瓜氨酸的药理作用及生产方法的研究进展

刘 娟,路欣欣,孟 慧

(1.佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154000；2.解放军第85医院药剂科，上海 200052)

瓜氨酸的药理作用及生产方法的研究进展

刘 娟1,路欣欣1,孟 慧2

(1.佳木斯大学，黑龙江 佳木斯 154000；2.解放军第85医院药剂科，上海 200052)

瓜氨酸以其独特的药理作用，正被越来越广泛地应用于食品药品行业、保健品行业和化妆品行业。目前，瓜氨酸的生产主要有化学法、提取法、酶法和发酵法。本文综述了瓜氨酸的药理作用及目前国内外关于瓜氨酸的应用和研究现状，并对其发展前景进行了展望。

瓜氨酸；药理作用；生产；研究

瓜氨酸(citrulline)，又名氨基甲酰鸟氨酸(carbamylornithine ornithin)，纯品为白色结晶，柱晶，分子式为C6H13N3O3，分子量175，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚等。瓜氨酸的熔点为222 ℃，等电点为5.92，比旋光度为[α]D25=21.0。1914年右贺太郎等从西瓜榨汁中第一次分离得到了瓜氨酸，此后由和田光德确认它为一种氨基酸。瓜氨酸以游离态存在于葫芦科植物的种子中，迄今为止，人们已经成功地从西瓜榨汁中，野西瓜叶中，核桃仁，核桃幼苗及种子中分离得到了瓜氨酸[1]。

1 瓜氨酸的药理作用

瓜氨酸是一种非蛋白质α-氨基酸，它具有肽键形成的能力，但是不参与蛋白质的合成。瓜氨酸曾一度被人们认为是尿素循环中的中间产物，然而，最近的研究表明，瓜氨酸能广泛应用于医药、食品、保健[2]等各个方面，具有良好的药理作用。

1.1防治前列腺疾病 瓜氨酸对防治前列腺疾病，包括前列腺炎、前列腺肿胀、前列腺肥大、前列腺增生症、前列腺癌作用明显。王江海等[3]发明了通过诱导南瓜子胚细胞萌动提升瓜氨酸及抗增生因子活性物质含量并将这些物质提取的方法，可以作为医药原料或功能性保健食品。

1.2提高男性性功能 瓜氨酸能够使人体产生出氮氧化物，而这种氮氧化物对男性的性能力是一种非常重要的物质。与提高性能力药物不同的是，瓜氨酸可以完全吸收到血液中，更容易产生氮氧化物，从而达到使阴茎勃起的功效。而且作为一种纯天然制品，瓜氨酸不仅没有任何副作用，同时还能全面增强男子的身体状况，被誉为“绿色伟哥”，而且美国已经有公司开发出了相关产品。赵力[4]的专利中公布了一种从西瓜中提取瓜氨酸的方法，可以制成片剂和胶囊。

1.3治疗L-精氨酸缺乏引起的相关疾病 最近的研究表明，瓜氨酸在体内转化为人体必需氨基酸-L-精氨酸，在维持心血管正常功能的一氧化氮代谢中也发挥着重要作用[5,6]。L-精氨酸缺乏可导致一系列的心血管疾病，包括高血压、动脉粥样硬化、糖尿病、高胱氨酸血症、心衰及缺血再灌注损伤等。膳食或循环中L-精氨酸升高时，肝脏、肾脏和其他组织中精氢酸酶活性升高，增加L-精氨酸代谢。由于L-瓜氨酸作为合成L-精氨酸的前体，在许多组织中能转化成L-精氨酸，且在胃肠道和肝脏中不代谢，亦不诱导精氢酸酶活性升高，因此补充L-瓜氨酸能辅助治疗L-精氨酸缺乏引起的相关疾病，及对解决肥胖，糖尿病，代谢性疾病等提供了新的、可行的治疗手段。

1.4抗衰老和增强免疫力 研究发现瓜氨酸有较强的抗氧化能力，能够清除羟基，增加NO合成所需的精氨酸，可有效保护DNA及PMN免受氧化反应的侵害[7]，可以作为抗衰老、提高免疫力的保健品，也可作为女性美容化妆品，具有护肤防皱祛斑抗衰老之功效[3]。如L-瓜氨酸-苹果酸盐已经是目前国际市场上销售量日益增大的一种氨基酸盐类保健品。可将其制成常规的固体制剂，如片剂、粉剂、颗粒剂、胶囊等，制成液体制剂，如水或油性悬浮剂等或其他液体制剂如糖浆等。赵力[8,9]发明的无糖型瓜氨酸口腔喷雾剂及泡腾片能够很好的被各类人群吸收，补充体内所需营养，延缓衰老、提高免疫力。欧美国家的一些瓜氨酸类保健护肤品也已经上市。

1.5提高运动员肌肉力量与耐力 精氨酸对于人体的运动机能有良好的促进作用，但是有文献报道，单纯补充精氨酸对运动员没有明显作用[10]。由于L-瓜氨酸作为合成L-精氨酸的前体，在许多组织中能转化成L-精氨酸，服用瓜氨酸能有效的改善人体的抗疲劳能力，维护健康的心肺功能，提高脑力清晰度，降低压力和克服沮丧情绪，平衡血糖浓度，增强人体的肌肉强度，提高体能，在运动保健方面具有良好的作用。加拿大NxCare公司生产的ANAVOL，一个全新的肌肉超人，加上适当的饮食和结合锻炼，可以使肌肉发展成一个全新的水平。这个配方含有的瓜氨酸等3种成分能够相互作用最大限度提高肌肉质量，细胞的水合作用，使肌肉尽快恢复，增大能量与力量。

1.6其它作用 多伊茨等[11]报道了瓜氨酸还能治疗早饱，并能在透析开始前或接受透析时在肾脏损伤患者中增加创伤愈合和改善微循环。莫纳德等[12]证实瓜氨酸能够治疗营养缺乏状况，增加肌肉蛋白合成。瓜氨酸用来扭转因疾病或者小肠切除手术所导致的精氨酸缺乏症也已经被报道[13]。此外，瓜氨酸还具有很多重要的生理功能，如异体排斥效应指示剂，诊断类风湿关节炎[14]等，应用前景十分广阔[15]。

2 瓜氨酸的生产方法

瓜氨酸的生产经历了由化学法到提取法，再到发酵法和酶法的转变，下面对其依次进行简要介绍。

2.1化学法 化学法是被最早应用的生产瓜氨酸的方法，目前为止也是生产瓜氨酸最主要的方法。1850年，就有人用化学法合成了瓜氨酸。但直到1950年，此法才被大量应用于工业生产，并逐渐成熟。化学法生产瓜氨酸是指在碱性条件下水解L-精氨酸得L-瓜氨酸，过程控制比较困难，产品中含有旋光对映体DL-瓜氨酸，影响产品质量，生产过程中产生大量废水，污染环境[16]。

国内还报道过以L-鸟氨酸盐酸盐为原料与碱式碳酸铜反应生成二鸟氨酸合铜保护α-NH2，用尿素对α-NH2进行甲酰化，得到二瓜氨酸合铜， 后用H2S除铜离子得到 L-瓜氨酸[17]。但是用化学法生产的瓜氨酸由于纯度及环境问题，应用受到限制。

2.2提取法 人们早在1820年对提取法就有了一定认识，但直到20世纪初才从西瓜榨汁中分离得到瓜氨酸。后来人们在野西瓜叶、核桃仁、核桃幼苗及葫芦科植物的种子中都分离出了瓜氨酸。

牟昳等[15]在100 g天花粉中能提取出瓜氨酸1.91 g。但其整个分离纯化步骤较繁琐，还涉及到天花粉蛋白与瓜氨酸的分离，得到的瓜氨酸纯度也较低。

钱骅等[18]也对从栝楼根中提取瓜氨酸的条件进行了探索，并确定了瓜氨酸测定条件。

北京健健康康生物技术有限公司发明的由西瓜汁中提取瓜氨酸，纯度较好，产率能达到3‰[4]。由于天然产物中瓜氨酸含量极其有限，因此提取法受到原料来源限制，生产规模小，工艺较复杂，分离提取困难，产酸率低，成本高，经济效益差等缺点都严重限制了提取法在工业生产上的应用。

但相对于传统方法，提取法能得到天然瓜氨酸，因此找到一种广泛生长的富含瓜氨酸的植物也是一种很好的研究方向。

2.3发酵法 发酵法是生产天然瓜氨酸的一种比较普遍的方法。欧美对于这方面的研究报道比较多，方法也较成熟。尤其是日本对这方面的研究比较深入。Okumura等[19]用BacillussubtilisK-X-1 A-9(ATCC 15562)发酵生产瓜氨酸，日本Kyowa Hakko Kogyo公司[20]培养能够利用烃类作为碳源的石蜡节杆菌Arthrobacterparaffineus精氨酸需求型的突变株发酵生产瓜氨酸。日本专利中，将具有精氨酸生产能力的嘧啶代谢拮抗体耐性菌株，诱导产生精氨酸需求型的突变株，从而显著的提高了瓜氨酸的产量。发酵培养基包括葡萄糖、淀粉水解液做碳源，NH4Cl及尿素为氮源，磷酸钙、硫酸锰等无机盐以及其他营养成分，专利指出，在培养基中加入1%～5%的谷氨酸和天冬氨酸能显著提高瓜氨酸的产量。

还有报道将Escherichia属细菌，诱变得到精氨琥珀酸需求型的突变株，发酵培养得到瓜氨酸。随着发酵法的研究深入，瓜氨酸产量也在逐渐提高。

2.4酶法 酶法生产瓜氨酸，即采用Streptococcusfaecalis，Clostridiumperfringens，Micrococcuspyogenes，Bacilluspyocyaneus，Baker′syeast等微生物生产的精氨酸分解酶，精氨酸脱亚氨基酶，由精氨酸生产瓜氨酸[21～23]。利用酶法合成瓜氨酸，大多采用一步酶促反应，因而可避免瓜氨酸全合成途径中复杂的反馈调节作用，使瓜氨酸可以积累到较高的浓度。

Chibata等[24]报道PsudomonasputidaATCC 4359，PseudomonasfluorescenIFO 3081，PseudomonasovalisIAM 1002，LeuconostoccitrovorumATCC 8081等可以生产精氨酸脱亚氨基酶，以L-精氨酸或DL-精氨酸为底物，得到较高浓度瓜氨酸。曹瑜等[25]利用粪链球菌精氨酸脱亚胺酶转化L-精氨酸制备L-瓜氨酸。进而有报道采用固定化粪链球菌酶法连续生产L-瓜氨酸[26]，该法可连续化生产，大大提高生产效率，降低了生产成本。

酶法合成瓜氨酸的优点是产物浓度高，纯化步骤少，产物无DL型对映体结构。但同时转化率较低，同时会产生杂酶，影响瓜氨酸的生产。因此提高酶活性的研究正在不断深入。

2.5其他方法 刘毅等[27]用化学-生物法制备D-精氨酸和L-瓜氨酸，将两种方法很好的结合在一起。通过添加催化剂，快速消旋为DL-精氨酸。后以DL-精氨酸为底物,利用酶法同时制备D-精氨酸和L-瓜氨酸。D-精氨酸作为组成多肽的氨基酸具有重要的生理功能，它可抑制癌症扩散，治疗生长激素释放过多造成的紊乱，还具有抑制DNA合成、前列腺癌细胞增殖等功能。同时还有赵力[4]的专利提到，可利用组织培养的方法得到可供提取瓜氨酸的原料，这也为生产天然瓜氨酸提供了条件。

3 展望

随着人们对瓜氨酸药理研究的不断深入，瓜氨酸的需求量也在不断上升。尽管传统的合成法可以大批量的生产瓜氨酸，但随着人们生活水平的提高，对于健康的关注和环保意识的增强，用化学合成法生产瓜氨酸因其严重的环境和质量问题在应用上受到较多限制。相反的，天然瓜氨酸的相关产品却越来越受到消费者的青睐。

因此，如何找到一条适合产业化的天然瓜氨酸的生产方法必将是今后瓜氨酸生产的研究重点。随着生物技术的提高，如何提高现有的酶法和发酵法的产酸率和降低成本也将成为瓜氨酸生产的研究方向之一；同时，各种研究报道还表明，高等植物组织培养生产天然瓜氨酸的方法以其独特的优势势必成为将来的研究热点。

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2010-10-15

[修回日期] 2011-02-25

Progressonpharmacologicalactivitiesandproductionmethodsofcitrulline

LIU Juan1,LU Xin-xin1,MENG Hui2

(1．Jiamusi University, Jiamusi 154000，China；2．Department of pharmacy,85th Hospital of PLA, Shanghai 200052, China)

Citrulline was more and more widely used in food and drug industry, health products industry and cosmetics industry because of it's particular pharmacological effects. At present, there were four main methods for producing citrulline: chemical method, extraction method, enzymatic and fermentation method. The pharmacological effects, the application and research current situation about citrulline were summarized in home and abroad. The development prospects of citrulline were predicted.

citrulline; pharmacological effect; produce; research

刘 娟(1949-)，女，教授，硕士生导师 .

孟 慧. Tel：(021)81818310， E-mail:mengh1970@163.com.

R282.71

A

1006-0111(2011)03-0173-04