D-核糖的生理功能及其应用

袁保辉，丁琪，刘桂芹，王正平

(聊城大学 生物制药研究院，山东 聊城 252000)

D-核糖的生理功能及其应用

袁保辉Δ，丁琪，刘桂芹，王正平

(聊城大学 生物制药研究院，山东 聊城 252000)

D-核糖是一种重要的生理物质，广泛应用于普通食品、保健食品、临床营养食品、药品等诸多方面。近年来，随着发酵法生产D-核糖工艺的逐渐成熟、生产成本大幅降低，其新功能的发现，又进一步扩展了其应用范围。本文即从D-核糖的生理功能、应用范围及安全性三方面作一综述。

D-核糖；生理功能；安全性

核糖具有手性碳原子特性，有L型和D型2种构型。自然界中L型核糖极不稳定，核糖主要以 D型形态存在，即D-核糖。D-核糖是一种具有极强水溶性、有甜味的五碳糖，又名D-呋喃核糖，是存在于所有活细胞中的天然戊醛糖，以呋喃型广泛存在。

1958年，Stephen等[1]首次报道了D-核糖对人体的功效研究。20世纪80年代，John对D-核糖在提高缺血性心脏恢复泵血速率方面进行了报道，开启了D-核糖在许多组织及生理功能方面的研究。上世纪90年代，D-核糖在人体营养方面的研究成为全球热点。虽然D-核糖是细胞里天然存在的物质，但是细胞没有储存D-核糖的功能[1]。如果细胞没有足够的D-核糖供应，在缺氧状态下，细胞不能通过重新合成和补救途径有效合成ATP，因此会导致人或动物出现乏力、心肌细胞功能下降，进而对机体产生危害。外源D-核糖口服经肠吸收或通过静脉注射进入血液，可以被肌体组织高效利用，因此外源D-核糖是机体补充能量的一种方式 (见图1)。

D-核糖广泛应用于普通食品、保健食品、临床营养食品、特殊功能食品、药品等诸多方面。尤其在医药行业，核糖不仅是多种药物的中间体[2]，其本身也具有医疗作用[3]。近几年，随着发酵法生产D-核糖的工艺逐渐成熟、生产成本降低及新工艺的改进[4-5]，其应用范围又有了进一步扩展。本文旨在从D-核糖的生理功能、应用及安全性三方面进行阐述。

图1 外源D-核糖快速启动ATP的de novo and Salvage过程Fig.1 Exogenous D-ribose promote de rovo and salvage pathways of ATP

1 D-核糖的生理功能

ATP是细胞的“能量货币”。在高强度运动或疾病状态下，ATP的分解速度会大于合成速度，ATP浓度随之下降。大部分ATP的降解产物IMP可以通过补救途径重新合成ATP，小部分IMP会进一步降解，以嘌呤形式流失，进而导致核苷酸池不断下降。细胞可以通过重新和补救合成途径弥补流失的ATP，D-核糖的含量是其恢复速度的限制性因素。

1.1 对心脏的作用 衰竭心脏内的ATP及核苷酸池含量会慢慢减少，它们的含量与衰竭的程度存在紧密的相关性[6]，能量供应不足被认为是引起心力衰竭的重要原因[7]。核糖可以通过加速ATP的重头和补救合成途径来补充ATP，大量临床实验表明核糖可以改善缺血性衰竭患者的心脏功能[8-9]。然而，Kiterie等[10]在动物实验中未发现核糖对非缺血性慢性心衰小鼠有改善作用，原因未知。

1.2 对运动能力的影响 王亚坤等[11]以负重游泳大鼠为实验对象研究D-核糖对大鼠运动过程中及恢复期心脏和骨骼肌功能的恢复作用，发现D-核糖显著提高了腓肠肌内ATP的合成速率，使机体在72 h内完全恢复了运动过程中消耗的ATP。另有研究发现，在间歇性高强度运动中，核糖并未显示出恢复ATP的作用[12]。Hellsten等[13]和Rasmussen等[14]研究表明在间歇性运动中，D-核糖均未表现出有增加运动能力的趋势。

1.3 对血糖的影响 D-核糖是一种单糖，所有的单糖均具有增加胰岛素分泌的作用[15]，所以核糖的摄入会引起血糖的短暂降低，一般是推荐核糖做伴餐食用。Jeff等[16]对空腹组、高糖组和高脂肪组人群给予服用核糖， 60 min后分别测定血糖值，结果显示各组血糖值分别为26.3、17.1、34.0 mg/dL(服用前基线为86.8 mg/dL)，120 min后恢复正常，表明高脂肪、高糖的摄入不会明显改变血糖的降低，核糖虽然伴餐服用，也不能忽略其短暂的降血糖作用，因此低血糖人群服用时应遵从医师的建议。

1.4 美容护肤的作用 随着年龄的增长，人们皮肤里的胶原和弹性纤维减少，临床上表现为皮肤缺少弹性，皱纹增多[18]。伴随着衰老，真皮细胞里面的ATP逐渐减少，致使能量供应不足，从而会改变细胞的功能[19]。Linda等[20]选择了20名肤色暗淡、皱纹较多的女性，给予0.5%含量的核糖面部乳液，一个月后皱纹明显减少，证明核糖具有延缓皮肤衰老的功效。

此外，有报道显示D-核糖还能显著提高患有纤维疼痛和慢性疲劳综合症患者的能量水平和睡眠质量，使头脑更加清醒，减轻患者疼痛感和临床症状[21]。核糖还具有减弱疲劳过度后小鼠睾丸氧化损伤的功效[22]，具有一定的抗氧化功效[23]，核糖其他相关的生理功能还有待进一步探究。

2 D-核糖的应用

2.1 在食品方面的应用 D-核糖可以作为调味品以及调味香精等风味物质的合成原料(GB 2760—2014)。国内市场上本土核糖品牌较少，且都是早期报批的一些产品，目前国内一些电子商务平台上在售的核糖产品主要是国外品牌，产品分为人用、兽用2种类型，因此，我国核糖市场并没有真正发展起来。国际上，利用D-核糖的甜味及能量补充作用，作为新食品原料，已广泛应用到饮料、能量棒等多种食品中，尤以美国最为突出。

2.2 在医药方面的应用 在医药工业中，D-核糖可作为多种药物的合成原料。D-核糖可以通过共价键连接抗肿瘤药物，制备成糖结合肿瘤靶向药物，使得药物具有靶向肿瘤部位的作用。D-核糖早期还作为心脏影像检查的增效剂，检测心血管系统中的可逆铊缺陷区。目前也有正在进行的关于D-核糖对肌纤维疼痛综合症的临床试验等。但是，目前以D-核糖为原料的药物还没有得到任何国家相关权威机构的批准。

此外，阿丽玛等[17]通过观察D-核糖对高脂喂饲的 C57小鼠血糖、血脂及胰岛素等的影响，探讨 D-核糖对改善高脂膳食引起的糖耐量异常和胰岛素抵抗的可能性，结果表明D-核糖可以改善高脂饲料喂饲小鼠的糖耐量异常和胰岛素抵抗，说明核糖在糖尿病的治疗上具有潜在价值。

2.3 在临床营养方面的应用 D-核糖已广泛应用于临床营养(心脏病患者辅助治疗、肌纤维疼痛综合征)、抗高原缺氧等产品上。Stephen应用D-核糖等生物活性物质综合治疗某些心脏病患者(不乏有严重的心脏病合并肿瘤的病例)，达到了治疗及改善患者生活质量的目的[24]。Julian医生也认为D-核糖在改善心动过缓和心率异常中起作用[24]。近年来，关于D-核糖在心脏病综合治疗方面的应用案例较多，其中包括各种复方(如核糖与CoQ10、左旋肉碱以及不同种类的氨基酸等)的使用。

2.4 D-核糖在体育运动营养方面的应用 D-核糖具有抗疲劳、耐缺氧的作用，美国Bioenergy公司申请的数篇专利开启了D-核糖在体育运动营养方面的应用。多个国外公司几十种液体和固体运动饮料，均采用添加 D-核糖作为新型能量因子[25]。国内也有使用D-核糖添加剂生产的一系列产品。

3 D-核糖的安全性

近年来，有关核糖毒性的讨论主要是针对其糖基化现象。Wei等[26]证明核糖基化是一个快速的过程，糖基化会进一步引起AGES的聚集，AGES又会导致细胞的凋亡与衰老。然而Stepen等[27]反驳这一观点，他们通过给赛马饲喂13w不同浓度的核糖，通过检测运动后赛马体内的核糖血浆蛋白含量，探讨 D-核糖对晚期糖基终末产物生成的影响。结果显示核糖并没有引起核糖基化蛋白含量的变化，表明核糖的服用对于马没有危害，进一步推测其对人也应是安全的。Griffiths等[28]通过给Wister大鼠饲喂13w不同浓度的核糖，研究核糖的毒性，结果表明核糖对小鼠没有不利影响，说明核糖是安全的。此外，一些已经处于人体临床阶段对D-核糖的功效研究也表明了核糖的安全性。

D-核糖在美国市场上是一种膳食补充剂，经美国FDA认定是作为一种新食品原料[26]。当摄入核糖超过200 mg/(kg·h)可能会引起腹泻[29]，D-核糖属于五碳糖，五碳糖均具有极强的吸水性，摄入过多会引起肠道脱水。服用核糖也可能会引起极少数人产生恶心、头晕等轻微症状，当核糖的服用量低于15 g/d时，对大部分人是没有副作用的[30]。此外，核糖的半衰期比较短，在服用30 min左右达到最高值，120 min左右基本全被吸收[16]。尽管核糖可以有效补充肌肉里面的ATP，但是运动专家不推荐健康的年轻人以核糖作为机能增进剂来补充能量。

4 展望

D-核糖作为人体重要的能量代谢物质具有很好的改善心脏缺血、提升心脏功能、增强肌体能量、缓解肌肉酸痛等功能，可以改善人们的生活质量。D-核糖在食品添加剂、保健食品原料、药品原料等方面的应用，为其产品的更广泛的开发利用提供了基础，尤其在改善缺血缺氧的心肌供能性保健食品开发上。因此，D-核糖组方的研究具有很强的实际意义。在保健食品行业也具有很强的市场潜力，且目前国内相关的核糖运动饮料较少。按照国内法规进行有关D-核糖方面的复方研究，使其产业化是未来研究的方向。

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(编校：吴茜)

The physiological function of D-ribose and its application

YUAN Bao-huiΔ, DING Qi, LIU Gui-qin, WANG Zheng-ping

(Institute of BioPharmaceutical Reasearch, Liaocheng University, Liaocheng 252000, China)

D-ribose is a kind of important physiological substances and widely used in fields of ordinary food, health food, clinical nutrition food, the special features of food and drugs.Recently, during the fermentation production process of D-ribose was gradually mature, the production costs have reduced and the discovery of its new function, the application of D-ribose are gradually abroad.This paper illustrates the range of application, related physiological function and the safety of D-ribose.

D-ribose; physiological function; safety

聊城市科技计划(2013GJH15)；聊城大学科技项目(318011405)；聊城大学大学生科技文化创新基金(26312158809)

袁保辉，通信作者，男，硕士，研究方向：D-核糖的性质，E-mail:294174042@qq.com。

Q539

A

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.05.67