维生素C研究进展及其在宠物临床中的应用

2022-12-06翟卫民

现代畜牧兽医 2022年3期

翟卫民

（上海晶明宠物医院，上海 200331）

1 维生素C的理化性质

维生素C可治疗维生素C缺乏病，又称为抗坏血酸[1-3]。提纯的维生素C为无臭、味酸的白色结晶或结晶性粉末，久储易变色为微黄。维生素C微溶于乙醇，不溶于有机溶剂，易溶于水，呈酸性。密度为1.694 g/cm3，熔点为190～192℃，沸点为553℃。天然的维生素C广泛存在于酸枣、橘子、柠檬等水果和番茄、马铃薯、卷心菜等蔬菜中，是动物机体必需的微量有机物质之一，在调节机体代谢过程中发挥重要作用。大多数哺乳动物乃至大多数脊椎动物均可以D-葡萄糖为原料，在肝脏中自行合成维生素C。但灵长类动物、飞行类哺乳动物、鸟类、鱼类以及豚鼠因缺乏L-古洛糖酸内脂氧化酶（L-gulono-g-lactone oxidase，GULO）而失去此功能，必须从外界获取维生素C。但因自体合成数量及肠道吸收量的限制，所有动物均有可能出现维生素C缺乏的情况。

维生素C在动物体内主要以还原型维生素C，即L-抗坏血酸（L-ascorbic acid，ASC）和氧化型维生素C，即L-脱氢抗坏血酸（L-dehydroascorbic acid，DHA）等两种形式存在，且ASC占大多数。动物机体内很多细胞均易将DHA转化成ASC，故以二者总和计算维生素C的含量。维生素C的跨膜转运方式可分为自由扩散、协助扩散、主动运输[4-7]。胃和小肠部位的非电离型维生素C可通过自由扩散方式跨膜运输，但对于疏水性极差的ASC、DHA效率极低，DHA可依赖葡萄糖转运蛋白（glucose transporters，GLUTs）协助扩散。

GLUT包括5个蛋白亚型，广泛分布于多种组织细胞中。其中，红细胞可利用GLUT，依靠内外化学电动势获取DHA并立即还原为ASC，虽然维持了DHA的血浆浓度优势，但也受到血浆浓度的限制。其他组织细胞则可依赖钠离子依赖型维生素C转运蛋白（sodium-dependent vitamin C transporters，SVCTs）获得逆浓度梯度的维生素C，通过主动运输方式运输ASC，其中起到主要作用的是SVCT1和SVCT2。

SVCT1主要分布于小肠、肾脏上皮细胞中，SVCT2则广泛分布于机体各类组织中，其中，胎盘、神经元中尤其多。SVCT1主要负责胃肠对维生素C的吸收和肾脏对维生素C的重吸收，而SVCT2则主要负责维生素C的分配和运输。由此可知，受制于SVCT的能力，即使大剂量口服维生素C，血浆中维生素C的浓度也存在上限，而机体维生素C的消耗受意外条件的影响而增加，使静脉注射大剂量维生素C提高疾病治愈率成为可能。

2 维生素C的作用

2.1 抗氧化

维生素C的大部分生物学功能由其独特的结构决定。维生素C分子式为C6H8O6，内酯环结构上存在两个活跃的羟基，极易发生电离（pKa分别为11.6、4.2），生成ASC和DHA，而DHA可在一系列酶促反应中被还原为ASC。因此，ASC成为了天然抗氧化剂，上述反应中还原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）依赖DHA还原酶介导的反应最具有代表性。

线粒体氧化磷酸化过程及细菌、病毒诱导炎症反应过程中均可产生大量活性氧自由基。许多蛋白质和酶需要巯基（—SH）才能够发挥生理功能，但巯基易受到氧化自由基的氧化，若无法尽快清除活性氧自由基即能发生DNA氧化、脂质过氧化反应、氨基酸氧化等。保护红细胞膜上的巯基可防止溶血、保护血红蛋白防止其氧化成高铁血红蛋白等[8-10]。另外，维生素C能够与维生素E协同作用[11]，及时清除疏水区间氧化自由基；通过还原反应介导电子转移，还能够有效维持氧化还原环境的平衡，对维持细胞完整性及细胞正常的生理活动非常重要。

2.2 胶原蛋白合成

胶原蛋白（collagen）主要存在于皮肤、骨骼、内脏等各部位，可维持皮肤及其他器官的形态。为促进胶原蛋白分子交联、保证组织结构的完整，需要胶原蛋白脯氨酸-4-羟化酶（collagen-4-hydroxylase，C-P4H）。C-P4H是亚铁离子和2-氧戊二酸盐依赖型双加氧酶，催化胶原蛋白脯氨酸残基发生羟基化反应，生成（2S,4S）-4-羟脯氨酸。而维生素C正是C-P4H发挥酶活性的辅助因子。

除了C-P4H，如此家族中多巴胺β-羟化酶（dopamine beta-hydroxylase，D-βH）可催化多巴胺生成去甲肾上腺素，γ-丁内胺双加氧酶（γ-butyrobetaine dioxygenase，GBBH）可催化肉毒碱合成，肽酰甘氨酸加氧酶（peptidylglycineα-hydroxylating monooxygenase，PHM）可催化部分激素前体蛋的酰胺化反应等。一旦缺乏维生素C，大量的Fe2+被氧化为Fe3+，C-P4H很快失去酶活性，严重影响胶原蛋白上脯氨酸残基羟基化，引发维生素C缺乏病。特定部位毛细血管破损无法及时修复，引发瘀血、伤口愈合延迟、关节痛、紫癜等，严重者可引起死亡[12-15]。若重新添加维生素C，大量Fe3+被还原成Fe2+，C-P4H酶活性可完全恢复。此外，维生素C还可促进Fe3＋向Fe2＋转化，还能够增加机体对铁元素的吸收，促进细胞内铁蛋白表达。

2.3 延缓细胞衰老和凋亡

维生素C能够通过对5-甲基嘧啶修饰酶1，JumonjiC结构域的组蛋白去甲基化酶的调节，参与对染色质结构的重塑和对效应基因表达的调控。维生素C能够通过增强HIF-PHs的活性，诱导HIF-2α降解，促进前体iPSCs成熟，抑制重编程过程中p53基因的表达。维生素C还能够调控蛋白ALKBHs，ALKBHs不仅能够除去组蛋白H2A上的甲基化修饰，还可与核心多能因子相互作用，共同调控胚胎干细胞特异性miRNA的表达。上述反应不仅能够延缓细胞的衰老和凋亡，还可对部分组织的修复起到促进作用。

2.4 抗癌抗肿瘤

20世纪70年代起，人们开始维生素C抗肿瘤抗癌症方面的研究。经过多次临床试验及动物试验，逐步揭开维生素C抗癌、抗肿瘤的秘密。

基因组异常高甲基化是引发细胞癌变的重要原因，DNA基因启动区CpG岛中的高甲基化可抑制抑癌基因的表达。大部分成因是DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）功能亢进和TET家族蛋白的功能缺失，而维生素C能够提升TET家族中绝大部分酶活性，相应减少甚至避免了DNA高甲基化，促进抑制肿瘤基因的表达[16-17]，促进干细胞分化，增强DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi)诱导的免疫信息。

HIF-1α是转录因子，癌症细胞中HIF-1α会表现出更高的表达水平，可调控数百个恶性肿瘤相关的基因转录，通过上调细胞糖酵解、红细胞生成、细胞存活通路、血管生成及组织重塑等使细胞适应快速生长而引起的缺氧及代谢应激，其中包括决定肿瘤血管生成的血管内皮生长因子。维生素C不仅能够调控HIF-1α羟基化修饰，还可作为Fe2+/α-KGDDs的辅助因子增强HIF羟化酶的功能，抑制HIF-1α的转录并阻断其下游通路，促进其蛋白降解。

在维生素C不同活性形式相互转化过程中，当脱氢抗坏血酸浓度达到100 nmol/L以上时，即可生成H2O2；H2O2进入细胞内部，首先可造成DNA损伤，为修复损伤会消耗大量能量（ATP）。肿瘤细胞能够表现出特有的瓦博各效应（Warburg effect），即糖酵解反应活跃，葡萄糖消耗量大，乳酸含量高，能量代产生效率低。维生素C进入肿瘤细胞内可迅速还原为维生素C原型，进一步升高ROS水平，产生类似H2O2的影响，导致细胞能量耗竭，线粒体损伤，进而使细胞凋亡。有研究表明，维生素C对正常细胞的杀伤作用（EC50）大于20 mmol/L，而对癌症细胞的EC50小于4 mmol/L[13]。

2.5 调控细胞信号通路

人们对维生素C的传统研究领域集中于其氧化还原性及辅助因子辅酶，而作为调控细胞信号通路因子的相关研究是近二十年来新兴和活跃的领域。

有研究发现，维生素C能够通过降低ROS的水平抑制P38MAPK的活性，抑制P53引发的细胞衰老，还能够通过激活ERK信号通路，促进损伤组织内皮细胞的再生及成熟[2]。维生素C可通过抑制NFkβ的信号激活参与炎症发生、肿瘤形成、细胞凋亡等生物学过程。有研究表明，维生素C可通过激活MEK-ERK1/2通路促进心肌细胞的增殖,能够通过抑制部分腺苷酸环化酶降低细胞中cAMP的积累，抑制前体脂肪细胞的成熟和分化[2]。

2.6 胆固醇代谢

胆固醇不仅可作为细胞膜及血浆脂蛋白的重要组分，还是许多重要物质的前体，如胆汁酸、肾上腺皮质激素、维生素D、性激素等。胆固醇代谢过程中，维生素C是胆固醇环状部分羟化的辅酶，侧链分解即成为胆汁酸；胆固醇合成过程中，维生素C可通过抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMG-CoA还原酶）抑制胆固醇的合成[18-20]。因此，维生素C能够双向调节胆固醇的代谢与合成。

3 维生素C在宠物临床诊疗中的应用

维生素C在宠物临床诊疗中的应用多样。如处理物理性损伤及化学性损伤，此类损伤均为组织结构完整性的破坏，修复需要大量胶原蛋白。包括创伤、角膜损伤、骨折以及中毒引起的肝脏、肾脏损伤等[21-23]。研究表明，维生素C可应用于治疗感染引起的疾病，病毒感染如犬瘟热、猫瘟等；细菌引起的感染包括肺炎、胃肠炎、肝炎、肾炎以及子宫内膜炎引起的子宫蓄脓等[24-26]。维生素C还可参与治疗抗癌、抗肿瘤性疾病，如淋巴瘤、乳腺瘤、肥大细胞瘤等。此外，维生素C对洋葱、辣椒、百合、对乙酰氨基酚等引起的中毒性疾病也具有一定治疗效果。

养殖过程中使用维生素C可优化血清指标，增强动物抗氧化能力。生理浓度水平的维生素C具有表观遗传学调节作用，但对于疾病治疗必须为更高的血清浓度，甚至10倍以上浓度。高浓度无法依靠口服给药途径达到，必须通过静脉给药[27-30]。有关维生素C的安全性，人民医院临床实践报道最高剂量为3 000～10 000 mg/d，大鼠试验剂量可达1 000 mg/d，均未见不良反应。大鼠试验中以剂量为150 mg/d疗效较好[31]。