α-酮戊二酸对肌肉蛋白质合成的影响

邢孔萍，倪冬姣

（播恩集团技术中心，广东广州510000）

α-酮戊二酸（α-KG）是一种中间代谢物，主要参与三羧酸循环和氨基酸的转氨作用，还是谷氨酸和谷氨酰胺的关键中间产物（Boutry等，2011）。有研究表明，α-酮戊二酸不仅在糖代谢过程中起到关键作用，在蛋白质代谢过程中也发挥着重要作用（Kritensen等，2011）。骨骼肌组织及肌肉蛋白质作为机体的重要组成部分，在机体的整体代谢中发挥着关键的作用，骨骼肌的量关系着动物的健康生长，其也是骨骼肌蛋白质合成和降解之间平衡的结果（Bonaldo等，2013）。目前，大量研究表明，营养素（氨基酸和葡萄糖等）（Wang等，2012；Mithal等，2012）、激素（IGF-I、胰岛素和生长激素等）（Zanou等，2013）、运动及年龄（Attaix等，2005）等都是影响骨骼肌肥大和骨骼肌蛋白质合成的重要因素。影响肌肉蛋白质合成的分子机制主要与mTOR、Akt及AMPK等信号通路的激活有关（Schiaffino等，2011）。

1 α-酮戊二酸的生理功能及其代谢特点

α-KG的化学名称为2-氧代-1，5酮戊二酸，分子式C5H6O5，其是生物体内谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸等氨基酸的生物合成前体物质（Wu等，2007）。可由谷氨酰胺在激活态谷氨酰胺酶、谷氨酸转氨酶和谷氨酸脱氢酶的作用下生成。

1.1 维持碳氮平衡及蛋白质合成 在低蛋白条件下，α-KG的积累可以明显抑制糖酵解途径中第一步酶的作用，从而抑制葡萄糖的吸收达到调控碳氮平衡的作用。有研究表明，α-KG可改善手术后的负氮平衡，增加肌肉蛋白质的合成（Wu等，2009）。在大鼠的无氮日粮中分别添加3 g/kg和6 g/kg的α-KG，饲喂14 d，均能减少尿氮的损失，且在6 g/kg组，大鼠血浆中必需氨基酸显著降低。以上研究说明α-KG在维持碳氮平衡及蛋白质的合成中起到重要的作用。

1.2 维持小肠的完整性、修复受损肠黏膜和增强肠道免疫系统功能 Hou等（2010）研究表明，α-KG对小肠的生长和完整性有着很好的保护作用。日粮中添加1%的α-KG对内毒素诱导的猪具有改善小肠黏膜损伤和增加小肠吸收的功能。有研究发现，α-KG结合中草药可增加小肠上皮淋巴集结面积和肠道IgA的分泌，能够快速而有效的改善肠道的生长和发育及黏膜免疫功能。

1.3 抗氧化作用 刘坚等（2010）研究表明，日粮中添加α-KG可提高断奶仔猪血浆中SOD活性，降低MDA含量，说明日粮中添加α-KG可提高机体清除自由基的能力，从而改善仔猪机体抗氧化的能力。

2 α-酮戊二酸对骨骼肌蛋白质合成的影响

王蕾等（2010）研究表明，对断奶仔猪腹腔注射LPS的同时，在日粮中添加1%α-KG，结果发现1%α-KG组可显著缓解LPS处理导致的仔猪腓肠肌mTOR和p70S6K的磷酸化，缓解LPS带来的肌肉蛋白质降解速率。Blomqvist等（1995）研究表明，α-KG可促进髋关节手术后的蛋白质合成。余亲平等（2010）研究表明，日粮中添加0.7%α-KG可显著提高肉仔鸡的生长性能，促进其蛋白质合成速率。位莹莹等（2013）研究表明，饲料中添加适量的α-KG可以显著提高松浦镜鲤鱼的生长性能及饲料蛋白质利用效率，降低血清尿酸，促进蛋白质代谢和脂肪代谢。通过给小鼠尾静脉注射α-KG，可显著激活S6和4E-BP1的磷酸化，并能够促进MHCII的表达。

3 α-KG参与蛋白质合成的信号通路

3.1 α-KG介导氨基酸激活mTOR促进蛋白质的合成 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）可形成两个功能和结构不同的复合物，即mTORC1和mTORC2。mTORC1主要调控由氨基酸、细胞内能量及生长因子带来的蛋白质合成、核酸的生物合成、营养物质的吸收及细胞的自噬等（Goodman等，2011）。α-KG除了作为谷氨酸和谷氨酰胺的代谢产物，也可以介导机体内氨基酸的代谢调控mTOR，达到促进蛋白质合成的目的。Yao等（2012）研究发现，在培养基中分别添加0.5 mM和2 mM的α-酮戊二酸均可抑制小肠上皮细胞谷氨酰胺的分解，促进mTOR、p70S6K和4E-BP1的磷酸化，促进小肠上皮细胞的蛋白质合成，抑制蛋白质的降解。Duran等（2013）研究表明，氨基酸对mTOR的激活，需要α-KG的介导。

研究发现，细胞内的谷氨酸和谷氨酰胺分解产生α-KG后可激活Rag-mTORC1信号通路，并且氨基酸尤其是亮氨酸对mTOR的激活需要谷氨酰胺的分解才能实现，当干扰掉谷氨酰胺酶或者谷氨酸酶后，即使有亮氨酸存在，mTORC1也不能被激活（Duran等，2013）。有研究报道，α-KG具有抑制线虫TOR的作用（Chin等，2014）。

3.2 α-KG通过G-蛋白偶联受体（GPR）介导激活细胞内信号 α-KG是一种高亲水性分子，并不能很好通过细胞，促进细胞内α-KG水平的增加。MacKenzie等（2007）分别在细胞外直接添加α-KG和可通过细胞膜的α-KG酯，并没有检测到细胞内α-KG的水平增加。但是He等（2004）研究表明，在机体内存在α-酮戊二酸受体（GPR99/80）和琥珀酸受体（GPR91）两种G-蛋白偶联受体，这两个受体都可以感受细胞α-酮戊二酸的变化。GPR受体激活后，可使下游Ca离子信号通路开放，进而激活ERK的磷酸化，进一步激活mTOR通路，引起蛋白质的合成增加。Sundstrom等（2013）研究表明，GPR91受体可以通过Gai引起下游PLC的变化，并且Gai2也可以促进骨骼肌的肥大，抑制肌管的萎缩，这主要与下游的GSK抑制及p70S6K激活有关。

4 小结

综上所述，α-KG在调控肌肉蛋白质合成与降解，肥大与萎缩方面有重要的作用，其在细胞内的作用机制主要与mTOR信号通路的激活有关。但目前研究证实，α-KG并不能穿过细胞膜进入细胞内，其在细胞外如何发挥作用，还有待进一步研究。此外，对于α-KG对猪肌肉蛋白质合成的研究主要集中在LPS应激模型下，而对正常猪的研究鲜见报道。因此，深入研究α-KG对猪肌肉生长发育，蛋白质的沉积及肌肉品质的影响，有助于探讨猪提高氮营养素利用率的营养调控措施，对于改善猪肉品质同样有很重要的意义。