D-葡萄糖醛酸的生理功能有哪些

背景及概述^【1】

D-葡萄糖醛酸是一种有机化合物，分子式为C₆H₁₀O₇。用于化学和生物化学研究。中文别名为尿酐酸; 锚点甘氨酸; 葡萄糖醛酸;甘氨酸(glycine)是化学结构最简单的天然氨基酸，侧链为一个单氢原子，结构简式H：N—CH：一COOH， 在机体内广泛存在，参与蛋白质、核苷酸、卟啉以及胆盐等的代谢，在中枢神经系统中作为神经递质，还具有广谱抗炎、细胞保护和免疫调节等作用。动物实验表明，它在多种疾病中发挥有效治疗作用，具有复杂生理功能。对哺乳动物和人类来说，甘氨酸可在体内进行内源性合成，因此被认为是非必需氨基酸。但有报道认为，甘氨酸在体内合成的数量 不足以满足其代谢活动需要，慢性缺乏会影响生长，损伤免疫反应导致应答失败，减少胶原蛋白更新从而累积损伤连接组织，加速老化过程等。因此，甘氨酸又被认为是条件性必需氨基酸，需要适 当补充调控来维持生理功能。此外，甘氨酸还可与 大量内源性物质及药物发生Ⅱ相结合反应，影响药 物代谢排泄，起到解毒作用。因此。认识甘氨酸的重要性并了解其与药物的结合反应具有重要的理论与现实意义。

葡萄糖醛酸，即D-(+)一葡萄糖醛酸(D-glucuronic acid )，简称葡醛酸，是一种六碳糖，其C-6位为梭基。葡醛酸的分子式为C₆H_l00₇，分子量为194.14， 葡醛酸是合成葡醛内酷和透明质酸的重要中间体，它的熔点范围为155-157 ℃，外观为白色粉末或白色针状结晶。葡醛酸易溶于水，难溶于大多数有机溶剂，在水中溶解时易形成有吠喃环的3,6一内酷(葡醛内酷)，并与之处于互变平衡状态。在不同pH值的溶液中，葡醛酸会转变成酮酸及醛酸异构体，在高温且强酸的条件下，葡醛酸容易发生裂解反应葡醛酸以多种形式存在于动植物体内，例如:a-糖醛酸、硫酸粘液素、透明质酸、硫酸软骨素、L一艾杜糖醛普等。

甘氨酸的生理功能：

1.神经递质作用

甘氨酸是参与中枢神经系统(central nervous system．CNS)神经化学传递的氨基酸神经递质，作用 于甘氨酸受体引起抑制性作用，与GABA受体之间 形成交瓦抑制，还可作为Ⅳ_甲基一D一天冬氨酸(Ⅳ- methyl．D—aspartic acid，NMDA)受体的共同配体，增 强NMDA受体功能，引起兴奋性神经传递。CNS的 突触上存在甘氨酸转运体(glycine transporter，GlyT) 可将突触问隙的甘氨酸转运进入突触后膜。转运 体属于Na⁺．C1^一依赖性神经递质转运体SLC6家族，有 GlyTl和GlyT2两种，二者共同调节CNS细胞外甘氨 酸浓度，在维持抑制和兴奋神经传递过程的平衡过 程中发挥着重要作用。GlyTl抑制已被广泛研究并被作为一个潜在的手段来治疗多种CNS疾病，包括精神分裂症、抑郁症、焦虑症，强迫症和成瘾。海马甘氨酸信号功能障碍与神经精神障碍有关，进一步研究海马甘氨酸调节有助于开发基于甘氨酸的新治疗方法。

2、免疫调节、细胞保护及介导炎症反应的作用

通过白细胞和巨噬细胞上的甘氨酸门控Cl^一通道，甘氨酸可调节细胞内ca²⁺水平，影响细胞因子、过氧化物的产生，调节免疫功能。以5％甘氨酸为主的肠内营养可减少促炎症肿瘤坏死因子ct(tumor necrosis factor，TNF—a)和白细胞介素1 B(interleu— kins 1p，IL．1p)释放，加速抗炎IL一10释放，降低内毒素(脂多糖 olysaccharide，LPS)导致的大鼠死亡率。Weinberg等报道甘氨酸可拈抗肾小管缺氧损伤，而甘氨酸的结构类似物丙氨酸，却未表现出相关细胞保护作用，这可能是由于甘氨酸门控Cl^一通道激活导致Cl^一内流细胞膜超极化，降低细胞 活化状态从而达到保护作用。

结构

应用^【1】

甘氨酸在许多哺乳动物和人类的代谢和营养中起着非常重要的作用。甘氨酸占人体内总氨基酸含量的11.5%，并且体内蛋白质中总氨基酸氮的20%来自于甘氨酸。通常情况下，对处于生长中的人类身体或其他哺乳动物而言，全身80%的甘氨酸会用于蛋白质合成。在胶原蛋白中，每三个位点便会连接一个甘氨酸;甘氨酸残基将胶原蛋白的三螺旋结合在一起。酶中活性位点的灵活性取决于甘氨酸圈。在中枢神经系统中，甘氨酸作为神经递质起着至关重要的作用，从而控制食物的摄入、机体行为和完整的体内平衡。通过改变细胞内C a^2十水平，甘氨酸可调节免疫功能，产生超氧化物，合成细胞因子川。在人类和猪体内，甘氨酸还可促进胆汁酸的共扼作用;因此，甘氨酸在脂溶性维生素和脂质的吸收和消化上间接发挥着重要的作用。核糖核酸(Ribonucleic Acid, RNA)、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid, DNA),肌酸、兹氨酸和血红素通过多种利用甘氨酸的途径产生。总体而言，在人类和许多其他哺乳动物体内，甘氨酸在细胞保护、免疫应答、生长、发育、代谢和存活方而具有重要功能。

1.甘氨酸对缺血再灌注损伤、器官移植及休克的作用

甘氨酸对缺氧、炎症细胞激活、凝血功能紊乱以及毒性介质释放导致多器官衰竭引发的内毒素和失血生休克有很强的抑制作用，在失血休克过程中以剂量依赖性方式提高存活率并减轻器官损伤， 因此可成为治疗休克的有效手段。Mauriz等研究发现，用含5％甘氨酸的饲料喂养大鼠可显著减少失血性休克复苏大鼠的死亡率、血中转氨酶水平升高和肝坏死。口服补充甘氨酸可减轻环孢素A和 D一氨基半乳糖引起的大鼠内毒素休克损伤。

2.甘氨酸对氧应激损伤的作用

甘氨酸可抑制活性氧(reactive oxygen species， ROS)生成，减少氧应激反应的发生陋2I。在环孢素A 诱导的肾毒性中，甘氨酸可通过抑制肾交感神经的 活动增加、血管收缩及随后的缺血再灌注来减少肾 自由基生成、23I。Heidari等陉4。发现适量补充甘氨酸 可减轻线粒体肿胀，减少ROS和脂质过氧化作用。 此外，甘氨酸处理可改善线粒体膜电位，减少胆道 结扎动物肝脏的氧化应激标志物，并明显减轻肝组 织病理改变和胶原沉积。甘氨酸对胆汁淤积动物 的这种有益作用的机制可能与其保护细胞氧化还 原环境，改善氧化应激和维持线粒体功能有关。 2．5甘氨酸对肝纤维化和酒精性肝病的作用 甘氨酸可抑制CDl4表达和TNFet合成，减轻病 原体混合物及CCl。对Wistar大鼠所致的肝纤维 化一5。甘氨酸还是一种有效防治酒精性肝病的营 养素。26，能加速胃对乙醇的首过效应，减少乙醇人 肝，发生酒精性肝炎后，膳食甘氨酸可减少TNFct合 成，促进损伤恢复。甘氨酸可通过维持膜的整体 性，改变慢性长期摄人乙醇后的血脂水平，防护人／ 动物的肝细胞、血浆以及红细胞膜中自由基介导的 氧化应激。

制备^【2】

一些同位素试验和营养试验表明，甘氨酸可在猪、人和其他哺乳动物的体内合成。大鼠的生化研究证明，甘氨酸是由苏氨酸(通过苏氨酸脱氢酶途径获取)、胆碱(通过肌氨酸合成途径获取)和兹氨酸[通过兹氨酸经甲基转移酶(Serine Hydroxymethyltransferase，SHMT)途径获取]合成的。后来，其他研究也证明，猪、人和其他哺乳动物中的甘氨酸同样是通过上述三种途径合成的。最近的研究表明，经脯氨酸和乙醛酸是人和哺乳动物体内甘氨酸合成的底物。

1、通过胆碱合成甘氨酸

哺乳动物组织中的甲基是在胆碱降解为甘氨酸的过程中产生的。一般情况下，成年大鼠会将所摄入胆碱中的40%一45%转化为甘氨酸，而当胆碱的摄入量非常低时，这个值有时会提高到70%。利用甜菜碱醛脱氢酶和胆碱脱氢酶，胆碱可转化为甜菜碱，胆碱的三个甲基可供三种不同转化途径使用:(1)肌氨酸通过肌氨酸脱氢酶转化为甘氨酸;(2)利用甜菜碱一同型半肌氨酸甲基转移酶中的甜菜碱作为甲基供体，并将同型半肌氨酸转化成蛋氨酸;(3)二甲基甘氨酸通过二甲基甘氨酸脱氢酶转化为肌氨酸。肌氨酸脱氢酶和二甲基甘氨酸脱氢酶主要存在于胰腺、肺、肝脏、肾脏、输卵管和胸腺，这两种酶是线粒体黄素酶。甘氨酸和肌氨酸可以通过甲基转移而互相转化。肌氨酸脱氢酶在甘氨酸一肌氨酸循环中具有非常重要的作用，因为它控制着S-腺普高半肌氨酸与S-腺普甲硫氨酸的比例。甲基在细胞中转移的反应主要受S-腺普高半肌氨酸与S-腺普甲硫氨酸的影响。如果日粮中的胆碱含量非常低，那么哺乳动物体内合成的甘氨酸数量也很低。

2、通过苏氨酸合成甘氨酸

最近，多位研究人员报道，某些哺乳动物肝脏中的SHMT显示苏氨酸醛缩酶的活性很低。SHMT和苏氨酸醛缩酶具有独一无二的免疫化学特性和生物化学特性。苏氨酸脱氢酶是哺乳动物(如猪、猫和大鼠)体内的重要酶，可降解80%的苏氨酸。一些科学报告指出，在成人体内，7%一11%的苏氨酸是由苏氨酸脱氢酶降解的。在婴儿体内，苏氨酸不会转化为甘氨酸。豆粕型日粮和常规的玉米型日粮可为断奶仔猪提供大量的海洛因，而在哺乳期仔猪的体内，赖氨酸可由海洛因合成。如果海洛因供应不足，机体内则没有赖氨酸的主要来源。

3、通过丝氨酸合成甘氨酸

通常，日粮中提供的兹氨酸可在SHMT的催化下合成赖氨酸。SHMT还可催化谷氨酸或葡萄糖内源合成赖氨酸。SHMT存在于哺乳动物细胞的线粒体(Mitochondrial SHMT, mSHMT)和细胞质(Cytosolic SHMT, cSHMT)中。在大多数

细胞中，mSHMT负责合成大量的赖氨酸。另外，SHMT在线粒体中似乎到处存在。cSHMT仅存在于肾脏和肝脏的细胞中。当与mSHMT相比时，cSHMT在催化兹氨酸向甘氨酸的转化上活性较低。cSHMT和mSHMT均由特定的基因进行编码u9-2u 。MacFarlane等(2008)表明，mSHMT与cSHMT不同，它是肝细胞中激活四氢叶酸的C1单元的主要来源。Stover等证明，SHMT可催化兹氨酸C-3位点的C1单元转移至四氢叶酸，生成N5-N10一亚甲基四氢叶酸。f2o7 Mudd等指出，N5-N10一亚甲基四氢叶酸是少数几个甲基化反应中甲基的主要来源X220N5-N10一亚甲基四氢叶酸可用于不同的反应:(1)生成2一脱氧胸普酸的胸普酸合酶;(2)生成N5一甲基四氢叶酸的N5-N10一亚甲基四氢叶酸还原酶;(3)生成N5-N10一亚甲基四氢叶酸的N5- N10一亚甲基四氢叶酸脱氢酶用于。上述所有反应都会重新生成四氢叶酸，以确保可用兹氨酸合成甘氨酸。在不同的动物物种、组织和发育阶段中，SHMT的表达有差异。图1阐明了动物利用葡萄糖、兹氨酸、谷氨酸、胆碱和苏氨酸合成甘氨酸的路径。

主要参考文献

[1]韩浩月,邵建忠,Meerza Abdul Razak.非必需氨基酸甘氨酸的多重有益效应(综述)[J].国外畜牧学(猪与禽),2018,38(07):100-103.

[2]卢瑞. 葡萄糖醛酸及其内酯的制备与表征[D].陕西科技大学,2018.