胍基乙酸

【背景及概况】^[1][2]

胍基乙酸是脊椎动物体内合成肌酸的唯一前提物。肌酸是体内能量暂时的储存场所，它和磷酸肌酸构成磷酸原系统，当机体 ATP 供应不足时，可提供 P，与 ADP 重新合成 ATP。一般人和动物体内每天有 1.7%左右的肌酸-磷酸肌酸体系会不可避免的转化成肌酐，分泌到尿液中，因此机体必须持续地补充肌酸。

动物本身可内源性合成肌酸，合成需经 2 步反应：精氨酸和甘氨酸在肾脏中由 L-精氨酸：甘氨酸脒基酶催化合成胍基乙酸，胍基乙酸经血液循环到达肝脏在N-二甲基转移酶作用下和 S-腺苷蛋氨酸反应生成肌酸。动物内源性合成肌酸占机体所需肌酸的 66%~75%，无法满足需求，因此需要在日粮中添加动物蛋白（鱼粉或肉粉）得以补充。在我国鱼粉等优质动物性蛋白原料资源紧缺，价格居高不下，但植物性原料中不含肌酸，纯植物日粮易造成动物体内肌酸的缺乏，因此饲料行业发展面临严峻挑战。饲料中添加胍基乙酸在一定程度上可弥补纯植物日粮造成的动物生产性能下降，胍基乙酸的研究和应用受到了广大畜牧科技从业者的关注。

近年来，作为试验性日粮添加剂，胍基乙酸在人类营养中的价值又被重新重视，研究者开始研究其在动物生产中的作用。临床结果表明，对于慢性的肾功能衰竭患者，胍基乙酸可有效防止其肌肉损失。对于健康的志愿者，胍基乙酸可有效提高其肌肉发达能力；对于慢性疲劳综合征患者，胍基乙酸也可改善一些相关的症状。胍基乙酸可增加肌酸合成，刺激细胞能量代谢。研究表明，在人类和仔猪机体中注射胍基乙酸后，其骨骼肌中的肌酸含量显著增加（P<0.05）。

【特性】^[3]

胍基乙酸为无色叶片状或针状结晶，溶于水，极微溶于乙醇和乙醚。280～ 284℃分解。一般试剂含量≥ 97%(NT)。

【生理功能】^[2]

1. 刺激胰岛素分泌

研究表明，外源添加胍基乙酸可刺激啮齿类动物的胰岛素分泌，相比于合成肌酸和节约精氨酸，胍基乙酸提高胰岛素分泌的功能更为强大。胍基乙酸分子的极性会影响胰腺内胰岛细胞细胞膜的去极化，通过蛋白激酶A和C敏感机制来刺激胰岛素分泌。另外，外源胍基乙酸会通过降低血液中的葡萄糖含量来提高胰岛素分泌。可能是胍基乙酸蛋白激酶的加强会调节靶细胞上胰岛素受体的活性。因此，胍基乙酸可以促进胰岛素的分泌，影响胰岛素代谢；也可作为抗糖尿病化合物，改善高血糖症状。在人体上还未有临床研究评估胍基乙酸刺激胰岛素分泌功能及其作用机理。

2. 节约精氨酸

在动物营养中，日粮中添加胍基乙酸可有效节约精氨酸。这个节约作用可以使更多的精氨酸用在其他方面，包括蛋白质合成，细胞信号和激素分泌。最近研究表明，日粮中添加胍基乙酸可提高肉鸡生长性能和日增重，更多的精氨酸参与蛋白质合成，包括胸肉合成。目前，在人体上还没有研究评估其节约精氨酸和蛋白质合成的功能。

3. 激活大脑和神经中的γ-氨基丁酸受体

γ-氨基丁酸是神经系统中主要的抑制性神经递质，胍基乙酸可作为神经调节物质，影响神经兴奋，肌肉张力和大脑发育。胍基乙酸和 γ-氨基丁酸受体的相互作用可以看作是替补机制，可以解释为一种常染色体隐性遗传疾病，一种因胍基乙酸转移酶缺乏导致肌酸合成障碍的疾病。这种病会造成患者神经功能障碍。胍基乙酸和γ-氨基丁酸结构相似，胍基乙酸可激活神经细胞电压门控和配体门控氯离子通道，影响神经自发活动。以上情况可能在GAMT酶缺乏，血液和大脑积累了大量的胍基乙酸条件下发生。但在生理条件下，胍基乙酸是否可以作为γ-氨基丁酸受体激活剂还不清楚。试验研究表明，给健康人每天 3 g 的胍基乙酸，3 周之后血液中γ氨基丁酸水平下降。日粮中胍基乙酸对γ-氨基丁酸调节机制还有待进一步研究。

4. 补充磷酸肌酸

胍基乙酸可以作为肌酸激酶（CK）和补充磷酸肌酸的底物。至少在肌酸不足时，胍基乙酸可以看作是一种磷酸肌酸类似物和能量单位。在正常情况下，肌酸合成正常，胍基乙酸作为肌酸激酶底物的可能性是微乎其微的。在肌酸缺乏情况下，胍基乙酸作为肌酸激酶底物和替代性的磷酸酶的能力是很强的。这个观点也已证实。

5. 影响细胞氧化-抗氧化体系

当前的研究表明，胍基乙酸会影响细胞氧化-抗氧化体系。胍基乙酸可以看作是抗氧化剂，也可看作是助氧化剂。病理条件下过量积累或者经纹状体内注射胍基乙酸会引发氧化应激。不过，日粮中胍基乙酸可通过激活一些抗氧化酶的活性和增加总抗氧化能力来提高细胞抗氧化水平，以上不同于过去报道的注射或者过度积累不同水平胍基乙酸的结果。当经纹状体内注射胍基乙酸后，脑部胍基乙酸含量高达100 μmol/L时，胍基乙酸发挥促氧化作用；当胍基乙酸注射后，血清中含量相对较低时（5μmol/L），会发现其发挥抗氧化作用。以化学角度看，胍基乙酸会产生活性氧，因为其共轭碱可以贡献一个电子，生成一个强大自由基—过氧化物。因此，单纯的胍基乙酸起的是促氧化作用。然而，在注射胍基乙酸后，其相关的代谢物（肌酸和精氨酸）可以清除自由基，以此来看，胍基乙酸可起到抗氧化作用。

6. 作为血管舒张剂

胍基乙酸可降低血管阻力，提高血流量。胍基乙酸可看作是强大的降压物质。原因可能是胍基乙酸抑制了去甲肾上腺素甲基化，影响其半衰期和对交感神经的影响。但是肌酸对血压无特别影响。胍基乙酸可能是通过替代机制影响血管舒张。另一种可能是，胍基乙酸通过节约精氨酸和增加精氨酸代谢相关的内皮源性舒张因子 NO量，达到血管扩张效果。但在人医的临床上，还未有研究报道胍基乙酸的降压效果及其作用机理。

【合成】^[3]

方法1：硫脲与溴乙烷反应生成S-乙基硫脲氢溴酸：盐，氢氧化钠中和，再与甘氨酸反应制得胍基乙酸：

方法2：由盐酸胍与固体氢氧化钠中和反应生成游离：胍，然后与氯乙酸反应制得胍基乙酸：

【应用】^[1][3]

1. 胍基乙酸在家禽生产上的研究

2009 年 10 月，欧盟委员会正式批准胍基乙酸作为饲料添加剂应用于肉仔鸡，归类于“氨基酸及其盐和类似物”。有多数研究证明胍基乙酸能显著提高肉仔鸡日增重和饲料转化效率。首先是因为精氨酸是家禽的第五限制性氨基酸，外源添加胍基乙酸可有效节约肉鸡体内的精氨酸，提高家禽日增重和饲料转化效率；其次胍基乙酸可显著提高肉鸡体内肌酸含量，提高磷酸肌酸/ATP 比值和能量利用率，加快动物生长。据欧洲食品安全局的报告显示，在纯植物日粮中添加胍基乙酸可显著提高肉鸡日增重、饲料转化率，且与添加鱼粉的处理组相比较，效果无明显差异。胍基乙酸提供可以促进 ATP 的再生减少蛋白质分解，提高动物生长速度和后代生产性能。胍基乙酸可以有效节约家禽体内的精氨酸，提高家禽的生产性能。另外有研究报道即使考虑到内源性蛋氨酸的合成，肌酸合成过程中也需要消耗体内 70%的活性甲基团。添加胍基乙酸后，动物体内的甲基化需求增加，在生产实践使用过程要注意这点。

2. 胍基乙酸在家畜生产上的应用研究

研究报道胍基乙酸可以提高生长猪日增重，降低料肉比。原因有以下二个方面：一是动物体内合成的肌酸只占其所需要的 66%~75%，其他则需要日粮提供。纯植物日粮不含肌酸，易造成动物体内肌酸缺乏，难以发挥的生长潜能，且幼龄动物对肌酸的需求量更大；二是外源添加胍基乙酸可以有效节约动物体内的精氨酸。精氨酸对于生长猪来说也是必需性氨基酸。日粮添加胍基乙酸可提高育肥猪宰后肉品质。基础日粮中添加 1 g/kg 胍基乙酸能显著提高育肥猪宰后背最长肌和半腱肌p H45min和 p H24h（P<0.05），显著降低猪背最长肌滴水损失，蒸煮损失和剪切力（P<0.05）。究其原因是在日粮中添加胍基乙酸，增加了肌肉中肌酸含量，提高了高能磷酸化合物—磷酸肌酸的储备，增加了维持物生命活动直接的能量来源-ATP 的含量。可利用能量物质含量的增加，延缓了肌肉糖原糖酵解的发生，减少了乳酸的积累，进而提高 pH 值。较高的 pH 值可以减少肌蛋白变性，使肌原纤维蛋白质偏离其电点，蛋白质的静电负荷增多加强蛋白质与水的相互作用，减弱蛋白质与蛋白质之间的相互作用，降低滴水损失和蒸煮损失，提高肌肉系水力。

3. 胍基乙酸在水产动物上的应用研究

鱼类为排氨型动物，自身合成精氨酸的能力较低，对精氨酸的需求较高，而虾类对精氨酸的需求更高。精氨酸在鱼虾料配方中可能会成为主要的限制性氨基酸。胍基乙酸能有效节约动物体内的精氨酸。以此来看，胍基乙酸在水产动物上的应用大有前景。

4. 其他：胍基乙酸主要用于医药有机合成中间体，也可作为食品添加剂，最近提出它的新用途：作为铁电晶体硫酸三甘氨酸（TGS）的渗质剂，来显著增强GLTGS晶体的热释电效应。作为配体合成新型磁性亲和吸附剂，用于尿激酶粗品的纯化。

【参考文献】

[1] 张俊玲, 张德福, 石凤云, 等. 胍基乙酸在动物生产上的研究进展[J]. 中国畜牧杂志, 2016, 52(4): 63-66.

[2] 张俊玲, 田耀耀, 马佳, 等. 胍基乙酸的生理功能研究进展[J]. 饲料博览, 2017 (3): 20-22.

[3] 许建帼, 谢建伟. 胍基乙酸的合成研究[J]. 化工时刊, 2004, 18(11): 44-46.