352-97-6 / 胍基乙酸

【背景及概況】^[1][2]

胍基乙酸是脊椎動(dòng)物體內(nèi)合成肌酸的唯一前提物。肌酸是體內(nèi)能量暫時(shí)的儲(chǔ)存場(chǎng)所，它和磷酸肌酸構(gòu)成磷酸原系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)體 ATP 供應(yīng)不足時(shí)，可提供 P，與 ADP 重新合成 ATP。一般人和動(dòng)物體內(nèi)每天有 1.7%左右的肌酸-磷酸肌酸體系會(huì)不可避免的轉(zhuǎn)化成肌酐，分泌到尿液中，因此機(jī)體必須持續(xù)地補(bǔ)充肌酸。

動(dòng)物本身可內(nèi)源性合成肌酸，合成需經(jīng) 2 步反應(yīng)：精氨酸和甘氨酸在腎臟中由 L-精氨酸：甘氨酸脒基酶催化合成胍基乙酸，胍基乙酸經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)肝臟在N-二甲基轉(zhuǎn)移酶作用下和 S-腺苷蛋氨酸反應(yīng)生成肌酸。動(dòng)物內(nèi)源性合成肌酸占機(jī)體所需肌酸的 66%~75%，無(wú)法滿足需求，因此需要在日糧中添加動(dòng)物蛋白（魚(yú)粉或肉粉）得以補(bǔ)充。在我國(guó)魚(yú)粉等優(yōu)質(zhì)動(dòng)物性蛋白原料資源緊缺，價(jià)格居高不下，但植物性原料中不含肌酸，純植物日糧易造成動(dòng)物體內(nèi)肌酸的缺乏，因此飼料行業(yè)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。飼料中添加胍基乙酸在一定程度上可彌補(bǔ)純植物日糧造成的動(dòng)物生產(chǎn)性能下降，胍基乙酸的研究和應(yīng)用受到了廣大畜牧科技從業(yè)者的關(guān)注。

近年來(lái)，作為試驗(yàn)性日糧添加劑，胍基乙酸在人類營(yíng)養(yǎng)中的價(jià)值又被重新重視，研究者開(kāi)始研究其在動(dòng)物生產(chǎn)中的作用。臨床結(jié)果表明，對(duì)于慢性的腎功能衰竭患者，胍基乙酸可有效防止其肌肉損失。對(duì)于健康的志愿者，胍基乙酸可有效提高其肌肉發(fā)達(dá)能力；對(duì)于慢性疲勞綜合征患者，胍基乙酸也可改善一些相關(guān)的癥狀。胍基乙酸可增加肌酸合成，刺激細(xì)胞能量代謝。研究表明，在人類和仔豬機(jī)體中注射胍基乙酸后，其骨骼肌中的肌酸含量顯著增加（P<0.05）。

【特性】^[3]

胍基乙酸為無(wú)色葉片狀或針狀結(jié)晶，溶于水，極微溶于乙醇和乙醚。280～ 284℃分解。一般試劑含量≥ 97%(NT)。

【生理功能】^[2]

1. 刺激胰島素分泌

研究表明，外源添加胍基乙酸可刺激嚙齒類動(dòng)物的胰島素分泌，相比于合成肌酸和節(jié)約精氨酸，胍基乙酸提高胰島素分泌的功能更為強(qiáng)大。胍基乙酸分子的極性會(huì)影響胰腺內(nèi)胰島細(xì)胞細(xì)胞膜的去極化，通過(guò)蛋白激酶A和C敏感機(jī)制來(lái)刺激胰島素分泌。另外，外源胍基乙酸會(huì)通過(guò)降低血液中的葡萄糖含量來(lái)提高胰島素分泌。可能是胍基乙酸蛋白激酶的加強(qiáng)會(huì)調(diào)節(jié)靶細(xì)胞上胰島素受體的活性。因此，胍基乙酸可以促進(jìn)胰島素的分泌，影響胰島素代謝；也可作為抗糖尿病化合物，改善高血糖癥狀。在人體上還未有臨床研究評(píng)估胍基乙酸刺激胰島素分泌功能及其作用機(jī)理。

2. 節(jié)約精氨酸

在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中，日糧中添加胍基乙酸可有效節(jié)約精氨酸。這個(gè)節(jié)約作用可以使更多的精氨酸用在其他方面，包括蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞信號(hào)和激素分泌。最近研究表明，日糧中添加胍基乙酸可提高肉雞生長(zhǎng)性能和日增重，更多的精氨酸參與蛋白質(zhì)合成，包括胸肉合成。目前，在人體上還沒(méi)有研究評(píng)估其節(jié)約精氨酸和蛋白質(zhì)合成的功能。

3. 激活大腦和神經(jīng)中的γ-氨基丁酸受體

γ-氨基丁酸是神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，胍基乙酸可作為神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，影響神經(jīng)興奮，肌肉張力和大腦發(fā)育。胍基乙酸和 γ-氨基丁酸受體的相互作用可以看作是替補(bǔ)機(jī)制，可以解釋為一種常染色體隱性遺傳疾病，一種因胍基乙酸轉(zhuǎn)移酶缺乏導(dǎo)致肌酸合成障礙的疾病。這種病會(huì)造成患者神經(jīng)功能障礙。胍基乙酸和γ-氨基丁酸結(jié)構(gòu)相似，胍基乙酸可激活神經(jīng)細(xì)胞電壓門控和配體門控氯離子通道，影響神經(jīng)自發(fā)活動(dòng)。以上情況可能在GAMT酶缺乏，血液和大腦積累了大量的胍基乙酸條件下發(fā)生。但在生理?xiàng)l件下，胍基乙酸是否可以作為γ-氨基丁酸受體激活劑還不清楚。試驗(yàn)研究表明，給健康人每天 3 g 的胍基乙酸，3 周之后血液中γ氨基丁酸水平下降。日糧中胍基乙酸對(duì)γ-氨基丁酸調(diào)節(jié)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

4. 補(bǔ)充磷酸肌酸

胍基乙酸可以作為肌酸激酶（CK）和補(bǔ)充磷酸肌酸的底物。至少在肌酸不足時(shí)，胍基乙酸可以看作是一種磷酸肌酸類似物和能量單位。在正常情況下，肌酸合成正常，胍基乙酸作為肌酸激酶底物的可能性是微乎其微的。在肌酸缺乏情況下，胍基乙酸作為肌酸激酶底物和替代性的磷酸酶的能力是很強(qiáng)的。這個(gè)觀點(diǎn)也已證實(shí)。

5. 影響細(xì)胞氧化-抗氧化體系

當(dāng)前的研究表明，胍基乙酸會(huì)影響細(xì)胞氧化-抗氧化體系。胍基乙酸可以看作是抗氧化劑，也可看作是助氧化劑。病理?xiàng)l件下過(guò)量積累或者經(jīng)紋狀體內(nèi)注射胍基乙酸會(huì)引發(fā)氧化應(yīng)激。不過(guò)，日糧中胍基乙酸可通過(guò)激活一些抗氧化酶的活性和增加總抗氧化能力來(lái)提高細(xì)胞抗氧化水平，以上不同于過(guò)去報(bào)道的注射或者過(guò)度積累不同水平胍基乙酸的結(jié)果。當(dāng)經(jīng)紋狀體內(nèi)注射胍基乙酸后，腦部胍基乙酸含量高達(dá)100 μmol/L時(shí)，胍基乙酸發(fā)揮促氧化作用；當(dāng)胍基乙酸注射后，血清中含量相對(duì)較低時(shí)（5μmol/L），會(huì)發(fā)現(xiàn)其發(fā)揮抗氧化作用。以化學(xué)角度看，胍基乙酸會(huì)產(chǎn)生活性氧，因?yàn)槠涔曹棄A可以貢獻(xiàn)一個(gè)電子，生成一個(gè)強(qiáng)大自由基—過(guò)氧化物。因此，單純的胍基乙酸起的是促氧化作用。然而，在注射胍基乙酸后，其相關(guān)的代謝物（肌酸和精氨酸）可以清除自由基，以此來(lái)看，胍基乙酸可起到抗氧化作用。

6. 作為血管舒張劑

胍基乙酸可降低血管阻力，提高血流量。胍基乙酸可看作是強(qiáng)大的降壓物質(zhì)。原因可能是胍基乙酸抑制了去甲腎上腺素甲基化，影響其半衰期和對(duì)交感神經(jīng)的影響。但是肌酸對(duì)血壓無(wú)特別影響。胍基乙酸可能是通過(guò)替代機(jī)制影響血管舒張。另一種可能是，胍基乙酸通過(guò)節(jié)約精氨酸和增加精氨酸代謝相關(guān)的內(nèi)皮源性舒張因子 NO量，達(dá)到血管擴(kuò)張效果。但在人醫(yī)的臨床上，還未有研究報(bào)道胍基乙酸的降壓效果及其作用機(jī)理。

【合成】^[3]

方法1：硫脲與溴乙烷反應(yīng)生成S-乙基硫脲氫溴酸：鹽，氫氧化鈉中和，再與甘氨酸反應(yīng)制得胍基乙酸：

方法2：由鹽酸胍與固體氫氧化鈉中和反應(yīng)生成游離：胍，然后與氯乙酸反應(yīng)制得胍基乙酸：

【應(yīng)用】^[1][3]

1. 胍基乙酸在家禽生產(chǎn)上的研究

2009 年 10 月，歐盟委員會(huì)正式批準(zhǔn)胍基乙酸作為飼料添加劑應(yīng)用于肉仔雞，歸類于“氨基酸及其鹽和類似物”。有多數(shù)研究證明胍基乙酸能顯著提高肉仔雞日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率。首先是因?yàn)榫彼崾羌仪莸牡谖逑拗菩园被?，外源添加胍基乙酸可有效?jié)約肉雞體內(nèi)的精氨酸，提高家禽日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率；其次胍基乙酸可顯著提高肉雞體內(nèi)肌酸含量，提高磷酸肌酸/ATP 比值和能量利用率，加快動(dòng)物生長(zhǎng)。據(jù)歐洲食品安全局的報(bào)告顯示，在純植物日糧中添加胍基乙酸可顯著提高肉雞日增重、飼料轉(zhuǎn)化率，且與添加魚(yú)粉的處理組相比較，效果無(wú)明顯差異。胍基乙酸提供可以促進(jìn) ATP 的再生減少蛋白質(zhì)分解，提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度和后代生產(chǎn)性能。胍基乙酸可以有效節(jié)約家禽體內(nèi)的精氨酸，提高家禽的生產(chǎn)性能。另外有研究報(bào)道即使考慮到內(nèi)源性蛋氨酸的合成，肌酸合成過(guò)程中也需要消耗體內(nèi) 70%的活性甲基團(tuán)。添加胍基乙酸后，動(dòng)物體內(nèi)的甲基化需求增加，在生產(chǎn)實(shí)踐使用過(guò)程要注意這點(diǎn)。

2. 胍基乙酸在家畜生產(chǎn)上的應(yīng)用研究

研究報(bào)道胍基乙酸可以提高生長(zhǎng)豬日增重，降低料肉比。原因有以下二個(gè)方面：一是動(dòng)物體內(nèi)合成的肌酸只占其所需要的 66%~75%，其他則需要日糧提供。純植物日糧不含肌酸，易造成動(dòng)物體內(nèi)肌酸缺乏，難以發(fā)揮最佳的生長(zhǎng)潛能，且幼齡動(dòng)物對(duì)肌酸的需求量更大；二是外源添加胍基乙酸可以有效節(jié)約動(dòng)物體內(nèi)的精氨酸。精氨酸對(duì)于生長(zhǎng)豬來(lái)說(shuō)也是必需性氨基酸。日糧添加胍基乙酸可提高育肥豬宰后肉品質(zhì)?；A(chǔ)日糧中添加 1 g/kg 胍基乙酸能顯著提高育肥豬宰后背最長(zhǎng)肌和半腱肌p H45min和 p H24h（P<0.05），顯著降低豬背最長(zhǎng)肌滴水損失，蒸煮損失和剪切力（P<0.05）。究其原因是在日糧中添加胍基乙酸，增加了肌肉中肌酸含量，提高了高能磷酸化合物—磷酸肌酸的儲(chǔ)備，增加了維持物生命活動(dòng)直接的能量來(lái)源-ATP 的含量?？衫媚芰课镔|(zhì)含量的增加，延緩了肌肉糖原糖酵解的發(fā)生，減少了乳酸的積累，進(jìn)而提高 pH 值。較高的 pH 值可以減少肌蛋白變性，使肌原纖維蛋白質(zhì)偏離其電點(diǎn)，蛋白質(zhì)的靜電負(fù)荷增多加強(qiáng)蛋白質(zhì)與水的相互作用，減弱蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，降低滴水損失和蒸煮損失，提高肌肉系水力。

3. 胍基乙酸在水產(chǎn)動(dòng)物上的應(yīng)用研究

魚(yú)類為排氨型動(dòng)物，自身合成精氨酸的能力較低，對(duì)精氨酸的需求較高，而蝦類對(duì)精氨酸的需求更高。精氨酸在魚(yú)蝦料配方中可能會(huì)成為主要的限制性氨基酸。胍基乙酸能有效節(jié)約動(dòng)物體內(nèi)的精氨酸。以此來(lái)看，胍基乙酸在水產(chǎn)動(dòng)物上的應(yīng)用大有前景。

4. 其他：胍基乙酸主要用于醫(yī)藥有機(jī)合成中間體，也可作為食品添加劑，最近提出它的新用途：作為鐵電晶體硫酸三甘氨酸（TGS）的滲質(zhì)劑，來(lái)顯著增強(qiáng)GLTGS晶體的熱釋電效應(yīng)。作為配體合成新型磁性親和吸附劑，用于尿激酶粗品的純化。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張俊玲, 張德福, 石鳳云, 等. 胍基乙酸在動(dòng)物生產(chǎn)上的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)畜牧雜志, 2016, 52(4): 63-66.

[2] 張俊玲, 田耀耀, 馬佳, 等. 胍基乙酸的生理功能研究進(jìn)展[J]. 飼料博覽, 2017 (3): 20-22.

[3] 許建幗, 謝建偉. 胍基乙酸的合成研究[J]. 化工時(shí)刊, 2004, 18(11): 44-46.