什麼是縮醛磷脂?

縮醛磷脂是一種存在於幾乎所有人類組織的磷脂,而大腦的含量最高。它們在記憶,專注和認知功能起著關鍵作用。人體內的縮醛磷脂水平從胎兒階段開始增加,並在大約30歲達到高峰值後慢慢下降。研究表明,縮醛磷脂下降和大腦功能息息相關,尤其是缺乏縮醛磷脂的老年人。

縮醛磷脂的結構

縮醛磷脂是一種以甘油磷脂為母體化合物的磷脂。

縮醛磷脂包含脂肪醇,並含有乙烯基醚鍵(烯烴和醚的組合)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,碳通過磷酸酯鍵與乙醇胺(乙醇胺縮醛磷脂)或膽鹼(膽鹼縮醛磷脂)結合。

縮醛磷脂是怎麼形成的?

縮醛磷脂在過氧化物酶體(細胞器)合成。過氧化物酶體的功能隨著年齡的增加而減少。這導致縮醛磷脂的合成減少。

我們的大腦是含有縮醛磷脂最多的器官。縮醛磷脂是神經元膜和髓鞘的關鍵組成部分。因此,大腦縮醛磷脂的減少已經體現在各種神經退行性疾​​病包括阿爾茨海默氏病。

富含縮醛磷脂的食品

體內大多數縮醛磷脂由我們的身體產生。然而,少量的縮醛磷脂也可以從食物中獲得,如扇貝、雞和牛胸肉,鯊魚肝油和磷蝦油。

扇貝是縮醛磷脂最好的來源。迄今為止,其縮醛磷脂結構最接近人體內的縮醛磷脂。此外,從扇貝中提取的縮醛磷脂富含有益的多不飽和脂肪酸,DHA和EPA。當這兩種多不飽和脂肪酸從縮醛磷脂的結構被裂解時,扇貝-縮醛磷脂能提供縮醛磷脂的功能,以及DHA和EPA所發揮的作用。

富含DHA和EPA的縮醛磷脂被發現對大腦有更好及更快的效果。它們是必需脂肪酸,並只能從食物中獲得,而不能在體內合成。這兩種脂肪酸對視網膜、免疫、心血管、神經和認知功能都很重要。

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。

縮醛磷脂在不同組織中的分佈

縮醛磷脂構成了人體中總磷脂量的20%。 50%以上的甘油磷酸乙醇胺(GPEtn)分佈在人類的腦、心臟、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞。在特定的大腦區域,縮醛磷脂可能構成了近90%的GPEtn分佈。此外,腎臟和骨骼肌也被發現含有大量的縮醛磷脂。心臟和骨骼肌也含有大量的乙醇胺縮醛磷脂(PlsEtn)和膽鹼縮醛磷脂(PlsCho)。肝臟被發現含有最低量的縮醛磷脂。這和它們在肝臟的合成,並由脂蛋白運輸至其他組織有關。 (見下表)

除了組織,縮醛磷脂也是細胞膜(~ 15至20%的總磷脂)和亞細胞膜,包括細胞核、線粒體、內質網和高爾基體後網絡的重要組成部分。雖然縮醛磷脂開始在過氧化物酶體合成,它們並沒有在過氧化物酶體膜被發現。縮醛磷脂也存在於專門的膜,如細胞膜、髓鞘(神經細胞的一部分),以及分泌的膜,如突觸囊泡,分泌顆粒和表面活性劑。

縮醛磷脂在人類和其他哺乳動物不同組織的分佈。

注意:總磷脂含量包括心磷脂、GPEtn,PlsEtn,GPCho,PlsCho,GPIns,GPser和鞘磷脂。

以上圖表取自Braverman NE & Moser AB, 2012。

簡稱:PlsEtn:乙醇胺縮醛磷脂;PlsCho:膽鹼縮醛磷脂;GPEtn:甘油磷酸乙醇胺;GPCho:甘油磷酸膽鹼;GPIns:甘油磷酸肌醇;GPser:甘油磷酸絲氨酸;PL:磷脂;LDL:低密度脂蛋白;HDL:高密度脂蛋白;VLDL :  極低密度脂蛋白;CHO細胞:中國倉鼠卵巢細胞。

  • 縮醛磷脂的缺乏和其他疾病:

    除了阿爾茨海默氏病,縮醛磷脂的缺乏也和各種神經系統,呼吸道和其他疾病相關。

  • 神經系統疾病:

    許多神經系統疾病與縮醛磷脂的水平變化有關。這可能是由於縮醛磷脂合成的減少或其降解的增加。

  • 神經退行性疾​​病:

    大腦含有最高含量的縮醛磷脂,而腦縮醛磷脂水平的降低與其他神經退行性疾​​病相關,如帕金森氏症(Fabelo N et al., 2011),尼曼匹克症C型(Schedin S et al., 1997),唐氏綜合徵(Murphy EJ et al., 2000)和實驗性自身免疫性腦脊髓炎(Singh I et al., 2004)。儘管如此,科學家們仍然難以捉摸縮醛磷脂水平的降低是這些疾病的病因或下游效應。

    縮醛磷脂的缺乏也被發現進一步惡化X-連鎖腎上腺腦白質(X-ALD)小鼠的腦損傷(Brites P et al., 2009)。 ALD是一種遺傳性疾病,它影響白質神經系統和腎上腺皮質。此外,ALD患者腦白質乙醇胺縮醛磷脂的減少已被證實與活性氧(ROS)的升高相關(Khan M et al., 2008)。

  • 缺血和缺氧損傷:

    缺血性損傷是由於血液供應不足而引起細胞缺氧和損傷。缺血性損傷被觀察有顯著神經膜縮醛磷脂不足。這可能是由於縮醛磷脂分解代謝的增加。縮醛磷脂選擇性PLA2分解縮醛磷脂。研究人員發現在缺血性損傷時,兔子心肌(心臟肌肉壁)的PLA2十倍增加 (Hazen SL et al.,1991)。這PLA2的激發也同樣在兔子缺氧性損傷時被觀察到 (Portilla D et al., 1994)。缺氧性損傷是由於血紅蛋白含量或飽和度的減少。

  • 脊髓損傷:

    縮醛磷脂佔脊髓總甘油磷脂的大約1/3,髓鞘被檢測含有多數的PlsEtn。灰質和白質縮醛磷脂在整個脊髓受壓(對脊髓的壓力)過程中或過程後有類似的降解 (Demediuk P et al., 1985)。在壓縮的第一分鐘,大約10%的縮醛磷脂被降解。這縮醛磷脂降解隨後在損傷後的30分鐘增加至18%。這縮醛磷脂的降解可以解釋為縮醛磷脂選擇性PLA2在脊髓損傷時被激活。這也可能引起膜流動性和通透性改變,從而導致鈣離子內流增加,線粒體功能受損和活性氧的形成。所有這些情況可能導致脊髓損傷的神經退行性疾​​病。其中脊髓損傷的症狀是無法移動手臂和腿,便尿失禁,無意識和其他。

  • 過氧化物酶體病:

    齊薇格綜合徵患者被發現有較低的縮醛磷脂水平。這是一種常染色體隱性遺傳病。在發育過程,正常髓鞘的PlsEtn逐漸富含腎上腺酸和油酸(多不飽和脂肪酸)。然而,在齊薇格綜合徵患者的大腦,其PlsEtn缺乏腎上腺酸和油酸,這意味著這疾病的異常。總之,隨著多不飽和脂肪酸的變化,縮醛磷脂在齊薇格綜合徵在定量和定性方面都缺乏。縮醛磷脂的缺乏可能是因為醚脂質合成酶mRNA的不足所造成(Martinez M et al., 2000)。

  • 胎兒酒精綜合徵:

    胎兒酒精綜合徵(FAS)可能是因妊娠期間母親持續服用酒精。 FAS的新生兒有智力和運動功能缺陷和多動症。這種腦損傷的機制仍然是不詳的。然而,乙醇用量可能影響在大腦發育中DHA的積累。 DHA是縮醛磷脂合成所需的脂肪酸。另一項發現也表明,發育中和成人大腦神經膜的DHA和縮醛磷脂含量會隨著乙醇的接觸而降低(Wing D R et al., 1982; Hofteig JH et al., 1985)。胎兒大腦低DHA水平可以通過母親膳食中DHA攝入量的增加而恢復。營養不良:營養不良的新生兒腦組織被發現含有較低的縮醛磷脂水平。這縮醛磷脂水平的降低和營養不良大腦每單位面積突觸數量的減少相關 (Shoemaker WJ & Bloom FE, 1977)。營養的改善能恢復磷脂含量和逆轉營養不良的腦形態學變化 (Reddy TS et al., 1982)。呼吸系統疾病:體內縮醛磷脂水平的降低與呼吸系統疾病相關,如支氣管肺發育不良(BPD)和慢性阻塞性肺疾病(COPD)。 BPD,嬰兒和兒童的慢性肺疾病,是早產兒發病的主要原因。研究表明,早產兒氣管吸出物低縮醛磷脂水平提高患BPD的風險(Rudiger M et al.,2000)。然而,這些早產兒若給予高縮醛磷脂含量的表面活性劑,會有更好的呼吸作用(Rudiger M et al.,2005)。肺表面活性物質是由肺泡細胞形成的活性磷脂蛋白,這些蛋白能降低表面張力。加入表面活性物質磷脂混合物少量(2mol%)的縮醛磷脂降低表面張力(Rudiger M et al.,1998)。這提出了縮醛磷脂在表面活性劑的結構作用。既然新生兒有相對較低的縮醛磷脂水平,早產兒可能有較高的縮醛磷脂缺乏風險。

    COPD是一種以長期氣流不良為特徵的漸進性肺部疾病。這種疾病的症狀有呼吸困難,喘息,咳嗽痰多,胸悶和其他。吸煙是COPD的主要原因。大量COPD患者的代謝輪廓分析顯示吸煙和縮醛磷脂缺乏的顯著相關性。此外,吸煙者肺組織的AGPS(負責縮醛磷脂合成的關鍵步驟)mRNA轉錄下游調節意味著縮醛磷脂合成的減少(Wang Sattler et al.,2008)。這項研究進一步支持吸煙和縮醛磷脂缺乏的相關性。既然肺是活性氧(ROS)的直接目標,縮醛磷脂可通過其抗氧化性能防止呼吸道疾病。肺中的縮醛磷脂富含花生四烯酸(AA,ω-6脂肪酸涉及炎症和免疫力),這提示了縮醛磷脂在免疫防禦的作用。所有這些數據表明,縮醛磷脂在正常肺功能中扮演著重要的角色。

    其他疾病:與對照組相比,肥胖代謝綜合徵和II型糖尿病患者的低密度脂蛋白中的乙醇胺縮醛磷脂(PlsEtn)水平分別降低了22%和49%,而脂質過氧化增加(Colas R et al., 2011)。此外,血脂過多(脂肪和脂肪物質水平在血液中異常升高)的患者也被檢測到其紅細胞膜PlsEtn水平降低20%。