四、脂肪酸的类别与生理功能

根据脂肪酸的化学结构和生物效应可将脂肪酸分为不同的类型。首先根据脂肪酸的饱和程度将脂肪酸分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，如图1-5所示。根据脂肪酸碳链的长短将脂肪酸分为短链、中链、长链和超长链脂肪酸。根据双键的位置可将不饱和脂肪酸分为ω-3、ω-6、ω-7、ω-9、ω-11等脂肪酸。根据双键的结构可分为顺式或反式以及共轭脂肪酸等。

1．饱和脂肪酸

饱和脂肪酸（saturated fatty acids，SFA）不包含任何双键。根据它们的碳链长度可分为短链、中链、长链和超长链饱和脂肪酸。

（1）短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）　短链脂肪酸包括醋酸（2：0）、丙酸（3：0）和丁酸（4：0）。这些脂肪酸来源于食物中的纤维发酵，可在近端结肠中迅速吸收。部分乙酸和丙酸也可由门脉循环吸收，运送到肝脏，转化成脂肪酸（乙酸）和葡萄糖（丙酸）。短链脂肪酸可提供人体静息能量消耗（REE）的10%～20%。短链脂肪酸对肠道的消化吸收功能起着重要的作用，包括：①刺激水、钠、氯和碳酸氢盐的吸收；②增加结肠的黏膜的血流量；③刺激结肠细胞的增殖；④促进黏液的生产；⑤通过减小肠道内的酸度，抑制腐生菌的繁殖和腐化作用；⑥参与了结肠细胞代谢、增殖和修复（细胞复制）的过程，对维护肠道的健康有着重要的意义^[8]。

最近的一系列研究发现，肠道微生物菌群与肥胖、糖尿病和心脏代谢性疾病之间有着密切的联系。在肠道微生物菌群的作用下，一些难以消化的膳食成分可通过发酵产生短链脂肪酸。这些短链脂肪酸不仅可直接影响肠道的功能，同时还可作为信号分子，进入血液循环，影响机体的代谢或其他组织器官的功能^[9]。肠道不仅是营养物质消化吸收的器官，也是人体最大的免疫器官。消化道中短链脂肪酸不仅可影响肠道的炎性反应，例如溃疡性结肠炎和腹泻等；同时也可影响机体其他器官的免疫功能和炎性反应，例如哮喘和甲状腺炎等^[10，11]。实验发现，一些G-蛋白偶联受体可被短链脂肪酸激活，例如GPR41（G-蛋白偶联受体41）/FFAR3（游离脂肪酸受体3）和GPR43/FFAR2 等。这些受体对机体代谢的调节起着重要的作用^[12，13]。最新的研究表明，肠道中的短链脂肪酸可影响机体的多种生理功能，例如胰岛素抵抗、能量代谢的平衡、肽类激素的分泌、葡萄糖和蛋白质代谢、血液脂蛋白的调节等，而且与肥胖、糖尿病、代谢综合征、心血管疾病、结肠癌等多种疾病的发病机制有关^{[9，14，15]}。

（2）中链脂肪酸（medium chain fatty acids，MCFA）　中链脂肪酸包括己酸（6：0）、辛酸（8：0）和癸酸（10：0）。富含中链脂肪酸的油脂有椰子油（13.9%）、棕榈油（7.1%）和乳制品（4.0%～4.7%）等。人乳的含量为1.5%～2.9%。中链脂肪酸在代谢上的一些特点，最近特别受到关注：①其水溶性较好，不需要胆汁乳化，可直接被肠道吸收，通过门静脉进入肝脏，吸收后无须形成乳糜微粒，可在细胞内迅速氧化提供能量；②它们在线粒体内的转运不需要肉毒碱或肉毒碱棕榈酰转移酶的存在，可迅速进入线粒体进行代谢^[16]；③摄入的中链脂肪酸在体内极少再合成三酰甘油和胆固醇，进行能量补充时，不提高血脂和血液胆固醇的水平；④作为G-蛋白偶联受体重要的配体。最近的研究表明，GPR40/FFAR1和GPR120/FFAR4可被中长链脂肪酸激活。这些受体参与了多种组织，包括肝脏、脂肪组织、肠道、免疫组织的代谢和功能的调节，目前已被视为治疗代谢紊乱性疾病的重要靶标，如肥胖、糖尿病和代谢综合征等^[17，18]。实验发现，GPR40在胰腺β细胞中高度表达，在脂肪酸诱导胰岛素分泌中起着至关重要的作用。GPR120则主要表达在肠内内分泌细胞（enteroendocrine cell），在脂肪酸诱导胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌中扮演着重要的角色^[19]。由于上述原因，中链脂肪酸常用于一些特殊食品，如运动员食品、减肥食品等。

中链三酰甘油是脂肪乳剂（fat emulsions）中的重要成分，作为肠内和肠外的营养支持^[20]。这些乳剂可在限制热量的摄入时，抑制基础能量代谢的下降，常用于肥胖个体限制性饮食疗法^[21]。同时，这些脂肪乳剂也广泛应用于临床，用于一些疾病的营养补充，如高脂蛋白血症，急、慢性肾功能不全以及一些疾病的辅助治疗，如糖尿病和肝脏疾病等^[22]。

（3）长链饱和脂肪酸（long chain saturated fatty acids，LCFA）　长链饱和脂肪酸包括月桂酸（12：0）、肉豆蔻酸（14：0）、棕榈酸（16：0）和硬脂酸（18：0）。长链脂肪酸主要来源于椰子油、棕榈仁油、可可油、乳木果油（shea butter）、雾冰草脂（illipe butter）。80%～90%的饱和脂肪酸来源于食物摄取。除植物性食用油外，长链脂肪酸的动物性来源包括动物的脂肪，如猪油和牛油等，以及人工产品，如巧克力和人造黄油。附表2列出了一些富含饱和脂肪酸的动、植物油脂，以及不同脂肪酸的比例。

一般认为，过量的饱和LCFA摄入有导致动脉粥样硬化和血栓形成的风险，但也有一些不同的报道^[23]。研究表明，饱和LCFA可增加血浆中胆固醇的水平，特别是低密度脂蛋白中胆固醇的水平，从而增加冠心病（CHD）的发病率。不同的饱和LCFA增加LDL胆固醇的作用不同，其顺序为12：0>14：0>16：0；脂肪酸降低高密度脂蛋白（HDL）中胆固醇的作用也不同，顺序为14：0>12：0>16：0。

脂肪酸导致动脉粥样硬化和形成血栓的能力可以表达为动脉粥样硬化指数（AI）和形成血栓的指数（TI）：

AI＝（4×14：0＋16：0）×（ω-6 PUFA＋ω-3 PUFA＋MFA）^－1

TI＝（14：0＋16：0＋18：0）×（0.5×MFA＋0.5×ω-6 PUFA＋

　　3×ω-3 PUFA＋ω-3 PUFA/ω-6 PUFA）^－1

（4）超长链（饱和）脂肪酸（very long chain saturated fatty acid，VLCFA）　超长链（饱和）脂肪酸包括花生酸（20：0）、山箭酸（22：0）、二十四烷酸（24：0）、二十六烷酸（26：0）、二十八烷酸（28：0）和三十烷酸（30：0）。在正常生理条件下，这些脂肪酸的浓度都很低，但在一些遗传性代谢病中，这些脂肪酸的含量可出现明显的改变。例如：齐薇格综合征（Zellweger syndrome）、肾上腺白质营养不良 （X-linked adrenoleucodystrophy）、雷夫森姆病 （Refsum’s disease）、缅克斯症候群（Menkes’disease）^[8]等。

2．不饱和脂肪酸

不饱和脂肪酸分单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，在结构上分为顺式和反式结构。

（1）单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acids，MUFA）　单不饱和脂肪酸有顺式结构和反式结构两种。

① 顺式结构的单不饱和脂肪酸（cis monounsaturated fatty acids，cMUFA）。顺式结构的不饱和脂肪酸中的两个相同的原子或原子团排列在双键的同侧。导致脂肪酸双键结构中相邻的碳原子朝向不同的方向，分子结构产生弯曲。cMUFA主要有油酸（18：1 ω-9c）、异油酸（18：1 ω-7c）和棕榈油酸（16：1 ω-7c）等。其他一些内源性cMUFA，包括myristoleic（14：1 ω-5c）、gondoic acid（20：1 ω-9c）、芥子酸（22：1 ω-9c）和神经酸（24：1 ω-9c），其浓度都很低。有些cMUFA不能完全在体内合成，包括gadoleic acid（20：1 ω-11c）和cetoleic acid（22：1 ω-11c）^[8]。橄榄油是油酸的主要食物来源。其他如菜籽油、红花油、花生油、榛子油、甜杏仁油和鳄梨油之中也含有高浓度的油酸。在棕榈油、米糠油、玉米油和芝麻油中也含有一定量的油酸。附表3中列举了一些富含单不饱和脂肪酸的食用油中各种脂肪酸的比例。

一般认为，饮食中的单不饱和脂肪酸有助于身体的健康^[24]。橄榄油中高浓度的油酸是地中海饮食的重要构成，与地中海饮食的保护作用密切相关^{[4，24，25]}。单不饱和脂肪酸中的油酸有助于机体代谢机能的改善，减少胰岛素抵抗，降低血脂和低密度脂蛋白胆固醇的浓度，减少肥胖，对糖尿病和非酒精性脂肪肝起到保护作用^[4，26]。对心血管系统，油酸也具有保护作用，具有降压、减少血小板的聚集以及抗动脉粥样硬化和抗血栓形成的作用^[24，27]。同时，油酸有助于神经系统功能的改善，减少忧郁症，缓解学习记忆能力的衰退^[28]。此外，油酸还可作用于免疫系统，具有抗炎^[24，29]、抗癌^[27]和对细胞膜的结构和功能的保护作用^[30]。油酸的营养价值目前已得到了广泛的关注，已大量使用转基因植物以提高油酸的含量。

值得注意的是，并不是所有的单不饱和脂肪酸都有利于健康。单不饱和脂肪酸中的芥子酸（22：1 ω-9c）具有很强的心脏毒性。在研究中发现，芥子酸可导致脂肪的沉积和心肌损伤，并可减少血液中血小板的数量^[31]。芥子酸存在于一些常用的芥子油（mustard oil）和菜籽油（canola oil，rapeseed oil）中。减少芥子酸的产生和摄入是目前大家所关心的课题^[31，32]。

② 反式结构的单不饱和脂肪酸（trans monounsaturated fatty acids，tMUFA）。反式脂肪酸（trans fatty acids，tFA）是所有含有反式不饱和双键脂肪酸的总称。顺式脂肪酸双键上两个碳原子上的氢原子在碳链的同侧，呈弯曲状的空间构象；与顺式结构不同，反式脂肪酸其双键上两个碳原子上的氢原子分别在碳链的两侧，呈线性的空间构象。由于其立体结构的差异，两者的物理特性也不相同。在常温下顺式脂肪酸多为液态，熔点较低；而反式脂肪酸多为固态或半固态，熔点较高。顺式和反式结构的脂肪酸的生物学效应也截然不同。反式脂肪酸的作用类似于长链饱和脂肪酸，但其危害性更大。例如，反式脂肪酸导致动脉粥样硬化的作用大于长链饱和脂肪酸，增加低密度脂蛋白胆固醇和降低高密度脂蛋白胆固醇的作用两倍于饱和脂肪酸^[8，33]。

主要的反式脂肪酸，包括反式油酸（18：1 ω-9t）和反式棕榈酸（18：1 ω-7t）等。反式脂肪酸一般是外源性的，很少有内源性的合成。反式脂肪酸的产生有天然和人工两种情况。人乳和牛乳中都存在天然的反式脂肪酸，牛奶中反式脂肪酸约占脂肪酸总量的4%～9%，人乳中约占2%～6%。人工制造的反式脂肪酸主要产生于对植物油的氢化改性过程，这种加工可防止油脂变质，改变食物的口味^[34]。在日常生活中含有反式脂肪酸的食品很多，诸如蛋糕、糕点、饼干、面包、抛饼、沙拉酱、炸薯条、炸薯片、爆米花、巧克力、冰淇淋、蛋黄派等。卫生部2007年12月颁布的《食品营养标签管理规范》规定，食品中反式脂肪酸含量≤0.3g/100g时，可标示为0，并不意味着不含反式脂肪酸。

减少和控制反式脂肪酸的产生和摄入是目前重要的课题^[35]。大量的数据表明，控制反式脂肪酸的摄入有助于机体健康，特别是有益于胎儿和婴幼儿的生长发育^[36]。通过影响血脂和炎性因子，反式脂肪酸可增加患心血管疾病的风险^[37]。饮食中和血液中的反式脂肪酸与糖尿病密切相关，可影响胰岛素的分泌和细胞对胰岛素的敏感性^[38]。反式脂肪酸长期慢性的摄入可影响神经系统的功能，导致多种心理和生理性疾病，例如忧郁症和多动症等^[39]。此外，反式脂肪酸还与癌症、肝脏的疾病、肠道炎性反应的发病机制以及细胞的增殖有密切的关系^[40]。

（2）多不饱和脂肪酸　PUFA分子中含有两个或两个以上的双键。一般来说，脂肪酸的双键越多，就越容易导致脂质过氧化。内源性PUFA大多属于ω-9系列，当机体必需脂肪酸（essential fatty acids，EFA）缺乏时，合成数量增加。α-亚麻酸和亚油酸被称为必需脂肪酸，不能在体内合成，是所有ω-3和ω-6 系列PUFA的母体。必需脂肪酸的缺乏可以引起生长迟缓、生殖障碍、皮肤损伤以及肝、肾、心血管、神经和视觉方面的多种疾病。必需脂肪酸与机体的代谢功能、炎症和肿瘤有着密切的关系^[41]。

① ω-3系列的PUFA。α-亚麻酸（α-linolenic acid，ALA）是ω-3系列PUFA的母体。其主要代谢产物有EPA（timnodonic acid，20：5 ω-3）、DHA（clupadonic acid，22：6 ω-3）以及DPA（docosapentaenoic acid，22：5 ω-3）。这些脂肪酸被称为长链ω-3 PUFA（LC ω-3 PUFA）。ALA的食物来源主要是一些植物种子和叶子（如大豆、亚麻籽、黑醋栗子和植草科植物的叶子等），以及植物油（附表4）。ALA的代谢产物EPA和DHA，可以通过油性鱼类（oily fish）获得，这些鱼类含有大量的EPA以及DHA，例如沙丁鱼、鲭鱼、鲑鱼、大马哈鱼、金枪鱼和鲱鱼等。ω-3 PUFA也可来源于一些非油性鱼类（如鳕鱼）的肝脏和一些非油性鱼类的白色鱼肉，但其含量很低。ALA转化为20～22碳的代谢物，海洋动物远比人类有效。因此，人体内获得的EPA和DHA主要是外源性的。

大量的研究表明，ω-3 PUFA作为机体的营养和结构成分，具有广泛的生理功能：

a．作为机体能量的来源，ω-3 PUFA参与了机体能量代谢的过程，并对机体的代谢起到重要的调节作用^[42]。

b．作为机体细胞膜的重要成分，可直接影响细胞膜的结构和功能，影响细胞膜的流动性、脂筏的形成以及细胞膜内镶嵌蛋白的功能，例如酶和受体等^[43]。

c．作为神经组织和视网膜重要的营养物质，可直接影响大脑学习记忆等功能和视力^[44]。

d．作为脂质介质的母体，ω-3 PUFA参与了机体第二信号系统肌醇磷脂信号系统和类花生酸系统（例如前列腺素、凝血烷和白三烯）的调节^[45]。

e．作为基因转录重要的配体，ω-3 PUFA参与了PPARα-β/δ、PPARγ1和PPARγ2^[46]、LXRα和LXRβ^[47]、HNF4α^[48]、SREBP-1和SREBP-2^[49]以及ChREBP/MLX^[50]的调制作用。

f．通过与受体的相互作用，对受体的功能进行调节，包括G-蛋白偶联受体^[19，51]、大麻素受体（cannabinoid receptor）^[52]和辣椒素受体（vaniloid receptors）^[53]等。

饮食中ω-3 PUFA的缺乏可导致机体的氧化应激反应^[54]、炎性反应^[55]、细胞凋亡^[56]、内质网应激^[57]、脂质和能量代谢紊乱^[58]、胰岛素抵抗^[59] 等多种病理生理因素。这些因素与机体的健康和多种疾病密切相关，如肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝、代谢综合征、慢性炎症及癌症等^[60～62]。

② ω-6系列的PUFA。亚油酸（linoleic acid，LA，18：2 ω-6）是ω-6系列PUFA的母体。其代谢产物包括γ-亚麻酸（γ-linolenic acid，GLA，18：3 ω-6）、DHGLA （dihomo-γ-linolenic acid，20：3 ω-6）和花生四烯酸（arachidonic acid，AA，20：4 ω-6）。此外，还包括少量肾上腺酸（adrenic acid，22：4 ω-6）和DPA-6 （docosapentaenoic acid，22：5 ω-6）。大豆油、葵花籽油、红花油、月见草油、葡萄籽油、罂粟籽油、琉璃苣籽油、黑加仑籽油中含有高浓度的ω-6 PUFA。其他如小麦胚芽油、玉米油、核桃油、棉籽油和芝麻油中也含有一定量的ω-6 PUFA。附表4列出了一些富含PUFA的食用油中不同脂肪酸的比例。

与ω-3 PUFA相似，ω-6 PUFA也具有广泛的生理功能，但两者的功能明显不同^[3，62]。例如：

a．对机体炎性反应的影响。ω-3系列PUFA中的EPA、ω-6 PUFA中的AA和DGLA可在脂肪氧合酶（LOX）和环氧合酶（COX）的作用下产生不同种类的类花生酸，来源于ω-3 PUFA的类花生酸及其衍生物多具有抗炎的作用，ω-6 PUFA的类花生酸具有促炎的效应，例如前列腺素、血栓素和白三烯等^[7]。

b．对心血管系统的保护作用。通常认为ω-6 PUFA可能降低冠心病的风险。然而过度摄入ω-6 PUFA也可能导致对健康的负面影响^[63，64]。饮食中ω-6 PUFA可显著降低血液中低密度脂蛋白胆固醇的水平，但又具有促炎和促凝血的作用^[65]。实验显示，ω-3/ω-6 PUFA的混合干预可减少心肌梗死的风险和22%的冠心病死亡率；而ω-6 PUFA单独干预可导致这种风险增加13%^[3，66]。考虑到心脏病的多种风险因素，美国心脏学会认为，在美国需要增加ω-3 PUFA的摄入量，应保持（甚至可能增加）ω-6 PUFA的摄入量^[67]。

c．对代谢的影响。高ω-6 PUFA的摄入，通过对极低密度脂蛋白（VLDL）脂类分解和吸收的调制作用，可降低VLDL胆固醇和三酰甘油的含量；减少肝脏脂肪和血浆三酰甘油、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇的含量^[68]。但最近的研究提示ω-6 PUFA可能具有促进脂肪生成的作用。在啮齿动物饲料中增加ω-6 PUFA的含量，可增加机体脂肪的总量。在围产期，高ω-6 PUFA的饮食可导致脂肪的逐渐累积^[69]。

d．抗肿瘤效应。ω-6 PUFA的抗肿瘤效应没有ω-3 PUFA明显。一方面，ω-6 系列PUFA AA的两个上游底物γ-亚油酸和DGLA显示出抗癌作用，包括诱导细胞凋亡和抑制细胞增殖。另一方面，AA的下游产物（如前列腺素）又对机体产生不利的影响^[70]。研究发现，ω-3 PUFA的抗肿瘤效应是剂量依赖性的，但受到ω-6 PUFA总量的负面影响^[7]。

e．ω-6/ω-3的比例。由于在LC-PUFA的合成过程中，ω-3和ω-6 系列的PUFA使用同一的去饱和酶和延长酶，两者形成竞争的关系，所以它们的作用不仅取决于自身的含量，还取决于两者之间的比例，但ω-6/ω-3的比例学说目前也开始受到质疑^[71]。

③ 共轭脂肪酸。与大多数PUFA不同，共轭脂肪酸不具有戊二烯双键结构，而具有共轭双键的特征。最常见的共轭脂肪酸包括共轭亚油酸（conjugated linoleic acid，CLA）和共轭亚麻酸（conjugated linolenic acid，CLNA）。根据不饱和脂肪酸双键的位置、数量以及双键的结构（顺式或反式），每一种共轭脂肪酸都具有多种同分异构体，例如CLA具有28个同分异构体。共轭脂肪酸主要出现在红肉和乳制品中，特别是反刍动物^[72]。草场放牧牛肉和牛奶中CLA的含量数倍于其他牛肉和牛奶的含量。在肉类和奶制品中最常见的是瘤胃酸（rumenic acid，18：2 Δ9c，11t）以及其同分异构体（18：2 Δ10t，12c），两者均具有重要的生理功能^[8]。

共轭脂肪酸和反式脂肪酸的来源相似，但它们的功能却截然不同，是目前营养生物学研究的重要方向^[46，73]。最新的研究结果表明，共轭脂肪酸对机体具有多重保护作用。a.共轭FA在体外和体内都具有抗氧化特性^[74]。b.抗炎功能。实验发现，饮食中的PUFA（包括CLA）可以通过多种机制作用于机体的炎性反应，例如对AMPK和 PPARγ的激活以及对toll-like receptors （TLRs）和NF-κB pathway的抑制等^[75]。共轭脂肪酸是PPARγ的重要配体，CLA 和CLNA可以通过对PPARγ的表达和活性调节，发挥多种生理功能^[76]。c.共轭脂肪酸具有抗肿瘤的功能，例如乳腺癌、结肠癌以及胰腺和肝脏的肿瘤等^[74，76]。d.改善机体的代谢功能。研究表明，CLA具有控制肥胖的功能^[72，74]；并可降低血糖，改善胰岛素抵抗，缓解糖尿病的症状^[72]。e.对心血管系统的保护作用^[77，78]。

CLA的总体效应最初被认为是其两个主要的同分异构体（c-9，t-11和t-10，c-12）之间的相互作用的结果。最近的研究结果表明，CLA不同的同分异构体的功能有所不同，例如t-10，c-12-CLA具有抗癌、抗肥胖、抗糖尿病的作用；而c-9，t-11-CLA主要是抗炎作用。