精氨酸的保健作用及其調(diào)控研究進(jìn)展

彭 瑛,蔡力創(chuàng)

(1.湖南廣播電視大學(xué) 理工部,長沙 410004;2.江西省科學(xué)院 生物資源研究所,南昌 330029)

精氨酸的保健作用及其調(diào)控研究進(jìn)展

彭 瑛1,蔡力創(chuàng)2

(1.湖南廣播電視大學(xué) 理工部,長沙 410004;2.江西省科學(xué)院 生物資源研究所,南昌 330029)

精氨酸(Arginine)具有重要的生理、代謝和營養(yǎng)作用,幾乎機體中所有組織均利用Arg合成細(xì)胞漿蛋白和核蛋白.精氨酸在促進(jìn)肌肉內(nèi)蛋白質(zhì)合成,增強機體的免疫力,細(xì)胞分裂,傷口復(fù)原和分泌激素等各種生理過程中,也都擔(dān)任著重要的角色.精氨酸為條件性必需氨基酸,在應(yīng)激狀態(tài)下和特殊生長階段,它是必需氨基酸,體內(nèi)合成的精氨酸不能滿足生理代謝需要,但長期或者過量補充精氨酸對機體會造成損傷.本文就精氨酸的保健作用及其調(diào)控替代研究的進(jìn)展作一綜述,為其在保健品或者臨床上的應(yīng)用提供一定的依據(jù).

精氨酸;保健作用;調(diào)控

Schulze (1886)等首次從羽扇豆幼苗中分離出晶體形式的精氨酸(Arginine,Arg),并對其進(jìn)行了命名.隨后,Hedin(1895)從動物蛋白質(zhì)中也分離出了精氨酸.精氨酸在生物體內(nèi)以具有生理活性的L-型精氨酸(L-Arg)形式發(fā)揮生物學(xué)功能,具有重要的生理、代謝和營養(yǎng)作用.精氨酸不僅是機體蛋白質(zhì)的組成成分,而且還是多種生物活性物質(zhì)的合成前體,如多胺和NO等,通過刺激部分激素分泌,參與內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和機體特異性免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)過程,因而L-Arg被科學(xué)家譽為“神奇分子”.L-Arg還是內(nèi)生性一氧化氮(NO)的唯一前體[1,2].精氨酸為條件性必需氨基酸,對胎兒期和哺乳期動物來說是一種必需氨基酸,而對成年動物來說是非必需氨基酸,在體內(nèi)能自身合成,但體內(nèi)生成速度較慢,有時需要部分從食物中補充.精氨酸的多種生物學(xué)功能引起了營養(yǎng)和醫(yī)學(xué)科研工作者的廣泛關(guān)注,從而成為目前氨基酸研究的熱點之一.

1 精氨酸的理化性質(zhì)

根據(jù)王鏡巖、王連娣研究,L-Arg是一種含有兩個堿性基團(tuán)及氨基和胍基的氨基酸.在生理pH條件下,屬堿性氨基酸(PH 10.5～12.0),分子式為C6H14N4O2,分子量174.20,熔點:223～224℃,白色菱形結(jié)晶 (從水中析出,含2分子結(jié)晶水)或單斜片狀結(jié)晶(無結(jié)晶水),無臭,味苦;易溶于水(0℃水中溶解度為83g/L,50℃水中溶解度為400g/L),極微溶于乙醇,不溶于乙醚.在自然界中有兩種異構(gòu)體存在:D-ARG和L-ARG,動物體內(nèi)具有重要的營養(yǎng)生理作用的是L-ARG.

2 精氨酸的營養(yǎng)生理作用

精氨酸是目前發(fā)現(xiàn)的動物細(xì)胞內(nèi)功能最多的氨基酸.幾乎哺乳動物機體中所有組織均利用L-Arg合成細(xì)胞漿蛋白和核蛋白,L-Arg在細(xì)胞分裂、傷口復(fù)原、蛋白質(zhì)合成和分泌激素等各種生理過程中,都起著重要的作用.

在哺乳動物胎兒期和哺乳期,精氨酸是一種必需氨基酸[3].新生動物自身內(nèi)源精氨酸合成對維持其體內(nèi)的精氨酸平衡起著關(guān)鍵的作用.Wu等(1997)研究報道,哺乳仔豬在7日齡時,其小腸合成瓜氨酸和精氨酸(在新生動物中主要的內(nèi)源精氨酸來源)的速度比0～2日齡仔豬低70%～73%,并且在14～21日齡期間進(jìn)一步下降[4].Flynn等(2000)又進(jìn)一步證實,在仔豬出生后的第3～14日,其血漿中的精氨酸濃度和其直接的前體物質(zhì)(鳥氨酸和瓜氨酸)相比下降了20%～41%,然而血漿中氨的濃度卻逐漸升高了18%～46%[5].

在大自然中,很多種食物都含有豐富的L-精氨酸和L-瓜氨酸,都能讓我們?nèi)梭w自身生成一氧化氮.L-精氨酸可以從任何含有蛋白質(zhì)的食物中找到,如肉類、家禽、奶酪產(chǎn)品、魚類等.而富含精氨酸的食物則包括杏仁、黑巧克力、鷹嘴豆、甜瓜、花生、紅肉類、三文魚、黃豆及胡桃等.不過,值得一提的是,若只通過日常飲食來攝取L-精氨酸是非常有風(fēng)險的,因為許多富含氨基酸的食物同時還含有過多的飽和脂肪酸.

3 精氨酸的吸收與合成代謝

機體精氨酸主要來源于食物蛋白、內(nèi)源合成和機體蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)三個途徑.精氨酸與賴氨酸均為堿性氨基酸,在體內(nèi)分享同一轉(zhuǎn)運系統(tǒng),存在吸收競爭,所以二者存在頡頏作用.過量的賴氨酸會提高機體內(nèi)精氨酸酶的活性,從而加速精氨酸的分解.二者的頡頏作用可顯著影響肉雞的生產(chǎn)性能,但對仔豬的影響不顯著,因為仔豬對過量精氨酸和賴氨酸均具有良好的排泄能力.

對于哺乳動物,內(nèi)源精氨酸的合成主要通過小腸-腎代謝軸完成,在胞液精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶的作用下,由瓜氨酸轉(zhuǎn)化為精氨酸.精氨酸在體內(nèi)主要參與鳥氨酸循環(huán),在精氨酸酶Ⅰ的作用下脫胍基生成尿素和鳥氨酸,尿素進(jìn)入血液循環(huán),鳥氨酸在肝(或者腎臟以及腸粘膜)細(xì)胞中生成瓜氨酸,在線粒體合成后,即被轉(zhuǎn)運到胞液,在胞液經(jīng)精氨酸代琥珀酸合成酶的催化,與天冬氨酸反應(yīng)生成精氨酸代琥珀酸,此反應(yīng)由ATP供能.其后,精氨酸代琥珀酸再經(jīng)精氨酸代琥珀酸裂解酶作用,裂解成精氨酸及延胡索酸,反應(yīng)部位在胞液[6].其中N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamate,NAG)是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(carbamoylphosphate synthase-Ⅰ,CPS-Ⅰ)的變構(gòu)催化劑,而CPS-Ⅰ催化合成的氨基甲酰磷酸(carbamoylphosphate,CP),為線粒體轉(zhuǎn)化鳥氨酸為瓜氨酸所必需,因此,NAG是精氨酸合成途徑和氨轉(zhuǎn)化為尿素過程中內(nèi)源性的必需輔助因子[7].

4 精氨酸的保健效果

隨著人們對精氨酸研究的日益深入,精氨酸的生物學(xué)功能已超越了氨基酸營養(yǎng)功能的范疇,其藥理學(xué)作用在臨床上作為營養(yǎng)支持劑或作為某些疾病的治療藥物已得到較為廣泛的應(yīng)用.精氨酸的保健或者藥理作用主要表現(xiàn)在改善心腦血管疾病、提高機體免疫力以及改善性欲等幾個方面.

4.1 精氨酸與心腦血管疾病

根據(jù)1998年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎獲獎?wù)叩难芯砍晒?補充精氨酸對于心腦血管疾病等老年慢性疾病有顯著的保健作用.精氨酸是人體內(nèi)合成一氧化氮的前體物質(zhì),一氧化氮對于增強體內(nèi)肺臟、肝臟、腎臟、胃腸等重要臟器功能有重要的作用.補充精氨酸有助于增加體內(nèi)一氧化氮的合成,而體內(nèi)一氧化氮合成的增加,對于平衡血壓、增強血流、改善心腦供血、增強血管彈性、恢復(fù)動脈硬化效果顯著.

4.2 提高機體免疫力

精氨酸也是多胺合成的起始物.多胺是重要的生物學(xué)調(diào)控物質(zhì),與DNA、RNA及蛋白質(zhì)的生物代謝有關(guān),在細(xì)胞生長周期過程中起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,參與分裂素誘導(dǎo)的T細(xì)胞免疫反應(yīng),在調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)原發(fā)性免疫反應(yīng)中起關(guān)鍵性作用.NO具有抑制血小板聚集和黏附、抑制急性炎癥早期中性粒細(xì)胞聚集和黏附、降低內(nèi)皮細(xì)胞通透性和抑制炎性滲出等免疫功能.

精氨酸還可通過促進(jìn)多種內(nèi)分泌激素(包括胰島素、生長激素、催乳素、抗利尿激素和兒茶酚胺等)的釋放,達(dá)到調(diào)節(jié)免疫的作用.

4.3 促進(jìn)肌肉合成

精氨酸增加有利于組織合成蛋白質(zhì),提高蛋白質(zhì)的利用率.以新生仔豬為模型,在7日齡的仔豬中添加精氨酸組比對照組體重提高了 28%,顯著提高了背最長肌、十二指腸等組織中的蛋白質(zhì)合成率,血清Arg含量和生長激素水平也顯著提高[8].

4.4 促進(jìn)腸道發(fā)育

強化精氨酸的胃腸營養(yǎng)支持,可增加機體內(nèi)的氮儲留,有助于改善機體氮平衡,并有效發(fā)揮調(diào)節(jié)、控制蛋白質(zhì)的更新,為腸上皮細(xì)胞的損傷修復(fù)提供物質(zhì)基礎(chǔ),從而改善腸道的機械屏障功能[9].精氨酸能改善大鼠腸道在灌注損傷后的黏膜屏障功能[10].精氨酸分解是多胺合成的第一步,細(xì)胞內(nèi)精氨酸的濃度可以調(diào)控多胺的合成.多胺可以調(diào)節(jié)DNA和蛋白質(zhì)的合成,從而調(diào)協(xié)細(xì)胞增殖和分化,在加快細(xì)胞增殖、組織形成及細(xì)胞分化中起著重要的作用,是小腸黏膜生長、發(fā)育、成熟、適應(yīng)及恢復(fù)創(chuàng)傷必需的物質(zhì)[11].

4.5 改善性欲

精氨酸不僅參與精子的形成,也是精子各種核蛋白的基本成分.NO對雄性生殖系統(tǒng)具有重要作用,它是陰莖勃起的主要介質(zhì),通過傳遞氮能神經(jīng)信息刺激血管和陰莖海綿體平滑肌松弛,引起陰莖勃起.NO參與睪丸的微循環(huán)調(diào)節(jié),促進(jìn)和調(diào)節(jié)精子的活力和精子的受精能力.因此,精子量少的雄動物性多食富含精氨酸的飼糧,有利于精子量增加,從而促進(jìn)生殖功能.另外,精氨酸在調(diào)節(jié)母畜生殖道內(nèi)酸堿度,提高雌性仔畜產(chǎn)率方面也有一定效果.

5 精氨酸的毒副作用

在應(yīng)激狀態(tài)下和特殊生長階段,精氨酸為必需氨基酸,體內(nèi)合成的精氨酸也不能滿足生理代謝需要[12].但是直接口服補充精氨酸得不到最佳效果,因為精氨酸的吸收與色氨酸、賴氨酸和組氨酸等拮抗.而且,精氨酸過量具有毒副作用.因為Arg是合成NO的唯一底物,外源性的L-Arg使機體在短時間內(nèi)的NO含量急劇增高,而使NO的負(fù)性作用突出,不僅沒有保護(hù)機體免受致死性損害,反而使NO在體內(nèi)泛濫成災(zāi)而導(dǎo)致廣泛損害,對機體造成強烈破壞.有研究表明,在14日仔豬日糧中添加1.2%的精氨酸的生長性能低于對照組,而且第6日和10日血清賴氨酸含量顯著降低[13].而通過調(diào)控內(nèi)源性精氨酸的合成補充機體內(nèi)精氨酸的不足則可以避免其毒副作用.目前市場上不同形式的精氨酸補品層出不窮,甚至被吹噓為無所不能.事實上,長期或者過量補充精氨酸會對機體造成損傷.有研究發(fā)現(xiàn),給人補充精氨酸時,可出現(xiàn)輕度消化道癥狀、代謝性堿中毒、高血鉀、低磷酸血癥和過敏反應(yīng)等癥狀.另外,機體在遭受外傷侵襲,患合并性敗血癥或肝、腎疾患等惡性病時,過量補充精氨酸也會產(chǎn)生毒副作用.

6 研究展望

近期,中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所健康養(yǎng)殖中心、湖南廣播電視大學(xué)理工部農(nóng)醫(yī)系研究發(fā)現(xiàn),在7日齡仔豬日糧中添加 0.6%的L-Arg,顯著提高了日增重、血清胰島素水平,促進(jìn)了肌肉蛋白質(zhì)的合成[14].該中心研發(fā)的新型功能性氨基酸產(chǎn)品“精氨酸生素”可以有效替代精氨酸[15],這為有效防治幼齡動物的胃腸道代謝綜合癥等相關(guān)疾病提供了新的途徑.

精氨酸對基因表達(dá)的調(diào)控影響機體的代謝已成為當(dāng)今的研究熱點.但目前對于精氨酸詳細(xì)的作用機制尚不清楚,對其適用范圍、應(yīng)用時機及最佳劑量等還有爭議,在營養(yǎng)學(xué)方面尚需要大量的科學(xué)研究逐步解決,以最大限度地發(fā)揮其正向作用而避免毒副反應(yīng).另外,不同種屬動物的精氨酸準(zhǔn)確營養(yǎng)需要量尚未確定,這都有待今后進(jìn)一步研究探索.

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Health Care Function of Arginine with Its Regulation

PENG Ying1, CAI Li-chuang2
(1.Polytechnic Department,Hunan Radio ＆ TV University,Changsha 410004,China;2.Institute of Biological Resources,Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang 330029,China)

Arginine has many physical,metabolic and nutritional functions that include modulation of immune function,wound healing,hormone secretion,vascular tone,insulin sensitivity,lymphocytes proliferation and differentiation,cytokine production,and endothelial function.Arginine is a semi-essential amino acid that is required during periods of the body is subjected to metabolic stress situations maximal growth,severe stress,and injury.It is therefore an important immunonutrient requiring adequate supplementation under these pathological situations.But its absorption affects intestinal absorption of tryptophan,lysine,or histidine.Metabolic activation of endogenous arginine synthesis may provide a new,effective strategy to augment arginine provision.Health care function of arginine with its regulation was reviewed in this paper.

Arginine;health care;regulation

Q954.63

A

1672-5298(2011)01-0059-04

2010-12-05

湖南省教育廳科學(xué)研究項目(10C0245);湖南廣播電視大學(xué)科研項目(XDK2009-C-9)

彭 瑛(1969? ),女,湖南平江人,湖南廣播電視大學(xué)理工部副教授.主要研究方向:動物生態(tài)營養(yǎng)