什么是缩醛磷脂?

缩醛磷脂是一种存在于几乎所有人类组织的磷脂,而大脑的含量最高。它们在记忆,专注和认知功能起着关键作用。人体内的缩醛磷脂水平从胎儿阶段开始增加,并在大约30岁达到高峰值后慢慢下降。研究表明,缩醛磷脂下降和大脑功能息息相关,尤其是缺乏缩醛磷脂的老年人。

缩醛磷脂的结构

缩醛磷脂是一种以甘油磷脂为母体化合物的磷脂。

缩醛磷脂包含脂肪醇,并含有乙烯基醚键(烯烃和醚的组合)在其甘油骨架sn-1位置,和脂肪酸,如二十二碳六烯酸(DHA,ω-3)或花生四烯酸(AA,ω-6)在其sn-2位置。在其sn-3位置,碳通过磷酸酯键与乙醇胺(乙醇胺缩醛磷脂)或胆碱(胆碱缩醛磷脂)结合。

缩醛磷脂是怎么形成的?

缩醛磷脂在过氧化物酶体(细胞器)合成。过氧化物酶体的功能随着年龄的增加而减少。这导致缩醛磷脂的合成减少。

我们的大脑是含有缩醛磷脂最多的器官。缩醛磷脂是神经元膜和髓鞘的关键组成部分。因此,大脑缩醛磷脂的减少已经体现在各种神经退行性疾病包括阿尔茨海默氏病。

富含缩醛磷脂的食品

体内大多数缩醛磷脂由我们的身体产生。然而,少量的缩醛磷脂也可以从食物中获得,如扇贝、鸡和牛胸肉,鲨鱼肝油和磷虾油。

扇贝是缩醛磷脂最好的来源。迄今为止,其缩醛磷脂结构最接近人体内的缩醛磷脂。此外,从扇贝中提取的缩醛磷脂富含有益的多不饱和脂肪酸,DHA和EPA。当这两种多不饱和脂肪酸从缩醛磷脂的结构被裂解时,扇贝-缩醛磷脂能提供缩醛磷脂的功能,以及DHA和EPA所发挥的作用。

富含DHA和EPA的缩醛磷脂被发现对大脑有更好及更快的效果。它们是必需脂肪酸,并只能从食物中获得,而不能在体内合成。这两种脂肪酸对视网膜、免疫、心血管、神经和认知功能都很重要。

您知道吗?

海洋无脊椎动物富含乙醇胺缩醛磷脂(PlsEtn)。大脑有高含量的PlsEtn,科学家们相信PlsEtn参与神经细胞保护作用。海洋食品中的PlsEtn主要包含DHA和EPA;而陆地食品的PlsEtn富含二十碳四烯酸(ETA)(Yamashita Y et al., 2016)。因此,从海洋食品中获取含有DHA和EPA 的PlsEtn是有潜质作为治疗膳食补充品,以改善及预防神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏病。

缩醛磷脂在不同组织中的分布

缩醛磷脂构成了人体中总磷脂量的20%。 50%以上的甘油磷酸乙醇胺(GPEtn)分布在人类的脑、心脏、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。在特定的大脑区域,缩醛磷脂可能构成了近90%的GPEtn分布。此外,肾脏和骨骼肌也被发现含有大量的缩醛磷脂。心脏和骨骼肌也含有大量的乙醇胺缩醛磷脂(PlsEtn)和胆碱缩醛磷脂(PlsCho)。肝脏被发现含有最低量的缩醛磷脂。这和它们在肝脏的合成,并由脂蛋白运输至其他组织有关。(见下表)

除了组织,缩醛磷脂也是细胞膜(~ 15至20%的总磷脂)和亚细胞膜,包括细胞核、线粒体、内质网和高尔基体后网络的重要组成部分。虽然缩醛磷脂开始在过氧化物酶体合成,它们并没有在过氧化物酶体膜被发现。缩醛磷脂也存在于专门的膜,如细胞膜、髓鞘(神经细胞的一部分),以及分泌的膜,如突触囊泡,分泌颗粒和表面活性剂。

缩醛磷脂在人类和其他哺乳动物不同组织的分布。

注意:总磷脂含量包括磷脂、GPEtn,PlsEtn,GPCho,PlsCho,GPIns,GPser和鞘磷脂。

以上图表取自Braverman NE & Moser AB, 2012。

简称:PlsEtn:乙醇胺缩醛磷脂;PlsCho:胆碱缩醛磷脂;GPEtn:甘油磷酸乙醇胺;GPCho:甘油磷酸胆碱;GPIns:甘油磷酸肌醇;GPser:甘油磷酸丝氨酸;PL:磷脂;LDL:低密度脂蛋白;HDL:高密度脂蛋白;VLDL :  极低密度脂蛋白;CHO细胞:中国仓鼠卵巢细胞。

  • 缩醛磷脂的缺乏和其他疾病:

除了阿尔茨海默氏病,缩醛磷脂的缺乏也和各种神经系统,呼吸道和其他疾病相关。

  • 神经系统疾病:

许多神经系统疾病与缩醛磷脂的水平变化有关。这可能是由于缩醛磷脂合成的减少或其降解的增加。

  • 神经退行性疾病:

大脑含有最高含量的缩醛磷脂,而脑缩醛磷脂水平的降低与其他神经退行性疾病相关,如帕金森氏症(Fabelo N et al., 2011),尼曼匹克症C型 (Schedin S et al., 1997),唐氏综合征(Murphy E J et al., 2000)和实验性自身免疫性脑脊髓炎(Singh I et al., 2004)。尽管如此,科学家们仍然难以捉摸缩醛磷脂水平的降低是这些疾病的病因或下游效应。

缩醛磷脂的缺乏也被发现进一步恶化X-连锁肾上腺脑白质(X-ALD)小鼠的脑损伤(Brites P et al., 2009)。ALD是一种遗传性疾病,它影响白质神经系统和肾上腺皮质。此外,ALD患者脑白质乙醇胺缩醛磷脂的减少已被证实与活性氧(ROS)的升高相关(Khan M et al., 2008)。

  • 缺血和缺氧损伤:

缺血性损伤是由于血液供应不足而引起细胞缺氧和损伤。缺血性损伤被观察有显著神经膜缩醛磷脂不足。这可能是由于缩醛磷脂分解代谢的增加。缩醛磷脂选择性PLA2分解缩醛磷脂。研究人员发现在缺血性损伤时,兔子心肌(心脏肌肉壁)的PLA2十倍增加 (Hazen SL et al.,1991)。这PLA2的激发也同样在兔子缺氧性损伤时被观察到 (Portilla D et al., 1994)。缺氧性损伤是由于血红蛋白含量或饱和度的减少。

  • 脊髓损伤:

缩醛磷脂占脊髓总甘油磷脂的大约1/3,髓鞘被检测含有多数的PlsEtn。灰质和白质缩醛磷脂在整个脊髓受压(对脊髓的压力)过程中或过程后有类似的降解 (Demediuk P et al., 1985)。在压缩的第一分钟,大约10%的缩醛磷脂被降解。这缩醛磷脂降解随后在损伤后的30分钟增加至18%。这缩醛磷脂的降解可以解释为缩醛磷脂选择性PLA2在脊髓损伤时被激活。这也可能引起膜流动性和通透性改变,从而导致钙离子内流增加,线粒体功能受损和活性氧的形成。所有这些情况可能导致脊髓损伤的神经退行性疾病。其中脊髓损伤的症状是无法移动手臂和腿,便尿失禁,无意识和其他。

  • 过氧化物酶体病:

齐薇格综合征患者被发现有较低的缩醛磷脂水平。这是一种常染色体隐性遗传病。在发育过程,正常髓鞘的PlsEtn逐渐富含肾上腺酸和油酸(多不饱和脂肪酸)。然而,在齐薇格综合征患者的大脑,其PlsEtn缺乏肾上腺酸和油酸,这意味着这疾病的异常。总之,随着多不饱和脂肪酸的变化,缩醛磷脂在齐薇格综合征在定量和定性方面都缺乏。缩醛磷脂的缺乏可能是因为醚脂质合成酶mRNA的不足所造成(Martinez M et al., 2000)。

  • 胎儿酒精综合征:

胎儿酒精综合征(FAS)可能是因妊娠期间母亲持续服用酒精。FAS的新生儿有智力和运动功能缺陷和多动症。这种脑损伤的机制仍然是不详的。然而,乙醇用量可能影响在大脑发育中DHA的积累。DHA是缩醛磷脂合成所需的脂肪酸。另一项发现也表明,发育中和成人大脑神经膜的DHA和缩醛磷脂含量会随着乙醇的接触而降低(Wing D R et al., 1982; Hofteig JH et al., 1985)。胎儿大脑低DHA水平可以通过母亲膳食中DHA摄入量的增加而恢复。营养不良:营养不良的新生儿脑组织被发现含有较低的缩醛磷脂水平。这缩醛磷脂水平的降低和营养不良大脑每单位面积突触数量的减少相关 (Shoemaker WJ & Bloom FE, 1977)。营养的改善能恢复磷脂含量和逆转营养不良的脑形态学变化 (Reddy TS et al., 1982)。呼吸系统疾病:体内缩醛磷脂水平的降低与呼吸系统疾病相关,如支气管肺发育不良(BPD)和慢性阻塞性肺疾病(COPD)。BPD,婴儿和儿童的慢性肺疾病,是早产儿发病的主要原因。研究表明,早产儿气管吸出物低缩醛磷脂水平提高患BPD的风险(Rudiger M et al.,2000)。然而,这些早产儿若给予高缩醛磷脂含量的表面活性剂,会有更好的呼吸作用(Rudiger M et al.,2005)。肺表面活性物质是由肺泡细胞形成的活性磷脂蛋白,这些蛋白能降低表面张力。加入表面活性物质磷脂混合物少量(2mol%)的缩醛磷脂降低表面张力(Rudiger M et al.,1998)。这提出了缩醛磷脂在表面活性剂的结构作用。既然新生儿有相对较低的缩醛磷脂水平,早产儿可能有较高的缩醛磷脂缺乏风险。

COPD是一种以长期气流不良为特征的渐进性肺部疾病。这种疾病的症状有呼吸困难,喘息,咳嗽痰多,胸闷和其他。吸烟是COPD的主要原因。大量COPD患者的代谢轮廓分析显示吸烟和缩醛磷脂缺乏的显著相关性。此外,吸烟者肺组织的AGPS(负责缩醛磷脂合成的关键步骤)mRNA转录下游调节意味着缩醛磷脂合成的减少(Wang Sattler et al.,2008)。这项研究进一步支持吸烟和缩醛磷脂缺乏的相关性。既然肺是活性氧(ROS)的直接目标,缩醛磷脂可通过其抗氧化性能防止呼吸道疾病。肺中的缩醛磷脂富含花生四烯酸(AA,ω-6脂肪酸涉及炎症和免疫力),这提示了缩醛磷脂在免疫防御的作用。所有这些数据表明,缩醛磷脂在正常肺功能中扮演着重要的角色。

其他疾病:与对照组相比,肥胖代谢综合征和II型糖尿病患者的低密度脂蛋白中的乙醇胺缩醛磷脂(PlsEtn)水平分别降低了22%和49%,而脂质过氧化增加(Colas R et al., 2011)。此外,血脂过多(脂肪和脂肪物质水平在血液中异常升高)的患者也被检测到其红细胞膜PlsEtn水平降低20%。