谷氨酰胺研究進(jìn)展

和興

一、概述
　　谷氨酰胺（Glutamine,GLN）是哺乳動(dòng)物體內(nèi)含量最豐富的氨基酸,正常人血漿濃度為0.6-0.9mmol/L。肌細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺濃度為20mmol/Ｌ，比血液中高30倍。谷氨酰胺量占人全身游離氨基酸一半以上，因此谷氨酰胺變化直接影響機(jī)體總氨基酸的變化。谷氨酰胺受到廣泛的關(guān)注，部分原因是其在重要疾病中顯著的代謝變化，同時(shí)也因?yàn)橐恍┭芯勘砻髌淇赡転橐环N條件性必需氨基酸。Krebs（1935）首次發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物腎臟合成和分解谷氨酰胺的能力后，人們才開始逐步了解谷氨酰胺的作用。Krebs(1935)強(qiáng)調(diào)了谷氨酰胺在氮代謝上的重要性：“絕大多數(shù)氨基酸都有多種功能，但谷氨酰胺的功能是最豐富的”。20年后，Eagle(1955)綜述了培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞的谷氨酰胺營(yíng)養(yǎng)需要，并強(qiáng)調(diào)谷氨酰胺是一種重要的營(yíng)養(yǎng)素。在許多動(dòng)物細(xì)胞中谷氨酰胺有相對(duì)高的濃度，其作為氨的清除劑和作為生物合成許多重要物質(zhì)如核酸、氨基糖和氨基酸氮的供體。谷氨酰胺是血液中最豐富的氨基酸，是腎臟中氨合成和肝臟中尿素合成的氮的載體。六十年代后期動(dòng)靜脈濃度差法在狗的研究中發(fā)現(xiàn)PDV(Portal-Drained-Viseral)中有最大的谷氨酰胺的凈攝取，隨后研究表明小腸粘膜在此現(xiàn)象中起著重要作用。谷氨酰胺是豬乳中含量最豐富的游離氨基酸，并在維持早期斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)和功能方面起著重要的作用（Wu,1994;Wu,1996）。近年來，谷氨酰胺引起了營(yíng)養(yǎng)學(xué)家的廣泛關(guān)注，許多研究都表明谷氨酰胺為條件性必需氨基酸.
二、谷氨酰胺的生物化學(xué)和生理學(xué)重要性
　　谷氨酰胺分子量為146，有兩個(gè)氨基，一個(gè)α-氨基和一個(gè)易水解的末端氨基。盡管谷氨酰胺和谷氨酸在結(jié)構(gòu)上僅有微小差別，生理pH值條件下谷氨酰胺是電中性的，谷氨酸則帶負(fù)電荷（見圖1），但這些導(dǎo)致了在細(xì)胞培養(yǎng)液中谷氨酸不能代替谷氨酰胺和兩者轉(zhuǎn)運(yùn)載體的不同。谷氨酰胺有許多重要和獨(dú)特的代謝功能：
① GLN是一種中性氨基酸，其水解脫末端氨基后生成谷氨酸，其剩余的α-氨基通
過轉(zhuǎn)氨途徑在其它各種α-氨基酸的代謝中起著重要作用；
② GLN是嘧啶、嘌呤核苷酸、核酸、氨基糖合成的重要前體物；
③ GLN是腎臟產(chǎn)氨的最重要前體，對(duì)酸堿平衡的調(diào)節(jié)起著十分重要的作用；
④ GLN是一種生糖氨基酸，是肝糖元異生的重要底物；
⑤ GLN是肝捕捉氨的主要載體和終末產(chǎn)物；
⑥ GLN是快速生長(zhǎng)和分化細(xì)胞如血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、腸粘膜上皮細(xì)胞等的重要供能物質(zhì)；
⑦ GLN是某些GLN依賴性細(xì)胞如腸粘膜上皮細(xì)胞的重要供能物質(zhì)，也是某些依賴葡萄糖合成ATP途徑受損后的最重要替代途徑；
⑧ GLN是蛋白質(zhì)代謝的重要調(diào)節(jié)因子，能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)等生物大分子的合成，減少骨胳肌中蛋白質(zhì)的分解。
　　GLN的主要代謝途徑和功能見圖2。這些都表明，谷氨酰胺在維持動(dòng)物健康中起著重要作用，在重要疾病中血液和組織中的谷氨酰胺含量顯著下降，導(dǎo)致谷氨酰胺的耗竭。對(duì)膿毒癥病人，其骨骼肌細(xì)胞中儲(chǔ)存的谷氨酰胺可能下降75%，這種下降程度和存活相關(guān)。
　　兩種主要的酶調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺的代謝：谷氨酰胺水解酶催化谷氨酰胺水解為谷氨酸，而谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸和氨合成谷氨酰胺。復(fù)制的細(xì)胞，如粘膜細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等趨向于消耗谷氨酰胺，含有更大量的水解酶。而骨骼肌和肺含有大量的谷氨酰胺合成酶，所以其能合成和釋放谷氨酰胺進(jìn)入血液。

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三、谷氨酰胺的代謝 1.谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) 　　谷氨酰胺在不同組織細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)方式不完全相同，可被各種中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)，即使是同一轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)在不同組織細(xì)胞中對(duì)GLN親和力和轉(zhuǎn)運(yùn)速率也不盡相同?？傮w上分為二大類，即Na+依賴性GLN轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和非Na+依賴性GLN轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。前者促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)GLN的積聚，后者則允許細(xì)胞內(nèi)高GLN外流，以協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)外GLN的平衡和代謝需求。雖然有關(guān)GLN跨組織細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理已有許多研究和報(bào)道，但GLN轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)在不同組織細(xì)胞中的分布和功能仍不完全清楚（表1和表2）。   表1  谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) 非Na+ Na+ Li+ ph 激素 競(jìng)爭(zhēng)性底物 主要靶細(xì)胞 A系統(tǒng) / 是 / 敏感 敏感 AIB、MeAIB及其它中性氨基酸 小腸、結(jié)腸細(xì)胞，肝細(xì)胞 NAB系統(tǒng) 是 / / / ？ 其它中性氨基酸 空腸、腎刷狀緣膜 N系統(tǒng) / 是 是 敏感 / 組胺酸、天門冬氨酸 肝細(xì)胞 Nm系統(tǒng) / 是 / / 敏感 絲氨酸、天門冬氨酸 骨骼肌 ASC系統(tǒng) / 是 / / 敏感 丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸 肝細(xì)胞、PAECs L系統(tǒng) 是 / / / ？ 支鏈氨基酸、芳香族氨基酸、BCH ？ Lm系統(tǒng) / 是 / / ？ 支鏈氨基酸、芳香族氨基酸 小腸狀緣膜 AIB: 2-aminoisobutyric;MeAIB:2-methylaminoisobutyric;  PAECs: pulmonary artery endothelial cells, BCH: 2-aminobicyclo[2,2,1]hepatamedicarboxylic acid 表2  谷氨酰胺在鼠肝細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) N系統(tǒng) A系統(tǒng) ASC系統(tǒng) 特異性底物 組氨酸、天門冬氨酸 AIB、MeAIB 丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸 N端甲基化氨基酸 無 抑制 無 MeAIB攝取 非競(jìng)爭(zhēng)性 競(jìng)爭(zhēng)性 非競(jìng)爭(zhēng)性 絲氨酸競(jìng)爭(zhēng)底物 無 無 有 離子依賴性 Na+ 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) Li+ 強(qiáng) 弱 中 ｐＨ抑制作用 有 有 無 N端側(cè)鏈氨基酸 唯一 無 無 NEM抑制性 弱 強(qiáng) 無 適應(yīng)性調(diào)節(jié) 有 有 無 激素調(diào)節(jié) 有 有 無 NEM：N-ethylmaleimide 2. 谷氨酰胺在不同組織器官中的代謝 2．1 小腸 胃腸道是谷氨酰胺利用的主要器官，腸道既不合成也不儲(chǔ)存谷氨酰胺，必須依靠其 它臟器合成或外源性谷氨酰胺。在正常生理?xiàng)l件下，腸上皮細(xì)胞生長(zhǎng)需要消耗大量的谷氨酰胺；在病理狀態(tài)下，如創(chuàng)傷、應(yīng)激、感染及各種危重癥時(shí)，谷氨酰胺消耗增加，血液和組織中的谷氨酰胺水平降低，谷氨酰胺對(duì)保持和恢復(fù)腸道結(jié)構(gòu)和功能尤為重要。 Windmueller(1974)指出，腸道完全是從血漿中而不是從紅細(xì)胞中攝取谷氨酰胺，因?yàn)檠h(huán)通過小腸時(shí)紅細(xì)胞谷氨酰胺濃度未發(fā)生變化。而小腸表皮細(xì)胞絨毛攝取了絕大多數(shù)谷氨酰胺，例如，大鼠的小腸濾出25%的循環(huán)谷氨酰胺，狗和人相對(duì)少一些，但其比例仍相當(dāng)?shù)母?。腸道粘膜細(xì)胞含有相當(dāng)高的谷氨酰胺酶活性，這與其高的攝取和代謝率相一致。此酶的活性易受一些因子所調(diào)節(jié)(見表3)。刷狀緣谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)特性最近被刷狀緣膜轉(zhuǎn)運(yùn)載體所證實(shí)?？漳c刷狀緣谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運(yùn)主要通過Nａ+依賴性通道而實(shí)現(xiàn)，很少依靠非Nａ+途徑；基側(cè)膜的谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運(yùn)也是pH和Nａ+依賴性的。 用離體大鼠小腸的灌注標(biāo)本及自動(dòng)灌注大鼠空腸的活體模型，Windmueller和 Spaeth(1974)以示蹤法研究了谷氨酰胺碳和氮的代謝終產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)將近三分之二的谷氨酰胺碳被氧化為二氧化碳，谷氨酰胺氮?jiǎng)t以氨、丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸出現(xiàn)。谷氨酰胺代謝的終產(chǎn)物進(jìn)入門脈循環(huán)，無論從粘膜刷狀緣或從動(dòng)脈血經(jīng)基底側(cè)膜進(jìn)入粘膜細(xì)胞的谷氨酰胺代謝方式是相同的。小腸谷氨酰胺代謝有以下功能：為腸道提供轉(zhuǎn)運(yùn)能源；為核酸的生物合成提供胺氮。小腸細(xì)胞攝取的谷氨酰胺與葡萄糖的攝入率相同，而對(duì)小腸上皮細(xì)胞而言，谷氨酰胺作為能源比葡萄糖更為重要。腸道非常適于谷氨酰胺的代謝，因?yàn)楫a(chǎn)生的氨非常容易進(jìn)入門脈，其在進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)前被肝臟濾出，而肝臟利用門脈中的氨合成尿素和谷氨酰胺，肝臟利用丙氨酸進(jìn)行糖異生，而產(chǎn)生于腸道谷氨酰胺的丙氨酸在總的肝臟丙氨酸的消耗是變化的。   常用的研究小腸谷氨酰胺代謝有以下幾種模型：A：活體流量模型(動(dòng)靜脈差法)B：局部灌注模型；C：腸細(xì)胞培養(yǎng)；D：膜載體法，上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。 表3  刷狀緣谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié) 粘膜谷氨酰胺酶   刷狀緣谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運(yùn) 增加活性 降低活性 增加活性 降低活性 口服谷氨酰胺 饑餓 口服谷氨酰胺 膿毒癥 糖皮質(zhì)激素 內(nèi)毒素 表皮生長(zhǎng)因子 饑餓 胰高血糖素 惡性腫瘤 惡性腫瘤 糖皮質(zhì)激素 2．2 胰臟   胰腺的內(nèi)外分泌都需要谷氨酰胺作為重要能量底物，在培養(yǎng)細(xì)胞和離體灌注的胰腺，谷氨酰胺比其它任何氨基酸利用程度都高。靜脈灌注標(biāo)記的谷氨酰胺很快被從循環(huán)中清除，測(cè)定發(fā)現(xiàn)胰臟的外分泌腺含谷氨酰胺的代謝產(chǎn)物比其它組織都高，在離體的胰島細(xì)胞中，谷氨酰胺占代謝底物的約1/3，這些研究表明谷氨酰胺可能是胰腺生長(zhǎng)和功能的一種重要能量底物或氮的來源。Helton等（1990）的研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用GLN能明顯提高胰腺重量 及DNA、蛋白質(zhì)含量，胰液的總胰蛋白酶原和胰脂肪酶原含量也增加。谷氨酰胺也可調(diào)節(jié)胰島激素的釋放，Opara等（1990）用離體灌注胰島研究了谷氨酰胺對(duì)胰島素和胰高血糖素釋放的影響，發(fā)現(xiàn)在基礎(chǔ)血糖水平下，谷氨酰胺抑制胰島素產(chǎn)生，但刺激胰高血糖素的釋放。 2．3 淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞 GLN是腸道及腸道相關(guān)淋巴組織細(xì)胞及其它各種免疫細(xì)胞中核酸、蛋白質(zhì)等生物分子合成的主要供氮體和氧化供能物質(zhì)。Ardawi和Newsholme(1983)證實(shí)了淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有高的磷酸依賴性的谷氨酰胺酶活性，能利用大量的谷氨酰胺。Newsholme (1988)和Parry Billings等(1990)研究表明在抗原刺激下谷氨酰胺可能對(duì)淋巴細(xì)胞的增殖是必需的，既可為核酸生物合成的前體又可作為主要的能源。Brand等(1986)表明增殖的淋巴細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的消耗顯著增加?，F(xiàn)已證明淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的利用與對(duì)葡萄糖利用程度相等。當(dāng)培養(yǎng)介質(zhì)缺乏谷氨酰胺時(shí)，淋巴細(xì)胞對(duì)絲裂原刺激的應(yīng)答能力明顯降低。血中和局部組織中GLN濃度的下降會(huì)直接引起小腸乃至整個(gè)機(jī)體免疫防御功能的下降。 2．4 肝臟   肝臟在器官內(nèi)谷氨酰胺的代謝中起中樞作用，有證據(jù)表明肝臟既能消耗又能釋放谷氨酰胺，肝臟可根據(jù)機(jī)體的需要來調(diào)節(jié)谷氨酰胺的凈攝入和釋放。在完整的肝腺泡中僅門脈周圍的肝細(xì)胞發(fā)現(xiàn)有尿素合成和谷氨酰胺酶，而谷氨酰胺合成酶位于靜脈周圍的細(xì)胞。正如Haussinger(1990)所描述的，這是細(xì)胞間的間隔作用，其表現(xiàn)為門靜脈周的肝細(xì)胞具有低親和力、高的尿素合成能力系統(tǒng)和靜脈周的肝細(xì)胞具有高親和力的氨脫毒系統(tǒng)(作用于逃離尿素合成的氨)，這種基本調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)之一是在任何過量氨情況下都對(duì)此結(jié)構(gòu)和功能組織無有害的影響，因?yàn)榭赏ㄟ^可變的尿素循環(huán)流來解決。靜脈周的細(xì)胞谷氨酰胺的合成充當(dāng)了有效的清除系統(tǒng)，門脈氨水平調(diào)節(jié)門靜脈周的谷氨酰胺酶的活性，允許這種酶作為線粒體內(nèi)氨的放大器，其成為尿素循環(huán)的一種重要的決定因子。   除了氨外，在肝細(xì)胞調(diào)節(jié)谷氨酰胺代謝的重要位點(diǎn)是血漿膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，血漿膜運(yùn)輸谷氨酰胺經(jīng)鈉依賴性的谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（System N）, 這種專門性的載體蛋白仍未被鑒別和分離，研究者僅能依靠動(dòng)力學(xué)分析獲得更多的關(guān)于System N 載體的調(diào)節(jié)情況。盡管相對(duì)高的循環(huán)谷氨酰胺濃度，載體發(fā)揮最大的能力，Na+的電化學(xué)梯度能維持胞漿內(nèi)谷氨酰胺的濃度10倍于循環(huán)水平，這提示了限制谷氨酰胺代謝率的步驟是轉(zhuǎn)運(yùn)而非代謝。這種假設(shè)被研究進(jìn)一步證實(shí)，用內(nèi)毒素處理的大鼠，盡管肝臟谷氨酰胺的攝入增加了10倍，而細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺水平并不升高，谷氨酰胺酶的特殊活性遠(yuǎn)高于攝入率。因此，代謝并非谷氨酰胺代謝率的限制因子。 2．5  肌肉 現(xiàn)知體內(nèi)谷氨酰胺含量(不計(jì)?；撬?占細(xì)胞內(nèi)游離氨基酸庫(kù)的61%，而且大部分來自肌肉提供。肌肉中谷氨酰胺濃度為血液循環(huán)中的30倍。正常情況下肌肉凈釋放谷氨酰胺，當(dāng)分解代謝增強(qiáng)時(shí)谷氨酰胺的釋放大大加快，創(chuàng)傷感染和內(nèi)毒素或糖皮質(zhì)激素處 理時(shí)，肌肉細(xì)胞谷氨酰胺含量迅速下降而往往影響患者的生存率。肌肉蛋白質(zhì)合成速率降低與谷氨酰胺含量減少密切相關(guān)并呈正相關(guān)，胰島素有加強(qiáng)和協(xié)同這一作用。各種創(chuàng)傷、感染、膿毒癥等應(yīng)激可引起各種炎性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞釋放大量炎性介質(zhì)，導(dǎo)致肌肉蛋白質(zhì)降解作用增強(qiáng)，GLN合成酶活性增高，使GLN合成代償性增加及原儲(chǔ)備在肌肉細(xì)胞中游離GLN大量釋放入血，以滿足其它器官和組織細(xì)胞如小腸對(duì)GLN的攝取和利用的需要。 而關(guān)于在腸道吸收后狀態(tài)下，谷氨酰胺在各器官間的正常流動(dòng)見圖3。

圖3 在腸道吸收后狀態(tài)下谷氨酰胺在各器官間的正常流動(dòng)

2．6 病理狀況下的谷氨酰胺的代謝   內(nèi)毒素使分離腸細(xì)胞谷氨酰胺利用率下降，谷氨酸、丙氨酸產(chǎn)生減少。Ardawi等(1983)用盲腸結(jié)扎穿孔法建立大鼠感染模型,研究感染時(shí)小腸的谷氨酰胺代謝。結(jié)果顯示，小腸谷氨酰胺酶活性下降，小腸動(dòng)靜脈血谷氨酰胺濃度差縮小，門靜脈血谷氨酸、丙氨酸和氨代謝產(chǎn)物減少。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：感染時(shí)腸道谷氨酰胺利用率降低，這明顯不同于創(chuàng)傷導(dǎo)致谷氨酰胺的高利用率，其機(jī)制尚不清楚。目前認(rèn)為，感染時(shí)細(xì)菌和毒素?fù)p傷粘膜導(dǎo)致對(duì)谷氨酰胺代謝能力的下降。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)毒素血癥時(shí)由于增加腸粘膜的通透性而使得腸腔內(nèi)細(xì)菌和毒素移位。在大鼠注射大腸桿菌制備敗血癥模型中發(fā)現(xiàn)敗血癥可導(dǎo)致小腸粘膜明顯損傷，供給谷氨酰胺組腸粘膜厚度和絨毛高度比對(duì)照組顯著增高。Chen（1996）觀察在TPN中給敗血癥鼠補(bǔ)充谷氨酰胺可增加腸粘膜谷氨酰胺酶活性，維持腸粘膜結(jié)構(gòu)，通過減少骨骼肌分解代謝而改善氮平衡，谷氨酰胺組大鼠死亡率為13%，對(duì)照組為21%。Ardami等(1983)報(bào)道在感染時(shí)，腸道淋巴系統(tǒng)代謝增強(qiáng)；谷氨酰胺利用率增加，局部免疫功能提高。因此供給谷氨酰胺可維持和恢復(fù)腸粘膜屏障結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸粘膜免疫功能，防止腸道細(xì)菌和毒素移位，增強(qiáng)機(jī)體抗感染能力。   在狗的研究中表明，短期饑餓是與腸和肝谷氨酰胺代謝的顯著適應(yīng)相聯(lián)系的，這種適應(yīng)并不伴隨著動(dòng)脈谷氨酰胺濃度的顯著變化。隨著小腸攝入谷氨酰胺的增加,肝臟則由攝入轉(zhuǎn)為釋放，這是由于腸道谷氨酰胺代謝產(chǎn)生過量的氨調(diào)節(jié)肝臟谷氨酰胺代謝，這種精細(xì)的 適應(yīng)性變化有助于緩解骨骼肌過度的分解。   代謝性酸中毒改變了器官間的谷氨酰胺數(shù)量和流向，因?yàn)楣劝滨０吩谀I的氨合成中起著關(guān)鍵性的作用。在酸中毒情況下，腎臟成為谷氨酰胺消耗的主要器官，為了滿足腎臟的需要，內(nèi)臟組織特別是肝臟由谷氨酰胺的攝取轉(zhuǎn)向凈釋放，腸道對(duì)谷氨酰胺的攝取也減少，此種情況下，骨骼肌也釋放谷氨酰胺供應(yīng)腎臟。在手術(shù)應(yīng)激的情況下，盡管骨骼肌加速了谷氨酰胺的釋放，但血液中谷氨酰胺水平仍下降，這表明其它組織中谷氨酰胺的利用加強(qiáng)。

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四、谷氨酰胺的營(yíng)養(yǎng) 1. 谷氨酰胺是條件性必需氨基酸 　　 谷氨酰胺通常被歸類為非必需氨基酸，這表明谷氨酰胺可以被足量的合成。又因?yàn)楣劝滨０放c其它氨基酸相比其不穩(wěn)定和不易保存，故在胃、腸外營(yíng)養(yǎng)支持液中不被利用。而此種谷氨酰胺為非必需氨基酸的觀點(diǎn)低估了其在代謝中質(zhì)量和數(shù)量上的重要性。最近研究表明，在一些重要疾病中谷氨酰胺可能是一種條件性必需氨基酸，特別是關(guān)于其支持小腸粘膜代謝的需要。總之，許多研究表明谷氨酰胺在健康狀態(tài)下是非必需的，但在如饑餓、化療、輻射療法導(dǎo)致的小腸粘膜受損或谷氨酰胺耗竭嚴(yán)重的情況下其是必需的。TPN中增加谷氨酰胺或口服谷氨酰胺，均可有效地減輕腸道粘膜萎縮、增強(qiáng)小腸和結(jié)腸細(xì)胞的活性、增強(qiáng)腸粘膜功能、減少腸道內(nèi)細(xì)菌和內(nèi)毒素易位。谷氨酰胺減輕腸粘膜結(jié)構(gòu)損傷和改善腸粘膜屏障功能的機(jī)制尚不很清楚，可能有： ① GLN直接或間接地影響細(xì)胞內(nèi)介質(zhì)，如cAMP和Ca2+，以增加緊密連接阻力、改變緊密連接對(duì)流動(dòng)物質(zhì)的選擇性和降低乳糖跨緊密連接彌散率； ② GLN保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受氧自由基損傷； ③ GLN可改變胰島素/胰高血糖素比、增加腸道細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽合成和抗氧化能力; ④ GLN可通過限制產(chǎn)生細(xì)胞因子和炎癥反應(yīng)，達(dá)到保護(hù)腸粘膜結(jié)構(gòu)和屏障功能。 在細(xì)胞水平上，谷氨酰胺可通過鳥氨酸脫羧酶誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)多胺水平增高來介導(dǎo)其直接和間接的營(yíng)養(yǎng)作用。細(xì)胞內(nèi)多胺的積累是IGF－I發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，這也表明谷氨酰胺、生長(zhǎng)激素和類胰島素生長(zhǎng)因子在作用上有某些關(guān)聯(lián)。另外，EGF可促進(jìn)腸粘膜雙糖酶的活性，改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性，從而影響谷氨酰胺等營(yíng)養(yǎng)物的轉(zhuǎn)運(yùn)。 2. 腸道的谷氨酰胺營(yíng)養(yǎng) 　　 小腸上皮細(xì)胞等復(fù)制細(xì)胞有非常高的谷氨酰胺攝取和代謝率。很明顯，這類細(xì)胞需要谷氨酰胺供能，但它們的代謝特點(diǎn)是消耗谷氨酰胺僅有很小比例被充分氧化。Newsholme(1985)指出，復(fù)制細(xì)胞的谷氨酰胺代謝最重要的途徑是由α-酮戊二酸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，后者又轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，由谷氨酰胺碳來源的丙酮酸很少?jīng)TCA氧化，盡管復(fù)制細(xì)胞所有的TCA酶活性都很高。Newsholme(1985)認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于谷氨酰胺氧化產(chǎn)生的大量ATP經(jīng)過反饋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適條件以TCA循環(huán)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期中嘧啶和嘌呤核苷酸的合成。谷氨酰胺利用率下降可能會(huì)降低細(xì)胞增殖率，增殖的小腸上皮細(xì)胞谷氨酰胺的利用率相當(dāng)高時(shí)才能確保細(xì)胞分化和粘膜細(xì)胞的更新。谷氨酰胺在維持小腸的代謝、結(jié)構(gòu)和功能上起重要的作用，Klimberg等(1989)研究表明為大鼠提供含谷氨酰胺的TPN一周，則谷氨酰胺酶的活性上調(diào)并刺激腸道谷氨酰胺的利用。Hwang等(1986)證實(shí)了含谷氨酰胺的TPN可增加空腸粘膜重和DNA含量，減少與常規(guī)靜脈灌注相聯(lián)系的絨毛萎縮，而且粘膜DNA的增加是顯著的，發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺與表皮生長(zhǎng)因子(EGF)具有協(xié)同作用。Grant(1988)的研究也表明供給谷氨酰胺的TPN增加了絨毛高度和腸道氮含量。Salloum等(1989)證實(shí)饑餓后基礎(chǔ)日糧添加谷氨酰胺加快粘膜的更新。

此外，Burke等(1989)證實(shí)TPN加速大鼠腸道細(xì)菌易位，但當(dāng)提供富含谷氨酰胺的TPN時(shí)細(xì)菌易位的下降，這是由于SIgA分泌增加而導(dǎo)致細(xì)菌在腸粘膜細(xì)胞粘附下降，這意味著谷氨酰胺供應(yīng)增加了腸道免疫功能。當(dāng)大鼠飼以富含谷氨酰胺的TPN時(shí)其免疫功能提高，反之，則膽汁中分泌IgA濃度下降50%，細(xì)菌于直腸粘膜的附著增加，通常谷氨酰胺在調(diào)節(jié)小腸免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用?？诜┙o谷氨酰胺優(yōu)于靜脈灌注，因此，在一些情況下，谷氨酰胺可能是腸道淋巴組織維持和分泌性IgA合成的一種重要氨基酸。GLN是腸道上皮細(xì)胞的主要氧化燃料，因此認(rèn)為，GLN缺乏可能是導(dǎo)致TPN和其它應(yīng)激狀態(tài)下胃腸道功能障礙和細(xì)菌易位的重要原因。因?yàn)?，TPN中增加GLN或口服GLN均能有效地減輕腸道粘膜萎縮、增強(qiáng)小腸和結(jié)腸上皮細(xì)胞的活性、增強(qiáng)胃粘膜功能、減少腸道內(nèi)細(xì)菌和內(nèi)毒素易位。Lｉ等（1990）觀察了GLN對(duì)TPN所致的腸粘膜通透性增加和粘膜萎縮的預(yù)防作用，結(jié)果顯示GLN可明顯減輕TPN所引起的空腸粘膜通透性增加和粘膜萎縮，使粘膜層增厚、絨毛高度增加和寬度增寬，接近正常水平；但腸粘膜通透性改變和粘膜萎縮程度不相關(guān)。 3. 谷氨酰胺對(duì)胰臟和肝臟的營(yíng)養(yǎng)作用 　　 Helton等(1990)證實(shí)了在腸內(nèi)供應(yīng)谷氨酰胺也支持胰臟生長(zhǎng)及其功能，它們也研究了對(duì)60%切除小腸和未切除的大鼠富含谷氨酰胺的TPN對(duì)胰臟外分泌腺的影響，發(fā)現(xiàn)在兩種動(dòng)物中，谷氨酰胺的添加顯著增加了胰臟重、DNA含量和蛋白重，也增加了總的胰腺胰蛋白酶原和脂酶含量，谷氨酰胺可產(chǎn)生使胰腺泡增生而非萎縮的有利影響。Li等(1990)研究了富含谷氨酰胺的TPN對(duì)肝臟脂肪變性的影響，他們的研究集中在觀察過量的碳水化合物能量造成的大鼠脂肪肝以及與此相聯(lián)系的門脈胰島素/胰高血糖素摩爾比的提高。他們研究表明對(duì)高滲葡萄糖添加L-谷氨酰胺防止脂肪肝的形成,其可能是通過刺激胰高血糖素分泌,從而降低了門脈胰島素/胰高血糖素比率，而增加肝臟脂類的輸出。Helton等(1990)也發(fā)現(xiàn)了在切除大部分小腸后富含谷氨酰胺的腸內(nèi)基礎(chǔ)日糧在減緩肝的增重和脂肪含量方面有益的影響，這些研究與 Ostenson和 Grebing (1985)及Opara等(1990)的研究結(jié)果一致，表明外源谷氨酰胺能調(diào)節(jié)胰腺的內(nèi)分泌功能。另外谷氨酰胺可增加肝臟還原型谷胱甘肽(GSH)合成而保護(hù)肝類組織免受自由基的損害。

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五、谷氨酰胺研究中存在的問題和難點(diǎn) 1. 谷氨酰胺的測(cè)定 　　 在人的血漿和肌肉中谷氨酰胺是最豐富的氨基酸。盡管谷氨酰胺非常重要，但直到最近谷氨酰胺才在動(dòng)物和人的生理和營(yíng)養(yǎng)研究中成為焦點(diǎn)，有幾個(gè)原因?qū)е铝诉@種現(xiàn)象：首先，谷氨酰胺被認(rèn)為是一種非必需氨基酸，機(jī)體能夠合成足夠谷氨酰胺滿足增長(zhǎng)的需要；另外，谷氨酰胺不像其它氨基酸那樣穩(wěn)定，谷氨酰胺熱不穩(wěn)定，在溶液中相對(duì)不穩(wěn)定，對(duì)酸敏感。在溶液中易環(huán)化為焦谷氨酸和氨，在熱和強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中，谷氨酰胺裂解為谷氨酸和氨，如此的分解過程通常發(fā)生在血漿、全血和其它各種生物液的氨基酸測(cè)定中的前處理過程中，而在這些過程中其它氨基酸則不被影響，因此，谷氨酰胺分解為谷氨酸，這兩種氨基酸經(jīng)常作為一個(gè)總值被報(bào)道或不被報(bào)道，所以，測(cè)定數(shù)據(jù)并沒有什么變化，而谷氨酰胺在氨基酸代謝和組織器官間氮轉(zhuǎn)運(yùn)的重要性也不能被充分的認(rèn)識(shí)和了解。 　　雖然，動(dòng)物血清和乳樣中的游離谷氨酰胺含量已被國(guó)外和國(guó)內(nèi)一些實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，但鑒于谷氨酰胺的不穩(wěn)定性，準(zhǔn)確測(cè)定谷氨酰胺就需要對(duì)樣品進(jìn)行特殊的前處理，然后用特殊的酶分析法或高壓液相色譜法。目前廣泛使用酸或堿水解法處理待測(cè)樣品，此方法不能準(zhǔn)確測(cè)定飼料和食物蛋白的谷氨酰胺含量。所以，很少有關(guān)于谷氨酰胺的報(bào)道，即使有也缺乏可信度，但是，如今采用的基因圖譜法測(cè)定氨基酸序列，將能提供更精確的信息。然而，這種方法也不能排除最終各種食物蛋白中谷氨酰胺的組成可能在前處理、儲(chǔ)存過程中的降解。 　　采用放射性同位素標(biāo)記研究谷氨酰胺也存在困難，當(dāng)?shù)粯?biāo)記時(shí)，標(biāo)記氮可能發(fā)生快速的轉(zhuǎn)氨作用被轉(zhuǎn)入其它復(fù)合物，而谷氨酰胺的碳架可能接收新的未標(biāo)記氮。所以最終測(cè)定標(biāo)記氮并不能反映谷氨酰胺的代謝。因?yàn)?，谷氨酰胺的碳架和谷氨酸、α－酮戊二酸的相同，這三種化合物在僅用碳原子標(biāo)記時(shí)并不能被精確的分別出來。所以說研究谷氨酰胺存在方法上的困難，因?yàn)橥ǔＳ糜谄渌被岬难芯糠椒ú⒉煌耆m用于谷氨酰胺的研究。 2. 谷氨酰胺應(yīng)用的安全性與可行性 　　 關(guān)于GLN對(duì)各種組織的特殊作用均來自動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而GLN在人體的應(yīng)用報(bào)道很少?，F(xiàn)在TPN中所使用的商品性氨基酸液中并不含有GLN，主要是因?yàn)樗谒芤褐胁环€(wěn)定，在短時(shí)間內(nèi)就被分解為焦谷氨酸和氨，前者具有神經(jīng)毒性，而且其分解速度隨著ｐH和溫度的升高而加快；另一原因是游離GLN的溶解度非常低(見表6)，按這一溶解度輸入人體必需的GLN會(huì)給機(jī)體增加過度的液體負(fù)荷，故不可能作為氨基酸輸液的一種常規(guī)成分。最近的研究表明，用含GLN的多肽類代替GLN單體可避免上述弊端（Souba, 1990）。研究最多的是丙氨酰－谷氨酰胺二肽（Ala-Gln），用化學(xué)方法合成后純化，最終純度可達(dá)到100%，這種二肽的溶解度甚高，是GLN單體的20倍，在儲(chǔ)存和熱解毒中亦穩(wěn)定，而進(jìn)入體內(nèi)既可迅速分解成GLN而發(fā)揮作用。丙氨酰－谷氨酰胺二肽用與健康志愿者研究其血液動(dòng)力學(xué)及利用情況，結(jié)果顯示：二肽溶液輸入后，立即引起血中游離丙氨酸及GLN濃度升高，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，游離氨基酸濃度比正常時(shí)升高33±2.2%。輸入結(jié)束后，游離氨基酸濃度又下降至正常。整個(gè)輸入過程中，ALA-Gln的血濃度甚微，尿中亦未檢出此二肽，說明輸入的二肽能被迅速?gòu)氐椎姆纸?。由于GLN二肽更加穩(wěn)定且溶解度又高于GLN單體，所以在TPN中應(yīng)用二肽更切合實(shí)際。即使是很高劑量也未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用谷氨酰胺的明顯副作用 (Ziegler,1990)。

表6 谷氨酰胺和其二肽的溶解性 丙氨酰谷氨酰胺 甘氨酰谷氨酰胺 谷氨酰胺 20℃時(shí)在水中的溶解性(g/L) 568.0 154.0 36.0

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六、谷氨酰胺在斷奶仔豬營(yíng)養(yǎng)中的重要作用
　　仔豬斷奶后腸道結(jié)構(gòu)和功能的變化可能也受L－谷氨酰胺利用率的影響。前面已經(jīng)討論了谷氨酰胺對(duì)腸道結(jié)構(gòu)和功能的重要生理意義，口服谷氨酰胺通過加強(qiáng)刷狀緣轉(zhuǎn)運(yùn)率促進(jìn)谷氨酰胺的凈攝入，也可通過刺激谷氨酰胺酶的活性支持粘膜生長(zhǎng)。當(dāng)仔豬的母源谷氨酰胺供應(yīng)消失后，來自肌肉和血液中的內(nèi)源谷氨酰胺不足以維持絨毛的完整性，仔豬日糧中添加谷氨酰胺有利于維持正常的腸道結(jié)構(gòu)和功能。Wu和Knable(1994)報(bào)道在泌乳的第22天和29天的母乳中，谷氨酰胺是最豐富的游離氨基酸，Wu和Knable(1993)也測(cè)定了離體腸細(xì)胞谷氨酰胺代謝，發(fā)現(xiàn)29日齡斷奶的仔豬與21日齡的哺乳仔豬相比，腸細(xì)胞氧化谷氨酰胺為二氧化碳的比率高2～10倍。這些數(shù)據(jù)表明，對(duì)斷奶仔豬小腸細(xì)胞谷氨酰胺可能是更重要的能量底物，因此可假設(shè)谷氨酰胺對(duì)斷奶仔豬是條件性必需氨基酸。Wu等(1996)報(bào)道了在以玉米-豆粕的日糧中添加1%的谷氨酰胺可在斷奶后第7天防止空腸絨毛萎縮。用含4%谷氨酰胺或4%甘氨酸強(qiáng)化傳統(tǒng)的谷物基礎(chǔ)斷奶仔豬日糧，在斷奶后第5天屠宰所有的豬，發(fā)現(xiàn)飼喂含外源谷氨酰胺日糧的豬有更高的血漿谷氨酰胺濃度，并可緩解絨毛萎縮，而且飼喂谷氨酰胺的仔豬其結(jié)腸和回腸DNA含量和粘膜蛋白含量增加（Pluske，1997）。 每天于傳統(tǒng)斷奶仔豬日糧中添加約6.3g游離谷氨酰胺,斷奶后可保持與21日齡哺乳仔豬相同的血漿和肌肉游離谷氨酰胺水平。Pluske(1996ｂ)報(bào)道連續(xù)5天飼喂羊奶的斷奶仔豬其隱窩深度隨谷氨酰胺的采食線性增加，上皮細(xì)胞谷氨酰胺代謝也增強(qiáng)。有證據(jù)表明在新生仔豬小腸粘膜感染的情況下，谷氨酰胺有利于維持正常的粘膜通透性。健康的新生仔豬經(jīng)常遭受造成小腸結(jié)構(gòu)和功能變化的病原微生物的侵害，在此情況下，腸上皮細(xì)胞及與腸有關(guān)聯(lián)的淋巴細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的需要增加。
　　新生仔豬GLN有刺激NaCI吸收的作用(Rhoads, 1990)，Argenzio等(1990)用豬隱孢子菌感染所致服瀉模型研究表明，服泄時(shí)腸絨毛萎縮（包括腸絨毛高度及表面積減少），絨毛腸細(xì)胞數(shù)減少及細(xì)胞由原來柱形變成為長(zhǎng)方形。這些改變與Na+、CI－的吸收及葡萄糖依賴的Na+攝取下降有關(guān)。這種改變由前列腺素介導(dǎo)產(chǎn)生并可為消炎痛逆轉(zhuǎn)。L-GLN刺激回腸Na+吸收及NaCl吸收，前者可能由Na+與GLN共同轉(zhuǎn)運(yùn)引起，后者可能通過GLN調(diào)節(jié)刷狀緣蛋白酶而刺激刷狀緣Na+、H+交換所致(Rhoads, 1990; 1991)，但目前尚無定論。谷氨酰胺刺激感染回腸NaCl吸收超過正常組織，而電解質(zhì)Na吸收則少于正常細(xì)胞。葡萄糖促進(jìn)GLN刺激電解質(zhì)Na+的吸收。上述研究結(jié)果支持含GLN口服補(bǔ)液治療腹泄，一方面GLN是小腸的主要能源物質(zhì)，另一方面可促進(jìn)電解質(zhì)Na+及NaCl吸收。腸腔內(nèi)補(bǔ)充GLN比葡萄糖更好的促進(jìn)水及電解質(zhì)在空腸選擇性吸收，并可使腸高分泌狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲諣顟B(tài)。因此，在早期斷奶仔豬日糧中添加GLN可為仔豬高的腹瀉發(fā)生尋找一種營(yíng)養(yǎng)上解決的方法。

李業(yè)明

這個(gè)東西國(guó)內(nèi)研究的不少，好像現(xiàn)在還不允許使用吧！

zhou7550

謝謝樓主，辛苦了，知識(shí)就是力量

萬馬奔騰

好東西。

李業(yè)明

可作為技術(shù)儲(chǔ)備，等政策開放式跟進(jìn)！
樓主的資料缺少某些表格（顯示不全），麻煩樓主給我發(fā)一份電子文件，謝謝！
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efev-zfeng

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