功能性氨基酸在动物健康和营养中的作用

周琳　王蜀金 邵建忠 马晓迪

摘 要： 近年来，有证据显示，人们对氨基酸在人和其他动物的生长、健康和疾病发展上的生理生化以及营养学功能越来越感兴趣，这起因于发现了氨基酸在细胞信号包括蛋白酶激酶、G-蛋白偶联受体和气体分子（如一氧化氮、一氧化碳和硫化氢）中的作用。除此之外，营养学研究表明，日粮中添加多种氨基酸（如精氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸和脯氨酸）能够调控基因表达，促进小肠和骨骼肌的生长，或减少过脂肪的过多沉积。这些开创性的发现催生了功能性氨基酸的概念，其定义为那些参与和调节能够提高动物健康水平、促进其生长发育、泌乳及繁殖等重要代谢途径的氨基酸。功能性氨基酸在防治代谢疾病（如肥胖、糖尿病和心血管疾病）、胎儿宫内生长迟缓、不孕不育、肠道和神经功能障礙及（包括病毒感染在内的）传染性疾病等方面具有广阔的应用前景。

关键词：功能性氨基酸；健康；营养

氨基酸是合成组织蛋白的基本单位，也是用于合成许多小分子物质（如一氧化氮、多胺、谷胱甘肽、肌酸、肉毒碱、甲状腺激素、5-羟色胺、黑色素和亚铁血红素）（Blachier 等，2011；Kim等，2012；Kong等，2012；Wu，2009）的重要基质，具有众多重要的生理学意义。基于动物生长或氮平衡的标准，传统上氨基酸在营养学上可分为必需氨基酸和非必需氨基酸（Wu，2009）。那些具有不能被动物细胞重新合成的碳链的氨基酸必须通过日粮提供，以维持动物的生命，因此此类氨基酸在营养学上具有重要意义（表1）。据此，半胱氨酸和酪氨酸的碳链不能在动物体内合成，所以二者应该归入必需氨基酸之列。与之相对应的是，可以在动物体内合成的氨基酸早先被认为是非必要的，在营养学上应该归类为非必需氨基酸（Wu，2013）。然而，氮平衡并不是衡量日粮最适氨基酸需求的敏感指标（Wu，2013）。例如，成年男性摄入无精氨酸食物仍能维持9 d的氮平衡，但是他们的精子数量和活力却降低了90 %（Wu等，2009）。除此之外，虽然妊娠母猪日粮实现了氮平衡，但若缺乏精氨酸仍会损伤胚胎和胎儿的存活与生长（Wu等，2010）。事实上，目前并没有足够说服力的证据说明在人和动物体内可以合成充足的营养学上所认为的非必需氨基酸（Li等，2009；Wu等，2010）。

日粮的氨基酸需求取决于动物的品种、所处的生长发育阶段、生理状态以及小肠肠腔中的微生物区系组成情况、环境因素和病理状态（Dai等，2011，2012a，b；Wu等，2013）等。因此，某些动物自身可以合成的氨基酸又被归入为有条件的必需氨基酸，因为在某些特定的条件下（如早期断奶、泌乳、怀孕、烧伤、损伤、热应激和冷应激），它们的利用速度大于自身的合成速度（Wu，2009）。这些氨基酸有早产婴儿和断奶婴儿上应用的谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸、甘氨酸和牛磺酸等（表1）。值得注意的是，目前用于对条件性氨基酸进行分类的主要依据和标准是动物的生长需求而非氮平衡。

一些营养学上的非必需氨基酸（如成人使用的精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸）在调节基因表达（Kim等，2011a，b；Wu等，2011a，b）和微-RNA水平（Liu等，2012）、细胞信号（Bazer等，2012；Jewell等，2013）、血流量（Tan等，2012）、养分转运和动物细胞内的代谢（Suryawan等，2012；Wang等，2013）、褐色脂肪组织的发育（Wu等，2012）、肠道微生物菌群的消长与代谢（Dai等，2012a，b）、抗氧化反应（Hou等，2012a，b）、先天性和细胞介导性的免疫应答反应（Ren等，2011，2013）等方面起着重要作用。特别有趣的是，氨基酸通过以下途径参与和调节细胞信号：（1） 少量保守的蛋白激酶（包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白、AMP-激活蛋白激酶、cGMP依赖性蛋白激酶、cAMP依赖性激酶和丝裂原激活蛋白激酶）；（2） G蛋白偶联受体；（3） 气体分子，包括一氧化氮、一氧化碳和硫化氢（Wu，2013）。此外，谷氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸[（在植物和动物源性的食物蛋白中含量丰富（Li等，2011a）]是哺乳动物肠道细胞代谢的主要“燃料”（Burrin和Stoll2009；Rezaei等，2013a，b）。最新的证据表明，谷氨酸在胃肠道化学传感同时很可能在其他组织中起着重要的作用（Gallinetti等，2013）。此外，这些氨基酸与甘氨酸、色氨酸、酪氨酸和D-型氨基酸（如D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-丝氨酸）一起调节着神经系统的发育与功能（Fernstrom 2012；Friedman和Levin2012；Hou等，2012a，b；Wang等，2013）。再者，亮氨酸能够激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白而刺激蛋白合成和抑制胞内蛋白水解（Dillon 2012；Li等，2011b），而甲硫氨酸是细胞内的主要甲基供体，会影响DNA和蛋白质的甲基化（Wang等，2012）。值得注意的是，营养学研究表明，在日粮中添加多种氨基酸（如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、亮氨酸和脯氨酸），能够调节基因表达和促进小肠与骨骼肌的生长（Geng等，2011；Jobgen等，2009；Wang等，2008；Wu等，2011a，b；Yao等，2008；Yin等，2010）。氨基酸在代谢、生理和抵抗感染（包括病毒感染）等各个方面都发挥着多种极其重要的作用（表2）。

根据上述众多对人和动物进行的科学研究结果，Wu（2012）提出了功能性氨基酸的新概念，功能性氨基酸指那些能够参与并调节重要代谢途径以提高动物或人健康水平和存活率、生长与发育、泌乳量和繁殖性能的氨基酸。代谢途径包括：（1） 胞内蛋白质的周转（合成与降解）和相关生理活动（Bertrand等，2012；Kong等，2012 ；Wauson等，2013；Xi等，2011，2012；Yao等，2012）；（2） 氨基酸合成与分解（Brosnan和Brosnan2012；Lei等，2012a，b）；（3） 生成小肽、含氮代谢物和含硫物质[如硫化氢（Mimoun等，2012）]；（4） 尿素循环和尿酸合成（Wu，2013）；（5） 脂类和葡萄糖代谢（Dai等，2013；Gao等，2012；Satterfield等，2011，2012）；（6） 一碳单位的代谢（Wang等，2012）和（7） 细胞氧化还原信号（Hou等，2012a）。功能性氨基酸在营养学上有可能是必需氨基酸，也有可能是非必需氨基酸，而在条件性上是必需氨基酸（表1）。值得注意的是，功能性氨基酸的概念除了作为合成蛋白、多肽和小肽的基本单位之外，还兼顾到了动物日粮中氨基酸的代谢需求。氨基酸营养上的这些研究新进展在本刊“氨基酸”杂志中以多个版面进行了重点介绍，以进一步促进该领域的快速发展。功能性氨基酸在预防和治疗代谢性疾病（如肥胖、糖尿病和心血管障碍）、无乳症、胎儿和后天生长迟缓、男女不孕不育、器官功能障碍和疾病感染（包括病毒感染）等方面均起着非常重要的作用。□□

原题名：Functional amino acids in nutrition and health（英文）