膽堿的生物學(xué)功能及其抗氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

馮宇隆，尚以順

（1.貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州貴陽550005；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京海淀100193）

膽堿的生物學(xué)功能及其抗氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

馮宇隆1，2，尚以順1*

（1.貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州貴陽550005；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京海淀100193）

膽堿作為機(jī)體必需的水溶性B族維生素，具有合成乙酰膽堿，參與神經(jīng)遞質(zhì)傳遞；氧化為甜菜堿，起甲基供體的作用；合成磷脂酰膽堿，參與極低密度脂蛋白（VLDL）的合成或參與生物膜系統(tǒng)的構(gòu)成等生物學(xué)功能。膽堿缺乏易造成線粒體損傷，氧化應(yīng)激增強(qiáng)。本文綜述了膽堿的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝過程，以及膽堿與甲基化和膽堿缺乏造成氧化應(yīng)激的潛在機(jī)理。

膽堿；氧化應(yīng)激；DNA甲基化；磷脂酰膽堿

膽堿屬于水溶性B族維生素，又名維生素B4，化學(xué)名為氫氧化β-羥乙基三甲胺，為季胺堿，是機(jī)體必需的營養(yǎng)元素，但不以輔酶的形式發(fā)揮作用，而是作為結(jié)構(gòu)成分存在。氯化膽堿和膽堿酒石酸氫鹽常作為飼料劑的添加形式（Phillips，2012）。氯化膽堿易吸潮、氧化、結(jié)塊，且在飼料中添加量較大，對其他維生素有破壞作用，特別與金屬離子鐵、鎘、銅共存，對維生素A、D、K破壞較快，降低了維生素的生物學(xué)效價。另外，膽堿與某些維生素和微量元素的預(yù)混也會影響其自身的活力和營養(yǎng)作用，因此加入氯化膽堿的飼料應(yīng)盡快使用（孫公文和王作洲，2008）。

飼料原料中的總膽堿主要包括:游離膽堿、磷脂酰膽堿、甘油磷酸膽堿、乙酰膽堿、磷酸膽堿、鞘磷脂等，其中磷脂酰膽堿所占比例較大。餅粕類飼料中總膽堿含量較高，其中菜籽餅含量最高，谷實(shí)類飼料中含量也較高，如:小麥、大麥、燕麥、高粱、玉米、蕎麥和黑麥等（Corbin和Zeisel，2012）。膽堿在動物體內(nèi)主要以卵磷脂、溶血磷脂、磷酸膽堿、縮醛磷脂、乙酰膽堿和神經(jīng)膽堿等形式存在（Phillips，2012）。

機(jī)體對膽堿的需要量主要受日糧膽堿的吸收利用效果和自身合成膽堿能力的影響（Corbin和Zeisel，2012）。蛋氨酸和葉酸代謝相關(guān)酶基因的單核苷酸多態(tài)性、雌激素水平和腸道微生物等因素均影響膽堿的合成、代謝和利用（Jiang等，2014；Corbin和Zeisel 2012）。

1 膽堿的吸收、合成和轉(zhuǎn)運(yùn)

飼料中的游離膽堿可被腸上皮細(xì)胞直接吸收利用；磷脂酰膽堿在磷脂酶A2的催化下，生成溶血磷脂，經(jīng)載體轉(zhuǎn)運(yùn)至腸上皮細(xì)胞，在上皮細(xì)胞內(nèi)重新合成磷脂酰膽堿，并以乳糜微粒的形式經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)送到肝臟等臟器參加代謝，或再被分解為游離膽堿和甘油磷酸鹽；大部分膽堿經(jīng)腸道微生物消化為三甲胺和甜菜堿被吸收利用（沈紅，2000）。

肝臟作為機(jī)體的生化反應(yīng)器，是膽堿代謝的主要場所（Mehedint和Zeisel，2013）。肝臟中磷脂酰膽堿合成包括:由高密度脂蛋白、低密度脂蛋白回流入肝、外源消化吸收和機(jī)體內(nèi)源性合成三部分。膽堿的內(nèi)源性合成主要通過PEMT途徑，即由磷脂酰乙醇胺N-甲基轉(zhuǎn)移酶（PEMT）催化，磷脂酰乙醇胺接受S-腺苷蛋氨酸（SAM）提供的甲基合成磷脂酰膽堿，SAM變?yōu)楦甙腚装彼幔℉cy），磷脂酰膽堿在磷脂酶D的催化下分解為膽堿。動物體內(nèi)膽堿主要來源于飼料的消化吸收和內(nèi)源性合成，雌激素通過PEMT途徑促進(jìn)磷脂酰膽堿的內(nèi)源性合成，但PEMT基因的SNP突變常使雌激素的促進(jìn)作用降低，內(nèi)源性合成減少（Zeisel，2012）。

膽堿是帶正電荷的季胺堿，不同組織細(xì)胞均可通過易化擴(kuò)散和載體介導(dǎo)主動轉(zhuǎn)運(yùn)蓄積膽堿。膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體將胞外膽堿運(yùn)輸?shù)桨麅?nèi)參與代謝，根據(jù)膽堿與其親和力的差異，可將膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體分為三種類型:（1）低親和力的有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)族（OCTs），該轉(zhuǎn)運(yùn)體可非特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)各種陽離子，OCT2主要在腎臟中表達(dá)，用于膽堿的重吸收，主要轉(zhuǎn)運(yùn)驅(qū)動力是跨膜電位；（2）高親和力的膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體（CHT1），CHT1位于膽堿能神經(jīng)元的突觸前末端，攝取膽堿合成乙酰膽堿，CHT1依賴Na+轉(zhuǎn)運(yùn)，其轉(zhuǎn)運(yùn)速率是合成乙酰膽堿的限速步驟。CHT1屬于跨膜蛋白，具有13個跨膜肽段，屬于Na+-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體家族（SLC5）；（3）親和力介于OCTs和CHT1之間的膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體類蛋白家族（CTLs），也被稱為SLC44蛋白家族，屬于膜結(jié)合糖蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)載體，該轉(zhuǎn)運(yùn)體5個家族成員（SLC44A1-5）分別在不同組織表達(dá)，其中SLC44A1在血漿和線粒體膜上表達(dá)，該轉(zhuǎn)運(yùn)體的驅(qū)動力來自跨膜電位或H+梯度，攝取的膽堿只用于磷脂合成。三類轉(zhuǎn)運(yùn)體共有一段同源多跨膜糖蛋白序列，膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體常作為治療相關(guān)疾病的藥物靶點(diǎn)（Haga，2014；Inazu，2014；鄧?yán)虻龋?014；Ridgway，2013；Traiffort，2013）。

2 膽堿代謝及其生物學(xué)功能

細(xì)胞內(nèi)膽堿的生物學(xué)功能主要包括:（1）用于合成乙酰膽堿（AC），參與神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞；（2）起甲基供體的作用，但膽堿的甲基是穩(wěn)定態(tài)的，其本身不是甲基的直接供體，必須在線粒體中被膽堿脫氫酶（CHD）和甜菜醛脫氫酶（BADH）分兩步不可逆地氧化為含三個不穩(wěn)定態(tài)甲基的三甲基甘氨酸（又名甜菜堿），該氧化反應(yīng)主要發(fā)生在肝臟和腎臟，膽堿的跨線粒體膜轉(zhuǎn)運(yùn)速率是上述氧化反應(yīng)的限速步驟（O'Donoghue等，2009）。甜菜堿主要在胞漿中發(fā)揮生理功能，目前，甜菜堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體并未在線粒體膜中發(fā)現(xiàn)，因此，一般認(rèn)為線粒體內(nèi)的甜菜堿是被動轉(zhuǎn)出線粒體膜，但胞漿中的甜菜堿則需要細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)載體轉(zhuǎn)至胞外（O'Donoghue等，2009）。胞漿中的甜菜堿在甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）催化下，直接將一個甲基轉(zhuǎn)給Hcy合成蛋氨酸，自身轉(zhuǎn)變?yōu)槎谆拾彼幔鞍彼峥稍俸铣蒘AM，成為更廣泛的甲基供體，由于BHMT僅存在與肝臟和腎臟，因此甜菜堿/膽堿作為甲基供體的反應(yīng)主要發(fā)生在這兩個器官。此外，甜菜堿還具有調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓作用（Jiang等，2014）。CHD是由核基因編碼的線粒體酶，該酶在肝臟中活性最高，腎臟其次，血液、脾臟及心臟中的活性最低。CHD位于線粒體內(nèi)膜胞質(zhì)側(cè)，可催化膽堿氧化為甜菜醛，甜菜醛在BADH的催化下進(jìn)一步氧化為三甲基甘氨酸。該反應(yīng)具有雙重生理作用，一方面可調(diào)節(jié)血液和細(xì)胞內(nèi)游離膽堿的濃度，另一方面可通過合成甜菜堿調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓及作為甲基體參與SAM（Salvi和Gadda，2013）。二甲基甘氨酸及其衍生物肌氨酸所攜帶的一碳基團(tuán)通過四氫葉酸進(jìn)入一碳基團(tuán)代謝池，間接地參與Hcy轉(zhuǎn)化為蛋氨酸的過程，該反應(yīng)由5-甲基四氫葉酸-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（MHMT）催化。MHMT的活性比BHMT的活性低得多，且甜菜堿能增強(qiáng)Hcy到蛋氨酸的轉(zhuǎn)化，因此BHMT是保持蛋氨酸濃度的一個重要途徑；（3）合成磷脂酰膽堿，參與極低密度脂蛋白（VLDL）的合成，VLDL是肝臟輸出甘油三脂的主要形式，其合成障礙易造成肝臟中甘油三脂的過度積累（Mehedint和Zeisel，2013）。以膽堿為前體物合成的磷脂酰膽堿、溶血磷脂、鞘磷脂、縮醛磷脂等也參與生物膜系統(tǒng)的構(gòu)成（Sherriff等，2016）。

膽堿的代謝物包括合成代謝產(chǎn)物和分解代謝產(chǎn)物，其對細(xì)胞增殖和細(xì)胞程序性死亡具有重要的作用（Ridgway，2013）。細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的甘油酯類，包括磷脂、甘油三酯、二?；视汀⑶柿字凸檀碱惖?，他們是細(xì)胞膜的主要成分、能量貯存和細(xì)胞信號分子。由于磷脂酰膽堿是構(gòu)成細(xì)胞膜的主要成分，并且可作為脂質(zhì)第二信使，因此磷脂酰膽堿的合成是細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期及程序性死亡的決定因素（Ridgway，2013）。

3 磷脂酰膽堿的合成

肝臟中磷脂酰膽堿的合成包括兩個途徑:（1）利用游離膽堿通過CDP-Choline途徑從頭合成。ATP依賴的膽堿激酶（CK）催化膽堿合成磷酸膽堿，后者在CTP:磷酸膽堿胞苷轉(zhuǎn)移酶（CCT）催化下合成CDP-Choline，隨后膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶催化CDP-Choline和二酰甘油（DAG）合成磷脂酰膽堿，此步的合成易受DAG濃度的影響，磷脂酰膽堿釋放入ApoA1，用于合成HDL。CK分為膽堿激酶α（CKα）和膽堿激酶β（CKβ）兩種類型，均屬于細(xì)胞質(zhì)酶，在哺乳動物中，兩個不同的基因CKα和CKβ分別編碼CK-α1、CK-α2和CK-β三個亞型，其中α1和α2是由CKα的選擇性剪切形成，此酶通常以同型或異型二聚體起作用（Glunde等，2015）。CKα和CKβ形成的同型（α/α，β/β）或異型二聚體（α/β）都可催化乙醇胺的磷酸化，其中CKα具有更強(qiáng)的催化活性（Ridgway，2013）。CCT是CDP-Choline途徑合成磷脂酰膽堿的限速酶，屬雙向酶，以活性形式存在于細(xì)胞膜上，以非活性形式存在于細(xì)胞質(zhì)中。中間產(chǎn)物CDP-Choline可通過抑制脂肪酸釋放或調(diào)節(jié)心磷脂及鞘磷脂水平來提高質(zhì)膜的穩(wěn)定性，此外，CDP-Choline可增加乙酰膽堿和多巴胺水平，提高谷胱甘肽合成和谷胱甘肽還原酶活性，修復(fù)Na+/K+-ATPase活性及抗細(xì)胞凋亡功能（Villa等，2012）；（2）通過PEMT途徑內(nèi)源性合成。當(dāng)日糧膽堿供應(yīng)不足時，該合成途徑可維持肝臟中磷脂酰膽堿的濃度，PEMT途徑合成的磷脂酰膽堿通過VLDL形式運(yùn)出肝臟或經(jīng)磷脂酶D降解產(chǎn)生游離膽堿供其他組織利用（Ridgway，2013），但此過程受SAM可利用率的調(diào)控（Sherriff等，2016；Ridgway，2013）。因?yàn)镾AM同時也參與DNA甲基化、RNA甲基化、組蛋白甲基化，以及作為前體物參與合成多胺和谷胱甘肽等，且PEMT只在肝細(xì)胞中發(fā)生，其合成量約占體內(nèi)磷脂酰膽堿總量的30%，因此，PEMT途徑不能完全替代CDP-Choline途徑。

4 膽堿與甲基代謝及DNA甲基化

機(jī)體機(jī)能的改變與相關(guān)基因的差異表達(dá)有關(guān)，營養(yǎng)與基因的互作既受遺傳變異的影響又受營養(yǎng)的調(diào)控，而表觀遺傳學(xué)是營養(yǎng)調(diào)控基因組表達(dá)的重要機(jī)制。營養(yǎng)通過可逆的表觀遺傳修飾調(diào)控基因表達(dá)，包括DNA甲基化，組蛋白修飾和非編碼RNA的干擾，營養(yǎng)調(diào)控表觀遺傳修飾具有組織、細(xì)胞、基因和年齡特異性，所涉及的甲基營養(yǎng)因素包括葉酸、維生素B6、維生素B12、膽堿、甜菜堿、蛋氨酸等（Dauncey，2014）。就甲基供體而言，膽堿、甜菜堿和蛋氨酸在滿足各自特有生理功能的基礎(chǔ)上，彼此有一定的節(jié)約和分擔(dān)作用，葉酸作為甲基載體參與甲基代謝過程，膽堿或甜菜堿可提供甲基給Hcy合成蛋氨酸。

DNA甲基化是修飾染色質(zhì)緊密包裝的機(jī)制之一。DNA甲基化主要發(fā)生在胞嘧啶的5′位置上，而C常與鄰近的G形成CpG島，即DNA甲基化常發(fā)生在CpG島，且DNA甲基化常伴隨著基因的關(guān)閉。SAM是DNA甲基化的直接甲基供體，涉及SAM合成、甲基轉(zhuǎn)移和再生的營養(yǎng)素包括:維生素（葉酸、核黃素、維生素B12、維生素B6、膽堿、甜菜堿）和氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、甘氨酸），因此這些營養(yǎng)素的代謝失衡均可影響DNA甲基化（Glier等，2014）。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化DNA甲基化反應(yīng)，DNA甲基化在整個生命過程中展現(xiàn)了獨(dú)特的時間模式，出生前甲基化發(fā)生最迅速，出生后逐步變慢（Dauncey，2014）。其中DNMT3a和DNMT3b催化從頭甲基化，從頭甲基化主要發(fā)生在胚胎發(fā)育的最初階段，對親代的全基因組進(jìn)行去甲基化并重新進(jìn)行甲基化編輯，胚胎發(fā)育除了基因表達(dá)量發(fā)生表觀修飾調(diào)控，印記基因也受到表觀遺傳修飾。DNMT1用于維持細(xì)胞有絲分裂后子鏈的甲基化。膽堿作為一種重要的甲基供體，其攝入量是影響DNA和組蛋白表觀修飾的重要因素，因此膽堿可調(diào)控許多相關(guān)代謝通路基因的表達(dá)（Mehedint和Zeisel，2013）。此外，表觀遺傳修飾可調(diào)控某些疾病的發(fā)生，很多遺傳因素（如基因組印記）及環(huán)境因素（親代營養(yǎng)、應(yīng)激、感染、免疫因素）可借助表觀遺傳修飾造成疾病的發(fā)生（Shorter等，2015）。

甲基代謝涉及蛋氨酸循環(huán)、葉酸循環(huán)和胱硫醚的合成。蛋氨酸在蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶催化下轉(zhuǎn)化為SAM，SAM是生化反應(yīng)直接甲基供體，例如:DNA、RNA和組蛋白的甲基化等，失去甲基的蛋氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)镠cy。Hcy有兩個去路:（1）Hcy在BHMT（Zn為輔助因子）催化下，接受甜菜堿的一個甲基重新甲基化為Met，或在MHMT的催化下，以維生素B12為輔助因子，接受5-甲基四氫葉酸（5-MTHF）提供的甲基重新甲基化為蛋氨酸（Glier等，2014），失去甲基的5-MTHF轉(zhuǎn)化為四氫葉酸，絲氨酸與四氫葉酸在絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶（SHMT）催化下可逆地生成5，10-亞甲基-四氫葉酸和甘氨酸，因此絲氨酸和甘氨酸也是一碳基團(tuán)代謝池的重要甲基供體（Kalhan和Marczewski，2012）。由于5-甲基四氫葉酸還原酶（5-MTHFR，維生素B12為輔酶）催化5，10-亞甲基-四氫葉酸還原為5-MTHF為單向反應(yīng)，因此，在葉酸充足但維生素B12的缺乏的情況下，5-MTHF不能正常參與蛋氨酸的合成，將導(dǎo)致5-MTHF的過度累積（Glier等，2014）；（2）在胱硫醚β合成酶（CβS）催化下Hcy與絲氨酸合成胱硫醚，而后在胱硫醚γ裂解酶（CγL）催化下裂解為半胱氨酸、α-酮丁酸和氨，半胱氨酸最終參與合成蛋白質(zhì)、?；撬峄蚬入赘孰牡龋?酮丁酸通過脫羧反應(yīng)進(jìn)入TCA循環(huán)（Brosnan和Brosnan，2006；Selhub，1999），胱硫醚途徑不僅出現(xiàn)在肝臟，而在胰腺、腸、腎臟和大腦中均檢測到（Kalhan和Marczewski，2012），此途徑是降低機(jī)體Hcy累積的途徑之一。此外，細(xì)胞內(nèi)Hcy累積過多就會釋放到細(xì)胞外，進(jìn)入血液循環(huán)形成高半胱氨酸血癥，因此，血漿Hcy濃度是反映細(xì)胞內(nèi)甲基代謝的重要指標(biāo)，高半胱氨酸血癥伴隨有細(xì)胞內(nèi)SAH濃度的升高、SAM/SAH比率的降低等。

甲基營養(yǎng)失衡，尤其甲基供體不足往往導(dǎo)致高半胱氨酸血癥的出現(xiàn)，高半胱氨酸血癥常伴隨著許多組織、細(xì)胞全基因組甲基化改變，或某些基因的甲基化改變，甲基化的改變尤其是處于調(diào)控序列的甲基化改變往往會導(dǎo)致大量基因的表達(dá)量發(fā)生改變。在載脂蛋白E基因敲除小鼠（ApoE-/-）的對比研究中發(fā)現(xiàn)，日糧中添加甜菜堿通過降低PPARa啟動子甲基化程度，從而提高PPARa及其目標(biāo)基因的表達(dá)，降低肝臟甘油三酯的沉積，提高肝SOD和GSH-Px活性。相比較野生型和未添加甜菜堿的敲除小鼠，添加甜菜堿的ApoE-/-小鼠，肝臟膽堿含量明顯升高，甜菜堿和Hcy濃度降低（Wang等，2013）；PPARα屬于核受體，在肝臟中高度表達(dá)，參與脂肪酸代謝，脂蛋白合成和糖異生，PPARα的內(nèi)源性配體是一種特異的磷脂酰膽堿（1-棕櫚酰-2油酰基-順-磷脂酰膽堿）（Corbin和Zeisel，2012）。通過C3A細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膽堿可通過改變PPARα啟動子的甲基化水平，從而上調(diào)PPARα和肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I（CPT-1）基因表達(dá)、下調(diào)脂肪酸合酶（FAS）的基因表達(dá)及活性，提高CPT-1和GSH-Px活性。以此緩解肝細(xì)胞脂肪沉積、促進(jìn)脂質(zhì)分解代謝和自由基清除（Zhu等，2014）。

5 膽堿代謝與氧化應(yīng)激

膽堿缺乏對肝臟的影響包括:脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、肝纖維化、肝硬化到肝癌的發(fā)生（Hensley等，2000），以上統(tǒng)稱為非酒精性脂肪肝疾?。∟AFLD）（Freitas等，2016；Oliveira等，2002），涉及的致病機(jī)理包括:磷脂合成的異常導(dǎo)致膜流動性和通透性的改變、脂蛋白分泌的不足造成肝細(xì)胞脂肪侵潤、線粒體功能紊亂導(dǎo)致的氧化損傷（Hensley等，2000）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，以及腸道微生物導(dǎo)致膽堿代謝的異常等（Corbin和Zeisel，2012）。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指過多未折疊蛋白的積累導(dǎo)致一系列應(yīng)激反應(yīng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對于NAFLD的發(fā)生具有重要作用（Corbin和Zeisel，2012）。膽堿還可通過參與合成肉堿調(diào)節(jié)脂肪代謝，肉堿即L-β-羥基-γ三甲基氨基丁酸，是長鏈脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞線粒體內(nèi)進(jìn)行脂肪酸氧化的重要跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)載體，在脂肪酸氧化中起關(guān)鍵作用。膽堿通過甲基代謝參與蛋氨酸循環(huán)，蛋氨酸和賴氨酸在肝臟內(nèi)參與合成L-肉堿；日糧中膽堿水平與肝臟中肉堿含量密切相關(guān)，其不僅可作為甲基供體合成肉堿，還可能以某種方式調(diào)節(jié)動物體內(nèi)肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)，提高肉堿在肝臟的蓄積（翟欽輝等，2012）。PPARα主要對肝內(nèi)脂肪酸氧化相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，而磷脂酰膽堿可通過調(diào)控PPARα降低FAS酶基因表達(dá)和活性、提高肉堿脂?；D(zhuǎn)移酶的表達(dá)及活性來降低肝臟脂肪沉積（Zhu等，2014）。

NAFLD的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，但氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化是多種肝病的共同病理基礎(chǔ)（Pessayre等，2002）。脂肪性肝病形成包括甘油三酯和脂肪酸在肝細(xì)胞中的沉積，引起單純性肝脂肪變性，此過程被稱為“第一次打擊”（Patrick，2002）。在小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)受第一次打擊時，肝臟的氧化應(yīng)激已開始增強(qiáng)（Oliveira等，2002）。變性后的肝細(xì)胞僅接受到氧化應(yīng)激的“二次打擊”，并在活性氧（ROS）誘導(dǎo)肝細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子（如TNF-α）和脂質(zhì)過氧化物等共同作用下引起脂肪性肝炎，隨后逐步發(fā)展成肝纖維化、肝硬化和肝癌（吳娜等，2008）。用膽堿缺乏日糧飼喂小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比較對照組，膽堿缺乏組肝臟甘油三酯含量顯著升高（P＜0.05），且飼喂周期越長甘油三酯沉積越多；此外，膽堿缺乏組肝臟過氧化物自由基和脂質(zhì)過氧化物濃度均比對照組高（P＜0.05），且肝脂肪變性越嚴(yán)重活性氧的產(chǎn)量越大（Oliveira等，2002）。膽堿缺乏使肝臟ROS生成增加而導(dǎo)致氧化應(yīng)激，而ROS及其產(chǎn)生的脂質(zhì)過氧化物消耗細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶及非酶抗氧化物，削弱了機(jī)體清除自由基的能力。當(dāng)ROS的生成超出自身的清除能力時，ROS就開始損傷DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及糖類等。

膽堿缺乏常導(dǎo)致氧化應(yīng)激和機(jī)體抗氧化能力的減弱，相反，日糧中添加膽堿也可預(yù)防或治療其他因素引起的肝脂肪病變和氧化應(yīng)激（Zhang等，2016），或作為一種輔助抗氧劑提高維生素E的抗氧化效果（Shea等，2002）。

膽堿通過降低肝臟甘油三酯的沉積和提高機(jī)體抗氧化能力，使其對線粒體具有保護(hù)作用（Zhu等，2014）。相反，膽堿缺乏會誘導(dǎo)線粒體功能紊亂和ROS的過度產(chǎn)生，其機(jī)理包括:膽堿缺乏會導(dǎo)致肝細(xì)胞脂肪侵潤，繼而增加線粒體呼吸活性及氧的利用，導(dǎo)致ROS生成增加，最終形成膜脂質(zhì)過氧化物，線粒體中過量游離脂肪酸的氧化是導(dǎo)致線粒體損傷的原因之一（Zeisel，2012）；膽堿缺乏會導(dǎo)致線粒體膜磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿含量的降低，心磷脂氧化，從而導(dǎo)致線粒體ROS外溢（Zeisel，2012；Hensley等，2000）；心磷脂是線粒體膜特有的磷脂分子，是復(fù)合物I傳遞電子所必需的，因此線粒體膜心磷脂的氧化和膜組成的改變導(dǎo)致線粒體膜電位和復(fù)合物I活性的降低（Corbin和Zeisel，2012）；膽堿缺乏引起的磷脂酰膽堿代謝異常會導(dǎo)致線粒體呼吸鏈的損傷，特別是復(fù)合物I連接的呼吸鏈損傷，呼吸鏈的損傷導(dǎo)致線粒體中過氧化氫的增加（Hensley等，2000）；線粒體是膽堿脫氫轉(zhuǎn)化為甜菜堿的主要場所，膽堿缺乏最終導(dǎo)致甜菜堿生成減少，而甜菜堿具有肝臟保護(hù)功能（Basaran-Kucukgergin等，2014），例如，肝纖維化主要由肝星狀細(xì)胞的激活引起，甜菜堿具有抑制肝星狀細(xì)胞活性，預(yù)防和治療肝纖維化的作用，此外，甜菜堿還能降低纖維化肝臟中ROS、丙二醛和蛋白羰基含量，說明甜菜堿具有抗氧化應(yīng)激和抑制星狀細(xì)胞激活的功能（Bingul等，2016）；膽堿代謝相關(guān)酶和轉(zhuǎn)運(yùn)載體的異常也會影響線粒體的功能（Corbin和Zeisel，2012）。例如，CK是磷脂酰膽堿通過CDP-Choline途徑合成的第一步，而CK的失活常導(dǎo)致肌肉萎縮，其肌纖維以線粒體形態(tài)異常和功能紊亂為典型特征。線粒體功能紊亂表現(xiàn)為線粒體磷脂酰膽堿含量降低、呼吸鏈酶受損、ATP合成減少、輔酶Q含量降低以及過氧化物生成增加等；此外，線粒體可通過自噬作用清除受損的線粒體，使得肌纖維中線粒體數(shù)量和線粒體中DNA拷貝數(shù)均減少（Mitsuhashi等，2011）。ROS的增多會促使腫瘤壞死因子（TNF-a）的生成并導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生。TNF-a和脂質(zhì)過氧化物首先破壞呼吸鏈中電子的傳遞，導(dǎo)致線粒體ROS產(chǎn)生的二次增加。ROS的過度產(chǎn)生會導(dǎo)致更多脂質(zhì)過氧化物、細(xì)胞因子的生成，從而造成線粒體損傷的惡性循環(huán)（Pessayre等，2002）。線粒體作為一種半自主細(xì)胞器，過量的ROS導(dǎo)致mtDNA的損傷，而mtDNA無組蛋白保護(hù)且無修復(fù)機(jī)制，因此mtDNA的損傷必然導(dǎo)致線粒體損傷。此外，膽堿缺乏會導(dǎo)致DNA的氧化損傷，一方面是由于膽堿缺乏導(dǎo)致過量ROS的生成，使得ROS氧化損傷DNA；另一方面，由于膽堿和葉酸均參與甲基代謝，葉酸作為輔助因子使Hcy甲基化為膽堿，同時，葉酸也為合成胸腺嘧啶提供甲基，而膽堿的缺乏會導(dǎo)致機(jī)體用來合成胸腺嘧啶的葉酸量減少，最終導(dǎo)致尿嘧啶代替胸腺嘧啶進(jìn)入DNA，造成DNA損傷（Zeisel，2012）。

6 小結(jié)

膽堿作為一種結(jié)構(gòu)性維生素，不僅參與細(xì)胞的構(gòu)成，而且參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和脂肪代謝。此外，膽堿還是動物日糧中必需的甲基供體，并且可通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制參與更廣泛的代謝調(diào)節(jié)。

[1]鄧?yán)?，王今朝，楊莉，?膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體與阿爾茨海默病[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2014，41（12）：1207～1213.

[2]沈紅.膽堿的生物學(xué)效應(yīng)的研究[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報，2000，15（3）：62～66.

[3]孫公文，王作洲.膽堿的生物功能及科學(xué)禁忌[J].中國動物保健，2008，5：79～80.

[4]吳娜，蔡光明，何群.氧化應(yīng)激與肝臟損傷[J].世界華人消化雜志，2008，16（29）：3310～3315.

[5]翟欽輝，董曉芳，佟建明，等.膽堿生物利用率的評價及其在蛋雞養(yǎng)殖中的應(yīng)用[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2012，24（9）：1615～1621.

[6]Ba，saran-Kü?ükgergin C，Bingül I，Tekke，sin M S，et al.Effects of carnosine，taurine，and betaine pretreatments on diethylnitrosamine-induced oxidative stress and tissue injury in rat liver[J].Toxicology and industrial health，2016，32（8）：1405～1413.

[7]Bingül I，Ba，saran-Kü?ükgergin C，Aydin A F，et al.Betaine treatment decreased oxidative stress，inflammation，and stellate cell activation in rats with alcoholicliverfibrosis[J].EnvironmentalToxicologyandPharmacology，2016，45：170～178.

[8]Brosnan J T，Brosnan M E.The sulfur-containing amino acids：an overview [J].The Journal of nutrition，2006，136（6）：1636S～1640S.

[9]Corbin K D，Zeisel S H.Choline metabolism provides novel insights into non-alcoholic fatty liver disease and its progression[J].Current opinion in gastroenterology，2012，28（2）：159.

[10]Corbin K D，Zeisel S H.The Nutrigenetics and Nutrigenomics of the Dietary Requirement for Choline[J].Progress in Molecular Biology&Translational Science，2012，108（108）：159～177.

[11]Dauncey M J.Nutrition，the brain and cognitive decline：insights from epigenetics[J].European journal of clinical nutrition，2014，68（11）：1179～1185.

[12]Freitas I，Boncompagni E，Tarantola E，et al.In Situ Evaluation of Oxidative Stress in Rat Fatty Liver Induced by a Methionine-and Choline-Deficient Diet.[J].Oxidative Medicine&Cellular Longevity，2016，2016（3）：1～14.

[13]Glier M B，Green T J，Devlin A M.Methyl nutrients，DNA methylation，and cardiovascular disease[J].Molecular nutrition&food research，2014，58（1）：172～182.

[14]Glunde K，Penet M F，Jiang L，et al.Choline metabolism-based molecular diagnosis of cancer：an update[J].Expert review of molecular diagnostics，2015，15（6）：735～747.

[15]Haga T.Molecular properties of the high-affinity choline transporter CHT1[J].Journal of biochemistry，2014，156（4）：181～194.

[16]Hensley K，Kotake Y，Sang H，et al.Dietary choline restriction causes complex I dysfunction and increased H2O2generation in liver mitochondria[J]. Carcinogenesis，2000，21（5）：983～989.

[17]Inazu M.Choline transporter‐like proteins CTLs/SLC44 family as a novel molecular target for cancer therapy[J].Biopharmaceutics&drug disposition，2014，35（8）：431～449.

[18]Jiang X，West A A，Caudill M A.Maternal choline supplementation：a nutritional approach for improving offspring health?[J].Trends in Endocrinology &Metabolism，2014，25（5）：263～273.

[19]Kalhan S C，Marczewski S E.Methionine，homocysteine，one carbon metabolism and fetal growth[J].Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders，2012，13（2）：109～119.

[20]Mehedint M G，Zeisel S H.Choline's role in maintaining liver function：new evidence for epigenetic mechanisms[J].Current opinion in clinical nutrition and metabolic care，2013，16（3）：339.

[21]Mitsuhashi S，Hatakeyama H，Karahashi M，et al.Muscle choline kinase beta defect causes mitochondrial dysfunction and increased mitophagy[J].Human molecular genetics，2011，20（19）：3841～3851.

[22]O'Donoghue N，Sweeney T，Donagh R，et al.Control of choline oxidation in rat kidney mitochondria[J].Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-Bioenergetics，2009，1787（9）：1135～1139.

[23]Oliveira C P M S，Da Costa Gayotto L C，Tatai C，et al.Oxidative stress in the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease，in rats fed with a choline‐deficient diet[J].Journal of cellular and molecular medicine，2002，6（3）：399～406.

[24]Patrick L.Nonalcoholic fatty liver disease：relationship to insulin sensitivity and oxidative stress.Treatment spproaches using vitamin E，magnesium，and betaine.[J].Alternative medicine review，2002，7（4）：276～292.

[25]Pessayre D，Mansouri A，F(xiàn)romenty B.Nonalcoholic steatosis and steatohepatitis.V.Mitochondrial dysfunction in steatohepatitis.[J].American Journal of Physiology Gastrointestinal&Liver Physiology，2002，282（2）：193～199.

[26]Phillips M M.Analytical approaches to determination of total choline in foods and dietary supplements[J].Analytical and bioanalytical chemistry，2012，403（8）：2103～2112.

[27]Ridgway N D.The role of phosphatidylcholine and choline metabolites to cell proliferation and survival[J].Critical reviews in biochemistry and molecular biology，2013，48（1）：20～38.

[28]Salvi F，Gadda G.Human choline dehydrogenase：medical promises and biochemical challenges[J].Archives of biochemistry and biophysics，2013，537（2）：243～252.

[29]Selhub J.Homocysteine metabolism[J].Annual review of nutrition，1999，19（1）：217～246.

[30]Shea T B，Ekinci F J，Ortiz D，et al.Efficacy of vitamin E，phosphatidyl choline，and pyruvate on buffering neuronal degeneration and oxidative stress in cultured cortical neurons and in central nervous tissue of apolipoprotein E-deficient mice[J].Free radical biology and medicine，2002，33（2）：276～282.

[31]Sherriff J L，O'Sullivan T A，Properzi C，et al.Choline，Its Potential Role in Nonalcoholic Fatty Liver Disease，and the Case for Human and Bacterial Genes [J].Advances in Nutrition：An International Review Journal，2016，7（1）：5～13.

[32]Shorter K R，F(xiàn)elder M R，Vrana P B.Consequences of dietary methyl donor supplements：Is more always better?[J].Progress in biophysics and molecular biology，2015，118（1）：14～20.

[33]Traiffort E，O'Regan S，Ruat M.The choline transporter-like family SLC44：properties and roles in human diseases[J].Molecular aspects of medicine，2013，34（2）：646～654.

[34]Villa R F，F(xiàn)errari F，Gorini A.Effect of CDP-choline on age-dependent modifications of energy-and glutamate-linked enzyme activities in synaptic and non-synaptic mitochondria from rat cerebral cortex[J].Neurochemistry international，2012，61（8）：1424～1432.

[35]Wang L，Chen L，Tan Y，et al.Betaine supplement alleviates hepatic triglyceride accumulation of apolipoprotein E deficient mice via reducing methylation of peroxisomal proliferator-activated receptor alpha promoter[J]. Lipids in health and disease，2013，12（1）：34.

[36]Zeisel S H.Dietary choline deficiency causes DNA strand breaks and alters epigenetic marks on DNA and histones[J].Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis，2012，733（1）：34～38.

[37]Zhang L，Krishnan P，Ehresman D J，et al.Editor's Highlight：Perfluorooctane Sulfonate-Choline Ion Pair Formation：A Potential Mechanism Modulating Hepatic Steatosis and Oxidative Stress in Mice[J].Toxicological Sciences，2016，153（1）：186～197.

[38]Zhu J，Wu Y，Tang Q，et al.The effects of choline on hepatic lipid metabolism，mitochondrial function and antioxidative status in human hepatic C3A cells exposed to excessive energy substrates[J].Nutrients，2014，6（7）：2552～2571.■

Choline is an essential water-soluble B-group vitamin，which has functions of synthesis of acetylcholine and acting in neurotransmiter transfer，be oxidized into betaine acting as a methyl donor，and the formation of phophatidylcholine involved in the systhesis of very low density lipoprotein（VLDL）and the composition of biomembrane.The choline deficiency results in the dysfunction of mitochodria and can increase oxidative stress.This review introduced the absorbtion，transport，and metabolism of choline，meanwhile makes a brief introduction of methylation metabolism concerning choline as a methyl donor.Ultimately，the underlying mechanism of oxidative stress increase resulted by choline deficiency was articulated.

choline；oxidative stress；DNA methylation；phosphatidylcholine

S816.11

A

1004-3314（2017）13-0007-06

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20171302

生豬健康養(yǎng)殖配套技術(shù)服務(wù)企業(yè)行動計劃（黔科合服企[2015]4003號）；貴州省生豬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（GZCYTX2013-09）

*通訊作者