支链脂肪酸的食源性分析及活性机理研究进展

黄梦瑶，程 明，王存芳,*，姜 华,*

（1.齐鲁工业大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，山东 济南 250353；2.青岛市畜牧兽医研究所，山东 青岛 266000）

支链脂肪酸（branched-chain fatty acids，BCFA）是在直链碳链上具有一个或多个支链的饱和脂肪酸，其支链多为甲基，根据支链甲基的数量可分为单支链脂肪酸和多支链脂肪酸。当支链甲基在碳骨架的倒数第二个碳原子上时称为异构支链脂肪酸（iso-BCFA），在倒数第三个碳原子上时称为反异构支链脂肪酸（anteiso-BCFA）[1]。特殊的支链结构使得BCFA具有低熔点、防冻、氧化稳定性和良好的热稳定性。目前国内外对BCFA的研究还相对较少，且多集中在反刍动物制品。本文对BCFA的食物来源及活性机理进行了总结归纳，以期为BCFA的进一步研究提供理论依据。

1 BCFA的食源性分析

1.1 BCFA的母乳源性分析

母乳是婴儿的最佳营养来源，1958年首次从母乳中检测出BCFA[2]，BCFA在母乳中的质量分数高达1.5%。以婴儿对乳汁的需求量计算，3 月龄婴儿对BCFA的摄入量约为23 mg/kg，远高于其对二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）的摄入量（12 mg/kg）[3]。母乳中主要的BCFA组成及其质量分数如表1所示。有研究表明，随着泌乳期的延长，母乳中BCFA的含量均有所下降，其中anteiso-C17:0、anteiso-C15:0和iso-C17:0下降最为明显[4]。BCFA在母乳中的含量与多种因素有关，其中饮食是最大的影响因素。Dingess等[5]对美国辛辛那提州、上海和墨西哥3个地区母亲（产后4 周）所分泌的乳汁进行脂肪酸组成分析。结果显示不同地区母乳中BCFA的含量存在显著性差异，辛辛那提州母乳中BCFA的含量约为上海地区的2 倍。分析差异原因与饮食有关，欧美地区的人们多食用乳制品和牛羊肉，而在中国人群饮食中，乳制品和反刍动物肉制品的占比比较低。这说明母乳中的BCFA含量受哺乳期母亲饮食的影响很大，尤其是反刍类动物制品的摄入量。

表1 母乳中BCFA组成及其含量[4]Table 1 Composition and contents of BCFAs in breast milk[4]

不同脂肪酸在母乳乳脂甘油三酯中的位置不同，导致婴幼儿对脂肪酸的消化吸收速度有所不同。油酸、棕榈酸和亚油酸是母乳乳脂中3 种主要的脂肪酸，油酸主要分布在Sn-1位，棕榈酸主要分布在Sn-2位，而亚油酸在Sn-3位上[6]。Sn-1和Sn-3位上不饱和脂肪酸优先释放被肠道吸收，Sn-2位的棕榈酸可阻止不溶性皂钙的形成，从而提高婴幼儿对钙、矿物质的吸收[7]。有研究表明[8]，与甘油三酯的Sn-1和Sn-3位相比，BCFA在母乳乳脂中的Sn-2位上富集（约占BCFA的68%），但是在牛羊乳脂中BCFA在Sn-1、Sn-2和Sn-3位呈随机分布。在人体肠道中脂肪酸会被分解成2-单酰甘油（2-monoacylglycerols，2-MAGs）和游离脂肪酸的形式再被吸收，Sn-2位的BCFA会以2-MAGs的形式优先被人类肠道细胞摄取，且Sn-2位的BCFA在肠细胞中的摄取量约为游离脂肪酸的2 倍；母乳中BCFA在Sn-2位的富集特性有利于婴儿肠道对BCFA的消化吸收，尤其对于婴幼儿来说，母乳是其出生之后获取BCFA的最直接途径。因此，母乳喂养的婴儿对BCFA的摄取能力更佳，可为婴幼儿奶粉中BCFA的强化提供参考。

1.2 BCFA的畜产品源性分析

乳脂是BCFA的主要来源，不同反刍动物乳脂BCFA的碳原子数大多为14～18，但其含量有所不同。王蕾等[9]对乳脂中主要BCFA含量的分析结果表明，anteiso-C17:0在乳脂中的含量最高，可达0.501 g/100 g。马露[10]分别对奶牛、牦牛、水牛、娟珊牛、山羊、骆驼以及马等不同物种的乳汁中BCFA含量进行了研究，由图1可见，牦牛乳中BCFA含量最高，而马乳中BCFA含量最低；对于BCFA的类型而言，在所有动物乳中anteiso-C13:0的含量最低，在4 种牛乳中iso-C15:0的含量最高，山羊乳和骆驼乳中anteiso-C17:0的含量最高，马乳的iso-C15:0含量最高。孙万成等[11]对不同泌乳期的牦牛乳进行了BCFA的检测，结果表明，全乳期牛乳中BCFA的含量为2.00 g/100 g，牦牛乳中BCFA的含量为：全乳期4.07 g/100 g、半乳期为7.49 g/100 g。其中，牦牛乳中含量最高的BCFA是anteiso-C15:0和anteiso-C17:0[12]。有研究进一步对牦牛酥油及其酥油磷脂中的BCFA进行检测分析[13]，结果显示牦牛酥油中的BCFA含量显著高于酥油磷脂中的BCFA含量，而且冬季与夏季得到的牦牛酥油及其酥油磷脂中BCFA含量均不同，其中冬季牦牛酥油中BCFA质量分数可高达9.10%，夏季酥油磷脂中BCFA质量分数仅有3.24%。Ran-Ressler等[14]对美国零售牛奶中BCFA含量进行了测定，发现样品中anteiso-BCFA占BCFA总量的一半以上，且BCFA平均占乳脂脂肪酸的（2.05±0.14）%，与Pegolo等[15]的研究结果一致。

图1 不同物种乳中BCFA含量[10]Fig. 1 Contents of BCFAs in milk from different species[10]

陈韬等[16]对不同品种的山羊肉脂中BCFA进行检测发现，其BCFA含量均在4.35～5.15 g/100 g范围内，且另有研究表明羊肉中的BCFA大多都是iso-BCFA[17]。Aldai等[18]在对加拿大零售牛肉的调查中得到其BCFA含量在1.25～1.82 g/100 g之间。Ran-Ressler等的研究也表明牛肉中的BCFA含量较低，在1.60～1.89 g/100 g，且iso-BCFA含量高于anteiso-BCFA[19]。Wang Donghao等[20]对意大利腊肠和牛肉中的BCFA进行检测，结果表明，牛肉中C17:0和C18:0的BCFA占比更高，且牛肉中的BCFA含量显著高于猪肉。各类乳制品中BCFA的含量如表2所示，其中总BCFA质量分数最高的是绵羊奶酪，可达2.73%，最低是淡奶油（1.37%）。除冰淇淋外，其他乳制品中均是anteiso-BCFA质量分数高于iso-BCFA，anteiso-C15:0在大多乳制品如奶酪、酸奶和黄油等中的含量最高，但是在冰淇淋中则是anteiso-C17:0含量最高[19]。由此可见，在畜产品源中，牦牛乳中的BCFA含量最高。在乳及乳制品中anteiso-BCFA含量相对较高，而肉制品中则是iso-BCFA的含量相对较高。在畜产品中BCFA的分布较为广泛且含量相对其来源产品较高。

表2 不同乳制品中的BCFA含量[19]Table 2 BCFA contents in different dairy products[19]

1.3 BCFA的水产品源性分析

水产品中含有丰富的不饱和脂肪酸，BCFA在不同种类的鱼及不同组织如鱼肉制品、鱼油、鱼皮、内脏中的分布及含量亦存在差异。Yan Yuanyuan等[8]分析了金枪鱼、鳀鱼、巴沙鱼、古比鱼和鲑鱼5 种海鱼油中BCFA的含量及位置分布，其中巴沙鱼油的BCFA质量分数最低，为0.19%，古比鱼油的BCFA质量分数可高达2.94%。鱼油中的BCFA绝大部分都是iso-BCFA，但甘油三酯Sn-2位主要分布的是anteiso-BCFA。Wang Donghao等[21]对在美国东北部捕获的27 种淡水鱼进行了脂肪酸含量的检测。在这27 种淡水鱼中，BCFA的平均含量为其可食用鱼肉总脂肪酸的1%左右。在这27 种鱼类中，鱼皮中的BCFA含量明显高于鱼肉组织，且BCFA的主要种类为iso-C15:0、anteiso-C15:0、iso-C16:0、iso-C17:0和anteiso-C17:0。冯大伟等[22]通过气象色谱-质谱联用技术分析比较了鲤鱼、鱿鱼和鳕鱼皮中的脂肪酸，其中BCFA在3 种鱼皮的鱼油中均有少量存在，尤其3,7,11,15-四甲基十六烷酸在鳕鱼皮中质量分数高达5.29%。楼乔明等[23]对海洋生物中的3 种多支链脂肪酸进行了分析，结果表明多BCFA在海洋生物中的质量分数均较低，一般都在0.1%以下，其中内脏中的含量明显高于肌肉。孙丽霞等[24]采用超声提取法从罗非鱼内脏中提取油脂，其中BCFA质量分数为0.94%，iso-C17:0的含量占总BCFA的一半。通过BCFA的水产品源分析发现，海鱼中的BCFA含量高于淡水鱼；不同组织相比较，鱼皮中的BCFA含量相对最高，内脏次之，肌肉组织相对最少。

1.4 BCFA的其他食品源性分析

由于亚洲国家对乳制品消费相对较低，所以Wang Donghao等[25]推测发酵食品可能是亚洲食品中BCFA的来源，并对纳豆、虾酱、鱼露、味噌、泡菜和豆豉进行了BCFA检测。其中，纳豆中的anteiso-C15:0含量最高，可达总BCFA的1/3。虾酱中的iso-C17:0质量分数最高，为0.5%。以上几种食品中的iso-BCFA含量远远高于anteiso-BCFA，且BCFA碳原子个数均在15～18之间，其中虾酱中还含有iso-C20:0和iso-C24:0。作为发酵食品的一种，纳豆中的BCFA含量与乳脂相当，平均值为0.6 mg/g。与食品本身的成分相比，发酵可以显著增加BCFA的含量。因此，发酵食品可为素食主义者，即摄入牛奶、牛肉和其他反刍动物产品较少的人群提供一定量的BCFA。

2 BCFA的功能活性及作用机理

2.1 抗炎作用及其机理

BCFA具有很好的抗炎功能，其抗炎机制如图2所示。当脂多糖激活细胞表面的Toll样受体（toll-like receptor 4，TLR-4），进而激活核因子（nuclear factor，NF）-κB时，BCFA可直接与NF-κB相互作用，抑制其表达，从而降低白细胞介素-8（interlukin-8，IL-8）的合成[26]。Yan等[27]研究了BCFA对人肠道上皮细胞株（Caco-2）产生IL-8和NF-κB的影响。通过用特定的BCFA预处理细胞，然后用脂多糖刺激使细胞产生炎症。结果表明，anteiso-BCFA和iso-BCFA都能降低白细胞介素的抗炎基因表达。而且，在经脂多糖刺激的Caco-2细胞中，anteiso-BCFA的炎症抑制效果比iso-BCFA更好。该研究首次证明了BCFA对人肠道上皮细胞有明显的抗炎作用。

图2 BCFA抗炎机理[27]Fig. 2 Anti-inflammatory mechanism of BCFAs[27]

新生儿坏死性小肠结肠炎（neonatal necrotizing enterocolitis，NEC）是一种常见的死亡率极高的新生儿胃肠道急症。早产、肠道发育、喂养方式以及肠道菌群定植为影响NEC的主要因素[28]。与母乳喂养的早产儿相比，配方奶粉喂养的婴儿发生NEC的概率更高[29]，这可能是因为大多数配方奶粉不含有BCFA。在妊娠后期，随着胎儿吞食含有BCFA的皮脂量增加，其NEC的发病率下降。因此推测NEC的发生与BCFA的缺乏有关。Ran-Ressler等[30]实验发现BCFA喂养的幼鼠回肠中的抗炎细胞因子IL-10含量增加了3 倍，BCFA可使NEC发病率降低50%以上，验证了摄入BCFA能降低NEC发病率的假设。此外，BCFA会被回肠磷脂、血清和肝脏组织选择性吸收，摄取BCFA的幼鼠肠道微生物群组成发生了改变。其枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌的数量明显增加，系统地改变幼鼠盲肠微生物群。由此可见，BCFA对预防NEC具有相当明显的作用。

2.2 抗癌作用及其机理

有研究表明BCFA具有明显的抗癌活性，可通过抑制细胞癌的生长、抑制脂肪合成酶以及诱导癌细胞凋亡等途径表达。Yang Zhenhua等[31]利用大豆发酵产物13-甲基十四烷酸（13-methyltetradecanoic acid，13-MTD）治疗肿瘤细胞，2 h后即观察到肿瘤细胞的死亡，且在低质量浓度（10.03 μg/mL）下就可有效致死肿瘤细胞。尹心宝等[32]研究表明13-MTD有很强的诱导膀胱癌细胞凋亡的作用，其能明显抑制膀胱癌T24细胞的生长，且质量浓度在35～140 mg/L范围内增加时，细胞抑制率逐渐增大；不同的处理时间相比，24 h处理组的细胞抑制率高于12 h处理组，因此13-MTD的抑癌特性具有时间与浓度依赖性。翁绳美[33]对13-MTD诱导人早幼粒细胞白血病细胞HL60凋亡进行研究，结果表明，在药物处理24 h时其半抑制质量浓度为20.5 μg/mL，而且13-MTD对HL60的抑制和杀灭作用有明显的剂量依赖性。综上，13-MTD主要是通过诱导细胞凋亡而有效抑制肿瘤细胞生长，且没有明显的毒副作用，是一种潜在的肿瘤化疗药物。

由于肿瘤细胞可表达高水平的脂肪酸合成酶，所以脂肪酸合成酶可作为抗癌药物开发的靶点。对脂肪酸合成酶的抑制作用可以触发细胞凋亡的信号转导通路，从而导致细胞死亡。Wongtangtintharn等[34]证明了BCFA对人乳腺癌细胞中的抗肿瘤活性是由于BCFA对脂肪酸合成酶有直接的抑制作用，并且可以通过降低前体酶活性关系来降低脂肪酸的合成。在链长与抗肿瘤活性关系的研究中，iso-C16:0的活性最高，并且从C16:0开始，随着链长的增加或减少，其抗肿瘤活性均降低。BCFA对癌细胞的细胞毒性与共轭亚油酸相当。袁锦莹等[35]从牦牛酥油中提纯出的BCFA对人乳腺癌细胞的抑制作用与其结果一致。

对于BCFA的抑癌机理，Wright等[36]发现动脉注射含12-甲基十四烷酸（13-methyltetradecanoic acid，12-MTA）的靶向剂可显著抑制兔肌肉VX2鳞状细胞癌的生长，抑制机理为12-MTA显著降低了5-脂氧合酶（lipoxygenase，5-LOX）（一种前致癌物）在肿瘤细胞内的水平，同时增加了环氧合酶15-LOX-2的活性，从而导致了其产物羟基乙酸（一种抗癌化合物）水平的显著增高。这是首次报道BCFA（如12-MTA）的靶向动脉输送可能是治疗实体肿瘤的一种潜在新疗法。Wongtangtintharn等[37]进一步研究表明13-MTD是通过非依赖性半胱天冬酶途径来诱导乳腺癌细胞的凋亡，其主要破坏线粒体的完整性，从而阻止癌细胞的增殖[32]。12-MTA也是通过半胱天冬酶途径抑制前列腺PC3癌细胞的增殖[38]。Lin Tianxin等[39]发现13-MTD通过引起线粒体功能障碍，使细胞色素c从线粒体中释放出来，同时激活半胱天冬酶的活性，从而导致细胞凋亡抑制膀胱癌细胞的增殖与生存能力。

2.3 防治缺血及再灌注损伤

Faung等[40]研究表明13-MTD有很强的细胞溶解活性，且对血小板的溶解作用有浓度依赖性。高浓度（＞60 μmol/L）的13-MTD可引起聚集的血小板溶解，其溶解作用是通过膜面积的扩张引起细胞裂解实现；低浓度（40 μmol/L）时13-MTD可以抑制血小板的聚集和黏附功能。综上，13-MTD可以降低血液黏滞度，改善缺血组织的微循环，从而减轻再灌注时的无复流现象，对缺血再灌注损伤起到一定的保护作用，同时可防止血流灌通后的再狭窄。另有研究表明BCFA可以抑制5-LOX的活性，从而减少致炎因子的产生，有利于减轻因缺血再灌注损伤导致的组织炎症[38]。因此，BCFA在血管内能抑制血小板和白细胞功能，在血管外可抑制5-LOX活性，降低细胞膜通透性，从而减轻水肿及炎症反应[41]。Yu Juan等[42]研究表明13-MTD可立即减轻局灶性缺血再灌注损伤。不同剂量的13-MTD均能有效减少再灌注后24 h的梗死体积，减轻脑水肿，增加碱性成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子的mRNA和蛋白质表达，发挥神经保护作用，促进缺血半暗带内皮细胞增殖和血管生成。何宏星等[43]认为各剂量的13-MTD对不同时间大鼠局灶性脑缺血所致的脑损伤均有保护作用，缺血6 h时，80 mg/kg的13-MTD疗效较为明显。

13-MTD具有保护神经细胞形态以及减少其超微结构损伤的作用，可减少神经元的凋亡，从而提高细胞的存活率[44]。余涓等[45]研究了13-MTD对氧反常诱导大鼠胚脑皮质神经元凋亡和形态学损伤的保护作用，结果表明，模型组神经元胞体肿胀，突起收缩甚至脱落，神经细胞存活率显著下降。与模型组相比，不同剂量的13-MTD可有效改善神经元形态，使其细胞结构明显恢复，且20 mg/L的13-MTD改善效果最为显著。因此，13-MTD对氧反常诱导的大鼠胚脑皮质神经元损伤具有明显的保护作用。

2.4 降脂作用及其机理

肥胖是由于一系列的代谢紊乱引起的，主要表现为血脂异常，即低密度脂蛋白、总胆固醇和甘油三酯水平的升高以及高密度脂蛋白水平的下降[26]。棕榈酸的过量消耗可诱导高脂血症、胰岛素抵抗等代谢疾病，有研究表明BCFA可通过上调硬脂酰辅酶A去饱和酶的表达，促进9-十六碳烯酸的形成，进一步驱动9-十六碳烯酸参与三酰基甘油的合成，从而缓解由棕榈酸诱导的内质网应激和细胞凋亡[46]。在人体脂肪酸中，BCFA和奇数碳链脂肪酸的含量虽较低，但对血脂有很大的调节功能。Mika等[47]通过气相色谱-质谱法对超重患者血清中的奇数碳链脂肪酸和支链脂肪酸进行了综合性研究。其中超重患者血清中的BCFA水平明显低于对照组（图3）。而且，血清中的总BCFA含量与胰岛素、甘油三酯、18∶1/18∶0去饱和指数呈负相关。该研究首次证明了BCFA与肥胖之间的关系，在肥胖患者中，较低的BCFA含量可能导致血清中的甘油三酯水平升高。Su Xiong等[48]对肥胖患者术前和术后1 年的BCFA含量进行检测，表明肥胖患者在减肥后BCFA的含量增加，其结果与Mika等[47]的结果相一致。尽管BCFA在人体血液中的含量较少，但适当摄入可能会产生许多健康益处，与通常补充的n-3多不饱和脂肪酸类似。

图3 超重患者和对照组中BCFA含量[47]Fig. 3 Contents of BCFAs in overweight patients and control group[47]

Heimann等[49]对BCFA调节初级脂肪细胞的糖脂代谢进行了研究，结果表明，BCFA对基础脂肪生成和胰岛素刺激的脂肪生成均有抑制作用。李姣[50]探讨了BCFA的降脂作用及其机制，BCFA降低肝细胞内脂质含量的原因主要是抑制肝脏细胞部分脂肪合成关键酶的表达，以及促进脂肪分解关键酶表达。肝脏病变的重要原因之一就是脂肪沉积，非酒精性脂肪肝就是一种典型的由于肝细胞脂肪堆积诱导形成的病症。贺宇佳等[51]通过肝细胞脂肪沉积模型探讨了BCFA对肝细胞脂肪沉积的影响，研究结果与李姣[50]的一致，且BCFA对肝细胞脂肪沉积的抑制作用呈剂量依赖性。因此，BCFA可潜在改善脂肪代谢，减少肝细胞脂肪累积。

3 结 语

BCFA在人体中的含量虽少，却发挥着重要的作用，尤其对于婴幼儿的肠道健康。BCFAs在婴儿配方奶粉中的添加对预防新生儿NEC至关重要，因此，BCFAs是婴儿配方奶粉中不可缺少的营养素。最新研究表明，利用尿素络合法从羊毛脂游离脂肪酸中得到的BCFA浓缩物主要成分是anteiso-C15:0和anteiso-C17:0，说明BCFA浓缩物的组成和类型与母乳脂肪酸相似，在提高婴幼儿配方奶粉质量方面具有潜在的应用前景[52]。

目前关于BCFA的应用研究较为少见，通过对其功能特性的研究可以看出BCFA的各种生理功能对治疗某些疾病方面十分有益，说明BCFA有很大的应用空间，尤其在婴幼儿特医食品以及抗癌方面。反刍动物制品是人们摄取BCFA的主要来源，但我国对于乳制品的消费量相较于欧美地区低很多。所以，对于含BCFA的功能性食品或特殊医疗用途配方食品应受到相关研究者的重视。另外，我国对于BCFA的研究还较为匮乏，其生理作用机制、代谢途径以及不同结构对其生理功能的影响等方面都尚不清楚。因此，BCFA这一领域还具有十分广阔的研究前景。