脂肪酸是脂类的重要结构组分，根据不饱和度的不同，通常可分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸根据不饱和键的位置又可分为n-7、n-9、n-6、n-3四类脂肪酸。根据碳链长短又可分为短链、中链及长链脂肪酸。脂肪酸可通过膳食摄入，部分脂肪酸也可由机体自身合成。机体自身无法合成的脂肪酸被称为必需脂肪酸，包括α-亚麻酸和亚油酸。脂肪酸在人体内可氧化供能，可代谢生成一系列类花生酸，也可参与调控一系列信号通路，影响机体生理功能。

脂肪酸的化学式为R-COOH，式中的R为由碳原子所组成的烷基链。脂肪酸的分类方法之一是按其链的长短，即按链上所含碳原子数量来分类。碳原子数2～6的为短链脂肪酸；8～12的为中链脂肪酸；14～26的为长链脂肪酸。人体血液和组织中的脂肪酸大多数是各种长链脂肪酸。根据体内脂肪酸的来源又可分为必需脂肪酸（essential fatty acids，EFA）（自身无法合成，必须从食物中摄取，如亚油酸、α-亚麻酸）和非必需脂肪酸。人体各组织中脂肪酸的含量见图1-4-2。

自然界中的脂肪酸几乎都是含双数碳原子的脂肪酸。脂肪酸从结构形式上可分为饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）和不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acid，USFA），不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）和多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）。SFA不含双键，即每个碳原子价数是满的，USFA含有一个或多个双键，含有一个不饱和键的称为MUFA，具有两个或多个不饱和键的称为PUFA。PUFA的双键为每相隔三个碳原子一个双键，这使其对自动氧化作用或过氧化作用有较大的防护能力。一般植物和鱼类的脂肪含PUFA比畜、禽类脂肪含量高，而细菌所含的USFA全部为MUFA。

脂肪酸命名规则：脂肪酸分子上的碳原子用阿拉伯数字编号定位通常有两种系统。△编号系统从羧基碳原子算起；n或ω编号系统则从离羧基最远的碳原子算起。

不饱和脂肪酸按n或ω编号系统分为四类（表1-4-1）。

每一类都是由一系列脂肪酸组成。该系列的各个脂肪酸均能在生物体内从母体脂肪酸合成，例如ARA由n-6类母体亚油酸合成。然而，生物体不能把某一类脂肪酸转变为另一类脂肪酸。也就是说，油酸类（n-9）的脂肪酸没有一个能够转变为亚油酸或n-6类任何一种脂肪酸（图1-4-3）。

一般来说，人体细胞中USFA的含量至少是SFA的二倍，但各种组织中两者的组成有很大差异，在一定程度上与膳食中脂肪的种类有关。

在机体需要时，脂类可水解生成自由脂肪酸，作为重要的能源物质之一。在供氧充足的情况下，脂肪酸可在体内完全分解成CO ₂和水，并产生大量的能量。除脑组织和成熟红细胞外，大多数组织都可氧化分解脂肪酸，其中以肝脏及肌肉组织最为活跃。线粒体是脂肪酸氧化的主要细胞器。

游离的脂肪酸可通过自由扩散进入细胞内，扩散速率取决于细胞外游离脂肪酸的浓度。此外，游离脂肪酸还可通过载体介导的饱和机制进入细胞内，脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding protein，FABP）为主要载体。进入细胞的游离脂肪酸必须先激活生成脂酰辅酶A（CoA）才能被细胞利用，催化该过程的酶为脂酰CoA合成酶，需要ATP、Mg ²⁺和HSCoA参与。短、中链脂肪酸可以通过线粒体膜，然后在基质内激活。长链脂肪酸在线粒体外膜激活。但长链脂酰CoA无法直接通过线粒体内膜，必须通过肉碱的转运才能进入线粒体基质。脂酰CoA进入线粒体基质后，在脂肪酸β-氧化酶系的有序催化下进行氧化分解，该过程发生在脂酰基羧基端的β-碳原子上，因此称为β-氧化。脂酰CoA每经过一次β-氧化可生成一分子乙酰CoA以及少两个碳原子的脂酰CoA。生成的乙酰CoA可进入三羧酸循环彻底氧化生成CO ₂和水。β-氧化是脂肪酸分解的主要途径。以18C的硬脂酸为例，1分子硬脂酸经8次β-氧化可生成8分子FADH ₂、8分子NADH+H ⁺以及9分子乙酰CoA，共可生成122分子ATP。3分子葡萄糖彻底氧化分解可生成96分子ATP，表明在相同碳原子数的情况下，脂肪酸氧化与葡萄糖相比能提供更多的能量。脂肪酸氧化释放的能量一部分可被机体用于合成其他化合物，一部分以热能的形式释放用于维持体温。脂肪酸β-氧化生成的乙酰CoA还可在肝脏线粒体中生成酮体，包括乙酰乙酸、β-羟丁酸以及丙酮。肝脏生成的酮体可迅速转运至肝外组织进行氧化。由于酮体分子量小，可溶于水，易于转运，肝脏产生的酮体可迅速通过血脑屏障和肌肉的毛细血管壁，从而有效地为肝外组织供能。酮体的生成与糖代谢密切相关，在饱食及糖利用充分的情况下，酮体生成减少；相反，在饥饿及糖供能不足的情况下，酮体生成增加，可减少葡萄糖和蛋白质的消耗。

机体内脂肪酸除来自膳食，主要是从乙酰CoA合成，但这并不是β-氧化的逆反应。两者在组织与细胞定位、转移载体、酰基载体、限速酶、供氢体与受氢体、底物与产物以及激活剂与抑制剂等方面均不相同。在代谢中产生乙酰CoA的物质均是合成脂肪酸的原料。肝脏是人体脂肪酸合成的主要部位，与脂肪组织比较，人体肝脏合成脂肪酸的能力为其8～9倍。肝、肾、肺、脑、乳腺以及脂肪组织的胞液内均含有从乙酰CoA合成脂肪酸的酶体系，统称为脂肪酸合成酶。

进食后，过多的糖类进入肝脏，超过了合成糖原储存的能力，可有相当量的糖经代谢后迅速合成脂肪酸，乃至脂肪。许多哺乳类动物肝脏中，约有1/3的脂肪酸系由糖代谢产物合成。以此推算，人体肝脏平均每天可合成脂肪酸约70g。

脂肪酸以乙酰CoA作为主要原料，主要来自葡萄糖，在胞液中经酶催化合成。乙酰CoA在线粒体内产生，合成的乙酰CoA无法自由通过线粒体内膜，需通过柠檬酸-丙酮酸循环，与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，再通过线粒体内膜上的特异载体转运至胞质内。细胞液中的柠檬酸在柠檬酸裂解酶的作用下释放出乙酰CoA和草酰乙酸。释放出的乙酰CoA即可用于脂肪酸的合成。细胞液中的草酰乙酸可在苹果酸脱氢酶的作用下生成苹果酸，进而在苹果酸酶的作用下生成丙酮酸进入线粒体，丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下可生成草酰乙酸，从而继续参与转运乙酰CoA。在哺乳类动物肝中合成的主要脂肪酸为棕榈酸，约占合成脂肪酸总量的80%，其次为硬脂酸。在合成过程中参与反应的有乙酰CoA羧化酶，通过此酶产生的丙二酰CoA在细胞内进一步代谢生成脂肪酸。此酶为脂肪酸合成的限速酶，主要存在于胞质中，需生物素参与CO ₂固定作用，Mn ²⁺为激活剂，同时还需ATP以及HCO ₃ ^-。

反应如下：

乙酰CoA+HCO ₃ ^-+ATP—→丙二酰CoA+ADP+Pi

该酶可受磷酸化、去磷酸化调节。胰高血糖素可通过激活蛋白激酶抑制乙酰CoA羧化酶的活性，而胰岛素则可通过磷蛋白磷酸酶使磷酸化的乙酰CoA羧化酶去磷酸化而恢复活性。因此，高糖饮食可通过升高乙酰CoA的活性促进脂肪酸的合成。脂肪酸合成过程中另一重要的酶为脂肪酸合成酶（fatty acid synthetase，FAS）。此酶是一复合酶系，其中心成分为脂肪酰载体蛋白（acyl carrier protein，ACP），带有辅基4’-磷酸泛酰氨基乙硫醇，连接在一丝氨酸残基上。ACP中的巯基可与脂酰基结合，转运脂酰基，巯基是合成体系中的中心。脂肪酸合成酶催化合成的脂肪酸为软脂酸，合成反应如下：

乙酰CoA+7丙二酸单酰CoA+14NADPH+14H ⁺—→CH ₃（CH ₂） ₁₄COOH+8CoASH+14NADP ⁺+7CO ₂+6H ₂O

机体可以软脂酸为母体，通过碳链延长反应、去饱和等作用，生成长度不同、饱和度不同的脂肪酸。

脂肪酸的碳链延长包括两个系统：内质网碳链延长系统和线粒体碳链延长系统。内质网碳链延长系统以丙二酸单酰CoA为二碳单位供体，HSCoA为酰基载体，NADPH+H ⁺为供氢体，经过脱羧缩合-加氢还原-脱水成烯-再加氢等步骤使脂肪酸碳链延长，该过程与胞质中脂肪酸合成类似。除脑组织外，内质网碳链延长系统以18C的硬脂酸为主要产物，脑组织可将碳链最多延长至24C。线粒体碳链延长系统以乙酰CoA为二碳单位供体、NADPH+H ⁺为供氢体，经过与乙酰CoA缩合-加氢-脱水-再加氢等步骤，使软脂酸的碳链逐步延长，其过程类似于脂肪酸β-氧化的逆反应，但烯脂酸还原酶的辅酶为NADPH+H ⁺与β-氧化不同。线粒体碳链延长系统可将脂肪酸碳链延长至24或26碳，但仍以18C的硬脂酸为主。

人体肝及脂肪组织的细胞内含有混合功能氧化酶（mixed function oxygenase），能使饱和脂肪酸去饱和成为不饱和脂肪酸。

软脂酸去饱和形成Δ ⁹16碳烯酸，硬脂酸去饱和成为Δ ⁹18碳烯酸。以软脂酸为例，反应式如下：

人体除了从食物得到脂肪酸外，还能自身合成多种脂肪酸，包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。有些脂肪酸是人体不能自身合成的，如亚油酸和α-亚麻酸，而植物能合成。亚油酸是维持人体健康所必需，它的衍生物是某些前列腺素的前体，而且，只要能供给足够量的亚油酸，人体就能合成所需要的其他n-6类脂肪酸，例如花生四烯酸，但亚油酸必需通过食物供给人体，因此，称为“必需脂肪酸”；α-亚麻酸（n-3）也属必需脂肪酸，其可衍生为EPA和DHA。

动物长期摄取不含必需脂肪酸的膳食，就会发生必需脂肪酸缺乏症。在人体尚未发生过缺乏症的全部症候群，但婴儿缺乏亚油酸可出现湿疹，长期摄入不含脂肪膳食的人会发生皮炎和伤口难于愈合，通过口服或静脉滴注多不饱和脂肪酸，可使症状消失。某些由亚油酸衍生物合成的前列腺素由于缺乏亚油酸而会出现有关的临床表现。亚油酸缺乏对维持膜的正常功能和氧化磷酸化的正常耦联均会受到一定影响。

DHA是视网膜光受体中最丰富的PUFA，它由食物中的α-亚麻酸衍生而来。DHA是维持视紫红质正常功能所必需，大鼠饲料缺乏α-亚麻酸（n-3）时，可引起大鼠杆状细胞外段盘破坏，光激发盘散射减弱以及光线诱导的光感受器细胞死亡，所以α-亚麻酸对增强视力有良好作用。此外，长期缺乏α-亚麻酸（n-3）时对调节注意力和认知过程有不良影响，这可能与大脑皮质额叶中的多巴胺能和5-羟色胺能发生改变有关。

ARA是合成前列腺素的前体。前列腺素D ₂是花生四烯酸在脑中的主要代谢产物，它在脑内涉及有关睡眠、热调节和疼痛反应等功能。二十二碳六烯酸和花生四烯酸是大脑中最丰富的两种长链多不饱和脂肪酸，从出生前至出生后两岁在婴儿前脑中持续增加，从妊娠第26周开始在胎儿大脑中积累，到妊娠末期3个月中持续增加，但早产儿由于缩短了积累时间，故胎龄小于28周的早产儿脑组织中的二十二碳六烯酸和花生四烯酸的总量和累积量都远远低于足月儿；同时，由于早产儿体内Δ-4去饱和酶活力较低，自身由α-亚麻酸和亚油酸合成二十二碳六烯酸和花生四烯酸的能力下降，又因早产儿生长发育快使必需脂肪酸多数氧化用于供能；所以，早产儿应及时补充二十二碳六烯酸和花生四烯酸。一般母乳中花生四烯酸的含量为0.5%～0.7%，二十二碳六烯酸为0.3%。

必需脂肪酸的供给量通过研究得出，膳食亚油酸占膳食能量的3%～5%，α-亚麻酸（n-3）占0.5%～1%时，可使组织中二十二碳六烯酸达最高水平和避免产生明显的缺乏症。至于两者比例不当时，是否可产生不良影响，尚待研究。

n-3、n-6和n-9系统都有PUFA，但有重要生物学意义的是n-3和n-6 PUFA。其中的亚油酸和α-亚麻酸是人类必需脂肪酸，它们分别是n-3和n-6多不饱和脂肪酸的前体。20世纪30年代以来对亚油酸降血脂等生物学功能研究甚多，直至20世纪80年代始对n-3 PUFA引起重视，研究进展飞速。20世纪90年代对PUFA在体内平衡的重要生理意义研究进展很快并用于实践，加拿大是第一个提出n-3和n-6 PUFA推荐膳食供给量（RDA）的国家。

PUFA在机体生长发育方面发挥着重要作用。n-6 PUFA能促进生长发育，除花生四烯酸能增加与生长有关的早期反应基因C-fos和Egr-1的表达从而诱导细胞生长外，还有花生四烯酸衍生的PG ₂系列调节下丘脑功能的作用。例如，刺激垂体释放生长激素、调节垂体促肾上腺皮质激素的释放、提高甲状腺组织对促甲状腺激素的反应和刺激促性腺激素的释放等。n-3 PUFA虽然促生长作用很弱，但对脑和视网膜、皮肤和肾功能的健全十分重要。ARA以及DHA是神经系统的重要结构组分。最新的研究表明，PUFA缺乏也与出生缺陷的发生密切相关。

PUFA的另一个重要生理作用是参与类花生酸（eicosanoids）合成，该反应由环氧化酶和脂氧合酶催化完成。其中ARA及EPA是类花生酸合成的两种最重要前体，两者可竞争性地与环氧化酶和脂氧合酶结合，从而调控类花生酸的合成（图1-4-3）。ARA在环氧化酶的催化下可生成2-系列前列腺素和血栓素，在脂氧合酶催化下可生成4-系列白三烯；EPA在环氧化酶的催化下可生成3-系列前列腺素和血栓素，在脂氧合酶催化下可生成5-系列白三烯。类花生酸在炎症反应的调控中发挥着重要功能，由于二十碳五烯酸所生成的类花生酸的促炎作用远远低于花生四烯酸所生成的类花生酸，因此，n-3 PUFA可通过抑制来源于花生四烯酸的类花生酸合成发挥良好的抗炎功效。

PUFA除可参与调控类花生酸代谢及炎症反应外，还可参与调控同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）代谢、血糖代谢、氧化应激等相关信号通路，因而其代谢紊乱与许多慢性疾病的发生密切相关。对亚洲人群糖尿病的预防及营养治疗具有重要意义。临床干预实验及动物实验表明，n-3 PUFA可通过调控Hcy代谢通路中关键酶的表达和活性，如甲硫氨酸腺苷基转移酶（MAT）、胱硫醚-γ-裂解酶（CSE），降低Hcy的水平。Hcy是心血管疾病的独立风险因子。补充n-3 PUFA可有效降低舒张压及脑卒中的发病风险。补充n-3 PUFA可显著降低超重及肥胖患者的腰围及甘油三酯水平。n-3 PUFA可显著减少非酒精性脂肪肝患者的肝脏脂肪并改善肝脏功能。n-3 PUFA与代谢综合征的发病风险成显著负相关。n-3 PUFA可与炎症、脂肪酸代谢等相关基因的多态位点产生交互作用影响糖尿病的发病风险。膳食n-3 PUFA的摄入与亚洲人2型糖尿病的发病风险显著负相关，增补n-3 PUFA能够显著降低2型糖尿病患者糖化血红蛋白（HbA1c）的水平。PUFA还与癌症的发生发展密切相关：n-3 PUFA可显著降低乳腺癌、胰腺癌等癌症的发病风险。

USFA对人体健康虽然有很多益处，但不可忽视的是易产生脂质过氧化反应，因而产生自由基和活性氧等物质，对细胞和组织可造成一定的损伤；此外，n-3 PUFA还有抑制免疫功能的作用。因此，在考虑膳食脂肪参考量时，必须同时考虑饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸和单不饱和脂肪三者间的合适比例。

Keys等在七国心血管病的流行病学调查中发现，在地中海地区的一些国家，其冠心病发病率和血胆固醇水平皆远低于欧美国家，但其每日摄入的脂肪量很高，供能比达40%。究其原因，主要是该地区居民以橄榄油为主要食用油脂，而橄榄油富含单不饱和脂肪酸（MUFA），由此使人们对MUFA引起了重视。食用油脂中所含单不饱和脂肪酸主要为油酸，茶油和橄榄油油酸含量达80%以上，棕榈油中含量也较高，约40%以上。

据多数研究报道，单不饱和脂肪酸降低血胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的作用与多不饱和脂肪酸相近，但大量摄入亚油酸在降低LDL-C的同时，高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）也降低，而大量摄入油酸则无此种情况。同时，单不饱和脂肪酸不具有多不饱和脂肪酸潜在的不良作用，如促进机体脂质过氧化、促进化学致癌作用和抑制机体的免疫功能等。所以，在膳食中降低SFA的前提下，以MUFA取代部分SFA有重要意义。

MUFA降低LDL-C的机制，一般认为MUFA取代饱和脂肪酸可增加LDL受体的活性，SFA有抑制LDL受体活性的作用。LDL受体活性增加，从而使循环中LDL的清除加快。同时，也因受体活性增强，极低密度脂蛋白（VLDL）残粒经受体清除增加，减少了VLDL残粒向LDL的转化，使得LDL的额外生成减少，因而使血清LDL-C降低。MUFA除了被动激活LDL受体外也有拮抗膳食中胆固醇对LDL受体抑制的作用。以地鼠进行试验，饲料中同时加胆固醇和橄榄油，其肝脏LDL受体的活性远高于饲料中只加胆固醇而不加橄榄油的地鼠，说明MUFA对胆固醇有拮抗作用。

USFA含有的双键具有顺、反两种构型。天然植物和植物油中的USFA双键均为顺式构型。植物油在精炼和反复煎炸过程中会产生一定量的反式脂肪酸（TFA）。动物脂肪大多为顺式异构体，也含有一定比例的反式异构体。美国食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）规定，自2006年1月1日起，所有的传统食品及营养补充剂的标签必须注明TFA的含量。世界卫生组织（WHO）推荐成人及儿童反式脂肪酸的摄入量应低于总能量摄入的1%。

TFA似乎较其他任何宏量营养素更易增加冠心病的风险，即使摄入量仅为总能量的1%～3%。在一个包括4个前瞻性队列研究的Meta分析中，TFA的供能比每增加2%，冠心病的发病率将增加23%。TFA在脂肪组织水平是反式脂肪酸膳食摄入的生物标记物，与非致命性心肌梗死的风险成显著正相关。也有研究数据表明，TFA可能会增加心脏猝死的风险。

2006年发表在《新英格兰医学杂志》上的一篇关于“TFA与心血管系统疾病”的综述中，作者对12个随机对照试验进行了Meta分析，结果表明用TFA替代饮食中等能量的SFA和顺式USFA，其LDL-C、血清脂蛋白（a）的水平以及总胆固醇（TC）与HDL-C的比值显著升高，HDL-C显著降低，减小LDL-C颗粒，这些影响会提高冠心病的风险。

最近的研究证据显示，TFA可促进炎症反应。对于女性，摄入较多的反式脂肪酸将增加系统肿瘤坏死因子（TNF）的活性；体质指数较大的女性人群中，摄入较多的TFA还可增高白介素6（IL-6）及C-反应蛋白的水平。在心力衰竭患者中，红细胞膜反式脂肪酸的水平与激活相关的周身炎症反应独立地相关，包括显著地增加IL-6、TNF-a、肿瘤坏死因子受体以及单核细胞趋化蛋白1等。在一个随机对照试验中，高胆固醇血症患者食用大豆人造黄油饮食（6.7%的能量来自TFA）1个月后，其单核细胞产生的IL-6和TNF-a显著高于大豆油饮食（0.6%的能量来自TFA）。由于炎症是动脉粥样硬化、心脏猝死以及糖尿病的一个独立风险因子，因此，TFA的致炎作用可以部分地解释其对心血管健康的影响。

一些研究表明，TFA可导致内皮细胞功能障碍。在调整其他风险因素后，反式脂肪酸可提高一些与血管内皮细胞功能障碍相关的指标水平，其中包括可溶性细胞间黏附分子-1（slCAM）、可溶性血管细胞黏附分子-1（sVCAM）以及E-选择素（E-selectin）。TFA取代等能量的油酸或碳水化合物的随机对照试验，导致E-选择素水平显著升高。与SFA比较，TFA引起的肱动脉血流介导的舒张功能降低29%，说明TFA可导致血管内皮细胞功能损伤。

TFA对糖尿病发病率的影响目前尚未完全确定。美国的一项对84 941位女护士随访16年的前瞻性研究显示，TFA的摄入与糖尿病的发病率成显著正相关。而另外2个在男性健康工作者和艾奥瓦女性中的前瞻性研究表明，TFA的摄入与糖尿病的发病风险无显著相关性。

天然食物中含有各种脂肪酸，多以甘油三酯形式存在。一般地说，动物性脂肪如牛油、奶油和猪油比植物性脂肪含饱和脂肪酸多。但也不是绝对的，如椰子油主要由含12碳和14碳的饱和脂肪酸组成，仅含有5%的单不饱和脂肪酸和1%～2%的多不饱和脂肪酸，但这种情况较少。动物脂肪一般约含40%～60%的饱和脂肪酸，30%～50%的单不饱和脂肪酸，PUFA含量极少。相反，植物油约含10%～20%的饱和脂肪酸和80%～90%的不饱和脂肪酸，而多数含多不饱和脂肪酸较多，也有少数含单不饱和脂肪酸较多，如茶油和橄榄油中油酸含量达79%～83%。红花油含亚油酸75%，葵花子油、豆油、玉米油中的含量也达50%以上。但一般食用油中α-亚麻酸的含量很少。常用食用油脂中主要脂肪酸组成见表1-4-2。

C20和C22 n-3 PUFA由寒冷地区的水生植物合成，以这些食物为生的鱼类组织中含有大量的n-3系PUFA，如鲱鱼油和鲑鱼油富含EPA和DHA。n-3 PUFA具有降低血脂和预防血栓形成的作用。

TFA：人们常说的TFA是植物油部分氢化产生的，当然反刍动物也含有TFA，通常食用西餐的人其组织中TFA显著高于其他人群。人体摄入含TFA的部分氢化油（人工黄油）食物后，其中的TFA或被氧化掉，或掺和到结构脂类中去。典型西餐可含TFA 15g/d，美国膳食含8g/d，约占总能量的3%。