氨基随和生锚赍源 ＡｍｉｎｏＡｃｉｄｓ ＢｉｏｔｉｃＲｅ￥ｏｌＪｌ￣ｅｓ １９９９，２１（２）；５２～５ ５
谷氨酰胺营养生理研究进展。 堡至曼 ／，ｔ－ ｆ垂 （中国农科院畜牧所北京 １０００９４）
摘要谷氨酰胺因其对＾和动物中的重要生理作用而引起了广泛关注。谷氨酰氨是一种特殊的氨基酸，为快速 繁殖细胞优先选择的呼吸燃科，如粘膜细胞和淋巴细胞｛调节体内酸碱平衡ｊ组织何氨的载体；桉酸、桉苷酸、氨基糖和 蛋白质的重要前体。大量的证据表明谷氨酰胺是一种条件性必需氨基酸。在应激状况下，机体对谷氨酰胺的需要超过 其合成能力，因此．可以通过腼外营养或饲科中添如答氨酰胺 营养调拄的方式加速动物体的康复。 关键词答氨酰胺条件性瞄需氨基酸营养生理
１ ９３５年，Ｈａｎｓ ｋｒｅｂｓ首次发现哺乳动物肾 脏合成和分解谷氨酰胺的能力。２０年后，Ｈａｒｒｙ Ｅａｇｌｅ综述了培养的哺乳动物细胞的谷氨酰胺 营养需要，并强调谷氨酰胺是一种重要的营养 素。Ｋｒｅｂｓ强调了谷氨酰胺在氮代谢上的重要 性，“多数氨基酸都有多种功能，但谷氨酰胺的 功能明显是最丰富的 。在许多动物细胞中谷 氨酰胺有相对高的浓度，其作为氨的消除剂和 作为生物合成许多重要物质如核酸、氨基糖和 氨基酸氮的供体。另外，谷氨酰胺是血液中最丰 富的氨基酸，其被认为是肾脏中氨合成和肝脏 中尿素合成的氨的载体。而六十年代后期动静 脉浓度莛法在狗的研究中发现ＰＤＶ（Ｐｏｒｔａｌ－ Ｄｒａｉｎｅｄ—Ｖｉｓｅｒａ１）中有最大的谷氨酰胺的净摄 取。随后研究表明小肠粘膜在此现象中起着重 要作用。另外研究表明肝脏在谷氨酰胺的代谢 中具有重要的功能，因为肝脏既可净消耗又可 净合成谷氨酰胺。最近，谷氨酰胺引起了营养学 家的广泛关注，许多研究都表明谷氨酰胺为条 件性必需氨基酸。 Ｉ谷氨酰胺的生物化学和生理学重要性 谷氨酰胺分子量为１４６，有两个氨基，一个 ａ一氨基和一个易水解的末端氨基。其水解脱末 收稿日期：１驰８—０７—２２ 端氨基后生成谷氨酸，剩余的ａ一氨基通过转氨 途径在其它各种 一氨基酸的生成中起着重要 作用。谷氨酰胺有许多重要和独有的代谢功能， 除作为蛋白质和肽的组成外，谷氨酰胺可调节 酸碱平衡；为嘧啶和瞟呤棱苷酸、棱酸、氨基糖 合成的前体物；具有解毒功能；组织间氨的载 体；肠粘膜呼吸燃料。这些都表明，谷氨酰胺在 健康和一些疾病中起着重要作用，它是器官闻 最重要的氯的载体，其转运３３ 的循环氨基酸 氯，在重要疾病中谷氨酰胺于血液和组织中的 含量显著下降，导致谷氨酰胺的耗竭。对脓毒症 病人，其骨骼肌细胞中储存的谷氨酰胺可能下 降７５ ，这种下降程度和存活相关。谷氨酰胺 是肾中氨台成的最重要底物，为蛋白质台成的 调节剂，也是肝脏尿素和糖生成的重要底物，可 为肠细胞和肝细胞所利用。 两种主要的酶调节细胞内谷氨酰胺的代 谢：谷氨酰胺水解酶催化谷氨酰胺水解为谷氨 酸，而谷氨酰胺台成酶催化谷氨酸和氨台成谷 氨酰胺。复制的细胞，如粘膜细胞、淋巴细胞、内 皮细胞和肿瘤细胞趋向于消耗谷氨酰胺，总体 上有更大量的水解酶。骨骼肌和肺能台成和释 放净的谷氨酰胺进人血流，因为其有大量的谷 氨酰胺合成酶。
维普资讯 http://www.cqvip.com 张军民等答氟酰睦营养生理研究避展 ·５３· ２谷氨酰胺的代谢 ２．１ 小肠 胃肠道是谷氨酰胺利用的主要器官，而小 肠表皮细胞绒毛摄取了绝大多数谷氨酰胺，例 如，大鼠的小肠滤出２５ 的循环谷氨酰胺，狗 和人相对少一些，但其比例仍相当的高。肠道 粘膜细胞含有相当高的谷氨酰胺酶活性，这与 其高的摄取和代谢率相一致。此酶的活性易受 些因子所调节（见表１）。刷状缘谷氨酰胺转 运特性最近被刷状缘膜转运载体所证实。空肠 刷状缘谷氨酰胺的转运主要通过Ｎａ 依赖性 通道而实现的，很少＿依靠非Ｎａ 依赖途径；基 侧膜的谷氨酰胺的转运也是ｐＨ和Ｎａ 依赣 性的 表１ 刷状缎谷氨酰胺转运和细胞内代谢的调节 Ｔａｂｔｅ １ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｕｓｈ ｂｏｒｄｅｒ ｇ］ｕｔａｍｉｎｅ ｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ ｉｎｔｒａｃｅｌ Ｌｕｌａｒ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ 牯膜谷氨酰胺酶 刷状缘替氨酰胺的转运 增加活性 降低活性 增加活性 降低活性 用离休大鼠小肠的灌注标本及自动灌注大 鼠空肠的活体模型，Ｗｉｎｄｍｕｅｌｌｅｒ和Ｓｐａｅｔｈ以 示踪法研究了谷氨酰胺碳和氮的代谢终产物， 发现将近三分之二的谷氨酰胺碳被氧化为二氧 化碳，谷氨酰胺氮则以氨、丙氨酸、瓜氨酸和脯 氨酸出现。在粘膜内谷氨酰胺的调节下，其终产 物进入门脉循环，因此，谷氨酰胺无论从粘膜剐 状缘或从动脉血经基底侧膜进入牯膜细胞有相 同的代谢方式（见图１） 。小肠谷氨酰胺代谢 有以下功能：为肠道提供转运能源；为核酸的生 物合成提供胺氮；为加强肝和肾的代谢处理来 自其它的氮和碳。小肠细胞摄取的谷氨酰胺与 葡萄糖的摄人率相同，而对肠上皮细胞和结肠 上皮细胞的氧化燃料而言，谷氨酰胺比葡萄糖 更为重要，尽管结肠优先选择短链脂肪酸作为 主要能源。肠道非常适于谷氨酰胺的代谢，因为 产生的氨非常容易进入门脉，其在进入系统循 环前被肝脏滤出，而肝脏利用门脉中的氨合成 尿素和谷氪酰胺，肝脏利用丙氨酸进行糖异生， 而产生于肠道谷氨酰胺的丙氨酸在总的肝脏丙 氨酸的消耗是变化的。 常用的研究小肠谷氨酰胺代谢有以下几种 模型：Ａ：活体流量模型（动静脉差法）Ｂ 局部灌 注模型；Ｃ：肠细胞培养；Ｄ：膜载体法，上述方法 各有优缺点。 脯氨酸 ＮＨ ｆ ／
谷氨酰胺蕉基畦堕壁 氟 一，— 。一酮戊二酸—＋ＴｃＡ
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ＮＨ｝ 氨馥 丙酮酸 丙氨酸 圈１小肠上皮细胞的答氨酰胺代１富ｆ途径 Ｆｉｇ ｉ Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ Ｐａｔｈｗａｙ ｏｆ ｇｌｕｔａｍｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｔ ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｅｐｉｔｈｅｌｉａ］ｃｅｉｌ ２．２胰脏 胰腺的内外分泌都需要谷氨酰胺作为重要 燃料，在培养细胞和离体灌注的胰腺，谷氨酰胺 比其他任何氨基酸利用程度都高。静脉灌注标 记的谷氨酰胺很快被从循环中清除，测定发现 胰脏的外分泌腺吉谷氨酰胺的代谢产物比其它 组织都高，在离体的胰岛细胞中，谷氨酰胺占代 谢底物的约１／３，这些研究表明谷氨酰胺可能 是胰腺生长和功能的一种重要燃料或氮的来 源。谷氨酰胺也可调节胰岛激互的释放，Ｏｐｅａｒ－ ａ等用离体一灌注胰岛研究了谷氨酰胺对胰岛 素和胰高血糖素释放的影响，发现在基础血糖 水平下，谷氨酰胺抑制胰岛紊产生但刺激胰高 血糖索的释放。 ２．３淋巴细胞和巨噬细胞 小肠壁有丰富的淋巴细胞、巨噬细胞和集 合淋巴结，另外肠系膜也包含大量的淋巴结。 Ａｒｄａｗｉ和Ｎｅｗｓｈｏｌｍｅ等证实了淋巴细胞和 巨噬细胞有高的磷依赖性的谷氨酰胺酶活性能 利用大量的谷氨酰胺。ｔ￣Ｎｅｗｓｈｏｌｍｅ和Ｐａｒｒｙ Ｂｉｌｌｉｎｇｓ等研究表明在抗原刺激下谷氨酰胺可
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维普资讯 http://www.cqvip.com ５４· 氟基酸和生物资辞 能对淋巴细胞的增殖是必需的，Ｂｒａｎｄ等表明 增殖的淋巴细胞对谷氨酰胺的消耗显著增加。 ２．４肝脏 肝脏在器官谷氨酰胺的代谢中起中枢作 用，可根据机体的需要来调节谷氨酰胺的净摄 人和释放。在完整的肝腺泡中仅门脉周围的肝 细胞发现有尿素合成和谷氨酰胺酶，而谷氨酰 胺合成酶位于静脉周围的细胞。正如 Ｈａｕｓｓ￣ｎｇｅｒ所描述的，这是细胞间的间隔作 用，其表现为门脉周围的低亲和力、高的尿素合 成能力系统和静脉周围高亲和力的氨脱毒系统 （作用于逃离尿素合成的氨），＿‘ 这种基本调节 的优点之一是在任何过量氨情况下都对此结构 和功能无有害的影响，因为可通过可变的尿素 循环流来解决。静脉周围的细胞谷氨酰胺的合 成充当了有效的清除系统，门脉氨水平调节门 脉外周谷氨酰胺酶的活性，允许这种酶作为线 粒体内氨的放大器，其成为尿素循环的一种重 要的决定因子。 除了氨外，在肝细胞调节谷氨酰胺代谢的 重要位点是血浆膜的转运，血浆膜运输咎氨酰 胺经钠依赖的ｓｙｓｔｅｍ Ｎ，这种专门性的裁体蛋 白仍未被鉴别和分离，研究者仅能依靠动力学 分折获得更多的关于Ｓｙｓｔｅｍ Ｎ载体的调节情 况。尽管相对高的循环谷氨酰胺浓度（６００￣８００ ｕＭ），载体发挥最大的能力，Ｎａ 的电化学梯度 能维持胞浆内谷氨酰胺的浓度１Ｏ倍于循环水 平，这提示了限｛５ｊ谷氨酰胺代谢率的步骤是转 运而非代谢。［ 这种假设被研究进一步证实，用 内毒素处理的大鼠，尽管肝脏谷氨酰胺的摄人 增加了１Ｏ倍，而细胞内谷氨酰胺水平并不升 高，谷氨酰胺酶的特殊活性远高于摄人率，因此 表明代谢并非谷氨酰胺代谢率的限制因子。 ３谷氨蘸胺的营养 ３、１菩氨酰胺是条件性必需氨基酸 谷氨酰胺通常被归类为非必需氨基酸，这 表明谷氮酰胺可以被足量的合成。又因为谷氮 酰胺与其它氨基酸相比其不稳定和不易保存， 故在胃肠外营养支持液不被利用。最近研究表 明，在一些重要疾病中谷氨酰胺可能是一种条 件性必需氨基酸，特别是关于其支持小肠粘膜 代谢的需要。总之，许多研究表明谷氨酰胺在健 康状态下是非必要的，但在如饥饿、化疗、辐射 疗法导致的小肠粘膜受损或谷氨酰胺耗竭严重 的情况下其是必需的。 ３．２肠道的谷氨酰胺营养 Ｎｅｗｓｈｏｌｍｅ指出，复制细胞的谷氨酰胺代 谢最重要的途径是由ａ一酮戊二酸转变为草酰 乙酸，后者又转变为丙酮酸，由谷氨酰胺碳来源 的丙酮酸很少经ＴＣＡ氧化，尽管复制细胞所 有的ＴＣＡ酶活性都很高。Ｎｏｗｓｈｏｌｍｅ认为这 种现象是由于谷氨酰胺氧化产生的大量ＡＴＰ 经过反馈抑制降低了谷氨酰胺的利用率。高的 谷氨酰胺利用率提供了最适条件以ＴＣＡ循环 调节细胞周期中嘧啶和嘌岭棱苷酸的合成。谷 氨酰胺利用率下降可能会降低细胞增殖率，增 殖的小肠上皮细胞谷氨酰胺的利用率相当高时 才能确保细胞分化和粘膜细胞的更新。谷氨酰 胺在维持小肠的代谢、结构和功能上起重要的 作用，Ｋｌｉｍｂｅｒｇ等研究表明为大鼠提供含谷氨 酰胺的ＴＰＮ可增加空肠粘膜重和ＤＮＡ含 量，减少与常规静脉灌注相联系的绒毛萎缩，而 且粘膜ＤＮＡ的增加是显著的，发现谷氨酰胺 与表皮生长因子（ＥＧＦ）具有协同作用。Ｇｉａｎｔ 的研究也表明供给谷氨酰胺的ＴＰＮ增加了绒 毛高度和肠道氮吉量。Ｓａｌｌｏｕｍ等证实饥饿后 基础日粮添加咎氨酰胺加快牯膜的更新 Ｂｕｒｋｅ等证实ＴＰＮ加速大鼠肠道细菌易位， 但当提供富含谷氨酰胺的ＴＰＮ时，这种现象 发生变化。这种易位的下降是与正常的ＩｇＡ分 泌水平以及细菌在肠细胞粘附下降相关联，这 意味着咎氨酰胺供应增加了肠道免疫功能。当 大鼠饲以富含谷氨酰胺的ＴＰＮ时其免疫功能 提高，之反，则胆汁中分撼ＩｇＡ浓度下降 ５Ｏ ，细茁于直肠牯膜的附着增加，通常谷氨酰 胺在调节小肠免疫系统中发挥重要作用 口服 供给谷氮酰胺优于静脉灌注，因此在一些情况 下，谷氨酰胺可能是肠道淋巴组织维持和分泌 性ＩｇＡ合成的一种重要氨基酸。