精氨酸对机体的影响

安家慧，金玉姬，董传兴，别鹏飞，王光慧，韩洪军 (吉林医药学院，吉林吉林 132013)

Schulze等(1886)首次从羽扇豆幼苗中分离出晶体形式的精氨酸(Agrinine，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Arg。作为一种条件性必需氨基酸，Arg在生物体内以具有生理活性的左旋Arg(L-型精氨酸，L-Arg)形式发挥生物学功能［1］。

Arg可由谷氨酰胺(Gln)和脯氨酸(Pro)合成，血浆瓜氨酸和线粒体内的鸟氨酸是Arg合成的前体。大多数参与Arg合成的酶在组织中广泛表达，但某些关键酶，如氨甲酰磷酸合成酶-1(CPS-1)、鸟氨酸氨甲酰转移酶(OTC)和N-乙酰谷氨酸合成酶(NAG)只限制表达于肝脏和小肠黏膜，而吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)几乎只存在于小肠黏膜上，因此是调节Arg合成的关键部位。Arg内源合成涉及小肠-肾脏循环，小肠释放的瓜氨酸，多数运至肾脏，肾皮质是肾脏合成内源Arg的主要场所，在精氨酰琥珀酸合成酶(ASS)及精氨酰琥珀酸分解酶(ASL)的作用下合成Arg。Arg是一氧化氮(NO)、尿素、鸟氨酸及肌丁胺的直接前体，是合成肌肉素的重要元素，且被用作聚胺、瓜氨酸及谷氨酰胺的合成［2］。

1 Arg的生理调节作用

1.1 在心血管内皮系统中的作用

作为NO的前体［3］，Arg可以协助舒张血管。不仅在基础状态NO可持续不断地从内皮细胞中合成并分泌［4］，其他许多活性因子如 Ach、P物质、缓激肽、凝血酶、组胺、聚集的血小板和血流所致的切应力变化等可刺激血管内皮细胞释放NO至内膜下的血管平滑肌。NO是内皮细胞合成最重要的血管活性物质，它不但有强大的扩张血管作用，而且有抑制血小板聚集、平滑肌细胞增生、单核细胞黏附和黏附分子表达的作用，从而可防止血管壁发生粥样硬化和血栓形成［5］。

1.2 在神经系统中的作用

有关L-Arg→NO途径在中枢神经系统(CNS)方面的研究认为，NO通过扩散，作用于相邻的周围神经元如突出前神经末梢和星状胶质细胞，再激活糖皮质激素(glucocorticoid，GC)从而提高cGMP水平而产生生理效应。如NO可诱导与学习、记忆有关的长时程增强效应(Long-term potentiation，LTP)，并在其中起逆信使作用。连续刺激小脑的上行纤维和平行纤维可引起平行纤维细胞的神经传导产生长时程抑制(Long-term depression，LTD)，被认为是小脑运动学习体系中的一种机制，NO参与了该机制［6］。在外周神经系统也存在L-Arg→NO途径。NO被认为是非胆碱能、非肾上腺素能神经的递质或介质，参与痛觉传入与感觉传递过程［7］。

另据报道，NO在胃肠神经介导胃肠平滑肌松弛中起着重要的中介作用，在胃肠间神经丛中，一氧化氮合酶(NOS)和血管活性肠肽共存并能引起非肾上腺素能非胆碱能(nonadrenergic-non-choline-rrgic，NANC)舒张，但血管活性肠肽的抗体只能部分消除NANC的舒张，其余的舒张反应则能被N-甲基精氨酸消除［8］。

NO作为NANC神经元递质，在泌尿生殖系统中起着重要作用，成为排尿节制等生理功能的调节物质，这为药物治疗泌尿生殖系统疾病提供了理论依据。现已证明在人体内广泛存在着以NO为递质的神经系统，它与肾上腺素能、胆碱能神经和肽类神经一样重要。若其功能异常就可能引起一系列疾病［9］。

1.3 免疫调理作用

Arg在体内的免疫调节作用主要通过Arg/NO途径和对内分泌激素的调节实现的，在调节机体免疫、肠道黏膜功能保护及肿瘤特异性免疫等方面起重要作用［10］。Arg可有效增强体液免疫，促进免疫球蛋白产生。Arg通过提高T淋巴细胞对有丝分裂原的反应性，刺激T淋巴细胞增殖，并且能增加脾单核细胞白介素-2(IL-2)的分泌及IL-2受体的活性，增强T细胞介导的IV型超敏反应。Arg还可增强巨噬细胞的吞噬能力和自然杀伤细胞对肿瘤靶细胞的溶解作用，通过提高T淋巴细胞介导的直接或间接反应起到免疫调节作用。另外，Arg在前B细胞的成熟中起重要作用。Arg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。在免疫系统中，巨噬细胞似乎处于NO代谢的中心，它们是炎症刺激应答中诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和NO的主要产生者，生成的NO在活化的巨噬细胞杀伤肿瘤细胞和抗微生物功能中有重要作用，而iNOS活性与许多细胞间杀菌和杀寄生虫机制相连。NO产量似乎也可调节混合细胞群中T细胞表型，如对T细胞从Th1型向Th2型转变发挥了作用。另外，低浓度的NO可增加T细胞有丝分裂，但高浓度时则会产生抑制作用。Arg还可通过促进多种内分泌激素的释放，包括胰岛素、生长激素、催乳素、抗利尿激素和儿茶酚胺等，达到调节免疫的作用［11］。

有研究［12］显示:在同种异体肾移植时补充Arg，可通过减弱炎症反应减少血管闭塞;在免疫抑制时，Arg可作为常规辅助治疗发挥其保护作用。给梗阻性黄疸的大鼠食物中添加Arg，可改善体重的减轻和减弱免疫抑制［13］。Qiao［14］认为在急性重症胰腺炎时，Arg能改善患者的免疫，减少细菌和内毒素易位。Lewis［15］认为补充Arg可以提高机体的免疫反应且与年龄无关。应用含Arg的肠内营养，甚至还可以提高HIV/AIDS 患者的免疫功能［16］。

1.4 Arg与调控细胞分裂

Arg分解是多胺合成的第一步，细胞内Arg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［17］。通过N-硝基精氨酸甲酯抗C6脑胶质瘤细胞增殖的实验研究，NOS抑制剂L-NAME能抑制体外培养的C6胶质瘤细胞的增殖，并呈浓度依赖性，NO可能对C6胶质瘤有增殖刺激作用。一小部分报道显示，肿瘤细胞或它们的微环境存在NO时对肿瘤细胞的生存及转移能力是有害的，而大部分资料表明NO可以促进肿瘤的进一步发展［18］。热应激预适应对心肌的延迟保护作用。

1.5 Arg在伤口复原中的作用

Arg对于伤口的愈合有着积极的促进作用，它作为条件必须氨基酸参与体内能量代谢和解毒工作，可以促进肌体能量平衡和排毒。最主要的是，Arg具有刺激胰岛素分泌、促进肌肉组织生长和增强肌体免疫力的作用。Arg同时也是肌酸产生的重要成分之一。肌酸能增加细胞能量ATP的产生。运动时补充Arg能帮助增加您的肌肉力量和表现［19］。

1.6 Arg对激素分泌的调节作用

氨基酸是促进垂体生长激素(GH)分泌的潜在刺激因子。在所有氨基酸中，L-Arg促GH分泌作用最为明显。口服或静脉滴注Arg均可刺激垂体GH的分泌。L-Arg促GH的分泌可能涉及多种机制，但NO依赖的可溶性鸟苷酸环化酶-环鸟苷酸-蛋白激酶G(sGC-cGMP-PKG)信号转导通路在此过程中起着重要作用［20］。

1.7 Arg与精子活力的相关性

NO是一种不稳定的小分子有害气体，又是一种生物活性物质，参与了多种疾病的病理生理过程。NO在体内由L-Arg在NOS的作用下生成。它分布于睾丸、附睾及输精管等组织中，也分布于精子的顶体和尾部，对生精过程，精子活力、活率、受精能力以及精子脂质过氧化反应等具有重要的影响和双向调节作用。低浓度NO有益于增加精子活力、活率，降低精子脂质过氧化反应，提高精子的受精能力;高浓度NO对精子具有损伤作用，使精子活力、活率下降，脂质过氧化反应加强［21］。Arg是精子蛋白的主要成分，有促进精子的质量、提高精子运动能量的作用。Arg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参与睾丸的微循环的调节，促进和调节精子的活力和精子的受精能力。另外，Arg在调节母畜生殖道内酸碱度，提高雌性仔畜产率也有一定效果［22］。

2 过量添加Arg对动物机体的影响

在应激状态下和特殊生长阶段，Arg为必需氨基酸，体内合成的Arg也不能满足生理代谢需要［18］。但是，直接口服补充Arg得不到最佳效果，因为Arg的吸收与色氨酸、赖氨酸和组氨酸等拮抗。而且，Arg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［23］。有研究表明，在14日仔猪日粮中添加1.2%的Arg的生长性能低于对照组，而且第6日和第10日血清赖氨酸含量显著降低［24］。而通过调控内源性Arg的合成补充机体内Arg的不足则可以避免其毒副作用。目前，市场上不同形式的Arg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Arg会对机体造成损伤。有研究发现，给人补充Arg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Arg也会产生毒副作用。

3 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［25］。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Arg［26］，这为有效防治幼龄动物的胃肠道代谢综合征等相关疾病提供新的途径。

Arg是一种条件必需氨基酸［27］，不仅对全身系统有很重要影响，其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Arg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Arg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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