胍基乙酸的用途、生理功能等

胍基乙酸在人体中(英语：Glycocyamine)是一种甘氨酸的代谢中间产物，其氨基被胍基取代。胍基乙酸是肌酸生物合成的直接前体。 但这一反应会造成高半胱氨酸水平的升高，导致一些心血管问题。胍基乙酸最早是从人和狗的尿液中分离出来的，是一种天然存在于动物体内的氨基酸衍生物。工业合成的胍基乙酸为白色无味粉末，溶于水，摩尔质量为117.11 g·mol-1，结构稳定，室温下可稳定保存2年。

胍基乙酸的体内代谢途径

胍基乙酸是脊椎动物体内天然的肌酸前体，而肌酸在细胞内能量的转运过程中有着重要的作用。胍基乙酸在体内的代谢是个复杂的过程，首先L-精氨酸在精氨酸-甘氨酸脒基转移酶(L-arginine glycine amidinotransferase, AGAT)的作用下催化形成L-鸟氨酸，而切下的咪基被转移到甘氨酸上形成胍基乙酸，这个过程主要在肾中进行，其次肝和胰中也能形成胍基乙酸[6]，其中AGAT是肌酸合成步的限速酶，在翻译过程中受到肌酸的负反馈调节[7]。其次胍基乙酸通过血液运输到肝中，在胍基乙酸N-甲基转移酶(guanidinoacetate methltransferase, GAMT)的作用下将S-腺苷甲硫氨酸的甲基催化到胍基乙酸中形成肌酸和S-腺苷高半胱氨酸，这个过程主要在肝中进行。此外，GAMT同样在小鼠的肾、心和骨骼肌中被发现，也存在于人胎儿期的肺成纤维细胞，但这些组织中的GAMT活性较低。肝中的肌酸通过血液循环运输到存在肌酸转运受体蛋白(creatine transporter, CreaT)的组织中，例如骨骼肌和心。肌酸转运受体在脑部的表达量较低，这似乎说明脑部有一套自己的肌酸合成机制。相对于肌酸，胍基乙酸在体内的吸收利用的报道并不多，但与肌酸对比，胍基乙酸的添加能更有效地增加体内总肌酸(肌酸与磷酸肌酸)的含量，造成这样的结果可能是由于有更多的胍基乙酸转运进细胞。胍基乙酸除了能通过肌酸转运受体蛋白转运到细胞内，还能通过牛磺酸转运体和γ-氨基丁酸转运体转运到胞浆内。Fagerberg等使用RNA测序技术，对人27个组织进行转录组测序，结果发现，GAMT表达量最高的组织为肝，其次是胰、肾；而AGAT表达量最高的组织为肾，其次为肝和胰腺。GAMT在各个组织都有表达，而AGAT似乎只在特定组织表达。然而，各种器官组织对胍基乙酸吸收的研究不多，胍基乙酸和组织间肌酸运输的相关性尚不清楚。 内源性合成肌酸需要3种氨基酸：甘氨酸、甲硫氨酸和精氨酸，以及两种酶：AGAT和GAMT。由于甘氨酸易于合成，因此肌酸合成几乎不会对机体中甘氨酸代谢带来负担。然而甲硫氨酸和精氨酸作为人体必需氨基酸和条件性必需氨基酸，在人体内不能自主合成或合成量不足以满足人体正常需求，因此整个肌酸合成将对机体甲硫氨酸和精氨酸的代谢产生明显的负担，但外源补充胍基乙酸将只消耗甲硫氨酸。

胍基乙酸的主要生理功能

早在20世纪50年代就有报道称，外源性添加胍基乙酸能够提高心代偿失调病人的生理机能，并且提出胍基乙酸提高生理机能可能是基于肌酸的生物合成。但除了作为肌酸的前体，胍基乙酸还具有许多生理功能，包括促进胰岛素的分泌，影响神经调节，改变精氨酸的代谢[17-18]以及影响机体氧化和抗氧化系统。

胍基乙酸促进胰岛素的分泌

胍基乙酸能够促进胰岛素分泌，最早在动物试验中被发现。体外注射胍基乙酸及胍基衍生物，能够刺激啮齿动物的胰腺分泌胰岛素，并且胍基团可能是刺激胰岛素分泌的一个重要原因。胍基乙酸刺激胰岛素分泌的具体机制可能是由于胍基乙酸分子的极性能影响胰岛细胞膜去极化，并通过蛋白激酶A和C增强靶细胞膜表面胰岛素受体的活性，从而激活胰岛素信号通路。胰岛素的生理功能主要表现为降低血糖，因此，外源性添加胍基乙酸能够降低血浆中的葡萄糖水平。由于胍基乙酸的促胰岛素分泌作用，似乎说明胍基乙酸可以通过影响胰岛素的体内平衡，作为一个抗糖尿病合成代谢剂，从而维持血糖稳态。

胍基乙酸改变机体精氨酸代谢

精氨酸对于禽类为必须氨基酸，有研究表明，胍基乙酸能有效地代替饲料中的精氨酸。因为精氨酸作为胍基乙酸的前体，在禽类体内一部分精氨酸用于合成胍基乙酸，因此在肉鸡日粮中添加胍基乙酸能够节约出更多的日粮精氨酸并参与精氨酸的其他生理学功能，例如蛋白质的合成、激素的释放(如生长激素)、提高胸肌产量。其次，精氨酸也可以作为一氧化氮(NO)的前体，因此外源性添加胍基乙酸也能够影响一氧化氮介导的促生长的生理功能。

胍基乙酸的神经调节

胍基乙酸可以激活脑和外周组织中的γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)受体。这是由于胍基乙酸与γ氨基丁酸的结构非常相似(图 2)，因此，在GAMT缺乏症患者(一种常染色体隐性遗传疾病)体内内源性的胍基乙酸不能及时合成肌酸导致血清或者脑部中累积高浓度(10~30 μmol·L-1)的胍基乙酸，并激活神经细胞电压门控或配体门控的氯离子通道，导致自发性的神经元损伤。也就是说，胍基乙酸能够作为一种γ氨基丁酸竞争性抑制剂，激活影响神经系统的兴奋性。研究表明，给健康人每天补充3 g的胍基乙酸，3周之后发现，血浆中γ氨基丁酸水平显著下降，这似乎说明胍基乙酸的添加能够负向调节γ氨基丁酸的血浆水平。然而，胍基乙酸的添加是否能够激活γ氨基丁酸介导的神经元或肌肉兴奋性还需进一步研究。

目前，胍基乙酸作为一种优质的食品补充剂或饲料添加剂，广泛地应用于人类保健及动物生产环节。胍基乙酸在酶的催化作用下能够内源性地合成肌酸(creatine, Cr)，肌酸是一种含氮氨基酸，被认为是一种能量缓冲剂，主要作用是在肌酸激酶(creatine kinase, CK)的作用下形成磷酸化肌酸(P-Creatine，PCr)，参与三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)循环。当ATP供能不足的瞬间，磷酸肌酸通过肌酸激酶以非常快的速度将磷酸基团转移到二磷酸腺苷中(adenosine diphosphate，ADP)重新转化为三磷酸腺苷。已知补充肌酸可减少糖尿病患者甲硫氨酸的消耗，同时降低肝中同型半胱氨酸的产生，阻止脂肪的积累，因此对脂肪肝和非酒精性肝病患者有益。动物体内每天约有1.6%(2 g)的肌酸和磷酸肌酸不可逆的转化为肌酐，并由尿液排出体外。由于动物体内源性合成的肌酸仅占机体所需肌酸的50%，因此需外源性添加肌酸。但是肌酸价格偏高，且半衰期较短，故不适合作为饲料添加剂。而胍基乙酸作为肌酸前体，在体内能够合成肌酸，已在畜牧生产中得以普遍应用，其主要作用包括提高生长育肥猪的生长性能和猪肉品质，增加肉鸡的胸肌产量，改善肉质和能量代谢。

胍基乙酸影响机体氧化-抗氧化系统

目前，在动物体水平上的一些研究表明，胍基乙酸可能影响氧化-抗氧化系统，它能同时作为一种超氧化物和抗氧化化合物。小鼠在注射胍基乙酸后诱导了氧应激，并且在病理状态下累积过量的氧自由基。当胍基乙酸的浓度在脑部提高(大约100 μmol·L-1)并累积后，胍基乙酸表现出明显的超氧化作用，简单的说，胍基乙酸作为一个纯净的超氧化剂能够从它的共轭碱提供一个电子生成超氧阴离子—氧自由基，从而产生活性氧。然而另有研究表明，饲粮中添加胍基乙酸可以通过提高总抗氧化能力和活化抗氧化酶活性的方式提高机体抗氧化形态，在摄取胍基乙酸后血清胍基乙酸浓度(大约5 μmol·L-1)较低时才体现出抗氧化作用。这是由于胍基乙酸的摄取能淬灭其相关代谢物(肌酸和精氨酸)的氧自由基，因此，胍基乙酸有着间接的抗氧化作用。也就是说，如果胍基乙酸代谢保持原状或提供了低浓度的外源性胍基乙酸，就体现出了抗氧化的作用，而当体内产生了过多的胍基乙酸，其可作为一种强氧化剂，并诱导氧应激。

饲料添加剂

工业中主要用于实验室有机合成中和化工医药研发过程中。 胍基乙酸，又称胍乙酸、N-脒基甘氨酸，是一种 氨基酸类似物，是脊椎动物体内合成肌酸的唯一前 提物。肌酸主要存在于肌细胞中，参与机体的能量 代谢，它和磷酸肌酸一起组成了磷酸原系统。当机 体ATP过剩时，磷酸肌酸可将能量储存起来。当机体 ATP供应不足时,磷酸肌酸可再生成ATP。这种补充 作用不需要氧气的参与，比直接由食物氧化释放的 能量补充快的多，可满足幼龄动物肌肉快速生长及 应急生理状态下对能量的需要。因此，畜禽迫切需 要补充肌酸。动物既可以通过日粮添加动物源性蛋 白(如鱼粉),也可以通过机体内源性合成来补充肌 酸。动物内源性合成肌酸约占其所需要肌酸的75%， 其他则需要日粮提供"。目前，鱼粉资源紧缺,肉骨 粉存在食品安全性等问题，造成动物食用玉米、豆粕 等纯植物型日粮后,由于肌酸供给不足，生产性能显 著下降。外源性添加肌酸，价格昂贵且不稳定。此 外,外源补充肌酸可抑制L-精氨酸:甘氨酸眯基转 移酶的表达，进而抑制内源性肌酸的合成。最新研 究发现，胍基乙酸比肌酸提高组织肌酸负荷更有效。

有关研究表明，全植物性日粮添加600 mg/kg胍基乙酸提高了肉仔鸡生产性能和胸肌重，并获得了 与添加鱼粉处理组(前期6%鱼粉，中、后期3%鱼粉) 一致的生产性能4。育肥猪日粮添加1000 mg/kg那 基乙酸15d能改善能量利用率，延缓糖酵解的发生 进而改善猪肉品质l5。本试验旨在研究胍基乙酸对 育肥猪生长性能﹑胴体品质和肉品质的影响，为胍基 乙酸的有效使用提供依据。

安全性的研究

膳食胍基乙酸的添加最初应用于人研究中。早期研究发现，胍基乙酸能够对心代谢失调和抑郁焦虑的患者有良好的作用，且没有明显的副作用。代重山等对胍基乙酸的致突变性进行研究，发现胍基乙酸的添加不会致诱变或基因毒性，也不会对环境造成危害。因此，胍基乙酸能够普遍地应用于人类保健和动物生产环节。胍基乙酸的服用对人肝和肌肉的酶表达谱没有明显影响，且服用带来的副作用也是可接受的，例如体重增加、恶心、腹胀、肌肉痉挛、腹痛。但值得注意的是，服用胍基乙酸除了会增加血清肌酐含量和肌肉中肌酸的含量外，还能够提高血清中同型半胱氨酸的含量。这是由于胍基乙酸被甲基化形成肌酸的同时还能够形成S-腺苷高半胱氨酸，然后在体内被水解成半胱氨酸和腺苷。由于血清中同型半胱氨酸是临床上动脉粥样硬化和心血管疾病的重要指标，因而胍基乙酸的摄入提高了血浆中同型半胱氨酸的含量，可以考虑作为胍基乙酸的一种副作用。因胍基乙酸合成肌酸所需的甲基基团由S-腺苷甲硫氨酸提供，当胍基乙酸与甲基供体(如甜菜碱、胆碱、维生素B)一起作为添加剂添加时，能够抑制因胍基乙酸摄入后血清同型半胱氨酸的升高。此外，欧洲食品安全局指出，饲喂高剂量的胍基乙酸不会导致猪和鸡的肉制品中胍基乙酸、肌酸和同型半胱氨酸对消费者带来影响。由于胍基乙酸的摄取能够增加血清中同型半胱氨酸的含量，因此胍基乙酸作为一种运动保健药品或动物饲料添加剂时，需密切关注血清中同型半胱氨酸的浓度。