功能性氨基酸在動物健康和營養(yǎng)中的作用

周琳　王蜀金 邵建忠 馬曉迪

摘 要： 近年來，有證據(jù)顯示，人們對氨基酸在人和其他動物的生長、健康和疾病發(fā)展上的生理生化以及營養(yǎng)學(xué)功能越來越感興趣，這起因于發(fā)現(xiàn)了氨基酸在細胞信號包括蛋白酶激酶、G-蛋白偶聯(lián)受體和氣體分子（如一氧化氮、一氧化碳和硫化氫）中的作用。除此之外，營養(yǎng)學(xué)研究表明，日糧中添加多種氨基酸（如精氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸和脯氨酸）能夠調(diào)控基因表達，促進小腸和骨骼肌的生長，或減少過脂肪的過多沉積。這些開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)催生了功能性氨基酸的概念，其定義為那些參與和調(diào)節(jié)能夠提高動物健康水平、促進其生長發(fā)育、泌乳及繁殖等重要代謝途徑的氨基酸。功能性氨基酸在防治代謝疾病（如肥胖、糖尿病和心血管疾?。?、胎兒宮內(nèi)生長遲緩、不孕不育、腸道和神經(jīng)功能障礙及（包括病毒感染在內(nèi)的）傳染性疾病等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：功能性氨基酸；健康；營養(yǎng)

氨基酸是合成組織蛋白的基本單位，也是用于合成許多小分子物質(zhì)（如一氧化氮、多胺、谷胱甘肽、肌酸、肉毒堿、甲狀腺激素、5-羥色胺、黑色素和亞鐵血紅素）（Blachier 等，2011；Kim等，2012；Kong等，2012；Wu，2009）的重要基質(zhì)，具有眾多重要的生理學(xué)意義?；趧游锷L或氮平衡的標準，傳統(tǒng)上氨基酸在營養(yǎng)學(xué)上可分為必需氨基酸和非必需氨基酸（Wu，2009）。那些具有不能被動物細胞重新合成的碳鏈的氨基酸必須通過日糧提供，以維持動物的生命，因此此類氨基酸在營養(yǎng)學(xué)上具有重要意義（表1）。據(jù)此，半胱氨酸和酪氨酸的碳鏈不能在動物體內(nèi)合成，所以二者應(yīng)該歸入必需氨基酸之列。與之相對應(yīng)的是，可以在動物體內(nèi)合成的氨基酸早先被認為是非必要的，在營養(yǎng)學(xué)上應(yīng)該歸類為非必需氨基酸（Wu，2013）。然而，氮平衡并不是衡量日糧最適氨基酸需求的敏感指標（Wu，2013）。例如，成年男性攝入無精氨酸食物仍能維持9 d的氮平衡，但是他們的精子數(shù)量和活力卻降低了90 %（Wu等，2009）。除此之外，雖然妊娠母豬日糧實現(xiàn)了氮平衡，但若缺乏精氨酸仍會損傷胚胎和胎兒的存活與生長（Wu等，2010）。事實上，目前并沒有足夠說服力的證據(jù)說明在人和動物體內(nèi)可以合成充足的營養(yǎng)學(xué)上所認為的非必需氨基酸（Li等，2009；Wu等，2010）。

日糧的氨基酸需求取決于動物的品種、所處的生長發(fā)育階段、生理狀態(tài)以及小腸腸腔中的微生物區(qū)系組成情況、環(huán)境因素和病理狀態(tài)（Dai等，2011，2012a，b；Wu等，2013）等。因此，某些動物自身可以合成的氨基酸又被歸入為有條件的必需氨基酸，因為在某些特定的條件下（如早期斷奶、泌乳、懷孕、燒傷、損傷、熱應(yīng)激和冷應(yīng)激），它們的利用速度大于自身的合成速度（Wu，2009）。這些氨基酸有早產(chǎn)嬰兒和斷奶嬰兒上應(yīng)用的谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸、甘氨酸和?；撬岬龋ū?）。值得注意的是，目前用于對條件性氨基酸進行分類的主要依據(jù)和標準是動物的生長需求而非氮平衡。

一些營養(yǎng)學(xué)上的非必需氨基酸（如成人使用的精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸）在調(diào)節(jié)基因表達（Kim等，2011a，b；Wu等，2011a，b）和微-RNA水平（Liu等，2012）、細胞信號（Bazer等，2012；Jewell等，2013）、血流量（Tan等，2012）、養(yǎng)分轉(zhuǎn)運和動物細胞內(nèi)的代謝（Suryawan等，2012；Wang等，2013）、褐色脂肪組織的發(fā)育（Wu等，2012）、腸道微生物菌群的消長與代謝（Dai等，2012a，b）、抗氧化反應(yīng)（Hou等，2012a，b）、先天性和細胞介導(dǎo)性的免疫應(yīng)答反應(yīng)（Ren等，2011，2013）等方面起著重要作用。特別有趣的是，氨基酸通過以下途徑參與和調(diào)節(jié)細胞信號：（1） 少量保守的蛋白激酶（包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白、AMP-激活蛋白激酶、cGMP依賴性蛋白激酶、cAMP依賴性激酶和絲裂原激活蛋白激酶）；（2） G蛋白偶聯(lián)受體；（3） 氣體分子，包括一氧化氮、一氧化碳和硫化氫（Wu，2013）。此外，谷氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸[（在植物和動物源性的食物蛋白中含量豐富（Li等，2011a）]是哺乳動物腸道細胞代謝的主要“燃料”（Burrin和Stoll2009；Rezaei等，2013a，b）。最新的證據(jù)表明，谷氨酸在胃腸道化學(xué)傳感同時很可能在其他組織中起著重要的作用（Gallinetti等，2013）。此外，這些氨基酸與甘氨酸、色氨酸、酪氨酸和D-型氨基酸（如D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-絲氨酸）一起調(diào)節(jié)著神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育與功能（Fernstrom 2012；Friedman和Levin2012；Hou等，2012a，b；Wang等，2013）。再者，亮氨酸能夠激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白而刺激蛋白合成和抑制胞內(nèi)蛋白水解（Dillon 2012；Li等，2011b），而甲硫氨酸是細胞內(nèi)的主要甲基供體，會影響DNA和蛋白質(zhì)的甲基化（Wang等，2012）。值得注意的是，營養(yǎng)學(xué)研究表明，在日糧中添加多種氨基酸（如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、亮氨酸和脯氨酸），能夠調(diào)節(jié)基因表達和促進小腸與骨骼肌的生長（Geng等，2011；Jobgen等，2009；Wang等，2008；Wu等，2011a，b；Yao等，2008；Yin等，2010）。氨基酸在代謝、生理和抵抗感染（包括病毒感染）等各個方面都發(fā)揮著多種極其重要的作用（表2）。

根據(jù)上述眾多對人和動物進行的科學(xué)研究結(jié)果，Wu（2012）提出了功能性氨基酸的新概念，功能性氨基酸指那些能夠參與并調(diào)節(jié)重要代謝途徑以提高動物或人健康水平和存活率、生長與發(fā)育、泌乳量和繁殖性能的氨基酸。代謝途徑包括：（1） 胞內(nèi)蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)（合成與降解）和相關(guān)生理活動（Bertrand等，2012；Kong等，2012 ；Wauson等，2013；Xi等，2011，2012；Yao等，2012）；（2） 氨基酸合成與分解（Brosnan和Brosnan2012；Lei等，2012a，b）；（3） 生成小肽、含氮代謝物和含硫物質(zhì)[如硫化氫（Mimoun等，2012）]；（4） 尿素循環(huán)和尿酸合成（Wu，2013）；（5） 脂類和葡萄糖代謝（Dai等，2013；Gao等，2012；Satterfield等，2011，2012）；（6） 一碳單位的代謝（Wang等，2012）和（7） 細胞氧化還原信號（Hou等，2012a）。功能性氨基酸在營養(yǎng)學(xué)上有可能是必需氨基酸，也有可能是非必需氨基酸，而在條件性上是必需氨基酸（表1）。值得注意的是，功能性氨基酸的概念除了作為合成蛋白、多肽和小肽的基本單位之外，還兼顧到了動物日糧中氨基酸的代謝需求。氨基酸營養(yǎng)上的這些研究新進展在本刊“氨基酸”雜志中以多個版面進行了重點介紹，以進一步促進該領(lǐng)域的快速發(fā)展。功能性氨基酸在預(yù)防和治療代謝性疾病（如肥胖、糖尿病和心血管障礙）、無乳癥、胎兒和后天生長遲緩、男女不孕不育、器官功能障礙和疾病感染（包括病毒感染）等方面均起著非常重要的作用?！酢?/p>

原題名：Functional amino acids in nutrition and health（英文）