甜菜碱及其在临床中的应用

章文

（新乡医学院/河南医学高等专科学校附属医院，河南 新乡 453003）

0 引言

甜菜碱是一种天然物质，广泛分布在麦麸、小麦胚芽、菠菜、甜菜、微生物和水生无脊椎动物等动植物中，因为它看起来像甘氨酸，有三个额外的甲基，因此甜菜碱也被称为三甲基甘氨酸。膳食甜菜碱的摄入是人体甜菜碱的重要来源，甜菜碱主要分布在肾脏、肝脏和大脑中。除了膳食摄入外，甜菜碱还可以在体内由胆碱合成。甜菜碱的生理意义，一方面，甜菜碱作为甲基供体在甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）催化下，使同型半胱氨酸形成蛋氨酸，主要发生在肝脏和肾脏；另一方面，甜菜碱是基本的渗透保护剂，主要积聚在肾脏、肝脏和大脑的细胞中，在高渗透环境下保护细胞、蛋白质和酶不受损害。

1 甜菜碱的生理功能

1.1 甜菜碱的渗透保护作用

高渗透可导致细胞内水分流出体积减小，不利于细胞存活。因此，为了平衡高渗透和保护细胞免于萎缩或死亡，细胞需要积聚不同类型的渗透保护剂，如甜菜碱、牛磺酸、山梨醇、无机盐等等。甜菜碱与其他渗透保护剂相比，一方面能降低水分子溶解蛋白质的能力，稳定蛋白质结构；其次，甜菜碱可以增加细胞的细胞质体积和含水量，以防止高渗条件下的脱水收缩。因此大量研究表明，小到细菌，大到脊椎动物，细胞都需要吸收甜菜碱作为渗透保护剂，当组织处于高参状态时，可以补充额外甜菜碱来对抗渗透压力。

1.2 甜菜碱作为甲基供体

甲基化是动物体内必不可少的生化过程，如DNA和蛋白质的甲基化等。甜菜碱作为甲基供体在甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）的作用下，向同型半胱氨酸转甲基生成蛋氨酸和二甲基甘氨酸。类似地，依赖维生素B12的蛋氨酸合成酶(MS)也可以催化同型半胱氨酸与从5-甲基四氢叶酸供体获得甲基形成蛋氨酸。这些过程储存了蛋氨酸，解毒了同型半胱氨酸，是临床治疗疾病的基础。二甲甘氨酸有两个可用的甲基基团，可能降解为肌氨酸，最终降解为甘氨酸。蛋氨酸作为底物进入蛋氨酸循环，在蛋氨酸腺苷转移酶的作用下，生成s-腺苷蛋氨酸（SAM），SAM作为甲基化剂，去甲基化后转化为s-同型半胱氨酸（SAH），一分子的SAH被水解成一分子同型半胱氨酸和一分子腺苷。此外同型半胱氨酸在依赖维生素B6的胱硫脒β-合成酶催化下，通过转硫途径生成胱硫醚。膳食甜菜碱作为甲基供体在各种含硫氨基酸的代谢均有重要影响作用。

2 甜菜碱的药理作用

2.1 甜菜碱通过改善含硫氨基酸的代谢，降低氧化应激反应

含硫氨基酸如同型半胱氨酸、蛋氨酸、SAM、SAH和半胱氨酸参与各种代谢途径，包括谷胱甘肽合成和蛋白质合成，以及各种甲基转移反应。甜菜碱通过促进同型半胱氨酸形成蛋氨酸来直接影响同型半胱氨酸的浓度，减弱了同型半胱氨酸诱发的应激反应。同时甜菜碱将同型半胱氨酸转化为蛋氨酸，蛋氨酸在抗氧化作用中起着重要作用。

2.2 甜菜碱抑制转录因子核因子-κB（NF-κB）通路，减少炎症反应

转录因子核因子-κB（NF-κB）通路控制着许多与炎症相关的基因，这些基因包括促炎细胞肿瘤坏死因子-α、白细胞介素1β和白细胞介素23。甜菜碱通过抑制NF-κB信号通路而发挥抗炎作用。

2.3 甜菜碱抑制NLRP3炎症小体激活，发挥抗炎作用

早期的研究表明甜菜碱可以直接增加肝细胞中血红素氧合酶-1的表达水平，这种作用可以抑制NLRP3炎症小体激活，从而保护肝脏免受脂多糖和d-半乳糖胺诱导的炎症。近年来的研究表明，甜菜碱对果糖诱导的非酒精性脂肪肝模型NLRP3炎症小体相关蛋白有明显的抑制作用，且呈剂量依赖性，如NLRP3和成熟半胱天冬酶-1，以及包括白细胞介素1β的促炎细胞因子水平。

2.4 甜菜碱调节能量代谢的作用。

据报道，甜菜碱对脂质代谢和糖代谢均有影响[1]。对脂质代谢，甜菜碱使用可恢复脂质合成和氧化之间的不平衡，有助于减轻脂肪堆积。对葡萄糖代谢，Mor gan的研究发现，甜菜碱补充可以改善非酒精性脂肪肝的胰岛素途径[2]，在另一个2型糖尿病的研究中也发现了类似的现象，甜菜碱能够降低胰岛素抵抗，促进糖代谢。

2.5 甜菜碱减轻内质网应激反应和细胞凋亡

有报道称高同型半胱氨酸可以诱导错误折叠的蛋白质，最终导致内质网应激反应[3]，甜菜碱可以促进同型半胱氨酸转化成蛋氨酸，维持半胱氨酸水平，减轻内质网应激。除了减轻应激外，甜菜碱还抑制细胞凋亡。

3 甜菜碱在临床中的应用

研究表明，甜菜碱对人类各种疾病都有益处，如肥胖症、糖尿病、癌症和阿尔茨海默病。

（1）在动物实验中，膳食甜菜碱被证明对身体脂肪有积极的影响[4]。然而，很少有研究关注甜菜碱对人类肥胖的影响，甚至有些结果是矛盾的。目前的研究表明，血浆甜菜碱浓度与成年人体内脂肪含量呈负相关；血浆中甜菜碱浓度越高，脂肪分布越好[5]。但是在Schwab and Faver o的研究中，没有发现甜菜碱的补充对身体成分的影响[6]。然而，在另一项来自Gao的研究中，对大量普通人群进行了分析，甜菜碱的摄入量越高，身体成分越好[7]。类似地，其他研究表明血浆甜菜碱浓度与人类非酒精性脂肪肝呈负相关，但是甜菜碱补充的结果有待讨论。因此，为了获得可靠的结果，需要更多的研究关注这一领域。

（2）许多动物研究表明甜菜碱与糖尿病密切相关。糖尿病导致血糖升高是由于糖代谢受损。血浆甜菜碱浓度是诊断人类糖尿病的不良预测因子[8]，血浆甜菜碱浓度可能与糖尿病并发症有关，如微血管病变。研究表明，异常尿甜菜碱排泄与糖尿病密切相关[9]，但其诊断价值低于其他物质，如胆碱和二甲基甘氨酸。目前，只有一项研究调查了甜菜碱对糖尿病的影响。因此，为了确定甜菜碱补充是否有效，今后将需要更系统的研究。

（3）许多研究发现，甜菜碱的摄入与癌症有关，如乳腺癌、肺癌、肝癌、结肠直肠癌和鼻咽癌。在这些研究中，较高的甜菜碱摄入量会降低患癌症的风险。此外，研究表明，食用胆碱和甜菜碱(100mg/天)可以降低11%的癌症发病率。然而，在一些研究中，发现了矛盾的结果，例如Lee发现结直肠癌与甜菜碱摄入之间没有关联。为了获得可靠的结果，将需要开展大量对照试验和前瞻性研究。

（4）最近一项研究表明，甜菜碱干预可以恢复高同型半胱氨酸引起的阿尔茨海默病，并减弱阿尔茨海默病患者的炎症反应。这一发现进一步扩展了甜菜碱在人类疾病中的应用范围。

4 结论

本文综述了甜菜碱作为渗透保护剂和甲基供体的主要生理作用，并且讲述了甜菜碱的药理作用。这些作用主要与保护含硫氨基酸代谢免受氧化应激反应、抑制NF-κB和NLRP3炎症小体活性、调节能量代谢以及减轻内质网应激反应和细胞凋亡有关。尽管在临床应用中出现了一些矛盾结果，但甜菜碱的效益需要更多更广泛的临床试验来揭示，并确保甜菜碱的药用价值。