红松子油及皮诺敛酸的研究进展

李景彤,刘迪迪,王振宇

(哈尔滨工业大学化工与化学学院,黑龙江哈尔滨 150090)

红松(Pinuskoraiensis)为松科松属常绿针叶乔木,是主产于中国小兴安岭的珍贵树种。从红松松子中提取的松子油约含有14%～19%的皮诺敛酸[1]。皮诺敛酸(Pinolenic acid,PLA)为顺5,9,12-十八碳三烯酸,1994年日本科学家Sugano[2]首次在红松子油中发现这种独特的脂肪酸成分,其化学结构与γ-亚麻酸和α-亚麻酸相似,参与类花生酸的生物合成,具有减肥、降脂、抗炎、抗氧化等多种生理功效[3]。皮诺敛酸可以通过调节多种载脂蛋白表达来减少脂质生成,如通过增强肝脏对低密度脂蛋白的摄取,降低血清中低密度脂蛋白水平[4]。皮诺敛酸也可以刺激人体分泌抑制食欲的胆囊收缩素和胰高血糖素样肽,不仅能帮助机体更好的消耗脂肪,还能向大脑传递“饱腹感”信号,降低食欲[5-6]。本文就红松子油及皮诺敛酸的研究进展进行综述,并就其在食品、医药等领域的应用作出展望。

1 红松子油及皮诺敛酸的生理功能

1.1 减肥降脂

1.1.1 血脂调节 血脂主要是指血液中的胆固醇(TC)及其酯、甘油三酯(TAG)、磷酯、游离脂肪酸等,由载脂蛋白包括乳糜微粒(CM)、极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)运输[7]。肠道吸收的外源性脂类、肝脏合成的内源性脂类及脂肪贮存、脂肪动员等均需通过血液,故血脂水平可反映全身脂类代谢情况。人体脂类的合成与分解通常保持着动态平衡,但饮食(高脂、高胆固醇、高碳水化合物食品过量等)、疾病(肥胖、糖尿病等)、激素等因素则会引起脂类代谢紊乱。

Asset等[8]研究发现,与不含皮诺敛酸的其他植物油喂养的大鼠相比,含有皮诺敛酸的松子油可降低大鼠血清TAG和VLDL甘油三酯含量,然而差异并不显著。但Park等[9]也报道了红松子油显著降低肝组织TAG水平,并且上调长链酰基辅酶A脱氢酶(ACADL)mRNA表达,降低过氧物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)mRNA水平,下调白色脂肪组织中去乙酰化酶3(SIRT 3)表达。Ferramosca等[10]发现含有皮诺敛酸的松子油和不含皮诺敛酸的玉米油都显著降低参与肝脏脂肪酸合成的线粒体和胞质酶活性,由此可见松子油不是通过抑制肝脂肪生成发挥作用。因此,Zhu等[11]提出了红松子油可能是通过减少肠脂肪酸摄取和乳糜微粒形成,从而增加肝组织TAG代谢、线粒体脂肪酸氧化和VLDL形成。Lee等[12]对红松子油皮诺敛酸下调HepG2细胞脂质合成代谢途径的作用机制,研究表明,皮诺敛酸是通过降低脂肪酸合成相关基因SREBP1c、FAS和SCD1、胆固醇合成相关基因HMGCR和脂蛋白摄取相关基因LDLr的mRNA水平,参与下调ACSL3和ACSL4脂肪生成途径,从而下调HepG2细胞的脂质合成代谢途径。

1.1.2 控制食欲和体重 肥胖是膳食能量摄取过剩和机体能量消耗过低造成的脂肪的积累。肥胖与多种疾病相关,并且会增加代谢综合征的发病率[13]。研究表明红松子油能够有效控制体重和食欲,通过控制食欲调节体重,与神经系统调节和激素分泌密切相关[14]。胆囊收缩素-8(CCK-8)是一种在十二指肠细胞中合成的激素,促进蛋白质和脂质的消化[15]。胰高血糖素样肽-1(GLP-1)产生于回肠中,消化碳水化合物和脂肪[16]。这两种激素都能诱导产生饱腹感并抑制食欲。Einerhand等[17]的研究表明,红松子油多不饱和脂肪酸增加小鼠神经内分泌肿瘤细胞(STC-1细胞)CCK-8的分泌,而摄入红松子油的超重女性在摄入后四小时内CCK-8浓度提高了60%、GLP-1增加了25%,食欲降低了36%。此外,也有研究发现午餐摄入红松子油游离脂肪酸后食物摄入量减少了9%,相当于减少了7%的能量摄入[18]。

在Park等[9]的研究中,红松子油与大豆油相比,可以使饲喂高脂饮食(HFD)的小鼠体重降低17%,这可能是因为红松子油减少了脂肪组织沉积。Le等[19]也发现在饮食中加入红松子油,小鼠的体重增加减少,这与脂肪酸氧化、线粒体氧化和骨骼肌氧化代谢相关基因的表达上调有关。类似于其他多不饱和脂肪酸,红松子油中的皮诺敛酸可以作为PPARα和PPARδ的配体,因为它是γ-亚麻酸的位置异构体。这些核受体与脂质氧化代谢有关[20]。解偶联蛋白-1(UCP-1)是调节褐色脂肪组织生热作用和诱导生热作用相关基因表达的关键蛋白,研究表明松子油也能使UCP-1表达上调[19]。综上所述,红松子油可以通过增加控制食欲的激素来减少食物和能量的摄入,通过增加关键器官氧化代谢和褐色脂肪组织产热来增加能量消耗,从而导致更少的脂肪组织沉积和异位脂肪沉积,减少体重增加,使机体获得更健康的代谢状态。

1.1.3 增强胰岛素敏感性 2型糖尿病是一种代谢疾病,与年龄的增长和肥胖有关。2型糖尿病发展缓慢,起初通过胰岛素分泌增加补偿外周组织损失的胰岛素敏感性,但是胰岛素分泌增加使内质网压力增大,最终导致胰岛β细胞死亡,无法保持胰岛素分泌增加而使血糖水平上升[21]。脂肪酸在激活很多参与胰岛素响应组织的游离脂肪酸受体(FFA1、FFA2 FFA3和FFA4)方面发挥重要作用[22]。最近的研究表明皮诺敛酸作为FFA1和FFA4的配体[23],能够激活FFA1导致胰岛β细胞胰岛素分泌增加,激活FFA4导致胰岛素敏感性增强[24-25]。小鼠给药皮诺敛酸在葡萄糖中暴露30分钟后血糖降低。由此可见,皮诺敛酸激活FFA1和FFA4可以提高胰岛素分泌,促进葡萄糖的有效利用[26]。

1.2 免疫与抗炎

机体的免疫功能是由复杂的免疫系统实现的,它包括免疫器官、免疫细胞和免疫因子。免疫系统的存在及其功能的正常化是机体免疫功能稳定的基本保障,其中任何一部分的缺损或异常都会导致免疫功能的不全或紊乱,从而降低或丧失免疫功能。脾脏是血液循环中的过滤器官,也是人和脊椎动物体内最大的免疫器官[27]。脾脏可产生大量的淋巴细胞,其中以B细胞为主,约占总数的60%。脾脏还含有大量的巨噬细胞,在全身免疫和清除自身衰老血细胞等方面发挥重要作用[28]。在一项研究中,给腹腔注射卵白蛋白的免疫模型大鼠饲喂红松子油,与红花油对照组相比,松子油组大鼠脾脏CD4+T淋巴细胞以及脾细胞内白细胞三烯B4(LTB4)、免疫球蛋白IgE和lgG的比例升高[29],说明红松子油可以促进机体的免疫反应。

机体在进行免疫的同时往往伴随着炎症反应。炎症反应是指血液中的细胞和蛋白质分子穿过血管壁侵入组织的过程。抗原或异物入侵、创伤和感染等问题都可能引起炎症反应,释放多种炎性介质。众所周知,膳食脂肪酸会影响炎症介质的产生。一般来说,n-6多不饱和脂肪酸促进炎性介质的产生,而n-3多不饱和脂肪酸减少促炎介质的生成[30]。

有研究表明,皮诺敛酸似乎也能减少促炎介质的生成。Chen等[31]用LPS刺激小鼠小胶质细胞BV-2建立炎症模型,发现皮诺敛酸减少促炎介质的生成。浓度为50 μmol/L的皮诺敛酸分别使一氧化氮(NO)、白介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)减少41%、27%和74%,同时,显著减少前列腺素(PGE2)的生成。在LPS刺激的大鼠原发性腹膜巨噬细胞模型中,皮诺敛酸也能减少NO和PGE2产生。Chuang等[32]也报道了皮诺敛酸减少由LPS诱导的小鼠巨噬细胞RAW264.7 中PGE2的产生,且皮诺敛酸的作用呈剂量依赖关系。LPS刺激巨噬细胞诱导其一氧化氮合酶(iNOs)和前列腺素环加氧酶-2(COX-2)表达增加,iNOs和COX-2基因表达的上调通常与核转录因子的κB(NF-κB)途径激活有关。皮诺敛酸分别下调iNOs和COX-2蛋白表达,这说明皮诺敛酸可能和n-3多不饱和脂肪酸一样抑制NF-κB途径的激活。然而,Chuang等[32]也报道了皮诺敛酸减少PGE2产生,但增加了COX-2的表达,这表明与下调PGE2不同,皮诺敛酸及其代谢产物可能与AA竞争作为COX-2的底物。

1.3 抗氧化

生物系统通过有氧代谢和药物、紫外线、电离辐射和污染等外源生成的活性氧,包括过氧化氢、超氧阴离子和羟基自由基等,可能会对机体造成一定的伤害[33]。抗氧化酶在细胞防御自由基诱导的大分子和细胞损伤中发挥重要作用。这些酶包括超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等。Wang等[34]的体内动物实验研究表明,红松子油能显著提高大鼠血清中抗氧化酶的活力。在Chen等[35]的研究中,饲喂红松子油的大鼠血清SOD和GSH-Px活性升高,血清总抗氧化能力(T-AOC)高于高脂模型组,血清丙二醛(MDA)水平显著降低。

1.4 抗肿瘤转移

转移是决定癌症病情严重程度的一个主要因素,是指肿瘤细胞失去刚性结构而获得能动性向周围其他组织入侵[36]。一些多不饱和脂肪酸能抑制肿瘤发展,如二十碳五烯酸(EPA),另一些多不饱和脂肪酸似乎促进肿瘤的发展,如花生四烯酸(AA)。人类乳腺癌细胞在给药皮诺敛酸后能动性和侵袭性下降了25%,细胞多不饱和脂肪酸组成改变,AA从12.6%下降到4.9%。由于AA是PGE2的前体,PGE2合成呈剂量依赖性降低,COX-2表达也降低。然而,皮诺敛酸不影响细胞增殖,也没有观察到细胞基质粘连[37]。

2 皮诺敛酸的改性研究现状

目前,关于对皮诺敛酸改性的研究报道较少,早在1993年Kuklev等[38]利用脂氧合酶将皮诺敛酸(5Z,9Z,12Z-十八碳三烯酸)进行改性,得到的主产物为13-羟基-5Z,9Z,11E-十八碳三烯酸。而目前最主要的改性方法是将皮诺敛酸制备成结构脂。结构脂(SLs)是通过化学或酶法以一定的方式对自然界存在的脂类进行修饰,改变其脂肪酸组成或位置分布,使其成为具有特定分子结构和功能的脂类,具有更好的营养价值和物理化学性质[39]。根据已有的文献报道,主要采用酶法催化皮诺敛酸合成结构脂。

酶法合成结构脂的常见方法有:直接酯化法、酸解法和酯交换法。但是在实际操作中直接酯化法合成结构脂的工艺很少采用,大多采用酯交换的工艺路线。酶催化酯交换反应的机理是两个TAG分子之间或TAG与简单的酰基酯之间发生的酰基转移互换反应。酶催化酸解法制备结构脂是针对TAG所含脂肪酸的组成及位置进行优化,其机理是TAG上的酰基与游离脂肪酸进行交换的反应,本质上也是酯交换的一种形式[40]。Kim等[41]采用酶促酸解法催化皮诺敛酸与鲱鱼油合成结构脂。Lee等[42]以南极假丝酵母脂肪酶(Novozym 435)为催化剂,成功地催化松子油皮诺敛酸与乙醇的酯化反应,制备出皮诺敛酸含量较高的脂肪酸乙酯。已知皮诺敛酸主要取代松子油TAG的sn-3位,约占那个位置酯化脂肪酸的39%。当乙醇存在时,Novozym 435表现出对TAG的sn-3专一性。当松子油乙醇摩尔比为1∶80时,获得的脂肪酸乙酯皮诺敛酸含量和产量最佳。Pyo等[43]采用一种由青霉菌产生的冷活脂肪酶作为生物催化剂,催化皮诺敛酸与甘油合成了高纯度的单脂肪酸甘油酯。No等[44]将褶皱假丝酵母脂肪酶(Candida rugosa)固定化处理,催化松子油中获得的皮诺敛酸与植物甾醇合成植物甾醇酯,最大转化率可达93%。Woo等[45]将等摩尔的亚油酸、共轭亚油酸、皮诺敛酸和甘油在无溶剂系统中酯化,制备出具有减肥作用的TAG,并研究了固定化Novozym435对这三种脂肪酸的选择性。当甘油与混合脂肪酸摩尔比1∶3、酶加载量10%、温度70 ℃、真空度0.4 kPa、反应时间24 h条件下,该TAG最大得率为98.9%。在反应的初始阶段,Novozym 435的选择性顺序为皮诺敛酸>共轭亚油酸>亚油酸;而反应达到平衡后,Novozym435对三种脂肪酸的选择性无显著性差异。Huang等[46]以嗜热丝孢菌酶(Lipozyme TL IM)为催化剂酶促松子油与亚麻油酯交换,制备出含有皮诺敛酸的结构脂,并利用该结构脂改善了褐藻素的化学稳定性和生物可利用性。

甘油三酯的代谢和吸收取决于脂肪酸的立体特异性和链长,长链脂肪酸的吸收需要蛋白调控[47]。已知松子油脂肪酸的酯化主要发生在sn-1,3位[5],但是在十二指肠内胰酶优先水解sn-1,3位的酯键[48],因此甘油三酯sn-2位酯化的脂肪酸更容易通过肠壁进入人体,被有效地吸收利用[49-50]。吸收后的脂肪酸经淋巴途径进入血液循环运送到目标器官和组织。Zhu等[51]通过Lipozyme TL IM酶促皮诺敛酸和棕榈硬脂酯交换来增强sn-2位皮诺敛酸的含量,并应用于低反式人造黄油的制备[52]。Choi等[53]先使用Novozym 435酶促松子油脂肪酸重新分布,使TAG主链sn-2位为皮诺敛酸,再以Lipozyme RM IM为催化剂酶促皮诺敛酸分布在sn-2位的松子油脂肪酸与癸酸的酸解反应,制备出sn-2位富含皮诺敛酸的结构脂。Chung等[54]不仅由Novozym 435催化松子油脂肪酸与甘油酯化制备出sn-2位富含皮诺敛酸的结构脂,还在大鼠肠系膜淋巴管模型中证实了该结构脂比松子油皮诺敛酸更容易被肠道淋巴吸收。

3 前景与展望

皮诺敛酸是存在于松科植物种子中的特有多不饱和脂肪酸成分,在红松子油总脂肪酸中的含量约为14%～19%。红松子油皮诺敛酸具有多种生理功能,作为某些疾病(肥胖、心脑血管疾病、糖尿病、癌症等)的调节因子,以及通过相关酶活性和基因表达的调控，抑制某些疾病发生等相关研究,将会是未来医药研究领域的一个重要方面。

国内对于皮诺敛酸的研究和开发尚处于起步阶段,对于其改性产物的研究更是一片空白。通过改性皮诺敛酸使其分布在甘油骨架sn-2位上,比天然松子油皮诺敛酸更容易被小肠消化吸收,然而改性后生理功能的发挥是否增强还需要进一步通过体内外实验进行验证。本文的目的在于为红松子的开发利用提供一些理论依据,以提高红松子深加工技术和产品的附加值,同时为皮诺敛酸作为食品、保健品的功能性配料提供参考。

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