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胍基乙酸在人體中(英語(yǔ)：Glycocyamine)是一種甘氨酸的代謝中間產(chǎn)物，其氨基被胍基取代。胍基乙酸是肌酸生物合成的直接前體。 但這一反應(yīng)會(huì)造成高半胱氨酸水平的升高，導(dǎo)致一些心血管問(wèn)題。胍基乙酸最早是從人和狗的尿液中分離出來(lái)的，是一種天然存在于動(dòng)物體內(nèi)的氨基酸衍生物。工業(yè)合成的胍基乙酸為白色無(wú)味粉末，溶于水，摩爾質(zhì)量為117.11 g·mol-1，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，室溫下可穩(wěn)定保存2年。
胍基乙酸是脊椎動(dòng)物體內(nèi)天然的肌酸前體，而肌酸在細(xì)胞內(nèi)能量的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中有著重要的作用。胍基乙酸在體內(nèi)的代謝是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，首先L-精氨酸在精氨酸-甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶(L-arginine glycine amidinotransferase, AGAT)的作用下催化形成L-鳥(niǎo)氨酸，而切下的咪基被轉(zhuǎn)移到甘氨酸上形成胍基乙酸，這個(gè)過(guò)程主要在腎中進(jìn)行，其次肝和胰中也能形成胍基乙酸[6]，其中AGAT是肌酸合成第一步的限速酶，在翻譯過(guò)程中受到肌酸的負(fù)反饋調(diào)節(jié)[7]。其次胍基乙酸通過(guò)血液運(yùn)輸?shù)礁沃校陔一宜酦-甲基轉(zhuǎn)移酶(guanidinoacetate methltransferase, GAMT)的作用下將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，這個(gè)過(guò)程主要在肝中進(jìn)行。此外，GAMT同樣在小鼠的腎、心和骨骼肌中被發(fā)現(xiàn)，也存在于人胎兒期的肺成纖維細(xì)胞，但這些組織中的GAMT活性較低。肝中的肌酸通過(guò)血液循環(huán)運(yùn)輸?shù)酱嬖诩∷徂D(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白(creatine transporter, CreaT)的組織中，例如骨骼肌和心。肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體在腦部的表達(dá)量較低，這似乎說(shuō)明腦部有一套自己的肌酸合成機(jī)制。相對(duì)于肌酸，胍基乙酸在體內(nèi)的吸收利用的報(bào)道并不多，但與肌酸對(duì)比，胍基乙酸的添加能更有效地增加體內(nèi)總肌酸(肌酸與磷酸肌酸)的含量，造成這樣的結(jié)果可能是由于有更多的胍基乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞。胍基乙酸除了能通過(guò)肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，還能通過(guò)?；撬徂D(zhuǎn)運(yùn)體和γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿內(nèi)。Fagerberg等使用RNA測(cè)序技術(shù)，對(duì)人27個(gè)組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GAMT表達(dá)量最高的組織為肝，其次是胰、腎；而AGAT表達(dá)量最高的組織為腎，其次為肝和胰腺。GAMT在各個(gè)組織都有表達(dá)，而AGAT似乎只在特定組織表達(dá)。然而，各種器官組織對(duì)胍基乙酸吸收的研究不多，胍基乙酸和組織間肌酸運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)性尚不清楚。 內(nèi)源性合成肌酸需要3種氨基酸：甘氨酸、甲硫氨酸和精氨酸，以及兩種酶：AGAT和GAMT。由于甘氨酸易于合成，因此肌酸合成幾乎不會(huì)對(duì)機(jī)體中甘氨酸代謝帶來(lái)負(fù)擔(dān)。然而甲硫氨酸和精氨酸作為人體必需氨基酸和條件性必需氨基酸，在人體內(nèi)不能自主合成或合成量不足以滿足人體正常需求，因此整個(gè)肌酸合成將對(duì)機(jī)體甲硫氨酸和精氨酸的代謝產(chǎn)生明顯的負(fù)擔(dān)，但外源補(bǔ)充胍基乙酸將只消耗甲硫氨酸。
早在20世紀(jì)50年代就有報(bào)道稱，外源性添加胍基乙酸能夠提高心代償失調(diào)病人的生理機(jī)能，并且提出胍基乙酸提高生理機(jī)能可能是基于肌酸的生物合成。但除了作為肌酸的前體，胍基乙酸還具有許多生理功能，包括促進(jìn)胰島素的分泌，影響神經(jīng)調(diào)節(jié)，改變精氨酸的代謝[17-18]以及影響機(jī)體氧化和抗氧化系統(tǒng)。
胍基乙酸能夠促進(jìn)胰島素分泌，最早在動(dòng)物試驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)。體外注射胍基乙酸及胍基衍生物，能夠刺激嚙齒動(dòng)物的胰腺分泌胰島素，并且胍基團(tuán)可能是刺激胰島素分泌的一個(gè)重要原因。胍基乙酸刺激胰島素分泌的具體機(jī)制可能是由于胍基乙酸分子的極性能影響胰島細(xì)胞膜去極化，并通過(guò)蛋白激酶A和C增強(qiáng)靶細(xì)胞膜表面胰島素受體的活性，從而激活胰島素信號(hào)通路。胰島素的生理功能主要表現(xiàn)為降低血糖，因此，外源性添加胍基乙酸能夠降低血漿中的葡萄糖水平。由于胍基乙酸的促胰島素分泌作用，似乎說(shuō)明胍基乙酸可以通過(guò)影響胰島素的體內(nèi)平衡，作為一個(gè)抗糖尿病合成代謝劑，從而維持血糖穩(wěn)態(tài)。
精氨酸對(duì)于禽類(lèi)為必須氨基酸，有研究表明，胍基乙酸能有效地代替飼料中的精氨酸。因?yàn)榫彼嶙鳛殡一宜岬那绑w，在禽類(lèi)體內(nèi)一部分精氨酸用于合成胍基乙酸，因此在肉雞日糧中添加胍基乙酸能夠節(jié)約出更多的日糧精氨酸并參與精氨酸的其他生理學(xué)功能，例如蛋白質(zhì)的合成、激素的釋放(如生長(zhǎng)激素)、提高胸肌產(chǎn)量。其次，精氨酸也可以作為一氧化氮(NO)的前體，因此外源性添加胍基乙酸也能夠影響一氧化氮介導(dǎo)的促生長(zhǎng)的生理功能。
胍基乙酸可以激活腦和外周組織中的γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)受體。這是由于胍基乙酸與γ氨基丁酸的結(jié)構(gòu)非常相似(圖 2)，因此，在GAMT缺乏癥患者(一種常染色體隱性遺傳疾病)體內(nèi)內(nèi)源性的胍基乙酸不能及時(shí)合成肌酸導(dǎo)致血清或者腦部中累積高濃度(10~30 μmol·L-1)的胍基乙酸，并激活神經(jīng)細(xì)胞電壓門(mén)控或配體門(mén)控的氯離子通道，導(dǎo)致自發(fā)性的神經(jīng)元損傷。也就是說(shuō)，胍基乙酸能夠作為一種γ氨基丁酸競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，激活影響神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性。研究表明，給健康人每天補(bǔ)充3 g的胍基乙酸，3周之后發(fā)現(xiàn)，血漿中γ氨基丁酸水平顯著下降，這似乎說(shuō)明胍基乙酸的添加能夠負(fù)向調(diào)節(jié)γ氨基丁酸的血漿水平。然而，胍基乙酸的添加是否能夠激活γ氨基丁酸介導(dǎo)的神經(jīng)元或肌肉興奮性還需進(jìn)一步研究。
目前，胍基乙酸作為一種優(yōu)質(zhì)的食品補(bǔ)充劑或飼料添加劑，廣泛地應(yīng)用于人類(lèi)保健及動(dòng)物生產(chǎn)環(huán)節(jié)。胍基乙酸在酶的催化作用下能夠內(nèi)源性地合成肌酸(creatine, Cr)，肌酸是一種含氮氨基酸，被認(rèn)為是一種能量緩沖劑，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)，參與三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)循環(huán)。當(dāng)ATP供能不足的瞬間，磷酸肌酸通過(guò)肌酸激酶以非?？斓乃俣葘⒘姿峄鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移到二磷酸腺苷中(adenosine diphosphate，ADP)重新轉(zhuǎn)化為三磷酸腺苷。已知補(bǔ)充肌酸可減少糖尿病患者甲硫氨酸的消耗，同時(shí)降低肝中同型半胱氨酸的產(chǎn)生，阻止脂肪的積累，因此對(duì)脂肪肝和非酒精性肝病患者有益。動(dòng)物體內(nèi)每天約有1.6%(2 g)的肌酸和磷酸肌酸不可逆的轉(zhuǎn)化為肌酐，并由尿液排出體外。由于動(dòng)物體內(nèi)源性合成的肌酸僅占機(jī)體所需肌酸的50%，因此需外源性添加肌酸。但是肌酸價(jià)格偏高，且半衰期較短，故不適合作為飼料添加劑。而胍基乙酸作為肌酸前體，在體內(nèi)能夠合成肌酸，已在畜牧生產(chǎn)中得以普遍應(yīng)用，其主要作用包括提高生長(zhǎng)育肥豬的生長(zhǎng)性能和豬肉品質(zhì)，增加肉雞的胸肌產(chǎn)量，改善肉質(zhì)和能量代謝。
目前，在動(dòng)物體水平上的一些研究表明，胍基乙酸可能影響氧化-抗氧化系統(tǒng)，它能同時(shí)作為一種超氧化物和抗氧化化合物。小鼠在注射胍基乙酸后誘導(dǎo)了氧應(yīng)激，并且在病理狀態(tài)下累積過(guò)量的氧自由基。當(dāng)胍基乙酸的濃度在腦部提高(大約100 μmol·L-1)并累積后，胍基乙酸表現(xiàn)出明顯的超氧化作用，簡(jiǎn)單的說(shuō)，胍基乙酸作為一個(gè)純凈的超氧化劑能夠從它的共軛堿提供一個(gè)電子生成超氧陰離子—氧自由基，從而產(chǎn)生活性氧。然而另有研究表明，飼糧中添加胍基乙酸可以通過(guò)提高總抗氧化能力和活化抗氧化酶活性的方式提高機(jī)體抗氧化形態(tài)，在攝取胍基乙酸后血清胍基乙酸濃度(大約5 μmol·L-1)較低時(shí)才體現(xiàn)出抗氧化作用。這是由于胍基乙酸的攝取能淬滅其相關(guān)代謝物(肌酸和精氨酸)的氧自由基，因此，胍基乙酸有著間接的抗氧化作用。也就是說(shuō)，如果胍基乙酸代謝保持原狀或提供了低濃度的外源性胍基乙酸，就體現(xiàn)出了抗氧化的作用，而當(dāng)體內(nèi)產(chǎn)生了過(guò)多的胍基乙酸，其可作為一種強(qiáng)氧化劑，并誘導(dǎo)氧應(yīng)激。
工業(yè)中主要用于實(shí)驗(yàn)室有機(jī)合成中和化工醫(yī)藥研發(fā)過(guò)程中。 胍基乙酸，又稱胍乙酸、N-脒基甘氨酸，是一種 氨基酸類(lèi)似物，是脊椎動(dòng)物體內(nèi)合成肌酸的唯一前 提物。肌酸主要存在于肌細(xì)胞中，參與機(jī)體的能量 代謝，它和磷酸肌酸一起組成了磷酸原系統(tǒng)。當(dāng)機(jī) 體ATP過(guò)剩時(shí)，磷酸肌酸可將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。當(dāng)機(jī)體 ATP供應(yīng)不足時(shí),磷酸肌酸可再生成ATP。這種補(bǔ)充 作用不需要氧氣的參與，比直接由食物氧化釋放的 能量補(bǔ)充快的多，可滿足幼齡動(dòng)物肌肉快速生長(zhǎng)及 應(yīng)急生理狀態(tài)下對(duì)能量的需要。因此，畜禽迫切需 要補(bǔ)充肌酸。動(dòng)物既可以通過(guò)日糧添加動(dòng)物源性蛋 白(如魚(yú)粉),也可以通過(guò)機(jī)體內(nèi)源性合成來(lái)補(bǔ)充肌 酸。動(dòng)物內(nèi)源性合成肌酸約占其所需要肌酸的75%， 其他則需要日糧提供"。目前，魚(yú)粉資源緊缺,肉骨 粉存在食品安全性等問(wèn)題，造成動(dòng)物食用玉米、豆粕 等純植物型日糧后,由于肌酸供給不足，生產(chǎn)性能顯 著下降。外源性添加肌酸，價(jià)格昂貴且不穩(wěn)定。此 外,外源補(bǔ)充肌酸可抑制L-精氨酸:甘氨酸瞇基轉(zhuǎn) 移酶的表達(dá)，進(jìn)而抑制內(nèi)源性肌酸的合成。最新研 究發(fā)現(xiàn)，胍基乙酸比肌酸提高組織肌酸負(fù)荷更有效。
有關(guān)研究表明，全植物性日糧添加600 mg/kg胍基乙酸提高了肉仔雞生產(chǎn)性能和胸肌重，并獲得了 與添加魚(yú)粉處理組(前期6%魚(yú)粉，中、后期3%魚(yú)粉) 一致的生產(chǎn)性能4。育肥豬日糧添加1000 mg/kg那 基乙酸15d能改善能量利用率，延緩糖酵解的發(fā)生 進(jìn)而改善豬肉品質(zhì)l5。本試驗(yàn)旨在研究胍基乙酸對(duì) 育肥豬生長(zhǎng)性能﹑胴體品質(zhì)和肉品質(zhì)的影響，為胍基 乙酸的有效使用提供依據(jù)。
膳食胍基乙酸的添加最初應(yīng)用于人研究中。早期研究發(fā)現(xiàn)，胍基乙酸能夠?qū)π拇x失調(diào)和抑郁焦慮的患者有良好的作用，且沒(méi)有明顯的副作用。代重山等對(duì)胍基乙酸的致突變性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)胍基乙酸的添加不會(huì)致誘變或基因毒性，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。因此，胍基乙酸能夠普遍地應(yīng)用于人類(lèi)保健和動(dòng)物生產(chǎn)環(huán)節(jié)。胍基乙酸的服用對(duì)人肝和肌肉的酶表達(dá)譜沒(méi)有明顯影響，且服用帶來(lái)的副作用也是可接受的，例如體重增加、惡心、腹脹、肌肉痙攣、腹痛。但值得注意的是，服用胍基乙酸除了會(huì)增加血清肌酐含量和肌肉中肌酸的含量外，還能夠提高血清中同型半胱氨酸的含量。這是由于胍基乙酸被甲基化形成肌酸的同時(shí)還能夠形成S-腺苷高半胱氨酸，然后在體內(nèi)被水解成半胱氨酸和腺苷。由于血清中同型半胱氨酸是臨床上動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病的重要指標(biāo)，因而胍基乙酸的攝入提高了血漿中同型半胱氨酸的含量，可以考慮作為胍基乙酸的一種副作用。因胍基乙酸合成肌酸所需的甲基基團(tuán)由S-腺苷甲硫氨酸提供，當(dāng)胍基乙酸與甲基供體(如甜菜堿、膽堿、維生素B)一起作為添加劑添加時(shí)，能夠抑制因胍基乙酸攝入后血清同型半胱氨酸的升高。此外，歐洲食品安全局指出，飼喂高劑量的胍基乙酸不會(huì)導(dǎo)致豬和雞的肉制品中胍基乙酸、肌酸和同型半胱氨酸對(duì)消費(fèi)者帶來(lái)影響。由于胍基乙酸的攝取能夠增加血清中同型半胱氨酸的含量，因此胍基乙酸作為一種運(yùn)動(dòng)保健藥品或動(dòng)物飼料添加劑時(shí)，需密切關(guān)注血清中同型半胱氨酸的濃度。