谷胱甘肽的用途

背景及概述^[1-2]

由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。谷胱甘肽可以氧化型(GSSG)和还原型(GSH)存在，两者可互相转变。其在组织中分布很广，多以还原型存在。还原型谷胱甘肽对维持巯基酶的活性和红细胞膜的稳定性有重要作用。它还能参加小肠内氨基酸的吸收和肾小管对氨基酸的重吸收作用。而半胱氨酸残基的巯基是某些酶的必需基因；胱氨酸残基的二巯键是胰岛素、加压素、催产素和免疫球蛋白等分子中的重要结合键。当发生某些中毒时，可使这些分子中化学基因发生改变引起它们的活性改变或丧失。因此谷胱甘肽在生物氧化、氨基酸转运、毒物解毒、保护血红蛋白等过程中起一定作用。

谷胱甘肽广泛存在于所有生物细胞中，其中以酵母、小麦胚芽以及人和动物肝脏、肾、红细胞和眼睛晶状体中含量较为丰富[2]。正常人体GSH和GSSG的比例为100∶1，全血中GSH的正常质量浓度约为371mg·L-1，人体的肝脏和肾脏是GSH主要的合成、代谢和排泄器官。自1888年，法国科学家DereyPailhade首先在酵母抽提物中发现谷胱甘肽以来，科学家一直在努力研究它的生理活性并逐渐现它在清除自由基，解毒，保护肝脏以及抗癌等方面的用途。谷胱甘肽在医药领域和食品工业领域具有广泛应用，目前开发谷胱甘肽已成为研究热点。

结构

生理功能^[2]

谷胱甘肽结构中半胱氨酸侧链基团上连有一个活泼巯基，它是谷胱甘肽许多重要生理功能的结构基础，能保护体内重要酶蛋白巯基不被氧化、灭活，有利于酶活性的发挥。通过巯基与体内的自由基结合，可直接使自由基还原为容易代谢的酸类物质，加速自由基的排泄，从而减轻自由基对重要脏器的损害。此外，谷胱甘肽所含的γ谷氨酰胺键能维持分子的稳定性并参与转运氨基酸；谷胱甘肽中的甘氨酸和半胱氨酸残基还可参与胆酸的代谢。

用途^[3]

用于药物中毒、酒精中毒、丙酮血性呕吐症(自体中毒、周期呕吐症)、重金属中毒、慢性肝病、里耳黑变病、肝斑、炎症后色素沉着、妊娠呕吐和晚期妊娠中毒，预防及治疗放射线、抗癌药物及其他原因引起的白细胞减少症，还用于放射病及放射线引起的口腔粘膜炎、过敏性疾病。亦可用于抑制进行性白内障，控制角膜和视网膜疾病的发展。

1. 谷胱甘肽与运动系统疾病

运动系统疾病与人体活动密切相关，而GSH对于腰椎退行性病、激素性股骨头坏死、骨折、运动疲劳等的治疗具有一定作用。腰椎退行性病变是腰椎自然老化、退化的病理生理过程，病情严重可引起腰腿痛甚至神经损害。

2. 谷胱甘肽与神经系统疾病

神经系统疾病是发生于中枢神经系统、周围神经系统、植物神经系统的以感觉、运动、意识、植物神经功能障碍为主要表现的疾病。而GSH在延缓青光眼、自闭症、神经退行性病等疾病的发生、发展中具有重要作用。

3. 谷胱甘肽与内分泌系统疾病

甲状腺功能亢进与糖尿病是其中最常见的内分泌疾病，而近年研究提示GSH很有可能在这2种疾病的治疗中发挥重要作用。

4. 谷胱甘肽与循环系统疾病

高血压与心力衰竭是常见于老年人的循环系统疾病，严重影响病患生活质量。研究表明，GSH对这2种病的防治具有较好作用。

5. 谷胱甘肽与呼吸系统疾病

研究显示，GSH对于肺部疾病和哮喘气道炎症等具有一定防治作用。肺是直接与体外环境接触的器官，周围环境产生的活性氧和活性氮可导致肺部炎症或其他疾病，如慢性阻塞性肺病、肺老化、囊泡性纤维症、特发性肺间质纤维化等。

6. 谷胱甘肽与消化系统疾病

肝病是消化系统的常见病，GSH是目前临床应用的重要保肝药之一，但目前主要用于肝炎。

7. 谷胱甘肽与泌尿系统疾病

肾脏是泌尿系统的重要器官，也是人体排毒的重要器官。肾病综合征及肾小管损害则是该系统最常见疾病，目前临床上已开始使用GSH治疗肾病，但具体作用机制仍不明确。

8. 谷胱甘肽与生殖系统疾病

生殖系统对生命的延续具有重要作用，GSH对于生殖细胞的正常生长具有潜在保护作用。

9. 谷胱甘肽与其他相关疾病

近年研究显示，GSH对于皮肤炎症、艾滋病、疟疾等具有一定防治作用。

其他应用^[2]

谷胱甘肽在食品工业上的应用。在面制品加工中加入谷胱甘肽不仅可以大大强化其营养价值，还能够改善面团的流变特性。例如在面包原料中添加谷胱甘肽，可以使面团软化，从而缩短混揉时间；在鱼类和肉类食品加工中加入谷胱甘肽可强化食品的风味并大大延长保鲜期；在酸奶中加入谷胱甘肽能起到抗氧剂的稳定质量的作用；由于谷胱甘肽有防止色素沉着的功能，在水果蔬菜类食品、酪蛋白以及奶粉中加入谷胱甘肽可以有效地防止褐变；此外，它还可用作起泡葡萄酒的还原剂。

制备^[2]

由于谷胱甘肽具有重要的生理功能和广泛的市场前景，因此，谷胱甘肽的工业化生产越来越受到关注。日本早在20世纪50年代就开始研制，90年代已投入生产，中国对谷胱甘肽的研究还处于起步阶段，还没有批量生产能力。谷胱甘肽的生产方法主要有溶剂提取法、化学合成法、酶合成法和发酵法。

1. 溶剂提取法

溶剂提取法主要是以富含谷胱甘肽的小麦胚芽和酵母等为原料，通过添加适当的溶剂或结合淀粉酶、蛋白酶处理，再经分离纯化后精制而成。溶剂提取法生产谷胱甘肽早已工业化，但该法生产工艺比较落后，生产规模小且产量低，而且产品质量不高。因此，未来研究的重点应该放在提高提取效率以及选择适宜的纯化方法以提高产品的质量和产量。

2. 化学合成法

化学合成法是以谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸等为原料合成谷胱甘肽的方法。目前谷胱甘肽的化学合成生产工艺已较成熟，但它存在成本高、反应步骤多、反应时间长、操作复杂等缺点，更重要的是通过化学合成法得到的谷胱甘肽是左旋体和右旋体的混合物，需要进行光学拆分，分离十分困难，由此造成了产品纯度不高，并且存在着环境污染等问题，因此限制了其应用。

3. 酶合成法

酶合成法是以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，利用生物体内的天然谷胱甘肽合成酶，并添加少量ATP来合成谷胱甘肽的方法。谷胱甘肽合成酶大多取自酵母菌和大肠杆菌。以通过特定诱变筛选的能高产含GSH-I和GSH-II的CGMCC1231菌株为酶源，以L-谷氨酸、L-半胱氨酸、甘氨酸为底物，并加入葡萄糖和硫酸镁，酶促合成生产谷胱甘肽，分离纯化的产品收率为45%～58%，谷胱甘肽含量质量分数≥98%。

4. 发酵法

发酵法是以廉价的糖类为原料，利用特定微生物体内物质的代谢将廉价原料转化为谷胱甘肽的方法。发酵法生产谷胱甘肽的微生物大多是酵母和大肠杆菌。发酵法与以上3种方法相比具有明显优势，如反应条件温和、成本低、生产速快等。

采用产朊假丝酵母为发酵菌株，经斜面培养和种子培养后，接种于发酵培养基中进行摇瓶培养或发酵罐培养，在发酵培养基中添加L-半胱氨酸，增加发酵液中L-半胱氨酸的供应，从而将谷胱甘肽的产量和胞内含量提高将近一倍；以啤酒废酵母为原料，采用间歇发酵的方法合成谷胱甘肽，研究了通气量，搅拌速度，初始葡萄糖浓度以及酵母加入量对合成的影响，在最适发酵条件下，谷胱甘肽总产量提高了1～6倍。因废酵母价格低廉，利用啤酒废酵母生产谷胱甘肽大大降低了成本。

主要参考资料

[1] 儿科学辞典

[2] 谷胱甘肽的研究进展

[3] 实用药物手册