摘 要
本文综述了共轭亚油酸(CLA)的结构及来源;目前CLA降低各种动物体脂的研究状况;CLA降低动物体脂的可能机制,包括:CLA对动物脂肪代谢的影响、CLA对脂肪细胞构成的影响、CLA对动物免疫的调节作用等。
关键词:共轭亚油酸;体脂;研究进展;作用机制
在七十年代, Wisconsin州立大学的 Michael
Pariza与他的合作者发现了精牛肉中诱变调节物的存在。后来,他们分离出存在于精牛肉脂类中的活性物,并显示出它潜在的抗癌活性。该活性物就是共轭亚油酸(Conjugated Linoleic Acid,简称CLA)。之后,有关CLA在一些动物模型中的的抗癌效果及其他生理作用有不断的及大量的报道,包括CLA的抗氧化的活性、加强免疫作用及保护因免疫细胞因子引起的分解代谢效应、抑制前列腺素E2的产生、降低动脉粥样硬化、促进动物生长与饲料转化效率、营养重分配作用等。而Scimeca
(1998)的研究也表明,CLA缺乏毒性,是安全的。本文试就CLA降低动物体脂的研究作一综述。
一 共轭亚油酸的结构
共轭亚油酸(CLA)是一组含有共轭双键(-C=C-C=C-)的亚油酸的各种几何与位置异构体混合物的总称。两者结构的主要不同处是:亚油酸为cis(顺)-9,cis-12的双键结构(亚甲基被打断),而CLA是亚甲基未被打断的具共轭双烯结构的脂肪酸。CLA有许多异构体,一般认为CLA的共轭双键起始于羧基端的第8、9、10、11个碳原子,共有四种几何构型即cis-trans(反)、trans-cis,
cis-cis, and trans-trans。总共有16种CLA同分异构体。c9, t11 ?CLA与 t10, c12-CLA 异构体被认为是最具活性的CLA制剂。
二 共轭亚油酸的主要来源
CLA主要来自瘤胃细菌对亚油酸的异构化作用及内源合成,故反刍动物的肉与奶产品是CLA的主要来源。普通的植物油含 CLA低,海洋食品缺乏CLA。CLA也可在实验室中用亚油酸通过强碱异构化处理来合成。在食品加工过程中,通过热异构化作用与工业处理使部分氢化,也能产生CLA异构体混合物。
(一) 对亚油酸的瘤胃生物氢化作用
共轭双烯结构在脂肪酸中不常见,在50年代,研究人员发现瘤胃微生物利用多不饱和脂肪酸产生CLA。c9,t11-CLA 是亚油酸(c9,c12-C18:2)被瘤胃厌氧细菌Butyrivibrio fibrisolvens生物氢化作用的第一个中间产品。而其下一步是共轭双键氢化为t-11单键,最后的氢化过程便产生了硬脂酸(C18:0)。当生物氢化不完全,c9, t11 C18:2 逸出瘤胃进入到血液中,就可吸收进入乳腺并整合到乳脂中。
(二)内源合成
大量的试验表明,在奶牛饲粮、肉牛饲粮中增加青绿饲料或粗饲料用量,以及对经产荷斯坦奶牛饲喂添加含鱼油的日粮,均可明显提高畜产品中CLA含量。因此应该存在另一条合成CLA的途径。
Corl and Chouinard et al(1998)、Corl and Lacy et al. (1999)通过奶牛真胃灌注实验表明,CLA合成是借助于trans-11 18:1的Δ9-去饱和作用。Griinari et al(2000)的奶牛真胃灌注实验也指出,奶牛乳脂中约有64%的CLA来源于内源合成。即通过源自trans-11 18:1的Δ9-去饱和酶作用的内源合成是奶牛乳脂中CLA的主要来源。Glaser et al(2000)研究指出,饲喂富含C18:1 反式脂肪酸的氢化脂肪的猪具有高CLA含量的背脂(0.44%),表明猪可能通过内源性Δ9-去饱和作用将反式脂肪酸酸转变为CLA。Santora et al(2000)研究表明,给小鼠饲喂1% trans-11-十八碳烯酸(即TVA),约有11.4 ± 1.25%的TVA转化成CLA(c9,t11-CLA),且转化发生在小鼠的脂肪组织。
三 共轭亚油酸降低动物体脂的研究
(一) 鼠 Chin et al(1994)研究首次发现,CLA提高了大鼠体增重与饲料效率。West DB et al(1998)用富含CLA的日粮饲喂雌小鼠6周,可降低43%到88%的体脂,尤其是腹膜后脂垫(retroperitoneal depot)对CLA尤为敏感。Park et al(1997)报道,添加0.5%CLA降低了小鼠超过50%的体脂,并提高了机体瘦肉率5%(雄小鼠)与14%(雌小鼠)及机体灰分与水含量。而Szymczyk and Pisulewski(1998)报道,在小鼠、大鼠日粮中补充0.5%CLA可分别降低体脂含量57-70%、23%,并提高机体瘦肉组织含量。Yamasaki;et al.(1999)研究指出,1%或2%的CLA可减少Sprague-Dawley大鼠肝与白色脂肪组织中甘油三酯及非酯化脂肪酸的含量,但不明显影响其在大鼠棕色脂肪组织中的含量,说明CLA具有防止肥胖的作用。DeLany et al.(1999)的试验采用AKR/J 雄小鼠及高脂日粮(%fat 45 kcal),CLA水平为0.25、0.50、0.75及 1.0%。试验结果表明:任何剂量的CLA都不影响小鼠的能量摄入量;0.50、0.75及 1.0%CLA组与对照组小鼠比,具有明显低的体脂,其中小鼠腹膜后脂垫对CLA尤为敏感;高剂量CLA也明显提高小鼠机体蛋白含量。Gabriele (2000)采用Sprague-Dawley大鼠,分别连续饲喂0 或 3 g/100 g CLA混合物3周, 然后采取失重的饲喂制度饲喂18天,结果表明:饲喂CLA强化日粮的大鼠体重比对照组低11%(P<0.05),且具低的体脂(1.47±0.16 vs. 1.07±0.09 g/100 g, P<0.05)与高的瘦肉沉积(25.6±0.2 vs. 28.4±0.3 g/100 g, P<0.05);CLA组大鼠肝脏中胆固醇含量比对照组低41% (P<0.05) ;CLA组大鼠血清中VLDL浓度显著低于对照组。该试验说明在加强大鼠贮存脂肪动用的情况下,高剂量的CLA混合物是一种强的营养再分配剂与脂类代谢调节剂。Deckere-EAM-de et al.(1999)研究表明,CLA异构体混合物与t10,c12 CLA分别降低仓鼠附睾脂垫重9%和16%。
(二)猪 Cook 与 Pariza 在1997年,完成了首次猪的试验。Cook et al.(1998)研究表明,猪从26 kg到上市体重饲喂CLA,可降低背脂超过20%,并提高了约7%的瘦肉量。除此之外,明显提高了肉色评分与脂肪硬度。Dugan (1997)的研究表明,CLA的饲喂,趋于降低猪的饲料采食量(-5.2%, P = 0.07)与提高饲料转换效率(-5.9%, P = 0.06) ,并且饲喂CLA的猪具有显著低的皮下脂肪(-6.8%, P = 0.01)及获得更多的瘦肉(+2.3%, P = 0.03)。Eggert et al(1999)研究也发现,在育成期猪日粮中包含CLA,能提高饲料效率、降低皮下脂肪与提高猪胴体瘦肉率。Dugan et al.(1999)的研究指出,2%CLA能极显著提高可提取的肌间脂肪量(+22%;P<0.01),从而也显示出一些提高猪肉组成的潜力。
Ewa Ostrowska et al (1999)在生长育肥猪(57kg)日粮(14.3 MJ DE与 9.3 g 可利用Lys/kg)中添加一系列不同水平的CLA(0, 1.25, 2.5, 5.0, 7.5 与 10.0 g/kg CLA, 含55%CLA 异构体),让猪任食,试验期为8周。结果表明:饲喂日粮含CLA的猪,其肉料比(G/F)提高了6.3% (0.328 vs. 0.348, P = 0.009);随CLA增加,脂肪沉积直线下降(-8.2 ± 2.09 g/d ,即每kg日粮中CLA浓度每增加1g所致脂肪沉积下降量; P < 0.001)。在最高水平的CLA含量,脂肪沉积下降88 g/d (-31%);与此相似,随日粮CLA增加,脂肪对瘦肉组织沉积的比率直线下降(-0.093 ± 0.0216 ,即每kg日粮中CLA浓度每增加1g所致脂肪对瘦肉组织沉积比率的下降量; P < 0.001);胴体瘦肉组织沉积对CLA的反应是二次曲线式,在日粮CLA含量5.0 g/kg时为最大(+25%)。总的来说,日粮CLA 提高了育肥猪饲料效率及瘦肉组织,降低了猪脂肪沉积。Carroll et al 在美国Purdur 大学1999年猪年度研究报告中表明,补充CLA1.0%(纯度60%)明显降低了高瘦肉型青年母猪饲料消耗(P<.05);随着使用CLA的持续时间增加,猪肉品质评分趋于提高;补充CLA可显著提高腹部的坚实度(P<.01);CLA降低了外脂肪层的厚度CLA (P<.05),但内脂肪层或中间脂肪层或机体第十肋骨处的脂肪深度、最后肋骨处脂肪的深度、最后肋骨处和腰椎处背脂的厚度不受CLA补充的影响。Schinckel et al 在美国Purdur 大学2000年猪年度研究报告中指出,CLA能极显著降低肉猪背脂厚度(P< 0.01)与提高瘦肉型猪腹部坚实度(P< 0.01)、及提高瘦肉率(P=0.02);CLA也能提高瘦肉型猪的猪肉品质,随CLA补充的持续时间增加,CLA对眼肌面积、感官色泽评定、大理石条纹、脂肪深度等的影响趋于数值上的增大。Giuseppe Bee(2000)对妊娠期母猪日粮补充CLA,明显提高了猪脂肪组织与乳脂中饱和性脂肪酸含量,并降低了其单不饱和脂肪酸的水平,即改变母猪背脂与乳脂FA组成。Swan et al.(2001)研究指出,在生长肥育阉公猪日粮中添加CLA (0.75%) ,可提高猪背腰瘦肉重(P < 0.05)、腹部肉中蛋白含量(P < 0.01) 及降低腹部肉中脂类含量(P < 0.01)。Tischendorf et al.(1999)研究表明,日粮中包含2%CLA的三酰甘油酯(总CLA为54.2%),对23.5 到114.0 kg猪的日增重、饲料采食量与饲料转换无明显影响;与对照组相比,猪胴体中瘦肉含量明显提高(58.7% vs 57.2%)(P<0.05);在CLA组,猪背脂厚度有降低的趋势。
(三)奶牛 Loor and Herbein(1998)研究表明CLA是乳腺脂肪酸重新合成与去饱和作用的潜在的抑制剂。Chouinard et al.(1999)采用商业用CLA混合物,纯度61.2%,主要的CLA异构体是c/t8,10, c/t 9,11, c/t10,12 与c/t11,13。4头Holstein奶牛,采用4 x 4拉丁方设计,处理组分别采取连续5天的真胃灌注CLA 0、50、100与150 g/d。结果表明,CLA真胃灌注提高了乳脂中CLA的含量(从6.8 mg/g脂肪(CLA 0剂量)到63.6 mg/g(CLA的最高剂量));CLA灌注对乳蛋白及乳产量无影响或少有影响,但却显著降低了乳脂含量与产量,分别降低达52 与55%。Kraft et al.(1999)通过对4头荷斯坦奶牛十二指肠灌注200gCLA混合物/天/头,连续灌注5天(第II期),与第I期和第III期不灌注相比,CLA明显降低了乳脂含量达40%,灌注期间乳脂产量也下降将近一半,但对乳蛋白与乳糖含量影响不明显。乳脂中CLA百分含量在灌注期间提高了7倍。这个数据表明,十二指肠灌注CLA抑制了乳脂合成,从而降低乳脂含量与产量。Baumgard et al(2000)的实验采用经产Holstein奶牛,采取3 X 3拉丁方试验设计,处理为4天真胃灌注一次(i)脱脂奶(对照), (ii) 9,11 CLA 补充物(提供10 g/天),(iii) 10,12 CLA 补充物(提供10 g/天)。只有10,12 CLA 补充物分别降低乳脂含量与产量42与44%。C14:0:C14:1 与 C18:0:C18:1比率提高表明10,12 CLA的补充也改变了Δ9-去饱和酶活性。总之,trans-10,cis-12 CLA 抑制了乳脂合成。
(四) 鸡 在鸡日粮中补充0.5%CLA可分别降低体脂含量22%,并提高机体瘦肉组织含量(Szymczyk and Pisulewski,1998)。Lee et al.(1999)在一项肉用仔鸡的试验中发现,提高日粮CLA水平或延长CLA饲喂期可降低鸡肉中胆固醇的含量。Simon et al.(2000)在一项肉鸡饲养试验研究中发现,饲喂每kg含29gCLA(纯度70%)的饲粮的肉鸡,其肝、心肌与腿肌中脂肪含量明显降低,而肝脏与腿肌中蛋白含量明显提高;组织脂类组成方面,饱和脂肪酸含量明显提高而单不饱和脂肪酸含量明显降低,组织脂肪类中CLA含量也明显上升。说明CLA可作为肉鸡的营养重分配剂,并且通过适当的喂养措施可生产出富含CLA的肉鸡产品。Szymczyk et al.(2001)对160只肉鸡给予四种具不同水平CLA(0、0.05%、1.0% 与1.5%)的日粮,结果发现:CLA可明显降低肉鸡腹脂含量(从-2.68%到-1.78%; P < 0.05),同时可提高腿肌含量(从+19.0%到+20.6%; P < 0.05) ,而肌肉组织中CLA的含量随其用量的增加而线性增加;饱和脂肪酸(16:0, 18:0)的相对含量明显提高 (P < 0.01),而单不饱和脂肪酸(16:1, 18:1)与肌肉组织中多不饱和脂肪酸明显降低(P< 0.05);总血清胆固醇浓度在饲喂1.0 % CLA的鸡中达最大,之后轻微下降(从141.73到136.47 mg/dl;P < 0.01),对HDL-胆固醇有同样的结果(从113.58到109.97mg/dl)。Szymczyk et al.(2000)对45 Hy-Line母鸡饲喂5中不同饲粮,CLA含量分别为0、0.5、 1.0、 1.5 与 2.0%,经16周试验期后,5组蛋黄重分别为17.2、16.6、16.7、16.4 与16.9 g;蛋黄中胆固醇含量分别21.5、17.9、16.2、13.0 与10.2%,而单不饱和脂肪酸含量分别为45.4、36.6、29.6、27.2 与28.2%。Park et al.(1999)研究表明,蛋鸡日粮中添加CLA,可提高蛋黄中CLA的含量,而随着蛋黄中CLA含量的提高,蛋黄中胆固醇含量却降低了,故当日粮中CLA含量>1%时有可能生产出低胆固醇蛋。Jones et al.(2000)用40只单冠白来航鸡(28周龄)进行的一项试验中表明:7天后,饲喂含0.5 与1.0 g CLA/kg日粮组的蛋鸡,其所产蛋的蛋黄中CLA含量明显高于对照组与0.01 g CLA/kg日粮组(P<0.0004)。在1.0 g CLA/kg日粮组,蛋脂中CLA的富集量与瘤胃动物食品中的量相似-3 mg CLA/g脂肪。Katleen Raes et al(2002)的研究发现,1%CLA的补充明显改变了蛋黄脂肪酸组成,如降低了单不饱和脂肪酸含量与提高了饱和脂肪酸含量,然而CLA不影响多不饱和脂肪酸的组成。
(五)其他动物
Twibell(2000)在对有斑纹杂交鲈鱼稚鱼进行的一项为期8周的CLA(0, 0.5%, 0.75%, 1.0%)试验发现,与对照组相比,1.0%CLA饲喂组鱼具有明显低的饲料采食量与增重;随日粮中CLA用量的增加,饲料利用效率明显提高;CLA饲喂组鱼肝总脂浓度明显降低,且1.0%CLA组鱼腹膜内脂肪比率明显低;饲喂CLA,hepatosomatic指数与肌肉及胴体水分含量明显提高;日粮CLA明显提高了肝和肌肉中18:2(c-9, c-12)含量,明显降低了其18:1n-7含量;饲喂CLA导致肝中20:5n-3与 22:6n-3含量明显升高,但减少这些脂肪酸在肌肉中的含量。本研究表明,饲喂CLA提高了组织中CLA的含量,降低了组织脂类含量,提高了饲料效率,并变更了鱼肝与肌肉中脂肪酸的含量。
四 共轭亚油酸降低动物体脂的可能机理
(一) CLA对动物体脂肪代谢的影响
1.加强脂肪酸氧化与利用
Park et al(1997)研究发现,CLA提高了小鼠脂肪垫与骨骼肌中肉碱脂酰转移酶活性,在体外明显降低了肝素释放脂蛋白脂酶活性。Sakono, et al.(1999)则认为CLA能在大鼠体内显示出低脂血的效果,部分应归结为加强了肝脂肪酸的β-氧化作用。Yamasaki et al(2000)的研究表明,CLA加速了大鼠白色脂肪组织中贮存脂类的分解与血清NEFA的清除,导致脂类的过氧化。Rahman et al.(2001)研究发现,在肾周白色脂肪组织与肩胛棕色脂肪组织中,CLA组大鼠线粒体肉脂酰转移酶(脂肪酸氧化的限速酶)活性分别明显提高1.7与1.6倍,而与此相反,磷脂酰磷酸水解酶(甘油三酯合成的限速酶)分别降低23%与15%。
2.降低甘油三酯的合成
Rahman et al(2001)指出,以游离形式或甘油三酯形式存在的CLA都可显著降低Otsuka Long-Evans Tokushima 脂肪型大鼠(OLETF)血清瘦素(leptin)浓度(降低42%)及肾周、附睾、网膜/内脏脂肪组织湿重;两种形式的CLA组可降低大鼠体重5.2%,但摄食量与对照组相似;另外CLA组可加强棕色脂肪组织、肾周脂肪组织、红色腓肠肌及肝中肉脂酰转移酶活性;CLA组血清中非酯化脂肪酸及甘油三酯的浓度也降低了。这表明,CLA的降低腹部白色脂肪组织的可能机理是加强了脂肪酸的氧化与降低了甘油三酯的合成。
3.抑制一些与脂肪代谢有关的酶活性及酶基因表达
CLA具有提高瘦肉型猪腹脂硬度的作用,可能与其降低Δ6-去饱和酶与Δ9-去饱和酶有关(Bretillon et al.,1999)。
Heckart在Purdue大学2000年猪研究的年度报告中指出,对AL(average lean line)猪饲喂CLA,降低(P<.05)或趋于降低(P=.13)硬脂酰CoA去饱和酶(SCD)基因表达。Choi-YoungJin et al.(2000) 对处于分化期的3T3-L1脂肪前体细胞用t10,c12-CLA处理,发现其导致硬脂酰-CoA去饱和酶1(SCD1)基因表达下降,且具剂量效应。
CLA是过氧化物酶体增殖子激活受体(PPAR-α)的高亲和力配体与活化剂,可对肝mRNAs编码的过氧化物与微粒体脂肪代谢酶包括乙酰-CoA 氧化酶 (ACO)、肝脂肪酸结合蛋白(L-FABP)与细胞色素 P4504A1 (CYP4A1)起正调节作用。故饲喂CLA,通过激活PPAR-α,可导致体脂肪降低与降低血脂肪含量 ((Moya-Camarena et al.,1999;Jeffrey et al.,2001)) 。
4.其他。有证据表明脂肪酸与细胞信号有关。受CLA影响的酶诱导脂肪酸从脂肪细胞排出。取代甘油三酯累积于细胞,甘油三酯被释放于血中并被骨骼肌和其他组织氧化成CO2(Miller, 1997)。Yamasaki et al(2000)的研究认为CLA是血清中leptin 水平的精确缩减剂。这可能提供一种CLA具有减肥效应的解释机制。 Yeung et al(2000)研究认为CLA降低血清胆固醇的机制可能部分与CLA对肠胆固醇酰基转移酶(ACAT)活性的负向调节有关系。
(二)CLA对动物脂肪细胞构成的影响
Heckart在Purdue大学2000年猪研究年度报告中指出, CLA可降低脂肪细胞大小及脂肪组织脂肪生成率。Brown et al.(2001) 的研究也表明, 对3T3-L1脂肪前体细胞的后融合培养物,在用50 µM CLA(trans-10, cis-12 CLA)分化的第一个6天后,具有大量的小细胞 (10-12.5 微米)。Evans et al.(2000)也认为,CLA通过抑制细胞增殖、降低甘油三酯含量及诱使脂肪前体细胞的apoptosis 来达到抗肥胖或降脂作用。
Brodie et al. (1999) 使用3T3-L1细胞系研究CLA对小鼠脂肪前体脂肪细胞分化的影响。结果表明,CLA抑制脂肪细胞发展通过两种不同方式:(1)CLA对处于增殖阶段时的培养细胞是导致其细胞数量的减少,即CLA抑制非融合细胞的增殖;(2)而当培养细胞到达融合阶段时,CLA不导致其细胞数量减少而抑制其分化。Satory and Smith(1999) 研究表明, 0.5、1.0、5.0 或 10.0 mg/L CLA 都能明显抑制脂肪前体细胞的增殖。并且CLA能促进脂肪的重新合成与脂类在3T3-L1脂肪前体细胞的充盈,表明CLA可能通过抑制基质脉管脂肪前体细胞的增殖来降低生长动物整体脂肪的累积。
Michael J. Azain, et al.(2000)的研究结果表明,饲喂CLA日粮的大鼠有比较多的小细胞(40-70μm直径)与较少的大细胞(70-140μm直径)。CLA对脂肪细胞数量缺乏影响,而对脂肪细胞大小有影响表明,CLA的最主要的效果可能是防止脂肪沉积或加强脂肪细胞中脂肪的动用。
(三)CLA对动物的免疫调节作用
Cook et al.(1993)观察到,对照组鸡注射LPS引起了超过24小时的失重,但那些饲喂CLA的鸡,尽管受免疫刺激,但仍继续生长。这个结果在小鼠与大鼠研究中重复出现 (Cook et al. 1993;Miller et al., 1994), 表明CLA对动物的免疫刺激起保护作用。Cook et al. (1993)假设CLA能通过变更二十烷类(前列腺素)的路径,而防止细胞因子引起的肌肉消耗。事实上,CLA降低许多组织中前列腺素的产量已被公认(Whigham et al, 1998; Cunningham et al, 1997)。
(四)其他
如DeLany et al.(1999)认为CLA的应用导致小鼠的能量代谢加强。West et
al.(2000)的研究发现,1%CLA降低AKR/J小鼠体脂达50%,但对体重及能量摄入无明显相关,而在5周试验中CLA提高能量支出平均达7.7%,表明CLA是通过慢性提高代谢率来降低体脂贮备。而West et al(1998)研究认为,独立于日粮组成(分高脂(45 kcal%)与低脂(15 kcal%)日粮),CLA(2.46 mg/kcal;在高脂与低脂日粮中分别含1.2%与1.0% )能明显减少雄性小鼠AKR/J能量摄入、生长率及脂肪垫重及胴体脂肪与蛋白含量,以及明显提高了小鼠代谢率与降低了夜间呼吸商等,显示CLA可能通过几个机制,包括减少采食量、提高代谢率及夜间“燃料”混合的转换,而降低体脂。
五 结语
有关CLA降低实验动物体脂的正面研究报道很多,但在猪禽方面的研究与应用的报道有限,且效果不一。这可能与CLA的价钱贵、CLA混合物的来源及其所含的异构体的质量与数量不一有关,也可能与动物种类有关。因此,今后的研究应着重在以下几方面:(1)开发更廉价的CLA产品;(2)从分子水平上,进一步阐明各种CLA异构体的营养作用及其代谢规律;(3)CLA的营养重分配作用在我国养猪生产中的实际应用价值;(4)开发CLA保健畜产品的可能性。