中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸及其受體FFAR1和FFAR4對(duì)健康作用的研究進(jìn)展

鄭子晴，牛 博，魯丁強(qiáng),2,*，龐廣昌,2,*

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；2.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

游離脂肪酸是血漿中脂肪酸的非酯化形式。中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸不僅是人體的重要能量來(lái)源，也作為信號(hào)分子在機(jī)體中發(fā)揮作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸可通過(guò)激活腸道、味蕾等部位的相應(yīng)膜受體調(diào)節(jié)食欲和新陳代謝，與肥胖、脂代謝紊亂、2型糖尿病等多種代謝疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

目前已確認(rèn)存在多種游離脂肪酸受體（free fatty acid receptors，F(xiàn)FARs），包括FFAR1、FFAR2、FFAR3、FFAR4、GPR84和GPR119等，均屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族（G-protein-coupled receptors，GPCRs）成員，可激活多種生理功能，包括促進(jìn)胰島素和腸降血糖素分泌、脂肪細(xì)胞分化、抗炎、促進(jìn)神經(jīng)元反應(yīng)、調(diào)節(jié)食欲等。本綜述重點(diǎn)討論了飲食中的中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸作為膳食營(yíng)養(yǎng)發(fā)揮的作用，以及通過(guò)調(diào)節(jié)其受體（包括FFAR1和FFAR4）對(duì)健康的影響，同時(shí)討論這兩種受體重疊或互補(bǔ)的生理功能。

1 中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸作為膳食營(yíng)養(yǎng)發(fā)揮作用

日常飲食中，中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸的攝入量和種類影響肥胖、糖尿病等代謝疾病的發(fā)展，但其潛在的有益功能卻沒(méi)有得到足夠重視，例如構(gòu)成磷脂膜、介導(dǎo)受體信號(hào)傳導(dǎo)、調(diào)節(jié)機(jī)體能量穩(wěn)態(tài)。血漿中的游離脂肪酸來(lái)自于脂肪酶分解儲(chǔ)存的甘油三酯（triacylglycerol，TAG），這些脂肪酸的?；滈L(zhǎng)度、不飽和度以及在TAG分子內(nèi)位置的不同，進(jìn)一步導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)特性和生理功能的不同（表1）。研究表明，植物或海洋藻類中的油酸、亞油酸（linoleic acid，LA）和亞麻酸可降低患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，而動(dòng)物來(lái)源的脂質(zhì)含有高水平的飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸（long chain fatty acids，LCFA），例如棕櫚酸和硬脂酸，是導(dǎo)致心腦血管疾病的危險(xiǎn)因素；另外，與疾病相關(guān)的飽和脂肪酸主要是LCFA，而不是中鏈脂肪酸（medium chain fatty acids，MCFA）。

表1 中長(zhǎng)鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)、功能及分類Table 1 Structures, functions and classification of medium- and longchain fatty acids

續(xù)表1

1.1 中長(zhǎng)鏈脂肪酸飲食對(duì)健康的影響

歐洲營(yíng)養(yǎng)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)學(xué)會(huì)建議健康成年人從膳食脂肪得到的能量占能量總攝入的20%～35%。MCFA主要存在于動(dòng)物乳汁、椰子油、棕櫚仁油中；其作為食品添加劑廣泛應(yīng)用于人造黃油、烹飪油、巧克力涂層、干酪加工、植物油、蛋黃醬和調(diào)味品。MCFA也可在食品加工中作為疏水性風(fēng)味物質(zhì)的介質(zhì)，賦予食品良好的光澤。研究發(fā)現(xiàn)大腦可以利用MCFA作為葡萄糖的替代供能物質(zhì)，攝入MCFA可以提高腦酮水平，從而改善老年人和阿爾茲海默癥患者的認(rèn)知功能。

LA和ALA是機(jī)體的必需脂肪酸，由于人類缺乏在碳原子數(shù)超過(guò)9或10的脂肪酸中引入雙鍵的能力，因此必須從飲食中獲得LA和ALA。LA和ALA可以通過(guò)一系列延伸、去飽和轉(zhuǎn)化為其他LCFA，如-3脂肪酸EPA和DHA以及-6脂肪酸花生四烯酸。但在人體內(nèi)ALA向EPA和DHA的轉(zhuǎn)化效率較低，需要額外通過(guò)攝入魚類、貝類和海鮮獲得EPA和DHA。-3和-6脂肪酸是合成類花生酸（如白三烯（leukotrienes，LTs）、前列腺素（prostaglandins，PGs）、血栓素和消退素）的前體物質(zhì)。相比于利用-3脂肪酸EPA合成PGE和LTB，利用-6脂肪酸花生四烯酸合成的PGE和LTB是形成血栓的有效介質(zhì)。此外，-6/-3比率失衡以及-6多不飽和脂肪酸的過(guò)多攝入會(huì)增加炎癥信號(hào)水平，從而導(dǎo)致肥胖和糖尿病發(fā)病率增高。事實(shí)上，在冰島和阿拉斯加土著人中觀察到經(jīng)常食用富含-3多不飽和脂肪酸的食物可降低這些代謝性疾病的發(fā)病率。

1.2 中長(zhǎng)鏈脂肪酸在體內(nèi)的代謝途徑

MCFA、LCFA的吸收代謝方式有很大不同。MCFA包括己酸、辛酸、癸酸和月桂酸，碳鏈長(zhǎng)度比LCFA短且具水溶性，通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散在腸腔被快速吸收，吸收后的MCFA以游離形式通過(guò)門靜脈運(yùn)輸?shù)礁闻K，立即被利用轉(zhuǎn)化成能量，不在肝臟、肌肉和脂肪內(nèi)累積。MCFA不需要肉堿作為載體，可跨線粒體膜運(yùn)輸，迅速在肝線粒體中發(fā)生β氧化降解，產(chǎn)生過(guò)量的乙酰輔酶A，從而生成酮體。因此，對(duì)于有高能量需求的個(gè)體來(lái)說(shuō)，攝入MCFA是一個(gè)很好的選擇，例如術(shù)后以及發(fā)育遲緩的群體建議補(bǔ)充MCFA。辛酸、癸酸甘油酯分子質(zhì)量小、溶解性好、易消化吸收、可快速氧化供能，在血液中可被快速清除，在臨床上常作為營(yíng)養(yǎng)輔助劑加快身體痊愈。

相比較之下，LCFA不直接擴(kuò)散到腸道毛細(xì)血管，它們通過(guò)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶（fatty acid translocase，F(xiàn)AT或CD36）和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（fatty acid transport protein 4，F(xiàn)ATP-4）被腸道吸收，然后重新組裝成TAG，被膽固醇和蛋白質(zhì)包裹，形成乳糜微粒，乳糜微粒通過(guò)淋巴系統(tǒng)將TAG輸送到組織中。

血漿中的游離脂肪酸來(lái)自于脂肪酶分解儲(chǔ)存的TAG，其可作為肌肉收縮和全身代謝的供能物質(zhì)。小腸不僅是中長(zhǎng)鏈脂肪酸消化的主要場(chǎng)所，還是中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸吸收的場(chǎng)所，吸收率高達(dá)95%，其中大部分被十二指腸和空腸腸上皮細(xì)胞吸收。吸收的游離脂肪酸發(fā)生β氧化，經(jīng)檸檬酸循環(huán)分解為CO和水，以ATP的形式釋放大量能量。因此，中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸可為各種組織提供能量。

2 FFAR1和FFAR4所介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)

游離脂肪酸不僅是重要的能源物質(zhì)，還能在機(jī)體中作為信號(hào)分子通過(guò)激活相應(yīng)受體發(fā)揮一系列生物學(xué)效應(yīng)。已有研究表明，機(jī)體內(nèi)游離脂肪酸及其代謝物通過(guò)激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化和轉(zhuǎn)化來(lái)促進(jìn)脂肪儲(chǔ)存，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)游離脂肪酸也能直接作用于細(xì)胞膜受體發(fā)揮功能。GPR40和GPR120分別在2003年和2005年被鑒定為L(zhǎng)CFA/MCFA受體和LCFA受體，隨后被重命名為FFAR1和FFAR4。其中FFAR1主要在胰島β細(xì)胞、腸道L和K細(xì)胞、免疫細(xì)胞、味蕾和中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中表達(dá)；而FFAR4在腸內(nèi)分泌細(xì)胞、味覺(jué)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和免疫細(xì)胞，特別是在哺乳動(dòng)物促炎巨噬細(xì)胞和成熟的脂肪細(xì)胞中高度表達(dá)。FFAR1和FFAR4負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)細(xì)胞外中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸濃度，激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終通過(guò)一系列細(xì)胞反應(yīng)發(fā)揮能量調(diào)節(jié)、免疫穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元功能（表2）。

表2 FFAR1和FFAR4的G蛋白信號(hào)、表達(dá)組織/細(xì)胞和生物學(xué)功能Table 2 G protein signals, expression tissues/cells and biological functions of FFAR1 and FFAR4

中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸作用于FFAR1和FFAR4發(fā)揮生物學(xué)功能的信號(hào)途徑如圖1所示。FFAR1和FFAR4都能與G蛋白家族偶聯(lián)，激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC）和磷脂酰肌醇信號(hào)通路，促進(jìn)質(zhì)膜磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate，PIP2）生成肌醇三磷酸（inositol-trisphosphate，IP3）和二?；视停╠iacylglycerol，DAG），然后IP3轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca，而DAG通過(guò)刺激蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）促進(jìn)胰島素分泌；FFAR4與G蛋白偶聯(lián)也能激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK） 1/2信號(hào)。-arrestin2也是FFAR1和FFAR4信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)因子，陰礙G蛋白與FFAR1和FFAR4的結(jié)合，降低FFAR1和FFAR4對(duì)游離脂肪酸信號(hào)的敏感性。另外，-arrestin2作為支架蛋白將FFAR1和FFAR4信號(hào)通路與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）級(jí)聯(lián)，從而影響細(xì)胞增殖和免疫功能。不同的是，F(xiàn)FAR1與G和G蛋白偶聯(lián)，通過(guò)G/G偶聯(lián)途徑降低/增加環(huán)腺苷酸磷酸（3’-5’-cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平；而FFAR4與G或G蛋白家族不偶聯(lián)，胰島β細(xì)胞和原代胰島細(xì)胞中并未檢測(cè)到cAMP的產(chǎn)生。雖然FFAR4與其配體的親和力與FFAR1與其配體的親和力相近，但這兩種受體僅有10%的氨基酸同源性，相似的配體特異性可能是趨同進(jìn)化的結(jié)果。

圖1 中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸受體的配體特異性和信號(hào)通路[4]Fig. 1 Ligand specificity and signal pathways of medium- and longchain free fatty acid receptors[4]

2.1 介導(dǎo)味覺(jué)信號(hào)傳感

脂肪酸味被認(rèn)為是第六種味道，嚙齒動(dòng)物和人類的舌頭上都存在傳感脂肪酸的受體。FFAs的口腔感覺(jué)被描述為“scratchy（瘙癢）”，但只有中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸會(huì)引起這種“fatty（脂肪味）”或“油膩感”。識(shí)別攝入的游離脂肪酸是形成飽腹感和最合理能量攝入的關(guān)鍵，因此游離脂肪酸的味覺(jué)信號(hào)傳感不可或缺。FFAR1和FFAR4在舌頭味蕾細(xì)胞（分布于葉狀乳頭和輪廓乳頭）中表達(dá)?？谇恢械闹久杆釺AG釋放游離脂肪酸，從而激活FFAR1和FFAR4傳導(dǎo)這種“脂肪”味道。Cartoni等比較了野生型和、基因敲除（/）小鼠對(duì)脂肪酸的偏好和味覺(jué)神經(jīng)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在短期或長(zhǎng)期脂肪酸偏好測(cè)試中，和小鼠對(duì)油酸和LA的味覺(jué)神經(jīng)反應(yīng)減弱，對(duì)脂肪酸的偏好受到抑制，表明這兩種受體能傳感脂肪酸味覺(jué)信號(hào)；另外，作者指出FFAR1主要在舌后部表達(dá)，而FFAR4主要在舌前部和后部表達(dá)。

然而，在人類的味蕾中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)FFAR1，因此，F(xiàn)FAR1對(duì)于人類味蕾中的脂肪酸味覺(jué)信號(hào)傳感可能并不重要。然而FFAR1在人類小腸中的表達(dá)量比FFAR4和GPR119高；而FFAR4是人類大腸中表達(dá)最高的營(yíng)養(yǎng)受體之一，其表達(dá)量與體脂率呈正相關(guān)。FFAR1和FFAR4是否通過(guò)在腸道和胰腺中表達(dá)從而調(diào)節(jié)肥胖群體對(duì)脂肪酸的偏好，還需要進(jìn)一步的研究。

與FFAR1相比，F(xiàn)FAR4可能對(duì)人類味覺(jué)反應(yīng)系統(tǒng)更重要。Xu Qiuda等研究FFAR4對(duì)不同脂肪酸的傳感動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)FFAR4對(duì)14 種常見的短、中、長(zhǎng)鏈天然脂肪酸均有響應(yīng)，說(shuō)明FFAR4上有脂肪酸羧基的特異性識(shí)別位點(diǎn)，但發(fā)揮下游信號(hào)激活的識(shí)別位點(diǎn)仍有待進(jìn)一步探索。該作者還發(fā)現(xiàn)人和大鼠對(duì)同種脂肪酸的傳感靈敏度并不相同，這可能是因?yàn)槿伺c大鼠FFAR4氨基酸序列相似性僅為82%，且不同物種之間FFAR4對(duì)配體的親和力存在差異。盡管Cartoni等的研究結(jié)果表明，在48 h脂肪酸偏好測(cè)試或短暫測(cè)試中，基因敲除（）小鼠對(duì)脂肪酸的偏好減弱，說(shuō)明FFAR4在味蕾中介導(dǎo)脂肪酸味覺(jué)傳感；然而，Ancel等的研究表明，口腔舌側(cè)FFAR4對(duì)于小鼠口服脂肪酸后口腔對(duì)其的味覺(jué)傳感并不是必需的，CD36和FFAR4在調(diào)節(jié)脂肪酸偏好中發(fā)揮了不同但互補(bǔ)的功能。Stone等也報(bào)道在攝食行為測(cè)試中基因缺陷型小鼠無(wú)法傳感脂肪酸或偏好非脂肪酸類的FFAR4激動(dòng)劑。Ozdener等則認(rèn)為在脂肪酸的味覺(jué)感知過(guò)程中，CD36和FFAR4對(duì)游離脂肪酸信號(hào)傳感的作用并不重疊，游離脂肪濃度較低時(shí)僅通過(guò)CD36誘導(dǎo)Ca信號(hào)。而Shanmugamprema等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CD36在脂肪味覺(jué)信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮的作用可能是將脂肪酸分子從唾液和血漿轉(zhuǎn)移實(shí)際的受體如FFAR4。

顯然，F(xiàn)FAR4介導(dǎo)的脂肪酸味覺(jué)傳感作用在大鼠、小鼠和人類中還存在爭(zhēng)議，因此，進(jìn)一步的詳細(xì)研究對(duì)于確認(rèn)FFAR4在不同物種中介導(dǎo)脂肪酸味覺(jué)信號(hào)傳感和攝食偏好中發(fā)揮的作用是至關(guān)重要的。

2.2 調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能

FFAR1在大腦皮層、海馬區(qū)、杏仁核、下丘腦、小腦和脊髓神經(jīng)元中廣泛表達(dá)。研究表明FFAR1信號(hào)可誘導(dǎo)神經(jīng)元分化并促進(jìn)神經(jīng)突觸生長(zhǎng)和分支。Zamarbide等發(fā)現(xiàn)在人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中，F(xiàn)FAR1信號(hào)通過(guò)誘導(dǎo)cAMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP responsive element binding protein，CREB）和ERK1/2的磷酸化來(lái)促進(jìn)突觸和神經(jīng)可塑性基因（如腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（the brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的表達(dá)。

除了與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)，F(xiàn)FAR1信號(hào)還與焦慮癥、抑郁癥和阿爾茨海默癥等精神障礙疾病相關(guān)，發(fā)揮的功能取決于配體類型。Chatterjee等發(fā)現(xiàn)輔助口服辛酸和正癸酸能顯著改善阿爾茨海默癥患者語(yǔ)言記憶和認(rèn)知水平。Harauma等的研究表明低-3多不飽和脂肪酸飲食的嚙齒動(dòng)物表現(xiàn)出攻擊性和抑郁行為，且高水平飽和脂肪酸飲食的嚙齒動(dòng)物也表現(xiàn)出焦慮和攻擊行為。海馬單胺系統(tǒng)調(diào)節(jié)焦慮樣行為，Aizawa等通過(guò)分析野生型小鼠與基因缺陷小鼠的情緒行為，發(fā)現(xiàn)基因缺陷型小鼠海馬、下丘腦的去甲腎上腺素水平升高，也更容易表現(xiàn)出焦慮及抑郁行為；說(shuō)明基因缺陷可導(dǎo)致海馬區(qū)單胺水平增加，去甲腎上腺素神經(jīng)元發(fā)育異常，產(chǎn)生焦慮和抑郁行為；該作者還發(fā)現(xiàn)在蔗糖偏好測(cè)試中，基因缺陷型小鼠蔗糖偏好降低且攝入量減少。蔗糖偏好測(cè)試一般用于評(píng)估抑郁行為，其特征是無(wú)快感。這些都表明FFAR1信號(hào)有助于抑制抑郁行為。

FFAR4信號(hào)調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能可能是通過(guò)減輕神經(jīng)炎癥來(lái)改善攝食行為和能量穩(wěn)態(tài)。研究證實(shí)攝入-3脂肪酸如DHA和EPA有助于控制情緒，這表明FFAR4信號(hào)在調(diào)節(jié)情緒中的潛在作用。盡管能在人和齲齒動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中檢測(cè)到FFAR4的表達(dá)，但人們對(duì)其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮的作用仍知之甚少，需要進(jìn)一步的研究來(lái)闡明FFAR4信號(hào)在神經(jīng)系統(tǒng)中的重要性。

2.3 介導(dǎo)抗炎作用

激活FFAR1和FFAR4可在體內(nèi)產(chǎn)生抗炎活性。Shen Lulu等研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)FAR1、FFAR4及其下游蛋白-arrestin2在感知-3脂肪酸后會(huì)抑制富含亮氨酸的核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域的重復(fù)序列受體蛋白（nucleotidebinding oligomerization domain leucine-rich repeatcontaining receptor protein，NLRP）3炎癥體的組裝和活化，NLRP3炎癥體是一種細(xì)胞內(nèi)多聚體蛋白復(fù)合物，在人類糖尿病等炎癥性疾病發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Nagatake等研究發(fā)現(xiàn)在小鼠和食蟹猴接觸性超敏反應(yīng)模型中，花生四烯酸的代謝產(chǎn)物17,18-環(huán)氧花生四烯酸通過(guò)激活FFAR1來(lái)抑制中性粒細(xì)胞移動(dòng)從而發(fā)揮抗過(guò)敏和抗炎作用。

FFAR4能介導(dǎo)巨噬細(xì)胞抗炎作用。FFAR4被GPCR激酶磷酸化，然后與-arrestin2偶聯(lián)，隨后內(nèi)化為FFAR4-arrestin2信號(hào)復(fù)合物。該復(fù)合物與TAB1結(jié)合，抑制TAB1介導(dǎo)的TAK1激活，TAK1通過(guò)MKK4/JNK和IKKβ/NF-κB信號(hào)途徑抑制下游促炎信號(hào)傳導(dǎo)；同時(shí)，該抗炎機(jī)制還依賴于-arrestin2介導(dǎo)的ERK1/2的激活，進(jìn)一步抑制NF-κB的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Oh等發(fā)現(xiàn)采用FFAR4的合成激動(dòng)劑化合物A（compound A，cpdA）治療后，抑制了高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖小鼠原發(fā)性巨噬細(xì)胞炎癥過(guò)程中的磷酸化調(diào)節(jié)激酶如IKKβ、JNK、TAK1的磷酸化從而發(fā)揮抗炎作用。

Anbazhagan等利用人腸上皮細(xì)胞Caco-2和小鼠腸上皮內(nèi)分泌細(xì)胞系STC-1的體外模型研究腸上皮細(xì)胞中FFAR4激活依賴性抗炎通路時(shí)發(fā)現(xiàn)，Caco-2細(xì)胞中觀察到上述抗炎信號(hào)通路，而在STC-1細(xì)胞中沒(méi)有觀察到因FFAR4-arrestin2偶聯(lián)產(chǎn)生的抗炎反應(yīng)。Mobraten等研究也發(fā)現(xiàn)Caco-2細(xì)胞表達(dá)FFAR4但不表達(dá)FFAR1。但用FFAR4激動(dòng)劑GW9508和TUG-891處理后，STC-1分泌GLP-1水平所增加。這些現(xiàn)象表明FFAR4在同一組織的不同細(xì)胞類型中誘導(dǎo)不同的信號(hào)通路。因此這種細(xì)胞類型特異性效應(yīng)可能為開發(fā)靶向不同信號(hào)通路的藥物來(lái)治療炎癥性疾病提供新的思路。

此外，Shewale等研究發(fā)現(xiàn)小鼠肝臟Kupffer細(xì)胞、循環(huán)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞均表現(xiàn)出多不飽和脂肪酸激活的FFAR4抗炎作用，飼喂富含-3脂肪酸的藍(lán)薊油和富含-6脂肪酸的琉璃苣油顯著降低了野生型小鼠脾中性粒細(xì)胞增多癥和單核細(xì)胞增多癥；抑制了肝巨噬細(xì)胞促炎基因的表達(dá)；盡管通常認(rèn)為-6脂肪酸是促炎介質(zhì)的前體，但作者發(fā)現(xiàn)在激活白細(xì)胞FFAR4的抗炎作用以及配體特異性方面，-3和-6這兩類多不飽和脂肪酸作用相似，可能的原因是多不飽和脂肪酸氧化增加從而引發(fā)了抗炎作用，值得注意的是，只有小劑量的-6脂肪酸才可以激活FFAR4產(chǎn)生抗炎作用，飲食劑量的-6多不飽和脂肪酸會(huì)抵消這種抗炎作用。盡管很多研究確定了DHA和EPA的抗炎作用，但FFAR4是否是-3脂肪酸發(fā)揮抗炎作用的真正介質(zhì)仍有疑問(wèn)。Hirasawa等通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在含1%牛血清白蛋白的培養(yǎng)基中，F(xiàn)FAR4不會(huì)被DHA激活，即使在FFAR4過(guò)表達(dá)的細(xì)胞系統(tǒng)中，F(xiàn)FAR4對(duì)-3脂肪酸的半最大效應(yīng)濃度（half maximal effective concentration，EC）也相對(duì)較高（1～10 mmol/L）。長(zhǎng)期高劑量-3脂肪酸治療會(huì)引起FFAR4脫敏，然而長(zhǎng)期食用-3脂肪酸對(duì)機(jī)體有益。Yamada等也指出，補(bǔ)充EPA可以抑制高脂肪、高蔗糖飲食小鼠脂肪組織中的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，但并未證明這種EPA誘導(dǎo)的效應(yīng)是通過(guò)FFAR4產(chǎn)生的。Paerregaard等發(fā)現(xiàn)與喂食-6脂肪酸的基因敲除小鼠相比較，喂食-3多不飽和脂肪酸的敲除小鼠抗炎脂肪因子、脂聯(lián)素循環(huán)蛋白水平增加，空腹胰島素水平下降，內(nèi)臟脂肪組織中促炎癥分子的mRNA表達(dá)量減少；因此作者提出-3脂肪酸發(fā)揮抗炎和胰島素抵抗的作用可能獨(dú)立于FFAR4信號(hào)，而與抗炎、胰島素敏感性脂肪因子、脂聯(lián)素水平的增加相關(guān)。

總體來(lái)說(shuō)，大量體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明FFAR1和FFAR4信號(hào)與抗炎作用有關(guān)，但是否介導(dǎo)-3多不飽和脂肪酸的抗炎作用仍有爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步的分子生物學(xué)驗(yàn)證。

2.4 調(diào)節(jié)食欲和改善肥胖

肥胖是長(zhǎng)期能量消耗和攝入之間不平衡的結(jié)果，肥胖引起的慢性炎癥與胰島素抵抗和2型糖尿病等疾病的發(fā)展直接相關(guān)。中長(zhǎng)鏈脂肪酸與肥胖間的關(guān)系較復(fù)雜。雖然餐后血漿游離脂肪酸水平的增加會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌量增加，但長(zhǎng)期高脂尤其是高飽和脂肪酸飲食，會(huì)促使β細(xì)胞凋亡；同時(shí)機(jī)體中的脂肪酸也會(huì)激活攝食獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)，導(dǎo)致攝入更多脂肪。在正常狀態(tài)下，當(dāng)攝入的脂肪酸超過(guò)腸道的吸收能力時(shí)，腸道中的FFAR1和FFAR4向大腦傳遞“油膩”的味道，停止進(jìn)食，因此FFARs的功能缺失會(huì)導(dǎo)致機(jī)體過(guò)度攝入脂肪。Ichimura等報(bào)道缺陷大鼠儲(chǔ)存的脂肪比野生型大鼠多得多，肥胖和胰島素抵抗也更嚴(yán)重。Stone等發(fā)現(xiàn)喂食-3脂肪酸后野生型小鼠的胰島素敏感性增強(qiáng)，但在缺陷的高脂飲食小鼠中并未觀察到此效應(yīng)。綜上，F(xiàn)FAR1和FFAR4的功能障礙可能是導(dǎo)致肥胖和肥胖相關(guān)代謝紊亂的重要原因。

FFAR1和FFAR4在胃腸道上皮細(xì)胞中表達(dá)，負(fù)責(zé)識(shí)別各種攝入的脂肪酸，促進(jìn)腸內(nèi)分泌細(xì)胞釋放飽腹感信號(hào)，如CCK、GLP-1和PYY，通過(guò)抑制生長(zhǎng)素釋放肽的釋放來(lái)減緩胃排空，促進(jìn)胰島素分泌和抑制食欲。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了游離脂肪酸與合成激動(dòng)劑激活的FFAR1和FFAR4信號(hào)能促進(jìn)葡萄糖刺激的胰島素分泌（glucose-stimulated insulin secretion，GSIS），機(jī)制包括以下兩方面：1）中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸激活FFAR1下游PKD1磷酸化和FFAR1依賴的肌動(dòng)蛋白解聚，從而增強(qiáng)GSIS的第二階段；2）LCFA激活FFAR4促進(jìn)GLP-1的分泌來(lái)促進(jìn)胰腺細(xì)胞的GSIS。

Ichimura等通過(guò)體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)均證明了小鼠缺陷顯著降低了[Ca]信號(hào)傳導(dǎo)和CCK分泌，而使用ALA能增加促進(jìn)野生型T-REx 293細(xì)胞的[Ca]反應(yīng)。Drzazga等研究表明，急性棕櫚酸鹽治療促進(jìn)了人胰島細(xì)胞的GSIS，而FFAR4拮抗劑ANT203部分抑制了這些影響。Itoh等證明了在缺陷小鼠中游離脂肪酸對(duì)GSIS的影響減弱，而胰島β-細(xì)胞FFAR1特異性過(guò)表達(dá)抑制了高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠高血糖癥的發(fā)展。Ludwig等發(fā)現(xiàn)在DIO小鼠模型中，飲食中的DHA和EPA可通過(guò)減少肝TAG積累、降低血漿非酯化脂肪酸（nonestesterified fatty acid，NEFA）濃度以及改善血漿胰島素水平發(fā)揮抗肥胖作用。Hira等指出，LA或ALA的腸道代謝產(chǎn)物，如13-氧代-順式-9（13-oxo--9）、順式-15-18:2（-15-18:2），在鼠STC-1細(xì)胞系中也能通過(guò)激活FFAR1刺激CCK分泌。

FFAR4功能失調(diào)會(huì)導(dǎo)致小鼠和人類肥胖。Ichimura等發(fā)現(xiàn)與高脂飲食喂養(yǎng)的野生型小鼠相比，缺陷小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的肥胖表型，包括體質(zhì)量增加、脂肪肝、脂肪生成增多和脂肪細(xì)胞炎癥。Sankoda等發(fā)現(xiàn)缺陷小鼠CCK分泌水平顯著降低，間接介導(dǎo)了GIP的分泌量減少。此外，棕色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱活性和白色脂肪細(xì)胞的褐變是保護(hù)機(jī)體免受肥胖和代謝疾病影響的關(guān)鍵機(jī)制。Quesada-López等發(fā)現(xiàn)FFAR4被-3多不飽和脂肪酸或者合成激動(dòng)劑激活后會(huì)誘導(dǎo)FGF-21的釋放，促進(jìn)棕色脂肪細(xì)胞活性和白色脂肪細(xì)胞褐變，改善肥胖。

然而最近有報(bào)道指出，同時(shí)激活FFAR4和FFAR1這兩種受體比單獨(dú)激活任一受體對(duì)調(diào)節(jié)能量平衡和改善下丘腦炎癥效果更好。因此，可進(jìn)一步研究FFAR1和FFAR4激活途徑是否有疊加放大信號(hào)的效果。

2.5 參與鎮(zhèn)痛作用

FFAR1信號(hào)的激活可能有利于減輕疼痛。FFAR1激活后通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源性阿片系統(tǒng)或單胺系統(tǒng)（也稱為下行疼痛控制系統(tǒng)）來(lái)發(fā)揮抗傷害作用，即FFAR1激活后可促進(jìn)內(nèi)源性阿片肽-內(nèi)啡肽的釋放，并激活大腦中去甲腎上腺素和5-羥色胺神經(jīng)元，從而控制疼痛。Nakamoto等研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，缺陷小鼠足底切口誘發(fā)的機(jī)械性疼痛加劇，下丘腦和中腦中包括DHA在內(nèi)的幾種游離脂肪酸分泌量增加。另外，側(cè)腦室注射DHA或GW9508可顯著減輕福爾馬林誘導(dǎo)的小鼠疼痛，使用FFAR1拮抗劑GW1100來(lái)抑制FFAR1信號(hào)會(huì)加劇小鼠的機(jī)械性疼痛。在靜脈注射DHA和GW950810 20 min后，下丘腦-內(nèi)啡肽的免疫性反應(yīng)增加。這也證明了中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用是通過(guò)激活FFAR1信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)源性阿片肽的釋放從而減輕疼痛，而不是脊髓。

與FFAR1不同的是，在嗅球、紋狀體、海馬、中腦、下丘腦、延髓、小腦和大腦皮層以及脊髓這些與疼痛作用相關(guān)的區(qū)域并未觀察到FFAR4的表達(dá)，因此還沒(méi)有充分的證據(jù)表明FFAR4參與鎮(zhèn)痛作用。

3 FFAR1和FFAR4合成激動(dòng)劑的研究進(jìn)展

FFARs作為調(diào)節(jié)能量代謝的潛在治療靶點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。雖然FFAR1在促進(jìn)胰島素和腸促胰島素分泌方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)FAR4在腸促胰島素分泌、胰島素增敏和抗炎作用方面具有巨大的潛力；但其天然配體均是高供能物質(zhì)，因此通過(guò)飲食方法來(lái)治療代謝性疾病存在局限性。人工合成的小分子激動(dòng)劑既可以起到激活下游信號(hào)通路產(chǎn)生相應(yīng)生物學(xué)功能，又不會(huì)被分解代謝供能以及產(chǎn)生糖脂毒性，是治療肥胖和代謝紊亂的理想藥物。目前FFAR1和FFAR4合成激動(dòng)劑研究取得了重要進(jìn)展（表4），包括對(duì)受配體結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的理解。大量研究已經(jīng)證明配體結(jié)構(gòu)中的羧基對(duì)FFAR1、FFAR4與配體的結(jié)合和激活必不可少。研究證明FFAR1與其配體結(jié)合的關(guān)鍵是其跨膜（transmembrane，TM）螺旋束頂部附近5.39和7.53位置的一對(duì)Arg殘基與內(nèi)源性游離脂肪酸（天然配體）以及各種合成配體中的羧基之間形成離子相互作用；然而，F(xiàn)FAR4的這兩個(gè)帶正電荷的殘基（Arg和Arg）并不保守。相反，Arg99是FFAR4與其配體羧基相互作用的關(guān)鍵殘基，配體?？吭贔FAR4的TM-2,3和TM-5,7之間的一個(gè)公共結(jié)合口袋中，羧基錨定在TM-2中的Arg99上。此外，Hudson等指出W198與W207之間形成π-π堆積相互作用，因此W198與W207也是FFARs與配體結(jié)合的關(guān)鍵殘基；比較明確的是疏水效應(yīng)在FFAR4與激動(dòng)劑的結(jié)合中起重要作用；作者還認(rèn)為在FFAR4中，配體需要以“V”型的形式與識(shí)別口袋結(jié)合，而FFAR1中，配體結(jié)構(gòu)需要以較窄的“U”型形式以擠壓到螺旋結(jié)構(gòu)之間。相比于FFAR1的狹窄空腔，F(xiàn)FAR4結(jié)合腔更大，更可能暴露于細(xì)胞外側(cè)。

表4 FFAR1和FFAR4的合成激動(dòng)劑Table 4 Synthetic agonists of FFAR1 and FFAR4

目前已經(jīng)鑒定了一種能激活FFAR1的共同結(jié)構(gòu)：苯丙酸部分（酸頭）或酸性生物電子等排體充當(dāng)氫鍵基團(tuán)，和作為疏水基團(tuán)的芳香族或雜芳香族環(huán)（芳基尾），該結(jié)構(gòu)類似于脂肪酸，如圖2所示。GW9508是FFAR1的一種合成激動(dòng)劑（表4），是一種部分激動(dòng)劑和變構(gòu)調(diào)節(jié)劑，也是迄今為止在體外和臨床前研究最廣泛的FFAR1激動(dòng)劑，可改善多不飽和脂肪酸對(duì)FFAR1的效應(yīng)，刺激Ca釋放。Li Meng等研究表明GW9508通過(guò)激活FFAR1調(diào)節(jié)AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）-ACC信號(hào)通路從而改善了C57BL/6小鼠肝X受體（liver X receptor，LXR）誘導(dǎo)的肝脂質(zhì)積累。TAK-875也是一種強(qiáng)效、選擇性和口服生物可利用的FFAR1激動(dòng)劑。Tsujihata等證明了TAK-875在不影響胰高血糖素分泌的情況下能增強(qiáng)GSIS，并改善糖尿病模型大鼠在空腹或餐后的高血糖癥。

圖2 FFAR1合成激動(dòng)劑的典型分子結(jié)構(gòu)[93]Fig. 2 Typical molecular architectures of synthetic FFAR1 agonists[93]

2014年，Srivastava等觀察到了人FFAR1-TAK-875復(fù)合物的X射線晶體結(jié)構(gòu)（圖3），這有助于全面理解FFAR1的結(jié)合口袋，以設(shè)計(jì)更有競(jìng)爭(zhēng)力的候選化合物。盡管TAK-875在II期臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的控制血糖效果，但其III期臨床試驗(yàn)因?yàn)榛颊甙l(fā)生嚴(yán)重的肝毒性而終止。

圖3 FFAR1-TAK-875復(fù)合物的X射線晶體結(jié)構(gòu)[99]Fig. 3 Crystal structure of FFAR1-TAK-875 complex[99]

迄今為止，TUG-891是最具選擇性和效力的FFAR4激動(dòng)劑，并已證明能增強(qiáng)脂肪細(xì)胞的抗炎作用。Zhang Dan等報(bào)道GSK137647能促進(jìn)嚙齒動(dòng)物細(xì)胞的胰島素釋放，改善糖尿病小鼠的餐后高血糖癥。2017年，Adams等報(bào)道了一系列含有聯(lián)苯環(huán)的選擇性FFAR4激動(dòng)劑，以Compound 18（Merck公司）為代表，它們?cè)趪X動(dòng)物體內(nèi)能發(fā)揮生物活性，其結(jié)構(gòu)見圖4A?；诖?，Zhang Xiangying等發(fā)現(xiàn)了以SR13（圖4B）為代表的一些具有聯(lián)苯支架的化合物，其均具有高FFAR4選擇性和顯著降血糖作用。作者指出FFAR4上的Arg、Trp和Trp對(duì)SR13與FFAR4的結(jié)合有不同程度的貢獻(xiàn)，SR13羧基附近的苯環(huán)中心與Phe苯環(huán)之間存在π-π堆積相互作用；此外，還發(fā)現(xiàn)SR13在FFAR4和FFAR1之間的選擇性取決于它能否通過(guò)優(yōu)先構(gòu)象進(jìn)入配體結(jié)合位點(diǎn)，即SR13的優(yōu)先構(gòu)象和FFAR1的狹窄入口袋之間的巨大差異決定了它對(duì)FFAR1的激動(dòng)劑活性較低。

圖4 Compound 18（Merck公司）[102]（A）和SR13[103]（B）結(jié)構(gòu)Fig. 4 Structures of Compound 18 (Merck)[102] (A) and SR13[103] (B)

近年來(lái)科學(xué)家們對(duì)FFAR1和FFAR4激動(dòng)劑結(jié)構(gòu)功能關(guān)系的理解有了很大進(jìn)展，但激動(dòng)劑在生理環(huán)境中如何靶向受體發(fā)揮作用仍有許多未解決的問(wèn)題，目前還沒(méi)有合成激動(dòng)劑通過(guò)三期臨床試驗(yàn)。合成激動(dòng)劑的研究仍面臨很多難題。首先，某些遠(yuǎn)離疏水核心結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸可能對(duì)激動(dòng)劑與受體的直接結(jié)合不重要，但是對(duì)FFAR1和FFAR4的激活很重要。比如Hudson等發(fā)現(xiàn)FFAR4氨基酸中的Trp突變?yōu)楸彼釙r(shí)，許多FFAR4激動(dòng)劑失去活性，盡管它遠(yuǎn)離激動(dòng)劑結(jié)合位點(diǎn)。Zhang Xiangying等的研究也證實(shí)了FFAR4的Trp殘基對(duì)其與SR13的結(jié)合沒(méi)有影響。因此小分子化合物與受體結(jié)合后如何激活受體啟動(dòng)下游信號(hào)還需深入研究。其次，需要闡明FFAR1和FFAR4激動(dòng)劑偏效性。GPCRs的信號(hào)傳遞有偏信號(hào)，即激動(dòng)劑配體可以選擇性地激活受體的一種信號(hào)通路，而不是激活來(lái)自同一受體的其他下游信號(hào)通路。比如，據(jù)報(bào)道，F(xiàn)FAR4的抗炎作用是由-arrestin2介導(dǎo)的，而促GLP-1分泌作用可能是由G介導(dǎo)的，不同受體模型基于-arrestin2相互作用分析產(chǎn)生的結(jié)果是否也轉(zhuǎn)化為G蛋白介導(dǎo)的Ca信號(hào)通路需要闡明。因此，激動(dòng)劑效應(yīng)分析應(yīng)該明確信號(hào)通路之間是否重疊或轉(zhuǎn)化。事實(shí)上，鑒于目前所有FFAR1和FFAR4配體之間的化學(xué)相似性：包括帶負(fù)電荷的羧基和延伸的疏水尾，需要增加合成激動(dòng)劑的種類多樣性，才能識(shí)別對(duì)受體具有真正偏好的化合物。最后，激動(dòng)劑功效評(píng)價(jià)需要進(jìn)一步研究。雖然不同物種之間的FFAR1整個(gè)序列是高度保守的，且蛋白質(zhì)水平上小鼠和大鼠FFAR1同源性為95%，與人FFAR1同源性分別是83%和82%，但是人、小鼠和大鼠FFAR1之間結(jié)合口袋周圍的氨基酸殘基非常不同。特別是人FFAR1結(jié)合口袋中的Leu在大鼠體內(nèi)被Phe所取代，這導(dǎo)致了某些激動(dòng)劑的FFAR1激活活性具有物種差異性。然而，人和猴子之間FFAR1的氨基酸序列在配體結(jié)合位點(diǎn)附近幾乎相同，只在殘基143位有一處不同，但該殘基遠(yuǎn)離結(jié)合口袋；因此，在某些情況下，猴子可能是研究受體-激動(dòng)劑結(jié)構(gòu)功能關(guān)系更好的動(dòng)物模型。

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)期高脂攝入將會(huì)導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)增加，而游離脂肪酸對(duì)機(jī)體的健康作用未得到充分重視。中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸作為機(jī)體能量來(lái)源和信號(hào)分子，通過(guò)激活FFAR1和FFAR4，在機(jī)體能量平衡和免疫代謝中介導(dǎo)味覺(jué)信號(hào)傳感、調(diào)節(jié)食欲、抗炎、胰島素增敏和調(diào)節(jié)新陳代謝。目前一系列具有特定結(jié)構(gòu)的小分子化合物已被證明能與FFAR1和FFAR4結(jié)合并進(jìn)一步激活下游信號(hào)通路產(chǎn)生生理功能。然而中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸及其受體對(duì)機(jī)體健康作用研究仍具有許多挑戰(zhàn)。首先，F(xiàn)FAR1和FFAR4的激活能否清除代謝性疾病還不清楚。其次，目前大多數(shù)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)激動(dòng)劑功效采用的模型都是大鼠和小鼠，基于二者與人中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸受體結(jié)合口袋周圍氨基酸殘基的差異性，激活的下游信號(hào)通路以及產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)是否真實(shí)代表人類還需要更多數(shù)據(jù)支撐。再次，F(xiàn)FAR1和FFAR4的分子信號(hào)機(jī)制與生理功能的關(guān)系還需進(jìn)一步探究。最后，合成激動(dòng)劑對(duì)FFAR1和FFAR4的選擇性機(jī)制還需要進(jìn)一步闡明，這將有助于開發(fā)更多不同功效的小分子激動(dòng)劑。