瓜氨酸的藥理作用及生產(chǎn)方法的研究進(jìn)展

劉 娟,路欣欣,孟 慧

(1.佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154000；2.解放軍第85醫(yī)院藥劑科，上海 200052)

瓜氨酸的藥理作用及生產(chǎn)方法的研究進(jìn)展

劉 娟1,路欣欣1,孟 慧2

(1.佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154000；2.解放軍第85醫(yī)院藥劑科，上海 200052)

瓜氨酸以其獨(dú)特的藥理作用，正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于食品藥品行業(yè)、保健品行業(yè)和化妝品行業(yè)。目前，瓜氨酸的生產(chǎn)主要有化學(xué)法、提取法、酶法和發(fā)酵法。本文綜述了瓜氨酸的藥理作用及目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于瓜氨酸的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

瓜氨酸；藥理作用；生產(chǎn)；研究

瓜氨酸(citrulline)，又名氨基甲酰鳥氨酸(carbamylornithine ornithin)，純品為白色結(jié)晶，柱晶，分子式為C6H13N3O3，分子量175，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚等。瓜氨酸的熔點(diǎn)為222 ℃，等電點(diǎn)為5.92，比旋光度為[α]D25=21.0。1914年右賀太郎等從西瓜榨汁中第一次分離得到了瓜氨酸，此后由和田光德確認(rèn)它為一種氨基酸。瓜氨酸以游離態(tài)存在于葫蘆科植物的種子中，迄今為止，人們已經(jīng)成功地從西瓜榨汁中，野西瓜葉中，核桃仁，核桃幼苗及種子中分離得到了瓜氨酸[1]。

1 瓜氨酸的藥理作用

瓜氨酸是一種非蛋白質(zhì)α-氨基酸，它具有肽鍵形成的能力，但是不參與蛋白質(zhì)的合成。瓜氨酸曾一度被人們認(rèn)為是尿素循環(huán)中的中間產(chǎn)物，然而，最近的研究表明，瓜氨酸能廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、保健[2]等各個(gè)方面，具有良好的藥理作用。

1.1防治前列腺疾病 瓜氨酸對(duì)防治前列腺疾病，包括前列腺炎、前列腺腫脹、前列腺肥大、前列腺增生癥、前列腺癌作用明顯。王江海等[3]發(fā)明了通過誘導(dǎo)南瓜子胚細(xì)胞萌動(dòng)提升瓜氨酸及抗增生因子活性物質(zhì)含量并將這些物質(zhì)提取的方法，可以作為醫(yī)藥原料或功能性保健食品。

1.2提高男性性功能 瓜氨酸能夠使人體產(chǎn)生出氮氧化物，而這種氮氧化物對(duì)男性的性能力是一種非常重要的物質(zhì)。與提高性能力藥物不同的是，瓜氨酸可以完全吸收到血液中，更容易產(chǎn)生氮氧化物，從而達(dá)到使陰莖勃起的功效。而且作為一種純天然制品，瓜氨酸不僅沒有任何副作用，同時(shí)還能全面增強(qiáng)男子的身體狀況，被譽(yù)為“綠色偉哥”，而且美國(guó)已經(jīng)有公司開發(fā)出了相關(guān)產(chǎn)品。趙力[4]的專利中公布了一種從西瓜中提取瓜氨酸的方法，可以制成片劑和膠囊。

1.3治療L-精氨酸缺乏引起的相關(guān)疾病 最近的研究表明，瓜氨酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為人體必需氨基酸-L-精氨酸，在維持心血管正常功能的一氧化氮代謝中也發(fā)揮著重要作用[5,6]。L-精氨酸缺乏可導(dǎo)致一系列的心血管疾病，包括高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、高胱氨酸血癥、心衰及缺血再灌注損傷等。膳食或循環(huán)中L-精氨酸升高時(shí)，肝臟、腎臟和其他組織中精氫酸酶活性升高，增加L-精氨酸代謝。由于L-瓜氨酸作為合成L-精氨酸的前體，在許多組織中能轉(zhuǎn)化成L-精氨酸，且在胃腸道和肝臟中不代謝，亦不誘導(dǎo)精氫酸酶活性升高，因此補(bǔ)充L-瓜氨酸能輔助治療L-精氨酸缺乏引起的相關(guān)疾病，及對(duì)解決肥胖，糖尿病，代謝性疾病等提供了新的、可行的治療手段。

1.4抗衰老和增強(qiáng)免疫力 研究發(fā)現(xiàn)瓜氨酸有較強(qiáng)的抗氧化能力，能夠清除羥基，增加NO合成所需的精氨酸，可有效保護(hù)DNA及PMN免受氧化反應(yīng)的侵害[7]，可以作為抗衰老、提高免疫力的保健品，也可作為女性美容化妝品，具有護(hù)膚防皺祛斑抗衰老之功效[3]。如L-瓜氨酸-蘋果酸鹽已經(jīng)是目前國(guó)際市場(chǎng)上銷售量日益增大的一種氨基酸鹽類保健品?？蓪⑵渲瞥沙Ｒ?guī)的固體制劑，如片劑、粉劑、顆粒劑、膠囊等，制成液體制劑，如水或油性懸浮劑等或其他液體制劑如糖漿等。趙力[8,9]發(fā)明的無(wú)糖型瓜氨酸口腔噴霧劑及泡騰片能夠很好的被各類人群吸收，補(bǔ)充體內(nèi)所需營(yíng)養(yǎng)，延緩衰老、提高免疫力。歐美國(guó)家的一些瓜氨酸類保健護(hù)膚品也已經(jīng)上市。

1.5提高運(yùn)動(dòng)員肌肉力量與耐力 精氨酸對(duì)于人體的運(yùn)動(dòng)機(jī)能有良好的促進(jìn)作用，但是有文獻(xiàn)報(bào)道，單純補(bǔ)充精氨酸對(duì)運(yùn)動(dòng)員沒有明顯作用[10]。由于L-瓜氨酸作為合成L-精氨酸的前體，在許多組織中能轉(zhuǎn)化成L-精氨酸，服用瓜氨酸能有效的改善人體的抗疲勞能力，維護(hù)健康的心肺功能，提高腦力清晰度，降低壓力和克服沮喪情緒，平衡血糖濃度，增強(qiáng)人體的肌肉強(qiáng)度，提高體能，在運(yùn)動(dòng)保健方面具有良好的作用。加拿大NxCare公司生產(chǎn)的ANAVOL，一個(gè)全新的肌肉超人，加上適當(dāng)?shù)娘嬍澈徒Y(jié)合鍛煉，可以使肌肉發(fā)展成一個(gè)全新的水平。這個(gè)配方含有的瓜氨酸等3種成分能夠相互作用最大限度提高肌肉質(zhì)量，細(xì)胞的水合作用，使肌肉盡快恢復(fù)，增大能量與力量。

1.6其它作用 多伊茨等[11]報(bào)道了瓜氨酸還能治療早飽，并能在透析開始前或接受透析時(shí)在腎臟損傷患者中增加創(chuàng)傷愈合和改善微循環(huán)。莫納德等[12]證實(shí)瓜氨酸能夠治療營(yíng)養(yǎng)缺乏狀況，增加肌肉蛋白合成。瓜氨酸用來(lái)扭轉(zhuǎn)因疾病或者小腸切除手術(shù)所導(dǎo)致的精氨酸缺乏癥也已經(jīng)被報(bào)道[13]。此外，瓜氨酸還具有很多重要的生理功能，如異體排斥效應(yīng)指示劑，診斷類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[14]等，應(yīng)用前景十分廣闊[15]。

2 瓜氨酸的生產(chǎn)方法

瓜氨酸的生產(chǎn)經(jīng)歷了由化學(xué)法到提取法，再到發(fā)酵法和酶法的轉(zhuǎn)變，下面對(duì)其依次進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1化學(xué)法 化學(xué)法是被最早應(yīng)用的生產(chǎn)瓜氨酸的方法，目前為止也是生產(chǎn)瓜氨酸最主要的方法。1850年，就有人用化學(xué)法合成了瓜氨酸。但直到1950年，此法才被大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，并逐漸成熟?；瘜W(xué)法生產(chǎn)瓜氨酸是指在堿性條件下水解L-精氨酸得L-瓜氨酸，過程控制比較困難，產(chǎn)品中含有旋光對(duì)映體DL-瓜氨酸，影響產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢水，污染環(huán)境[16]。

國(guó)內(nèi)還報(bào)道過以L-鳥氨酸鹽酸鹽為原料與堿式碳酸銅反應(yīng)生成二鳥氨酸合銅保護(hù)α-NH2，用尿素對(duì)α-NH2進(jìn)行甲酰化，得到二瓜氨酸合銅， 后用H2S除銅離子得到 L-瓜氨酸[17]。但是用化學(xué)法生產(chǎn)的瓜氨酸由于純度及環(huán)境問題，應(yīng)用受到限制。

2.2提取法 人們?cè)缭?820年對(duì)提取法就有了一定認(rèn)識(shí)，但直到20世紀(jì)初才從西瓜榨汁中分離得到瓜氨酸。后來(lái)人們?cè)谝拔鞴先~、核桃仁、核桃幼苗及葫蘆科植物的種子中都分離出了瓜氨酸。

牟昳等[15]在100 g天花粉中能提取出瓜氨酸1.91 g。但其整個(gè)分離純化步驟較繁瑣，還涉及到天花粉蛋白與瓜氨酸的分離，得到的瓜氨酸純度也較低。

錢驊等[18]也對(duì)從栝樓根中提取瓜氨酸的條件進(jìn)行了探索，并確定了瓜氨酸測(cè)定條件。

北京健健康康生物技術(shù)有限公司發(fā)明的由西瓜汁中提取瓜氨酸，純度較好，產(chǎn)率能達(dá)到3‰[4]。由于天然產(chǎn)物中瓜氨酸含量極其有限，因此提取法受到原料來(lái)源限制，生產(chǎn)規(guī)模小，工藝較復(fù)雜，分離提取困難，產(chǎn)酸率低，成本高，經(jīng)濟(jì)效益差等缺點(diǎn)都嚴(yán)重限制了提取法在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

但相對(duì)于傳統(tǒng)方法，提取法能得到天然瓜氨酸，因此找到一種廣泛生長(zhǎng)的富含瓜氨酸的植物也是一種很好的研究方向。

2.3發(fā)酵法 發(fā)酵法是生產(chǎn)天然瓜氨酸的一種比較普遍的方法。歐美對(duì)于這方面的研究報(bào)道比較多，方法也較成熟。尤其是日本對(duì)這方面的研究比較深入。Okumura等[19]用BacillussubtilisK-X-1 A-9(ATCC 15562)發(fā)酵生產(chǎn)瓜氨酸，日本Kyowa Hakko Kogyo公司[20]培養(yǎng)能夠利用烴類作為碳源的石蠟節(jié)桿菌Arthrobacterparaffineus精氨酸需求型的突變株發(fā)酵生產(chǎn)瓜氨酸。日本專利中，將具有精氨酸生產(chǎn)能力的嘧啶代謝拮抗體耐性菌株，誘導(dǎo)產(chǎn)生精氨酸需求型的突變株，從而顯著的提高了瓜氨酸的產(chǎn)量。發(fā)酵培養(yǎng)基包括葡萄糖、淀粉水解液做碳源，NH4Cl及尿素為氮源，磷酸鈣、硫酸錳等無(wú)機(jī)鹽以及其他營(yíng)養(yǎng)成分，專利指出，在培養(yǎng)基中加入1%～5%的谷氨酸和天冬氨酸能顯著提高瓜氨酸的產(chǎn)量。

還有報(bào)道將Escherichia屬細(xì)菌，誘變得到精氨琥珀酸需求型的突變株，發(fā)酵培養(yǎng)得到瓜氨酸。隨著發(fā)酵法的研究深入，瓜氨酸產(chǎn)量也在逐漸提高。

2.4酶法 酶法生產(chǎn)瓜氨酸，即采用Streptococcusfaecalis，Clostridiumperfringens，Micrococcuspyogenes，Bacilluspyocyaneus，Baker′syeast等微生物生產(chǎn)的精氨酸分解酶，精氨酸脫亞氨基酶，由精氨酸生產(chǎn)瓜氨酸[21～23]。利用酶法合成瓜氨酸，大多采用一步酶促反應(yīng)，因而可避免瓜氨酸全合成途徑中復(fù)雜的反饋調(diào)節(jié)作用，使瓜氨酸可以積累到較高的濃度。

Chibata等[24]報(bào)道PsudomonasputidaATCC 4359，PseudomonasfluorescenIFO 3081，PseudomonasovalisIAM 1002，LeuconostoccitrovorumATCC 8081等可以生產(chǎn)精氨酸脫亞氨基酶，以L-精氨酸或DL-精氨酸為底物，得到較高濃度瓜氨酸。曹瑜等[25]利用糞鏈球菌精氨酸脫亞胺酶轉(zhuǎn)化L-精氨酸制備L-瓜氨酸。進(jìn)而有報(bào)道采用固定化糞鏈球菌酶法連續(xù)生產(chǎn)L-瓜氨酸[26]，該法可連續(xù)化生產(chǎn)，大大提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

酶法合成瓜氨酸的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物濃度高，純化步驟少，產(chǎn)物無(wú)DL型對(duì)映體結(jié)構(gòu)。但同時(shí)轉(zhuǎn)化率較低，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生雜酶，影響瓜氨酸的生產(chǎn)。因此提高酶活性的研究正在不斷深入。

2.5其他方法 劉毅等[27]用化學(xué)-生物法制備D-精氨酸和L-瓜氨酸，將兩種方法很好的結(jié)合在一起。通過添加催化劑，快速消旋為DL-精氨酸。后以DL-精氨酸為底物,利用酶法同時(shí)制備D-精氨酸和L-瓜氨酸。D-精氨酸作為組成多肽的氨基酸具有重要的生理功能，它可抑制癌癥擴(kuò)散，治療生長(zhǎng)激素釋放過多造成的紊亂，還具有抑制DNA合成、前列腺癌細(xì)胞增殖等功能。同時(shí)還有趙力[4]的專利提到，可利用組織培養(yǎng)的方法得到可供提取瓜氨酸的原料，這也為生產(chǎn)天然瓜氨酸提供了條件。

3 展望

隨著人們對(duì)瓜氨酸藥理研究的不斷深入，瓜氨酸的需求量也在不斷上升。盡管傳統(tǒng)的合成法可以大批量的生產(chǎn)瓜氨酸，但隨著人們生活水平的提高，對(duì)于健康的關(guān)注和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，用化學(xué)合成法生產(chǎn)瓜氨酸因其嚴(yán)重的環(huán)境和質(zhì)量問題在應(yīng)用上受到較多限制。相反的，天然瓜氨酸的相關(guān)產(chǎn)品卻越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。

因此，如何找到一條適合產(chǎn)業(yè)化的天然瓜氨酸的生產(chǎn)方法必將是今后瓜氨酸生產(chǎn)的研究重點(diǎn)。隨著生物技術(shù)的提高，如何提高現(xiàn)有的酶法和發(fā)酵法的產(chǎn)酸率和降低成本也將成為瓜氨酸生產(chǎn)的研究方向之一；同時(shí)，各種研究報(bào)道還表明，高等植物組織培養(yǎng)生產(chǎn)天然瓜氨酸的方法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)勢(shì)必成為將來(lái)的研究熱點(diǎn)。

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2010-10-15

[修回日期] 2011-02-25

Progressonpharmacologicalactivitiesandproductionmethodsofcitrulline

LIU Juan1,LU Xin-xin1,MENG Hui2

(1．Jiamusi University, Jiamusi 154000，China；2．Department of pharmacy,85th Hospital of PLA, Shanghai 200052, China)

Citrulline was more and more widely used in food and drug industry, health products industry and cosmetics industry because of it's particular pharmacological effects. At present, there were four main methods for producing citrulline: chemical method, extraction method, enzymatic and fermentation method. The pharmacological effects, the application and research current situation about citrulline were summarized in home and abroad. The development prospects of citrulline were predicted.

citrulline; pharmacological effect; produce; research

劉 娟(1949-)，女，教授，碩士生導(dǎo)師 .

孟 慧. Tel：(021)81818310， E-mail:mengh1970@163.com.

R282.71

A

1006-0111(2011)03-0173-04