精氨酸的保健作用及其调控研究进展

彭 瑛,蔡力创

(1.湖南广播电视大学 理工部,长沙 410004;2.江西省科学院 生物资源研究所,南昌 330029)

精氨酸的保健作用及其调控研究进展

彭 瑛1,蔡力创2

(1.湖南广播电视大学 理工部,长沙 410004;2.江西省科学院 生物资源研究所,南昌 330029)

精氨酸(Arginine)具有重要的生理、代谢和营养作用,几乎机体中所有组织均利用Arg合成细胞浆蛋白和核蛋白.精氨酸在促进肌肉内蛋白质合成,增强机体的免疫力,细胞分裂,伤口复原和分泌激素等各种生理过程中,也都担任着重要的角色.精氨酸为条件性必需氨基酸,在应激状态下和特殊生长阶段,它是必需氨基酸,体内合成的精氨酸不能满足生理代谢需要,但长期或者过量补充精氨酸对机体会造成损伤.本文就精氨酸的保健作用及其调控替代研究的进展作一综述,为其在保健品或者临床上的应用提供一定的依据.

精氨酸;保健作用;调控

Schulze (1886)等首次从羽扇豆幼苗中分离出晶体形式的精氨酸(Arginine,Arg),并对其进行了命名.随后,Hedin(1895)从动物蛋白质中也分离出了精氨酸.精氨酸在生物体内以具有生理活性的L-型精氨酸(L-Arg)形式发挥生物学功能,具有重要的生理、代谢和营养作用.精氨酸不仅是机体蛋白质的组成成分,而且还是多种生物活性物质的合成前体,如多胺和NO等,通过刺激部分激素分泌,参与内分泌调节和机体特异性免疫调节等生物学过程,因而L-Arg被科学家誉为“神奇分子”.L-Arg还是内生性一氧化氮(NO)的唯一前体[1,2].精氨酸为条件性必需氨基酸,对胎儿期和哺乳期动物来说是一种必需氨基酸,而对成年动物来说是非必需氨基酸,在体内能自身合成,但体内生成速度较慢,有时需要部分从食物中补充.精氨酸的多种生物学功能引起了营养和医学科研工作者的广泛关注,从而成为目前氨基酸研究的热点之一.

1 精氨酸的理化性质

根据王镜岩、王连娣研究,L-Arg是一种含有两个碱性基团及氨基和胍基的氨基酸.在生理pH条件下,属碱性氨基酸(PH 10.5～12.0),分子式为C6H14N4O2,分子量174.20,熔点:223～224℃,白色菱形结晶 (从水中析出,含2分子结晶水)或单斜片状结晶(无结晶水),无臭,味苦;易溶于水(0℃水中溶解度为83g/L,50℃水中溶解度为400g/L),极微溶于乙醇,不溶于乙醚.在自然界中有两种异构体存在:D-ARG和L-ARG,动物体内具有重要的营养生理作用的是L-ARG.

2 精氨酸的营养生理作用

精氨酸是目前发现的动物细胞内功能最多的氨基酸.几乎哺乳动物机体中所有组织均利用L-Arg合成细胞浆蛋白和核蛋白,L-Arg在细胞分裂、伤口复原、蛋白质合成和分泌激素等各种生理过程中,都起着重要的作用.

在哺乳动物胎儿期和哺乳期,精氨酸是一种必需氨基酸[3].新生动物自身内源精氨酸合成对维持其体内的精氨酸平衡起着关键的作用.Wu等(1997)研究报道,哺乳仔猪在7日龄时,其小肠合成瓜氨酸和精氨酸(在新生动物中主要的内源精氨酸来源)的速度比0～2日龄仔猪低70%～73%,并且在14～21日龄期间进一步下降[4].Flynn等(2000)又进一步证实,在仔猪出生后的第3～14日,其血浆中的精氨酸浓度和其直接的前体物质(鸟氨酸和瓜氨酸)相比下降了20%～41%,然而血浆中氨的浓度却逐渐升高了18%～46%[5].

在大自然中,很多种食物都含有丰富的L-精氨酸和L-瓜氨酸,都能让我们人体自身生成一氧化氮.L-精氨酸可以从任何含有蛋白质的食物中找到,如肉类、家禽、奶酪产品、鱼类等.而富含精氨酸的食物则包括杏仁、黑巧克力、鹰嘴豆、甜瓜、花生、红肉类、三文鱼、黄豆及胡桃等.不过,值得一提的是,若只通过日常饮食来摄取L-精氨酸是非常有风险的,因为许多富含氨基酸的食物同时还含有过多的饱和脂肪酸.

3 精氨酸的吸收与合成代谢

机体精氨酸主要来源于食物蛋白、内源合成和机体蛋白质周转三个途径.精氨酸与赖氨酸均为碱性氨基酸,在体内分享同一转运系统,存在吸收竞争,所以二者存在颉颃作用.过量的赖氨酸会提高机体内精氨酸酶的活性,从而加速精氨酸的分解.二者的颉颃作用可显著影响肉鸡的生产性能,但对仔猪的影响不显著,因为仔猪对过量精氨酸和赖氨酸均具有良好的排泄能力.

对于哺乳动物,内源精氨酸的合成主要通过小肠-肾代谢轴完成,在胞液精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶的作用下,由瓜氨酸转化为精氨酸.精氨酸在体内主要参与鸟氨酸循环,在精氨酸酶Ⅰ的作用下脱胍基生成尿素和鸟氨酸,尿素进入血液循环,鸟氨酸在肝(或者肾脏以及肠粘膜)细胞中生成瓜氨酸,在线粒体合成后,即被转运到胞液,在胞液经精氨酸代琥珀酸合成酶的催化,与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸,此反应由ATP供能.其后,精氨酸代琥珀酸再经精氨酸代琥珀酸裂解酶作用,裂解成精氨酸及延胡索酸,反应部位在胞液[6].其中N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamate,NAG)是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(carbamoylphosphate synthase-Ⅰ,CPS-Ⅰ)的变构催化剂,而CPS-Ⅰ催化合成的氨基甲酰磷酸(carbamoylphosphate,CP),为线粒体转化鸟氨酸为瓜氨酸所必需,因此,NAG是精氨酸合成途径和氨转化为尿素过程中内源性的必需辅助因子[7].

4 精氨酸的保健效果

随着人们对精氨酸研究的日益深入,精氨酸的生物学功能已超越了氨基酸营养功能的范畴,其药理学作用在临床上作为营养支持剂或作为某些疾病的治疗药物已得到较为广泛的应用.精氨酸的保健或者药理作用主要表现在改善心脑血管疾病、提高机体免疫力以及改善性欲等几个方面.

4.1 精氨酸与心脑血管疾病

根据1998年诺贝尔医学奖获奖者的研究成果,补充精氨酸对于心脑血管疾病等老年慢性疾病有显著的保健作用.精氨酸是人体内合成一氧化氮的前体物质,一氧化氮对于增强体内肺脏、肝脏、肾脏、胃肠等重要脏器功能有重要的作用.补充精氨酸有助于增加体内一氧化氮的合成,而体内一氧化氮合成的增加,对于平衡血压、增强血流、改善心脑供血、增强血管弹性、恢复动脉硬化效果显著.

4.2 提高机体免疫力

精氨酸也是多胺合成的起始物.多胺是重要的生物学调控物质,与DNA、RNA及蛋白质的生物代谢有关,在细胞生长周期过程中起关键的调节作用,参与分裂素诱导的T细胞免疫反应,在调控中枢神经系统原发性免疫反应中起关键性作用.NO具有抑制血小板聚集和黏附、抑制急性炎症早期中性粒细胞聚集和黏附、降低内皮细胞通透性和抑制炎性渗出等免疫功能.

精氨酸还可通过促进多种内分泌激素(包括胰岛素、生长激素、催乳素、抗利尿激素和儿茶酚胺等)的释放,达到调节免疫的作用.

4.3 促进肌肉合成

精氨酸增加有利于组织合成蛋白质,提高蛋白质的利用率.以新生仔猪为模型,在7日龄的仔猪中添加精氨酸组比对照组体重提高了 28%,显著提高了背最长肌、十二指肠等组织中的蛋白质合成率,血清Arg含量和生长激素水平也显著提高[8].

4.4 促进肠道发育

强化精氨酸的胃肠营养支持,可增加机体内的氮储留,有助于改善机体氮平衡,并有效发挥调节、控制蛋白质的更新,为肠上皮细胞的损伤修复提供物质基础,从而改善肠道的机械屏障功能[9].精氨酸能改善大鼠肠道在灌注损伤后的黏膜屏障功能[10].精氨酸分解是多胺合成的第一步,细胞内精氨酸的浓度可以调控多胺的合成.多胺可以调节DNA和蛋白质的合成,从而调协细胞增殖和分化,在加快细胞增殖、组织形成及细胞分化中起着重要的作用,是小肠黏膜生长、发育、成熟、适应及恢复创伤必需的物质[11].

4.5 改善性欲

精氨酸不仅参与精子的形成,也是精子各种核蛋白的基本成分.NO对雄性生殖系统具有重要作用,它是阴茎勃起的主要介质,通过传递氮能神经信息刺激血管和阴茎海绵体平滑肌松弛,引起阴茎勃起.NO参与睾丸的微循环调节,促进和调节精子的活力和精子的受精能力.因此,精子量少的雄动物性多食富含精氨酸的饲粮,有利于精子量增加,从而促进生殖功能.另外,精氨酸在调节母畜生殖道内酸碱度,提高雌性仔畜产率方面也有一定效果.

5 精氨酸的毒副作用

在应激状态下和特殊生长阶段,精氨酸为必需氨基酸,体内合成的精氨酸也不能满足生理代谢需要[12].但是直接口服补充精氨酸得不到最佳效果,因为精氨酸的吸收与色氨酸、赖氨酸和组氨酸等拮抗.而且,精氨酸过量具有毒副作用.因为Arg是合成NO的唯一底物,外源性的L-Arg使机体在短时间内的NO含量急剧增高,而使NO的负性作用突出,不仅没有保护机体免受致死性损害,反而使NO在体内泛滥成灾而导致广泛损害,对机体造成强烈破坏.有研究表明,在14日仔猪日粮中添加1.2%的精氨酸的生长性能低于对照组,而且第6日和10日血清赖氨酸含量显著降低[13].而通过调控内源性精氨酸的合成补充机体内精氨酸的不足则可以避免其毒副作用.目前市场上不同形式的精氨酸补品层出不穷,甚至被吹嘘为无所不能.事实上,长期或者过量补充精氨酸会对机体造成损伤.有研究发现,给人补充精氨酸时,可出现轻度消化道症状、代谢性碱中毒、高血钾、低磷酸血症和过敏反应等症状.另外,机体在遭受外伤侵袭,患合并性败血症或肝、肾疾患等恶性病时,过量补充精氨酸也会产生毒副作用.

6 研究展望

近期,中国科学院亚热带农业生态研究所健康养殖中心、湖南广播电视大学理工部农医系研究发现,在7日龄仔猪日粮中添加 0.6%的L-Arg,显著提高了日增重、血清胰岛素水平,促进了肌肉蛋白质的合成[14].该中心研发的新型功能性氨基酸产品“精氨酸生素”可以有效替代精氨酸[15],这为有效防治幼龄动物的胃肠道代谢综合症等相关疾病提供了新的途径.

精氨酸对基因表达的调控影响机体的代谢已成为当今的研究热点.但目前对于精氨酸详细的作用机制尚不清楚,对其适用范围、应用时机及最佳剂量等还有争议,在营养学方面尚需要大量的科学研究逐步解决,以最大限度地发挥其正向作用而避免毒副反应.另外,不同种属动物的精氨酸准确营养需要量尚未确定,这都有待今后进一步研究探索.

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[14]Yao K,Yin YL,Chu W,et al.Dietary arginine supplementation increases mTOR signaling activity in skeletal muscle of neonatal pigs[J].J Nutr,2008,138(5):867～872

[15]吴 信,印遇龙,伍国耀.功能性氨基酸—精氨酸生素在猪中的研究进展[J].饲料与畜牧(新饲料),2009,(08):8～11

Health Care Function of Arginine with Its Regulation

PENG Ying1, CAI Li-chuang2
(1.Polytechnic Department,Hunan Radio ＆ TV University,Changsha 410004,China;2.Institute of Biological Resources,Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang 330029,China)

Arginine has many physical,metabolic and nutritional functions that include modulation of immune function,wound healing,hormone secretion,vascular tone,insulin sensitivity,lymphocytes proliferation and differentiation,cytokine production,and endothelial function.Arginine is a semi-essential amino acid that is required during periods of the body is subjected to metabolic stress situations maximal growth,severe stress,and injury.It is therefore an important immunonutrient requiring adequate supplementation under these pathological situations.But its absorption affects intestinal absorption of tryptophan,lysine,or histidine.Metabolic activation of endogenous arginine synthesis may provide a new,effective strategy to augment arginine provision.Health care function of arginine with its regulation was reviewed in this paper.

Arginine;health care;regulation

Q954.63

A

1672-5298(2011)01-0059-04

2010-12-05

湖南省教育厅科学研究项目(10C0245);湖南广播电视大学科研项目(XDK2009-C-9)

彭 瑛(1969− ),女,湖南平江人,湖南广播电视大学理工部副教授.主要研究方向:动物生态营养