Sự Chuyển Hóa Lipid (Chất Béo) Trong Chế Độ Ăn

I. Tổng quan

Lipids là một nhóm không đồng nhất các phân tử hữu cơ không tan trong nước (kỵ nước) (Hình 1). Do tính không tan trong dung dịch nước của nó nên lipids trong cơ thể nhìn chung là được phân chia thành các vùng, như trong trường hợp của lipids liên kết màng hay các giọt triacylglycerol (TAG) trong các tế bào mỡ, hoặc được vận chuyển trong máu trong mối liên hệ với protein, như trong các phần tử lipoprotein hay trên albumin. Lipids là nguồn năng lượng chính cho cơ thể và chúng cũng cung cấp hàng rào kỵ nước mà giúp phân chia các phần dung dịch nước của các tế bào và của các cấu trúc dưới cấp độ tế bào. Lipids còn thực hiện nhiều chức năng khác trong cơ thể (ví dụ, một số vitamin tan trong chất béo có các chức năng điều hòa hoặc coenzyme, và prostaglandins và các hormones steroid đóng các vai trò chính trong sự kiểm soát cân bằng nội mô của cơ thể). Sự suy giảm hoặc mất cân bằng của sự chuyển hóa lipid có thể dẫn đến một số vấn đề lâm sàng lớn, như xơ vữa động mạch, đái tháo đường và béo phì.

chat-beo-1 — **Hình 1** – Các cấu trúc của một số loại lipids thường gặp. Các phần kỵ nước của các phân tử được thể hiện bằng màu cam.

II. Sự tiêu hóa, hấp thu, bài tiết và sử dụng

Lượng lipids ăn vào hằng ngày trung bình bởi người trưởng thành Hoa Kỳ là khoảng 78 grams, trong đó >90% là TAG, còn được gọi là triglyceride (TG), bao gồm 3 acid béo (fatty acid – FA) ester hóa với một khung glycerol (xem Hình 1). Phần còn lại của lipids trong chế độ ăn bao gồm chủ yếu là cholesterol, cholesteryl esters, phospholipids và FA tự do không bị ester hóa (free fatty acid – FFA). Sự tiêu hóa lipids trong chế độ ăn bắt đầu trong dạ dày và được hoàn thành trong ruột non. Quá trình này được tổng hợp trong Hình 2.

chat-beo-2 — **Hình 2** – Tổng quan về sự tiêu hóa lipid.

A. Sự tiêu hóa trong dạ dày

Sự tiêu hóa lipid trong dạ dày thì rất giới hạn. Nó được xúc tác bởi lipase lưỡi mà có nguồn gốc từ các tuyến ở phía sau của lưỡi và lipase của dạ dày mà được tiết bởi niêm mạc dạ dày. Cả hai enzymes này đều tương đối ổn định với acid, với các giá trị pH tối ưu của chúng là 4 đến 6. Các acid lipases này thủy phân acid béo khỏi các phân tử TAG, đặc biệt là các phân tử mà chứa acid béo chuỗi ngắn và trung bình (chứa 12 carbons hoặc ít hơn) như được tìm thấy trong chất béo của sữa. Kết quả, các lipases này đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong sự tiêu hóa lipid ở những em bé mà chất béo trong sữa là nguồn calories chính. Chúng cũng trở thành các enzymes tiêu hóa quan trọng ở những người bị suy giảm chức năng tụy như những người mắc bệnh xơ nang (cystic fibrosis – CF). Các lipases lưỡi và dạ dày hỗ trợ các bệnh nhân này trong việc thoái hóa các phân tử TAG (đặc biệt là những phân tử chứa các acid béo chuỗi ngắn đến trung bình) mặc cho sự vắng mặt hoàn toàn hoặc gần hoàn toàn của lipase tụy (xem thêm bên dưới nhé).

B. Bệnh xơ nang (CF)

CF là bệnh di truyền gây tử vong phổ biến nhất ở những người da trắng gốc Bắc Âu và có một tỷ lệ là khoảng 1:3,300 đứa trẻ sinh ra ở Hoa Kỳ. CF là một rối loạn lặn di truyền nhiễm sắc thể thường được gây ra bởi các đột biến đối với gene của protein điều hòa độ dẫn xuyên màng xơ nang (protein CFTR – CF transmembrane conductance regulator) mà thực hiện chức năng như là một kênh chloride trên biểu mô trong tụy, phổi, tinh hoàn và các tuyến nước bọt. CFTR khiếm khuyết gây ra sự giảm bài tiết chloride và tăng sự hấp thu natri và nước. Trong tụy, sự cạn kiệt nước trên bề mặt tế bào tạo ra nhầy đặc mà làm lấp các ống tụy, ngăn cản enzyme tụy không đến được ruột, bằng cách đó, dẫn đến thiểu năng tụy. Điều trị bao gồm thay thế các enzymes này và bổ sung bởi các vitamin tan trong chất béo (Chú ý: CF cũng gây ra các nhiễm khuẩn phổi mạn tính với bệnh phổi tiến triển và vô sinh ở nam giới).

C. Sự nhũ hóa trong ruột non

Quá trình quan trọng của sự nhũ hóa lipid trong chế độ ăn xảy ra trong tá tràng. Sự nhũ hóa làm tăng diện tích bề mặt của các giọt lipid kỵ nước sao cho các enzyme tiêu hóa, là enzyme đóng vai trò ở giao diện của giọt chất béo và dung dịch nước xung quanh, có thể tác động một cách hiệu quả. Sự nhũ hóa được thực hiện bởi hai cơ chế bổ sung, đó là sử dụng các đặc tính tẩy rửa (detergent properties) của các muối mật liên hợp và sự trộn lẫn cơ học (mechanical mixing) do nhu động ruột. Các muối mật, được sản xuất trong gan và được tích trữ trong túi mật, là các dẫn xuất lưỡng tính của cholesterol. Các muối mật liên hợp bao gồm một cấu trúc vòng sterol được hydroxyl hóa cùng với một chuỗi bên mà một phân tử glycine hoặc taurine sẽ liên kết một cách cộng hóa trị vào đó bởi một liên kết amide (Hình 3). Các chất nhũ hóa này tương tác với các giọt lipid trong chế độ ăn và các thành phần dung dịch nước của tá tràng, bằng cách đó, ổn định các giọt lipid khi chúng trở nên nhỏ hơn do nhu động ruột và ngăn cản chúng hợp lại (Chú ý: xem bài các bài viết sau này của mình để bàn luận kỹ hơn về sự chuyển hóa muối mật nhé).

chat-beo-3 — **Hình 3** – Cấu trúc của glycocholic acid.

D. Sự thoái hóa bởi các enzyme tụy

TAG, cholesteryl esters và phospholipids trong chế độ ăn bị thoái hóa (tiêu hóa) về mặt enzyme trong ruột non bởi các enzymes của tụy, sự bài tiết của các enzymes này được kiểm soát bởi hormone.

1. Sự thoái hóa triacylglycerol: Các phân tử TAG thì quá lớn để được hấp thu một cách hiệu quả bởi các tế bào niêm mạc (enterocytes) của nhung mao ruột. Vì thế, chúng bị thủy phân bởi esterase, lipase của tụy, các enzymes mà ưu tiên loại bỏ acid béo ở các carbons 1 và 3. Các sản phẩm chủ yếu của quá trình thủy phân là một hỗn hợp của 2-monoacylglycerol (2-MAG) và FFA (xem Hình 2). (Chú ý: Lipase tụy được tìm thấy với các nồng độ cao trong các sự bài tiết của tụy [2% đến 3% của tổng lượng protein có mặt] và nó có hiệu quả rất cao về mặt xúc tác, vì thế, nó đảm bảo rằng chỉ sự thiếu hụt nặng của tụy, như trong CF thì mới gây ra rối loạn hấp thu chất béo đáng kể). Một protein thứ hai, colipase, cũng được bài tiết bởi tụy, liên kết với lipase ở một tỷ lệ 1:1 và nối nó vào giao diện lipid-dung dịch nước. Colipase hồi phục hoạt động của lipase trong sự có mặt của các chất ức chế như các muối mật mà liên kết với các micelles. (Chú ý: Colipase được bài tiết dưới dạng zymogen (tiền enzyme), là procolipase, thành phần được hoạt hóa trong ruột bởi trypsin). Orlistat, một thuốc chống béo phì, ức chế các lipases của dạ dày và tụy, bằng cách đó, làm giảm sự hấp thu chất béo, gây ra giảm cân.

2. Sự thoái hóa cholesteryl ester: Hầu hết cholesterol chế độ ăn là ở dạng tự do (không được ester hóa), với 10% đến 15% là ở dạng ester hóa. Cholesteryl esters bị thủy phân bởi cholesteryl ester hydrolase tụy (cholesterol esterase), tạo ra cholesterol cùng với FFA (xem Hình 2). Hoạt động của enzyme này tăng mạnh khi có mặt các muối mật.

3. Sự thoái hóa phospholipid: Dịch tụy thì giàu proenzyme (tiền enzyme) của phospholipase A2, giống với procolipase, được hoạt hóa bởi trypsin và, giống với cholesteryl ester hydrolase, cần các muối mật cho hoạt động tối ưu. Phospholipase A2 loại bỏ 1 FA khỏi carbon thứ 2 của một phospholipid, còn lại lysophospholipid. Ví dụ, phosphatidylcholine (phospholipid chủ yếu của quá trình tiêu hóa) trở thành lysophosphatidylcholine. FA còn lại ở carbon 1 có thể bị loại bỏ bởi lysophospholipase, còn lại gốc glycerylphosphoryl (ví dụ, glycerylphosphorylcholine, xem Hình 2) mà có thể được bài tiết trong phân, thoái hóa nhiều hơn nữa hoặc được hấp thu.

4. Sự kiểm soát: Sự bài tiết các enzyme thủy phân của tụy mà giúp thoái hóa lipids trong chế độ ăn ở ruột non thì được kiểm soát về mặt hormone (Hình 4). Các tế bào nội tiết ruột được tìm thấy trên khắp ruột non sẽ bài tiết một số hormones như cholecystokinin (CCK) và secretin. Các tế bào I nội tiết ruột (I cells) trong niêm mạc của phần dưới tá tràng và hỗng tràng sản xuất peptide hormone CCK, trong đáp ứng với sự có mặt của lipids và các protein được tiêu hóa một phần trong các vùng ruột non trên này. CCK tác động lên túi mật (làm cho nó co và giải phóng mật, một hỗn hợp của các muối mật, phospholipids và cholesterol tự do) và trên các tế bào ngoại tiết của tụy (làm cho chúng giải phóng các enzyme tiêu hóa). Nó cũng làm giảm nhu động dạ dày, làm cho việc giải phóng các thành phần trong dạ dày vào trong ruột non chậm hơn. Các tế bào S nội tiết ruột (S cells) sản xuất một peptide hormone khác, là secretin, trong đáp ứng với pH thấp của dưỡng trấp (chyme) đi vào trong ruột từ dạ dày. Secretin làm cho tụy giải phóng một dung dịch giàu bicarbonate mà giúp trung hòa pH của các thành phần trong ruột, đưa chúng về mức pH xấp xỉ cho hoạt động tiêu hóa bởi các enzyme tụy.

chat-beo-4 — **Hình 4** – Sự kiểm soát hormone của quá trình tiêu hóa lipid trong ruột non. (Chú ý: Ruột non được chia thành 3 phần: tá tràng [5% trên], hỗng tràng và hồi tràng [55% dưới]).

E. Sự hấp thu bởi các tế bào niêm mạc ruột

FFA, cholesterol tự do và 2-MAG là các sản phẩm chính của sự tiêu hóa lipid trong hỗng tràng. Các sản phẩm này, cùng với các muối mật và các vitamin tan trong chất béo (A, D, E và K), hình thành nên các micelles hỗn hợp (nghĩa là các tập hợp hình đĩa của một hỗn hợp các lipids lưỡng tính mà được kết hợp bởi các nhóm kỵ nước của chúng ở phía bên trong và các nhóm ưa nước của chúng ở phía bên ngoài). Vì thế, các micelles hỗn hợp thì tan trong môi trường nước của lòng ruột (Hình 5). Các phần tử này tiếp cận các vị trí chủ yếu của sự hấp thu lipid là màng bờ bàn chải của các tế bào niêm mạc ruột. Các màng đỉnh giàu vi nhung mao này được phân tách với các thành phần dịch của lòng ruột bởi một lớp nước không khuấy động (unstirred water layer) mà hòa lẫn kém với khối dịch lòng ruột. Mặt kỵ nước của các micelles tạo điều kiện thuận lợi cho sự vận chuyển của các lipid kỵ nước qua lớp nước không khuấy động đến màng bờ bàn chải, nơi mà chúng được hấp thu. Các muối mật được hấp thu trong hồi tràng tận, với <5% bị mất đi trong phân. (Chú ý: Cholesterol và các sterol thực vật thì được hấp thu bởi các tế bào niêm mạc ruột qua protein giống Niemann-Pick C1 [NPC1L1] – Niemann-Pick C1-like 1 protein – trong các tế bào bờ bàn chải. Ezetimibe, một thuốc làm hạ mức cholesterol, ức chế NPC1L1, làm giảm sự hấp thu cholesterol trong ruột non). Bởi vì FA chuỗi ngắn và trung bình thì tan trong nước nên chúng không cần sự hỗ trợ của micelles hỗn hợp để được hấp thu bởi niêm mạc ruột.

chat-beo-5 — **Hình 5** – Sự hấp thu các lipids được chứa trong một micelle hỗn hợp bởi một tế bào niêm mạc ruột. Chính micelle thì không bị hấp thu. (Chú ý: Các acids béo chuỗi ngắn và trung bình thì không cần tích hợp vào trong các micelles).

F. Sự tái hấp thu triacylglycerol và cholesteryl ester

Hỗn hợp các lipids được hấp thu bởi các tế bào niêm mạc ruột di chuyển đến lưới nội chất trơn (smooth endoplasmic reticulum – SER), nơi mà sự sinh tổng hợp của các lipids phức tạp diễn ra. FA chuỗi dài đầu tiên được chuyển thành dạng hoạt hóa của chúng bởi acyl coenzyme A (CoA) béo synthetase (thiokinase), như được thể hiện trong Hình 6. Sử dụng các dẫn xuất acyl CoA béo, 2-MAG hấp thu bởi các tế bào niêm mạc ruột được chuyển thành TAG qua các sự tái acyl hóa tuần tự bởi hai acyltransferases, acyl CoA: MAG acyltransferase và acyl CoA:diacylglycerol acyltransferase. Lysophospholipids được tái acyl hóa để hình thành nên phospholipids bởi một họ các acyltransferases và cholesterol được acyl hóa chủ yếu bởi acyl CoA:cholesterol acyltransferase. (Chú ý: Hầu như tất cả FA chuỗi dài đi vào trong các tế bào niêm mạc ruột đều được sử dụng theo cách này để hình thành TAG, phopsholipids và cholesteryl esters. FA chuỗi ngắn và trung bình thì không được chuyển thành các dẫn xuất CoA của chúng và không được tái ester hóa thành 2-MAG. Thay vào đó, chúng được giải phóng vào trong tuần hoàn cửa, nơi mà chúng được mang đi bởi albumin huyết thanh đến gan).

**Hình 6** – Sự lắp ráp và bài tiết của các chylomicrons bởi các tế bào niêm mạc ruột. (Chú ý: Các acids béo chuỗi ngắn và trung bình thì không cần tích hợp vào trong các chylomicrons và trực tiếp đi vào trong máu). CoA = coenzyme A; AMP = adenosine monophosphate; PP_i = pyrophosphate.

G. Sự bài tiết từ các tế bào niêm mạc ruột

TAG và cholesteryl ester được tái tổng hợp mới thì rất kỵ nước và kết tập trong một môi trường nước. Vì thế, chúng phải được “đóng gói” thành các phần tử là các giọt lipid được bao quanh bởi một lớp mỏng bao gồm phospholipids, cholesterol không được ester hóa và một phân tử protein là apolipoprotein (apo) B-48. Lớp này ổn định phần tử và tăng tính tan của nó, bằng cách đó, ngăn cản nhiều phần tử kết hợp lại. (Chú ý: Protein vận chuyển TG tiểu thể (microsomal TG transfer protein) là cần thiết cho sự lắp ráp của tất cả các phần tử chứa apo-B giàu TAG trong lưới nội chất). Các phần tử lipoprotein được giải phóng bởi sự xuất bào từ các tế bào niêm mạc ruột vào trong mạch nhũ trấp (các mạch bạch huyết trong nhung mao của ruột non). Sự có mặt của các phần tử này trong dịch bạch huyết sau một bữa ăn giàu lipid đem đến cho chúng một hình ảnh giống sữa. Dịch bạch huyết này được gọi là nhũ trấp (chyle) (ngược lại với dưỡng trấp (chyme), cái tên được đặt cho khối bán dịch của thức ăn được tiêu hóa một phần mà đi từ dạ dày đến tá tràng) và các phần tử được gọi là các chylomicrons. Chylomicrons theo hệ thống bạch huyết đến ống ngực và sau đó được đưa đến tĩnh mạch dưới đòn, nơi mà chúng đi vào trong máu. Các bước trong sự sản xuất chylomicrons được tổng hợp trong Hình 6. (Chú ý: Một khi được giải phóng vào trong máu, các chylomicrons mới tạo [chưa trưởng thành] nhận các apolipoproteins E và C-II từ lipoproteins mật độ cao [high-density lipoproteins] và trưởng thành. [Để có sự mô tả chi tiết hơn về cấu trúc và chuyển hóa chylomicron thì các bạn theo dõi các bài viết tiếp theo của mình nhé]).

H. Rối loạn hấp thu lipid

Rối loạn hấp thu lipid, gây ra sự tăng lipid (bao gồm cả các vitamin tan trong chất béo và FA thiết yếu, xem các bài viết tiếp theo) trong phân, một tình trạng mà được gọi là phân mỡ (steatorrhea), có thể được gây ra bởi các rối loạn trong sự tiêu hóa và/hoặc hấp thu lipid (Hình 7). Các rối loạn như thế có thể do một số tình trạng, bao gồm xơ nang (gây ra sự tiêu hóa kém), hội chứng ruột ngắn (gây ra sự giảm hấp thu) và phẫu thuật giảm béo (giảm bài tiết các enzyme tụy).

**Hình 7** – Các nguyên nhân có thể có của phân mỡ.

Khả năng FA chuỗi ngắn và trung bình được hấp thu bởi các tế bào niêm mạc ruột mà không có sự hỗ trợ của các micelles hỗn hợp đã khiến chúng trở nên quan trọng trong liệu pháp dinh dưỡng y khoa đối với những người mà mắc các rối loạn hấp thu.

I. Sử dụng bởi các mô

Hầu hết TAG chứa trong chylomicrons bị thoái hóa trong các mạng mao mạch của cơ xương, cơ tim và mô mỡ. TAG bị thoái hóa thành FFA và glycerol bởi lipoprotein lipase (LPL). Enzyme này được tổng hợp và bài tiết chủ yếu bởi các tế bào mỡ và tế bào cơ của các mô mỡ và mô cơ. LPL bài tiết được giữ trong mặt lòng của các tế bào nội mô mạch máu. LPL được hoạt hóa khi liên kết với đồng yếu tố, Apo-CII, là các gốc trên các phân tử lipoprotein tuần hoàn. (Chú ý: Tình trạng tăng chylomicrons máu có tính chất gia đình [tăng lipoprotein máu type I – type I hyperlipoproteinemia] là một rối loạn di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường hiếm gặp được gây ra bởi một sự thiếu hụt của LPL hoặc coenzyme của nó là apo-CII [xem thêm các bài viết tiếp theo của mình nhé]. Kết quả là tăng chylomicron máu khi đói và tăng triacylglycerol máu nghiêm trọng, điều này có thể gây ra viêm tụy).

1. Số phận của các acid béo tự do: FFA có nguồn gốc từ sự thủy phân của TAG có thể trực tiếp đi vào trong các tế bào cơ hoặc tế bào mỡ lân cận hoặc được vận chuyển vào trong máu trong mối liên hệ với albumin huyết thanh cho đến khi chúng được hấp thu bởi tế bào. (Chú ý: Albumin huyết thanh người là một phân tử protein lớn được tiết ra bởi gan. Nó vận chuyển một số hợp chất hầu như kỵ nước trong hệ thống tuần hoàn, bao gồm FFA và một số thuốc). Hầu hết các tế bào có thể oxy hóa FA để sản xuất năng lượng. Các tế bào mỡ cũng có thể tái ester hóa FFA để sản xuất các phân tử TAG, là các phân tử được lưu trữ cho đến khi FA được cần đến bởi cơ thể.

2. Số phận của glycerol: Glycerol được giải phóng từ TAG được hấp thu từ máu và được phosphoryl hóa bởi glycerol kinase gan để sản xuất glycerol 3-phosphate, chất này có thể đi vào trong quá trình đường phân hay quá trình tân tạo đường bởi sự oxy hóa thành dihydroxyacetone phosphate hoặc được sử dụng trong sự tổng hợp TAG (xem thêm các bài viết sau của mình nhé).

3. Số phận của phần thừa chylomicron: Sau khi hầu hết TAG bị mất đi, phần thừa chylomicron (thành phần chứa cholesteryl esters, phospholipids, apolipoproteins, các vitamin tan trong chất béo và một lượng nhỏ TAG) kết hợp với các thụ cảm thể trong gan (apo-E là ligand; xem thêm các bài viết tiếp theo của mình nhé) và được nhập bào. Phần thừa chylomicron nội bào thì bị thủy phân thành các thành phần của chúng. Cholesterol và các base nitrogen của phospholipids (như choline) có thể được tái chế bởi cơ thể. (Chú ý: Nếu như sự loại bỏ các phần thừa bởi gan bị suy giảm bởi sự suy giảm liên kết với thụ cảm thể của chúng thì chúng sẽ tích tụ trong huyết tương. Điều này được thấy trong tình trạng tăng lipoprotein máu type III hiếm gặp [còn được gọi là rối loạn betalipoprotein máu có tính chất gia đình hay bệnh beta rộng – broad beta disease]).

III. Tóm tắt bài viết

**Hình 8** – Sơ đồ khái niệm quan trọng đối với sự chuyển hóa của lipids trong chế độ ăn. TAG = triacylglycerols.

Sự tiêu hóa chất béo trong chế độ ăn bắt đầu trong dạ dày và tiếp tục trong ruột non (Hình 8).

Cholesteryl esters, phospholipids và TAG chứa FA chuỗi dài được thoái hóa trong ruột non bởi các enzyme của tụy. Quan trọng nhất trong số các enzyme này là cholesterol esterase, phospholipase A2 và lipase của tụy. Trong bệnh xơ nang, lớp chất nhầy đặc ngăn cản các enzyme này đến được ruột.

TAGs trong chất béo của sữa chứa FA chuỗi ngắn đến trung bình và bị thoái hóa trong dạ dày bởi acid lipase (lipase của lưỡi và lipase của dạ dày).

Bản chất kỵ nước của lipids thì yêu cầu lipid trong chế độ ăn phải được nhũ hóa để có thể thoái hóa hiệu quả. Sự nhũ hóa xảy ra trong ruột non sử dụng nhu động (trộn cơ học) và các muối mật (tính tẩy rửa).

Các sản phẩm chính của quá trình thoái hóa lipid trong chế độ ăn là 2-MAG, cholesterol không được ester hóa (tự do) và FA tự do. Các hợp chất này, cùng với các vitamin tan trong chất béo, hình thành nên các micelles hỗn hợp mà tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp thu lipid trong chế độ ăn bởi các tế bào niêm mạc ruột (intestinal mucosal cells – enterocytes). Các tế bào này sử dụng FA chuỗi dài đã hoạt hóa để tái tạo TAG và cholesteryl esters và cũng tổng hợp apo B-48, tất cả chúng sau đó được liên kết lại cùng với các vitamin tan trong chất béo thành các phần tử lipoprotein được gọi là chylomicrons. FA chuỗi ngắn và trung bình đi vào trong máu một cách trực tiếp.

Chylomicrons đầu tiên được giải phóng vào trong dịch bạch huyết và sau đó vào trong máu, nơi mà lõi lipid của nó bị thoái hóa bởi LPL (cùng với apo-CII là coenzyme) trong các mao mạch của các mô cơ và mô mỡ. Vì thế, lipids chế độ ăn được đưa đến các mô ngoại vi.

Một sự suy giảm trong khả năng thoái hóa các thành phần của chylomicrons hay loại bỏ phần thừa của chylomicrons sau khi TAG được thoái hóa, gây ra sự tích tụ của các phần tử này trong máu.