50-69-1 / D-核糖產(chǎn)品功能與應(yīng)用淺析

D-核糖(D-Ribose)是一種天然戊糖，存在于所有細(xì)胞中，是核苷酸、多種輔酶和基因物質(zhì)DNA和RNA、細(xì)胞第二信使分子cAMP的重要組成成分，也是能量物質(zhì)三磷酸腺苷(ATP)的結(jié)構(gòu)成分，是細(xì)胞合成ATP的起始物質(zhì)和關(guān)鍵因子，是細(xì)胞保持結(jié)構(gòu)和功能完整的必不可少的物質(zhì)，具有重要生理功能。

圖1. D-核糖和L-核糖分子結(jié)構(gòu)
D-核糖純品為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，微有芳香之味，味微甜，極易吸潮，易溶于水，在水中有過飽和傾向，微溶于乙醇，不溶于醚、苯、丙酮及三氯甲烷。
D-核糖是戊碳糖，分子中含有四個(gè)不對(duì)稱碳原子，有五種同分異構(gòu)體，分別為α-呋喃-D-核糖、β-呋喃-D-核糖、α-吡喃-D-核糖、β-吡喃-D-核糖以及開鏈型 D-核糖，在生物體內(nèi) D-核糖以β-呋喃-D-核糖的形式存在，在水溶液中，這五種異構(gòu)體能夠以很快的速度相互轉(zhuǎn)化，因此，D-核糖具有復(fù)雜變旋光的性質(zhì)。

D-核糖的生理功能
ATP是一切生命活動(dòng)能量的重要來源，是維持肌肉收縮和細(xì)胞功能的基礎(chǔ)能量物質(zhì)。但人體組織細(xì)胞中ATP的總量卻很少，如肌細(xì)胞中ATP貯存量只有2.5～3.5mg/g濕肌、心臟中的貯量也僅有約700mg，只能提供10次心跳的能量。人體生理活動(dòng)所需的大量能量，依賴于ATP與ADP的快速轉(zhuǎn)換與循環(huán)。正常情況下，人體組織細(xì)胞中的ATP在低濃度下保持穩(wěn)定，稱為ATP穩(wěn)態(tài)，同時(shí)，ATP池中相關(guān)的能量物質(zhì)（含ATP、ADP、AMP以及IMP等 ）在低濃度下，按特定的比例保持動(dòng)態(tài)平衡。
在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)、供血不足或應(yīng)急狀態(tài)下，ATP合成速率低于分解速率，ATP的降解產(chǎn)物IMP，約40%以上會(huì)進(jìn)一步降解并穿過細(xì)胞膜進(jìn)入血液、隨血液被運(yùn)輸?shù)礁闻K轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?，?jīng)尿液排出體外而丟失，造成ATP池能量物質(zhì)的凈丟失。研究表明，劇烈運(yùn)動(dòng)后，肌肉中ATP減少約18%；局部缺血20分鐘，就會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞ATP減少約50%；心臟病患者心肌細(xì)胞能量比正常水平低約40%。細(xì)胞中能量物質(zhì)的丟失會(huì)使肌肉中鈣流失，從而造成肌肉緊張、四肢僵硬、酸痛和疲勞。
細(xì)胞丟失的大部分能量物質(zhì)通過從頭合成途徑、補(bǔ)救合成途徑恢復(fù)，骨骼肌和心肌細(xì)胞中相關(guān)途徑限速酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖酸脫氫（6PGDH）活力很低，ATP恢復(fù)到正常水平需要3天以上。
D-核糖可形成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）參與核苷酸代謝，PRPP既可用于核苷酸的從頭合成途徑，又是核苷酸和ATP再生補(bǔ)救途徑的重要參與者，是能量合成與補(bǔ)救的限速因子。
補(bǔ)充D-核糖可越過能量恢復(fù)途徑的限速反應(yīng)步驟，直接提高PRPP的水平，加速腺嘌呤核苷酸的生物合成，從而加速了受損后心臟和骨骼肌細(xì)胞能量庫中腺嘌呤核苷酸庫的重新補(bǔ)充。研究表明，補(bǔ)充D-核糖能將肌肉組織中能量從頭合成速率提高3.4～4.3倍；在應(yīng)急狀態(tài)下，補(bǔ)充D-核糖能使肌肉細(xì)胞中能量補(bǔ)救合成速率提高3～8倍(P<0.001)，合成速率取決于肌纖維類型與D-核糖的服用劑量,從而將細(xì)胞中能量維持在一定水平。這便是高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)、供血不足或應(yīng)急狀態(tài)發(fā)生后，機(jī)體能量恢復(fù)以及疲勞消除的關(guān)鍵。

D-核糖的應(yīng)用現(xiàn)狀
D-核糖在食品行業(yè)的應(yīng)用較為有限，除了近來火熱的某款功能飲料外，目前已批準(zhǔn)的保健食品不足10款，絕大多數(shù)是2011年之前沒有技術(shù)要求時(shí)審批的，在其他食品中應(yīng)用更為罕見，究其原因，合規(guī)性是其最主要的限制因素。D-核糖在我國是按照食品添加劑進(jìn)行管理，GB-2760規(guī)定D-核糖僅能作為食品用合成香料。合規(guī)性從根本上限制了D-核糖的廣泛應(yīng)用，而保健食品的申報(bào)將使企業(yè)面臨較重的資金和技術(shù)壓力，因此，D-核糖的應(yīng)用需要向香料靠攏。某功能飲料正是憑借著香料的適用性而進(jìn)行添加使用，這也折射出D-核糖的應(yīng)用短板，缺乏有力的研究支撐。另外，D-核糖在功能飲料中應(yīng)用的方向是取代?；撬?，我們目前暫不能對(duì)二者的功能進(jìn)行量化對(duì)比，但D-核糖的價(jià)格是?；撬岬暮脦妆叮瑥脑蟽r(jià)格方面就制約了D-核糖的應(yīng)用。國內(nèi)對(duì)于D-核糖的應(yīng)用研究起步較晚，2004年左右國外關(guān)于核糖的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，國內(nèi)企業(yè)也紛紛對(duì)核糖的應(yīng)用展開研究，但受制于標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的限制，國內(nèi)始終沒有發(fā)展起來。缺乏品牌引領(lǐng)是其遲遲沒有形成規(guī)范的原因之一，D-核糖在功能飲料的興起對(duì)于行業(yè)是一件幸事，首先是為功能飲料行業(yè)注入新的活力，突破傳統(tǒng)配方的禁錮。其次，提升食品行業(yè)對(duì)于D-核糖的關(guān)注度，為行業(yè)規(guī)范的形成起到促進(jìn)作用，使企業(yè)能夠合理、合規(guī)的使用D-核糖。

D-核糖產(chǎn)品的應(yīng)用淺析
研究表明，D-核糖可有效提高細(xì)胞能量水平，具有增加能量、緩解疲勞、提高無氧閾值、提高運(yùn)動(dòng)能力、緩解肌肉僵硬和酸痛、改善心臟功能等功效，已廣泛應(yīng)用于食品飲料、植物肉、運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)食品、保健食品、化妝品和動(dòng)物營養(yǎng)產(chǎn)品中。
此外，D-核糖也是多種核苷類藥物的重要中間體和起始原料，如卡培他濱、替格瑞洛、瑞德西韋等。

01、D-核糖在臨床營養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用
在食品飲料、營養(yǎng)保健領(lǐng)域，D-核糖主要用作能量補(bǔ)充劑、抗疲勞、耐缺氧的功效成分，用于能量飲料、運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)、功能營養(yǎng)系列產(chǎn)品中。美國于20世紀(jì)90年代起，便陸續(xù)推出多種以D-核糖為主要功效成分的運(yùn)動(dòng)食品、功能食品、能量食品、膳食補(bǔ)充劑等，如D-核糖純粉、D-核糖膠囊、D-核糖沖劑、能量棒、泡騰粉、泡騰片、運(yùn)動(dòng)飲料等等，用于增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力、緩解肌肉緊張和高強(qiáng)度的工作壓力而引起的大腦疲勞和精神委靡等癥狀。2002年誠志生命科技有限公司（簡稱“誠志生命”）開發(fā)了國內(nèi)第一款以D-核糖為功效成分，具有抗疲勞、耐缺氧功效的保健食品“力搏士D-核糖沖劑” 【衛(wèi)食健字（2002）第0597號(hào)】，推動(dòng)了D-核糖在國內(nèi)營養(yǎng)保健領(lǐng)域的應(yīng)用。2016年，劉丹、劉靜民等先后發(fā)表的研究論文結(jié)果表明，力搏士D-核糖沖劑在改善運(yùn)動(dòng)員無氧運(yùn)動(dòng)能力、有氧運(yùn)動(dòng)能力方面，均具有有益功效，極具推廣價(jià)值。
在食品工業(yè)上，D-核糖可作為調(diào)味香精、用于合成呈味核苷酸和多種調(diào)味香精，廣泛應(yīng)用于肉制品、烘焙食品、休閑食品等各種食品中。

在植物肉加工過程中加入D-核糖，可與氨基酸類物質(zhì)（包括蛋白質(zhì)、肽、各種氨基酸等）發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生獨(dú)特芳香風(fēng)味的棕色或焦糖色產(chǎn)物，這些產(chǎn)物和脂肪酸類物質(zhì)的氧化分解產(chǎn)物共同作用，可形成包含很多種肉味香氣成分的肉味香精，產(chǎn)生如真肉一樣的口感和風(fēng)味。

D-核糖早期被列入美國FDA食品添加劑目錄，并被批準(zhǔn)作為膳食補(bǔ)充劑，2008年通過了GRAS安全性評(píng)估，成為新食品原料，2019年3月歐盟發(fā)布（EU）2019/506號(hào)條例，批準(zhǔn)D-核糖作為新型食品投放市場。期間，D-核糖先后被列入歐盟、日本及中國的食品添加劑目錄。

02、D-核糖在臨床營養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用
D-核糖在預(yù)防心臟功能衰退及治療心律失常、心肌能量及功能恢復(fù)、心衰患者心臟功能保護(hù)以及心臟冬眠區(qū)域的識(shí)別等方面具有良好功效。在臨床營養(yǎng)方面，用作心臟手術(shù)前后的營養(yǎng)支持。
誠志生命全資子公司誠志（美國）生物能量生命科技公司（Bioenergy Life Science簡稱BLS）開發(fā)了以D-核糖為主要功效成分的一系列臨床營養(yǎng)品，如CORvalenTM 、RiboCORTM 和RiboCORⅠ.Ⅳ. TM，用于充血性心力衰竭、冠心病、心絞痛以及其他伴有心血管疾病癥狀的病人在手術(shù)治療前后的營養(yǎng)支持。產(chǎn)品先后在Christina Medical Center (Newark, Delaware)、Florida Hospital (Orlanda, Florida)、Aurora Hospitals in Milwaukee, Wisconsin等醫(yī)院應(yīng)用，臨床應(yīng)用結(jié)果表明，D-核糖有助于預(yù)防心臟手術(shù)后功能衰退、緩解心律失常癥狀、顯著增強(qiáng)局部缺血后心肌能量及功能的恢復(fù)、改善穩(wěn)定型冠心病患者的心肌功能、促進(jìn)全心肌缺血?jiǎng)游镄募TP合成，進(jìn)而改善心肌舒張功能、提升心衰患者的運(yùn)動(dòng)能力及肺通氣量，進(jìn)而保護(hù)其心臟功能、明顯改善嚴(yán)重充血性心衰患者的運(yùn)動(dòng)能力及肺通氣量、顯著改善心力衰竭患者的心臟功能。

03、D-核糖在抗衰老領(lǐng)域的應(yīng)用
NAD是人體中數(shù)百個(gè)酶蛋白，包括長壽酶蛋白 Sirtuins不可或缺的輔酶成分，參與人體內(nèi)上千種氧化還原的酶反應(yīng)，對(duì)人體健康發(fā)揮著根本性的影響。研究表明，隨著年齡的增長，NAD在人體內(nèi)的含量逐漸降低，線粒體和細(xì)胞核之間的交流受損，NAD的減少也損害了細(xì)胞產(chǎn)生能量的能力，這可能是人類變老和疾病的原因。
美國 ChromaDex公司開發(fā)的煙酰胺核糖（NR）產(chǎn)品、美國 Herbalmax開發(fā)的NMN產(chǎn)品（商品名瑞維拓）、香港基因港開發(fā)的NMN產(chǎn)品（商品名艾沐因），據(jù)稱可提高體內(nèi)的NAD水平，在抗衰老領(lǐng)域，引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。誠志(美國)BLS開發(fā)的新產(chǎn)品RiaGev（PCT/US2019/031889），亦可有效提高體內(nèi)的NAD水平。
D-核糖作為NMN/NR的前體物質(zhì)和重要原料，D-核糖作為RiaGev的重要功效成分，在抗衰老領(lǐng)域應(yīng)用前景可期。

04、D-核糖在化妝品中的應(yīng)用
D-核糖還具有增強(qiáng)免疫、抵抗自由基增加、抗皺、延緩皮膚衰老等功效，在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。

05、D-核糖在動(dòng)物營養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用
D-核糖在飼料領(lǐng)域的研究剛剛興起。ST. CYR等發(fā)明的 “喂養(yǎng)家禽的組合物和方法” 專利（US8741854、CN102870989B）公開了一種喂養(yǎng)家禽的方法，飼料中添加D-核糖，能有效改善家禽心肌病的抵抗力、降低家禽如肉仔雞的腹水和/或猝死綜合征的發(fā)生率, D-核糖的劑量是50至500mg/kg體重/天。
史秀李等公開了“一種家禽飼料”（CN110959770A）、李光煜公開了“一種用于家禽幼的飼料及其制備方法”（CN109329579A）、張毓霞等公開了“強(qiáng)化雞蛋營養(yǎng)成分的飼料添加劑及其制備方法”（CN107048054A）、高曙光等公開了“一種含D-核糖飼料添加劑的羅曼蛋雞飼料”（CN104206919B）。
另外，D-核糖還可以改善肉質(zhì)、降低動(dòng)物在運(yùn)輸過程中應(yīng)激反應(yīng)引起的死亡率、提高賽馬等競技性動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)能力等功能。

06、D-核糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
在醫(yī)藥領(lǐng)域，一方面D-核糖可用于治療心肌局部缺血、提高心臟耐受局部缺血能力、并提高心臟總體功能，治療運(yùn)動(dòng)引起的肌肉酸痛、腺苷酸磷酸脫氨酶缺陷造成的僵硬、缺乏磷酸化酶造成的肌肉疼痛、慢性疲勞綜合癥和纖維肌痛等，阿麗瑪?shù)韧ㄟ^觀察 D-核糖對(duì)高脂喂飼的 C57小鼠血糖、血脂及胰島素等的影響發(fā)現(xiàn)，D-核糖可以改善高脂飼料喂飼小鼠的糖耐量異常和胰島素抵抗，說明D-核糖在糖尿病的治療上具有潛在價(jià)值。另一方面， D-核糖還是多種核苷類藥物的重要中間體原料和起始原料，在制藥工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，比如卡培他濱、替卡格雷和瑞德西韋。

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