膜連接酶的活性被認為對脂肪酸環(huán)境特別敏感,如內皮細胞膜連接酶Na,K-ATPase對血管的收縮功能具有重要的作用,而n-3 PUFAs可抑制它的活性。
  Tan等提出嵌入膜中的蛋白可能受到周?chē)ぶ|(zhì)性質(zhì)的影響,細胞膜鈉離子通道的改變可能是通過(guò)n-3 PUFAs改變膜流動(dòng)性引起。Wayne等對心肌細胞的研究發(fā)現n-3 PUFAs是最強的鈉離子通道抑制劑,而其它類(lèi)型的脂肪酸的作用較弱。DHA對膜流動(dòng)性和鈉離子通道阻滯的作用比ALA作用強。研究認為n-3 PUFAs 改變膜脂質(zhì)結構,并因此改變膜的流動(dòng)性,從而調節離子通道的功能。EPA作用于血管肌細胞能減少靜息細胞內鈣離子的濃度,減少拮抗劑誘導的鈣離子水平升高,抑制細胞對血小板來(lái)源生長(cháng)因子所引起的遷移運動(dòng)。細胞因子IL-2的分泌也受細胞內鉀離子鈣離子水平的調節,因而推測n-3 PUFAs能改變細胞膜流動(dòng)性能影響離子通道,抑制細胞的炎癥反應。此外,細胞膜閉合蛋白(occudin)能形成和維持細胞的穩固結合,EPA能上調細胞occudin的產(chǎn)生,降低細胞對大分子的滲透,而AA,LA則下調occudin的表達。

3、n-3 PUFAs對信號傳導及基因表達的影響

  信息物質(zhì)經(jīng)跨膜受體介導的信號轉導或核受體介導的信號轉導途徑傳遞入細胞內,引起細胞上調或下調特異基因的表達,導致細胞發(fā)生代謝、增殖、分化、凋亡等一系列的改變。細胞信號轉導途徑研究的快速發(fā)展揭示,n-3 PUFAs除作為細胞膜結構和類(lèi)二十烷酸的前體外,還可作為第二信使或調節因子調節受體介導的信號轉導途徑,影響基因表達。Curtis等用各種脂肪酸體外培養骨關(guān)節炎患者(OA)的軟骨組織,發(fā)現n-3 PUFAs可以減少內源性和IL-1誘導的COX-2、5-LOX、TNF、IL-1α、IL-1β的基因表達,并呈劑量反應關(guān)系,而其它脂肪酸則無(wú)這種作用表明n-3 PUFAs能抑制炎癥相關(guān)基因的表達。Chandrasekar等研究發(fā)現,與玉米油相比,膳食魚(yú)油能完全消除自身免疫性疾病易感小鼠腎臟 IL-1、IL-6和TNF mRNA的表達。小鼠添加富含魚(yú)油膳食能顯著(zhù)減少體外LPS,PMN刺激的脾淋巴細胞IL-1β mRNA的表達,降低LPS誘導的腹腔巨噬細胞IL-1β、TNF-α mRNA的表達,而飽和脂肪酸則增加IL-1β mRNA的表達。
3.1 對膜受體介導的信號轉導及基因表達的影響
  細胞外的各種信息物質(zhì),如細胞因子,促有絲裂原結合其相應的受體,通過(guò)跨膜受體介導信號轉導途徑將信號傳入細胞內,引發(fā)信號轉導,造成細胞內信號分子的級聯(lián)反應,最后導致細胞行為的改變。
  n-3 PUFAs能抑制體外Ca2+鈣調蛋白(calmodulin)依賴(lài)的蛋白激酶II,cAMP依賴(lài)的蛋白激酶PKA、PKC以及MAPK的活性。用不同的脂肪酸培養大鼠腹腔巨噬細胞,可見(jiàn)到EPA、DHA能顯著(zhù)抑制蛋白激酶PKC的活性,而橄欖油(油酸)則能提高它們的活性。PKA、PKC 能使許多蛋白質(zhì)特定的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化,從而調節細胞的物質(zhì)代謝和基因表達。例如LPS誘導的人體單核細胞組織因子TF mRNA的表達依賴(lài)于PKC的活性。PKA、PKC還可直接激活NF-κB系統,啟動(dòng)一列的生理生化反應。因此通過(guò)n-3 PUFAs通過(guò)抑制這些依賴(lài)蛋白激酶或鈣調蛋白活性的信號途徑,能夠影響信息物質(zhì)在這些信號系統的傳導,影響基因表達及造成細胞行為的改變。
  C6-神經(jīng)酰胺(C6-ceramide)可模擬CD28分子信號誘導T淋巴細胞增殖,上調IL-2基因轉錄并且穩定IL-2 mRNA。除神經(jīng)酰胺外,甘油二酯(DAG)作為細胞內的第二信使能促進(jìn)T淋巴細胞的增殖。Christopher等認為膳食脂肪酸通過(guò)改變細胞第二信使的產(chǎn)生從而影響T淋巴細胞的功能,給試驗小鼠EPA、DHA能顯著(zhù)抑制促有絲分裂原誘導的T淋巴細胞增殖,IL-2的分泌,而給予飽和脂肪酸和AA則不具有這種作用。研究還顯示,EPA、DHA能顯著(zhù)減少促有絲分裂原誘導的T淋巴細胞甘油二酯及神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生,而飽和脂肪酸和AA則沒(méi)有這種作用。推測,膜磷脂脂肪酸的改變導致第二信使攜帶的化學(xué)信息量發(fā)生改變,并通過(guò)影響基因的表達而影響細胞因子的產(chǎn)生、細胞的炎癥反應及淋巴細胞的功能。
  MAPKs也能轉導多種受體調節的信號到各種細胞內的靶位點(diǎn),而n-3 PUFA能直接抑制MAPK的活性,影響信號的傳導,最后調節炎性因子基因的表達。Lo等發(fā)現,用魚(yú)油EPA培養巨噬細胞可減少LPS誘導的巨噬細胞MAPK(P44/P42)的磷酸化,降低P44/P42的活性,轉錄因子AP-1的活性也被抑制,LPS誘導的TNF mRNA的表達也減少。Zeyda等發(fā)現,不飽和脂肪酸可使人外周血T細胞IL-2Rα鏈、IL-2、IL-13 mRNA表達水平顯著(zhù)降低,MAPKs家族的c-Jun NH2-末端蛋白酶,轉錄因子NF-AT的活性被抑制,而AP-1及NFβ活性不變。AitSaid等36用魚(yú)油培養內皮細胞,發(fā)現EPA及其脂氧合酶的氧化物(12,15SHpEPE,LTD5)下調IL1β誘導的PGHS2(又稱(chēng)前列腺素內過(guò)氧化物合成酶2,COX2)表達能抑制IL1誘導的p38 MAPK的磷酸化,而不影響NFκB、PPARγ、PPARα的活性,認為EPA抑制PGHS2的表達是通過(guò)抑制p38 MAPK信號途徑起作用,且獨立于NFκB、PPARγ的信號轉導途徑。這些研究揭示EPA對炎癥疾病的治療功效的分子機制也包括經(jīng)絲裂原活化的蛋白激酶信號轉導途徑來(lái)調節炎癥相關(guān)基因的表達。
3.2 對核受體介導的信號轉導及基因表達的影響
n3 PUFAs對基因表達的調控過(guò)程中核轉錄因子NFκB和過(guò)氧化物酶增殖活化受體(PPAR)起關(guān)鍵的作用。N3 PUFAs可通過(guò)信號途徑或直接作用于這兩個(gè)轉錄因子調節基因轉錄。
PPARs作為核因子受體對炎癥相關(guān)基因表達的調控起關(guān)鍵作用。PPARs不僅存在肝和脂肪組織還存在于炎性細胞,能作用于許多細胞反應如細胞循環(huán)、細胞增殖、炎癥、凋亡。PPARs大多通過(guò)配體依賴(lài)的方式調節基因表達,PPARα能被PUFA激活,AA來(lái)源的LTB4也可作為它的配體,PPARγ也能選擇性的被PUFA激活,AA來(lái)源的PGj2也是它的配體37。PPARα基因敲除的小鼠炎癥刺激反應顯著(zhù)延長(cháng),PPARα缺陷小鼠皮膚損傷炎癥相的皮膚愈合被破壞38 PPAR活化后可對不同的免疫細胞或血管壁細胞、內皮細胞、平滑肌細胞產(chǎn)生抗炎作用,對炎性相關(guān)疾病如動(dòng)脈粥樣硬化,炎性結腸炎具有潛在的抗炎治療作用39。
多不飽和脂肪酸,如,α亞麻酸、DHA、EPA,可作為PPARs的配體活化PPARs,最后調節脂質(zhì)代謝及各種類(lèi)型的細胞反應4041。因而認為n3 PUFAs激活PPAR,經(jīng)PPAR信號傳導途徑能降低細胞的炎癥及免疫反應。
近年來(lái)研究發(fā)現魚(yú)油的抗炎癥作用也可能是通過(guò)降低NFκB的活性起作用。EPA和DHA能抑制LPS誘導的NFκB活化和COX2的表達,而飽和脂肪酸則起加強作用42。小鼠添加魚(yú)油膳食,發(fā)現比玉米油更能減少LPS刺激的脾淋巴細胞細胞核激活的NFκB水平43。EPA培養人體單核細胞能降低LPS誘導的NFκB的活化,與減少其抑制亞基IκB的磷酸化有關(guān)44。Novak等45用含n3 PUFAs、n6 PUFAs培養小鼠巨噬細胞發(fā)現n3 PUFAs能顯著(zhù)抑制LPS誘導的巨噬細胞IκB的磷酸化及降低NFκB的活性,同時(shí)TNF mRNA的表達減少47%,蛋白減少46%,這個(gè)實(shí)驗證明n3 PUFAs抑制前炎癥細胞因子機制,包括失活NFκB信號轉導途徑,抑制IκB的磷酸化。NFκB結合位點(diǎn)位于基因的啟動(dòng)子區域,對控制細胞因子、趨化因子、生長(cháng)因子、黏附分子以及急性期反應蛋白的基因表達是必需的46,47。Crohn’s 病患者小腸內NFκB的活性要比正常人高48,類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎患者關(guān)節滑膜NFκB活性較骨性關(guān)節炎顯著(zhù)升高49。因此通過(guò)調節NFκB控制的炎癥及免疫相關(guān)基因的表達將有利于治療放射損傷、哮喘、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎、動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥等疾病46,47。N3 PUFAs能抑制IκB的磷酸化防止其降解,使三聚體NFκB不能進(jìn)入胞核,阻止信號的級聯(lián)激活,從而抑制基因表達,這可能是n3 PUFAs抑制基因表達,炎癥因子的產(chǎn)生及降低炎癥細胞的趨化作用,調節免疫的另一個(gè)機制。

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