甘油三酯结构和中链脂肪酸含量对体外膳食脂质消化行为以及在 HepG2 细胞中下游 β-羟基丁酸生成的调节作用

《Food Bioscience》：Regulatory Effects of Triglyceride Structure and Medium-Chain Fatty Acid Content on in Vitro Dietary Lipid Digestion Behavior and Downstream β-Hydroxybutyrate Response in HepG2 Cells

　　

刘小红|王彦丹|金俊|魏伟|曾伟|王星国

中国江南大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，无锡214122

摘要

中链甘油三酯（MCTs）可以调节脂质和葡萄糖的代谢，但其快速氧化可能导致酮体（KB）的生成增加。为了平衡这一问题，提出了将中链脂肪酸和长链脂肪酸结合在同一系统中的策略。在这项研究中，使用MCT和菜籽油（RO）制备了物理混合物（PMs）和酶法酯交换结构脂质（SLs），其中中链脂肪酸（MCFA）的含量分别为10%、20%和30%。通过采用模拟的静态体外消化模型并结合HepG2细胞中的β-羟基丁酸（β-HB）测定方法，研究了甘油三酯结构和MCFA含量对脂质消化行为及下游β-HB反应的影响。随着MCFA含量从10%增加到30%，PMs和SLs均表现出增强的脂解作用和更高的β-HB水平。与具有相同脂肪酸组成的PMs相比，SLs表现出更高的脂解程度、更持续的游离脂肪酸（FFA）释放以及更高的不饱和脂肪酸（UFAs）的生物利用率。在MCFA含量为30%时，SL-H的FFA释放率最高（105.53%），UFAs的生物利用率也最高（75.84%–77.02%），而HepG2细胞中的相应细胞外β-HB水平只有PM-H的87.70%。总体而言，这些发现表明，甘油三酯结构的改变影响了脂解动力学、脂肪酸的生物利用率以及在体外消化-细胞筛选平台上测得的下游β-HB反应。这项工作为功能性膳食脂质的体外评估提供了结构-动力学-代谢框架，并为研究代谢灵活性受损情况下的脂质基营养策略提供了可检验的假设。

引言

膳食脂质是主要的宏量营养素，不仅作为高密度能量来源，还在决定食品系统的物理化学性质、感官特性和营养价值方面起着关键作用（Tietel等人，2023年）。甘油三酯（TAGs）在胃肠道消化过程中经历复杂的物理化学变化，其分子结构和脂肪酸（FAs）组成对乳液稳定性、脂肪酶可及性和脂质水解动力学有显著影响。传统的食用油主要是长链甘油三酯（LCTs），如菜籽油（RO）。其组成的长链脂肪酸（LCFAs）的线粒体运输依赖于肉碱棕榈酰转移酶-1（CPT-1）介导的限速步骤，导致能量供应相对较慢。相比之下，中链甘油三酯（MCTs）直接通过门静脉运输到肝脏，在那里迅速氧化以产生能量。此外，MCTs不易储存于脂肪组织，并且据报道可以改善胰岛素抵抗（Cao等人，2025年；He等人，2024年）。然而，纯MCT的摄入可能会引起胃肠道不适并增加必需脂肪酸缺乏的风险。

为了在发挥MCTs的代谢益处的同时减少其过度的生酮潜力，将中链脂肪酸（MCFAs）和长链脂肪酸（LCFAs）结合在同一脂质系统中被提出作为一种有效的调节脂质消化行为的策略。两种典型的方法是MCTs和LCTs的物理混合物（PMs）以及通过酶法酯交换制备结构脂质（SLs）（Cheng等人，2024年；Wang等人，2022年）。这两种方法形成的TAG结构有显著差异：在PM中，MCFAs和LCFAs以独立分子形式存在，而在SL中，这两种脂肪酸被整合到同一甘油骨架中。这种结构差异可能会影响界面性质、脂解动力学和后续代谢命运（Cheng等人，2024年；Infantes-Garcia等人，2021年）。除了整体的TAG分子种类外，甘油骨架内的位置异构性，特别是sn-2位置的脂肪酸分布，也可能影响消化命运，因为胰脂肪酶优先水解sn-1和sn-3位置，从而影响可用于胶束结合和后续吸收的残余sn-2单酰甘油（MAGs）的组成。尽管对SLs的消化进行了大量研究，但大多数现有研究，包括我们之前的工作，都集中在单一或固定MCFA比例的脂质系统上（Wang等人，2025b年；Wang等人，2023年）。我们早期的研究表明，甘油三酯结构会影响脂解行为和脂肪酸的生物利用率（Wang等人，2023年），并进一步将这些观察扩展到胆盐缺乏的条件以及下游吸收/营养性能（Wang等人，2025a年；2025b年）。然而，这些研究并未系统地考察具有匹配MCFA水平的PM和SL系统，也未将消化产生的脂质组分与下游肝细胞酮生成反应直接联系起来。因此，MCFA含量对脂质消化和下游代谢的剂量依赖性效应仍不十分清楚。

MCFAs和LCFAs在物理化学性质和消化特性上有所不同。MCFAs的两亲性使其能够调节乳液界面行为：从胶体化学的角度来看，不同的MCFA比例会改变油水界面的极性和表面张力，从而影响脂肪酶的吸附效率和胶束溶解能力，最终调节脂肪酸的释放速率（Kim等人，2023年）。从代谢的角度来看，MCFA含量直接决定了进入肝脏的底物流量：不足的水平无法发挥代谢调节作用（Nonaka等人，2022年；Rial等人，2020年），而过高的水平则会超过肝线粒体的氧化能力限制。在过量MCFAs氧化过程中，乙酰辅酶A会积累超过三羧酸（TCA）循环的代谢能力，从而导致酮体（KB）的合成（Huang, Gao, & Chen, 2021年；Nimbkar等人，2022年）。在代谢灵活性受损的情况下，这种考虑尤为重要，因为在这种情况下，肝脏快速底物流入与下游氧化处理的能力可能不足。在这种情况下，MCT和LCT的PMs中MCFAs的快速释放可能会增加底物可用性与氧化能力之间的暂时性不匹配，从而促进酮体的生成。这可能会加剧氧化能力受损个体的酮体积累，带来代谢压力和组织功能障碍的风险（Garcia等人，2020年；Kanikarla-Marie & Jain, 2016年；Niezen等人，2023年；Szili-Torok等人，2023年）。相反，更持续的脂肪酸释放模式可能有助于调节这种不匹配。因此，了解甘油三酯结构如何影响MCFA的释放动力学和下游酮体反应，可以为功能性膳食脂质的体外比较设计和评估提供有用的见解，同时需要在更符合生理学的模型中进行验证。因此，酮体生成可以作为脂质消化动力学和脂肪酸释放行为的敏感、综合的下游指标。在细胞水平上评估酮体生成可以提供机制上的见解，揭示MCFA含量和消化动态差异如何转化为消化后的不同生化反应。

尽管之前的研究确定了甘油三酯结构对脂质消化、吸收和营养价值的重要性，但仍存在几个关键空白。首先，尚未系统地评估在具有匹配组成的PM和SL系统中MCFA水平的剂量依赖性作用。其次，这些消化差异对下游肝细胞的酮生成后果尚不清楚。第三，很少有研究同时包括相应的原始油（RO和MCT）并与PM和SL进行比较，这有助于区分甘油三酯结构改变与原始油基质本身的影响。因此，在本研究中，使用MCT和RO作为原料构建了具有不同MCFA水平（10%、20%和30%）的PM和SL系统。通过将静态体外消化与HepG2 β-羟基丁酸测定相结合，本研究旨在确定甘油三酯结构和MCFA含量如何共同调节从脂解动力学和脂肪酸生物利用率到肝细胞酮生成潜力的整个过程，从而扩展了我们之前的工作，建立了一个将脂质分子设计与消化驱动的生化结果联系起来的机制框架。

章节片段

实验材料和试剂

MCTs购自上海有创实业有限公司；RO由益海凯瑞集团（中国上海）提供；Lipozyme RM（固定化的Rhizomucor miehei）购自诺维信生物技术有限公司（中国北京）。Supelco 37 Component FAME Mix、氟化硼-甲醇溶液（14%，w/w）和胰脂肪酶（II型，L3126，100–650单位/毫克蛋白）均购自Sigma-Aldrich化学有限公司（中国上海）；Amano 12脂肪酶（≥30 U/毫克）购自

脂肪酸组成和TAG谱

表1和表2分别显示了样品的脂肪酸和甘油三酯组成。结果表明，PM和SL组之间的脂肪酸组成高度一致，表明酯交换并未显著影响脂肪酸的种类和总量（p > 0.05）。然而，它们的甘油三酯分子分布有根本不同。PM组表现出明显的“二元分布”模式，其特征是

结论

本研究通过结合体外消化-HepG2筛选平台，系统地研究了甘油三酯分子结构（PMs与SLs）和不同MCFA含量（10%–30%）对脂质消化动力学和下游β-HB反应的影响。PM系统保持了MCTs和LCFAs的独立水解特性，表现为MCFAs的初始爆发式释放，随后是LCFAs的延迟水解。相比之下，具有匹配脂肪酸组成的SLs表现出

CRediT作者贡献声明

王彦丹：撰写——审稿与编辑，数据整理。刘小红：撰写——原始草稿，方法学，正式分析。魏伟：研究，概念构思。金俊：研究，资金筹措。王星国：项目管理，概念构思。曾伟：研究，概念构思

未引用参考文献

Mun等人，2007年；Wang等人，2022年；Yuan等人，2020年。

注释

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（2021YFD2100303-->）的支持。

利益冲突声明

作者未报告任何潜在的利益冲突。