二十碳五烯酸生物活性及药理作用研究进展

张兆倩 ，刘 飞 ，张金华，黄 硕 ，朱希强

（1. 山东大学 药学院 生化与生物技术药物研究所，山东 济南 250012；2. 山东省药学科学院 山东省生物药物重点实验室 多糖类药物发酵与精制国家地方联合工程实验室，山东 济南 250101；3. 山东省药学科学院 博士后科研流动站，山东 济南 250101）

二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）属ω-3系列多不饱和脂肪酸，分子量为302.451，是人体内必需的微量生物活性物质。人体自身无法合成EPA，但可通过日常饮食获取。摄入二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）也可在人体内转化为EPA。天然存在的EPA主要在藻类、真菌、细菌等浮游生物中通过脂肪酸碳链延长、脱氢去饱和途径和聚酮合酶（polyketide synthase，PKS）途径合成。天然存在的EPA多为顺式结构（见图1），进入机体后在β-氧化酶系的作用下，在过氧化物酶体和线粒体中被氧化分解，但只有在特殊情况下才有可能被氧化分解供能，如重度饥饿时且其他脂肪酸被大量利用后。

图1 EPA结构

EPA的分子结构中含5个双键，极易发生脂质过氧化，因此提取分离过程较为复杂，常用的有尿素包合法、低温结晶法、分子蒸馏法、超临界萃取法和吸附分离法。为了得到高纯度的EPA，工业上常采用两种或两种以上分离方法相结合。

EPA作为ω-3家族的重要成员，近年多被报道具有降血脂、降低心血管疾病风险、抗肿瘤、抗炎、抗氧化应激、稳定斑块及稳定细胞膜等生物活性，国外已有EPA相关降血脂药物上市，是重要的辅助治疗药物和保健品。本文对EPA国内外相关临床试验和作用机制研究结果作一综述，旨在为EPA的进一步研究和相关适应症研究提供参考。

1 EPA相关上市药物及临床试验

现有EPA相关药物能显著降低重度高甘油三酯血症患者的甘油三酯（triglyceride，TG）水平，如美国Amarin公司2012年获FDA批准的药物Vascepa（处方药）的有效成分是EPA乙酯；2014年5月，阿斯利康ω-3脂肪酸制剂Epanova获得FDA批准，主要成分EPA和DHA，作为饮食疗法的辅助药物；又如日本武田制药公司的 Lotriga包含高度浓缩及纯化的EPA乙酯和DHA乙酯，此外还有Lovaza和Omtryg等国际上市药物。国内已上市的药物有多烯酸乙酯胶囊、胶丸，其成分为EPA乙酯和DHA乙酯，具有降低甘油三酯和总胆固醇的作用。美国Amarin公司于2019年第一季度末在美国提交一份补充新药申请，增加EPA心脏保护作用。

2 EPA的生物活性及药理作用

2.1 降血脂作用

血脂代谢紊乱，指血液中的胆固醇、TG、低密度脂蛋白异常升高，而高密度脂蛋白异常降低。血脂紊乱是引发动脉粥样硬化、冠心病等心血管疾病的主要原因之一，降血脂药可有效预防心血管疾病。目前临床常用的降脂药物可分为5大类：他汀类、贝特类、烟酸类、胆酸螯合剂、胆固醇吸收抑制剂。此外，新型的PCSK9抑制剂和鱼油类降血脂药物也具有较大的市场潜力。

EPA可抑制肝脏脂肪和脂蛋白的合成，促进胆固醇排泄，降低血液中的TG和低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C），同时增高有益的高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）。针对于高脂血症病人的两项随机、双盲、多中心扩展的III期临床试验结果[1]证实，Amarin公司开发的主要成分为EPA乙酯的降血脂药AMR101对混合型血脂异常有显著疗效，在降低TG水平的同时，不会增加LDL-C水平。EPA导致餐后TG水平的降低是由于脂蛋白脂酶（lipoprteinlipase，LPL）活性增加和血清极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）浓度降低引起的，从而导致乳糜微粒清除率增加。但EPA减少VLDL产生的确切机制尚不清楚，有可能是EPA减少了肝脏中脂质的保留，增加了肝脏脂肪酸氧化。载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）多存在于血浆乳糜微粒（chylomicron，CM）、VLDL及其残粒中，是LDL受体的高亲和力配体，与脂蛋白的代谢密切相关。ApoE的基因位点具有遗传多态性，与个体血脂水平的发展变化密切相关，EPA对LDL-C的作用机制复杂，并受ApoE遗传多态性影响[2]。研究证实，补充鱼油（含EPA和DHA）的患者脂肪组织中LPL mRNA表达增加[3]。LPL的活性受载脂蛋白的调控，载脂蛋白C II（ApoC-II）是其内源性激活剂，载脂蛋白C III（ApoC-III）是其内源性抑制剂。ApoC-III是富含TG的脂蛋白代谢和肝脏TG水平稳态的重要调节因子，ApoC-III的主要作用是通过非竞争性抑制内皮结合的LPL来调节脂解过程，从而减少血浆中TG的清除[1]。使用EPA乙酯和ω-3不饱和脂肪酸制剂治疗可降低血浆ApoC-III水平[1,4-5]。

2.2 心血管保护作用

EPA现已被证明可降低心血管疾病风险，在面向所有潜在的心脏疾病事件的大型随机临床试验中，ω-3不饱和脂肪酸（EPA和DHA）的摄入可减少心脏死亡事件[6]，补充ω-3不饱和脂肪酸可积极预防致命性心律失常。在Amarin公司开展的一项心血管试验中[7]，以EPA乙酯为活性成分的药物Vascepa将心血管病死亡风险降低20 %，将心血管病死亡、非致死性心脏病发作和非致死性卒中的相对风险降低26 %。与安慰剂相比，EPA乙酯将首发和再发心血管病死亡、非致命性心脏病发作或卒中、冠状动脉疾病手术治疗（如支架置入）或不稳定型心绞痛住院治疗的复合事件发生率降低了30 %。

Nomura等[8]评估了沙格雷酯、EPA和匹伐他汀对2型糖尿病患者动脉粥样硬化闭塞症相关生物标志物的影响，结果表明匹伐他汀和EPA联合治疗具有抗动脉粥样硬化的作用，并有助于预防2型糖尿病患者的血管并发症。在体外研究和针对高甘油三酯血症患者的临床试验中[9]，发现EPA可通过有效的抗氧化机制减少含载脂蛋白B（ApoB）颗粒的氧化，有助于LDL-C的清除和减缓血管斑块的进展。EPA对于心脏细胞可发挥直接的电生理效应[10]，EPA的抗氧化作用可增强HDL-C的动脉粥样硬化保护功能。Sherratt等[9]研究发现EPA以剂量依赖性方式阻止HDL-C氧化，并随着时间的推移而保持抗氧化作用的稳定性。

Den等[10]发现EPA可使舒张压降低，肾上腺素引起的心肌细胞的敏感性降低，同时可调节离子通道的活动[11]。在常用剂量下，检查EPA对脂质和载脂蛋白水平及脑血管疾病（cerebrovascular disease，CVD）风险的炎症生物标志物的影响，发现高剂量EPA（1800 mg/d）组脂蛋白相关磷脂酶A2浓度降低14.1 %[12]。

EPA乙酯不直接影响血管，而是EPA乙酯代谢物具有血管保护作用。大鼠灌胃给予14C标记的EPA乙酯，EPA、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DPA）和DHA被鉴定为EPA乙酯的代谢产物[13]，这些代谢物直接影响血管反应性。推测EPA乙酯的血管保护作用部分归因于血管内皮保护因子的功能增强，从而改善内皮功能障碍[14]。

2.3 抗肿瘤作用

EPA具有较好的抗肿瘤及协同抗肿瘤作用。绝大多数研究体外实验、动物实验及对肿瘤患者的临床观察中发现EPA可影响肿瘤细胞膜表面酶活性、受体表达及离子代谢通道等，进而调控肿瘤细胞内的细胞增殖周期、信号传导和蛋白质代谢等过程，同时EPA还可改善肿瘤患者的营养状况。

多不饱和脂肪酸代谢和生物转化通路对肿瘤影响很大，多种来自ω-3多不饱和脂肪酸的代谢产物可明显抑制肿瘤发生通路，如EPA代谢转化产物环氧化物能级联激活抗增殖和促凋亡通路，经脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）代谢产生的消退素是肿瘤源性炎症通路的有效抑制因子。因此，含ω-3多不饱和脂肪酸的磷脂分子可能是潜在抗癌剂，近来已成功对这类分子进行烷基化修饰以提高体内的稳定性。烷基化磷脂对多种肿瘤（皮肤癌和白血病）有较高的抗癌活性[15]，并可与已有抗癌药一起发挥协同作用。

早期大型流行病学研究显示，ω-3不饱和脂肪酸具有抗结直肠癌特性，膳食ω-3不饱和脂肪酸可预防初级结直肠癌。近年，大量的人体观察临床前数据表明ω-3不饱和脂肪酸可能在治疗结直肠癌方面具有临床效用，不仅仅是预防原发性结直肠癌。趋化因子配体2（chemokine C-C motif ligand 2，CCL2）是一种在肿瘤转移中发挥重要作用的促炎趋化因子，Volpato等[16]发现EPA治疗后结直肠癌患者血浆CCL2水平显著下降，且以前列腺素E2依赖性方式减少直结肠癌细胞CCL2的产生。同时EPA可调节环氧合酶（cyclooxygenase，COX）代谢，减少前列腺素的产生，进而抑制结直肠癌的发展[16-17]。

近期有研究显示EPA以剂量依赖的方式有效抑制Nav1.5通道钠电流，进而抑制Nav1.5通道介导的卵巢癌细胞迁移和生长[18]。Wang等[19]的研究发现，EPA可下调肿瘤细胞中蛋白激酶B，抑制雷帕霉素靶蛋白信号通路中吲哚胺双加氧酶的表达，从而激活宿主抗肿瘤免疫。同时，用EPA处理肿瘤细胞后，观察到犬尿氨酸水平的显著降低和T细胞存活的增加[19]。EPA能使肿瘤体积明显缩小，该效应与EPA可抑制血管内皮生长因子α（vascular endothelial growth factor α，VEGF-α）的表达有关。乳腺癌小鼠接受鱼油治疗后肿瘤生长减慢，肺转移灶数目明显减少，肿瘤血管内皮上VEGF 和血小板内皮细胞黏附分子CD31 的表达下降，肿瘤组织血管面积缩小。EPA 能下调VEGF 受体KDR 的表达，VEGF 诱导的内皮细胞增殖和管腔的形成呈EPA剂量依赖性抑制。

EPA具有良好的安全性和耐受性，在抗肿瘤及协同抗肿瘤免疫治疗方面具有较大的应用潜力。

2.4 抗炎作用

EPA口服给药可改善特殊饮食诱导的特异性皮炎小鼠的皮肤屏障功能障碍和瘙痒。特异性皮炎小鼠的角质层中，共价结合的神经酰胺显著减少，给予EPA后，神经酰胺水平恢复正常。Che等[20]的研究表明EPA降低细胞内淀粉样前体蛋白（APP）水平并改变APP的裂解，从而抑制氧化应激、高磷酸化、神经炎症和细胞凋亡，表明EPA可用作食品补充剂或功能性成分以缓解神经退行性疾病。

2.5 预防肥胖作用

棕色脂肪组织可对白色脂肪进行分解、氧化，加快新陈代谢，促进白色脂肪消耗，在能量消耗中起关键作用，因此活化棕色脂肪组织可预防、治疗肥胖症。高脂饮食喂养小鼠给予EPA后，小鼠棕色脂肪组织中产热基因如PRDM16和PGC1α及解偶联蛋白1的表达水平显著升高，同时在EPA处理的HIB 1B细胞中，产热基因PGC1α和SIRT2的mRNA表达水平显著升高。Rossignoli等[21]的研究表明膳食补充EPA可降低棕色脂肪组织中的线粒体密度，且EPA诱导的线粒体变化与身体能量消耗增加有关。

此外，EPA可下调与产热负相关的基因如缺氧诱导因子1α亚基抑制剂，上调与产热相关的途径如过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR），下调与肥胖和炎症相关的途径如活化B细胞的核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）。Pahlavani等[22]对来自棕色脂肪组织的RNA进行测序，发现参与产热的关键miRNA如miR-455-3p和miR-129-5p受EPA调节。EPA对其他miRNA的调控作用需更进一步的研究。

2.6 其他作用

Che等[20]通过Morris迷宫试验，发现EPA显着改善了高脂肪喂养SAMP8小鼠的学习和记忆功能，进一步的机制研究表明，EPA可通过抑制β-淀粉样蛋白的产生，显着改善阿尔茨海默病模型小鼠的认知障碍。对新生幼仔小鼠喂食富含EPA的人造乳，通过行为测试发现小鼠脑功能得到提高，表现出优秀的学习和记忆能力[23]。

董白霞等[24]研究发现在背景期和增殖前期体内应用EPA，可通过封闭flk-1受体、抑制VEGF发挥作用延缓糖尿病视网膜病变进展；还可下调基因Bax的表达抑制视网膜神经细胞的凋亡，延缓糖尿病视网膜病进展。

EPA目前在临床上用作改善不孕症的营养补充剂，特别是在患有多囊卵巢综合征的女性中，EPA可诱导胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）mRNA基因表达，并抑制环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX-2）的mRNA基因表达[25]。EPA治疗增加了卵泡细胞层的数量并促进了卵母细胞的成熟。EPA能通过胆固醇调节元件结合蛋白1（SREBP-1）/Toll样受体4（TLR4）途径改善大鼠多囊卵巢综合征[26]。

此外，补充EPA还可改善人类肘屈肌的周围肌肉向心收缩功能[27]、降低耐药性癫痫患者的癫痫发作频率[28]及抑制胆道闭锁患者的肝纤维化[29]等。

3 总结

近年，越来越多的体内和体外研究专注于EPA的生理作用。众多临床研究证实，EPA具有多种生物学活性，可保护心血管和关节的健康，有效帮助脑部和神经发育，提高机体免疫力，适量补充EPA对机体尤为重要。目前市场上的高纯度EPA主要来源于鱼油，鱼腥味明显且价格昂贵。所以开发利用微生物资源生产EPA具有广阔的应用前景。