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机体精氨酸主要来源于食物蛋白、内源合成和机体蛋白质周转3个途径。对于哺乳动物,内源精氨酸的合成主要通过小肠-肾代 谢轴完成,在胞液精氨酸琥珀酸合 成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶的作 用下,由瓜氨酸转化为精氨酸。虽 然肝中这2种酶活性始终保持较 高水平,但所转化的高浓度精氨酸 却通过负反馈调节,在精氨酸酶的 作用下,促使其本身分解为鸟氨酸 和尿素,阻止精氨酸释放到循环系 统内。因此,内源精氨酸主要来源 于肾近曲小管中瓜氨酸的转化,瓜 氨酸则是由肠道内的谷氨酸和谷 氨酰胺合成。 精氨酸体内直接代谢途径有 2个:1)在精氨酸酶作用下,精氨酸 分解为鸟氨酸和尿素,鸟氨酸是合 成多胺类物质的前体,多胺对于调 节细胞生长和发育具有重要意义; 2)在一氧化氮合酶(NOS)作用下, 精氨酸分解为等分子的瓜氨酸和 NO,NO是细胞内、细胞间及神经 递质作用的信使分子,广泛参与细 胞间和细胞内的信号传递。另外, 作为脒基转移反应的脒基供体,精 氨酸、甘氨酸和甲硫氨酸共同合成 胍基乙酸和磷酸肌酸。在神经组 织,精氨酸也可合成γ-胍基丁 酸。对于家禽,精氨酸经尿素循环 分解成氨后,合成嘌呤,最后被降 解为尿酸排出体外。 2 精氨酸的生物学功能 2.1 精氨酸与氮素循环 精氨酸可促进尿素循环,使血 氨转化为尿素排出,维持体内氮平 衡。即使在提供营养水平高于正 常生理需要量的情况下,肝对精氨酸 的吸收率也明显高于对鸟氨酸和 瓜氨酸的吸收率,证明精氨酸是尿 素循环过程中最关键的一种氨基 酸。精氨酸促进N-乙酰谷氨酸 合成酶作用下N-乙酰-L-谷氨 酸的合成,而N-乙酰-L-谷氨 酸是维持尿素排泄动物肝中氨甲 酰磷酸合酶I(CPS-I)生物活性构 象必需的活性因子。一系列的试 验表明,精氨酸对尿素循环的调节 作用主要依赖于食物营养水平,而 精氨酸琥珀酸合成酶作用下内源 精氨酸的合成量对尿素循环的调 综述 16 饲料研究 FEE D RESEARCH N O.2,2009 节效果不明显。给小鼠饲喂高蛋白饲料时,CPS 、鸟氨酸氨甲酰基转移酶(OCT)和N-乙酰谷氨酸合成酶的活性及精氨酸的调节效果都得到增强,精氨酸似乎是促进机体尿素循环的关键信号因子。但也有试验得出与此相异的结果,当给小鼠腹膜注射缺少精氨酸的氨基酸混合液时,体内谷氨酸、N-乙酰谷氨酸合成酶和CPS-I活性在注射后10~15min内同样达到高峰。因此,精氨酸在尿素循环中的作用效果及机制尚未明晰,需进一步探索。 2.2 精氨酸与NO途径 精氨酸是高活性分子NO的唯一供氮前体,NO是各种生理和病理过程中关键的内源性信息分子,对机体心血管系统、神经系统和免疫系统存在广泛影响,精氨酸本身或通过NO参与上述过程,在营养调控和临床应用方面具有重要意义。 2.2.1 精氨酸与心血管内皮系统 Furchg ott等(1980)发现,在缺乏内皮的血管环中由乙酰胆碱(Ach)引起的血管舒张作用消失,首次提出内皮衍生舒张因子(E2 DRF)的概念,后来E DRF被证实即为NO。NO不仅在基础状态可持续不断地从内皮细胞中合成并分泌,其他许多活性因子,如Ach、P 物质、缓激肽、凝血酶、组胺、聚集的血小板和血流所致的切应力变化等可刺激血管内皮细胞释放NO 至内膜下的血管平滑肌,激活血管平滑肌内鸟苷酸环化酶,导致环鸟苷酸(cG MP)的浓度增加,从而激活依赖于cG MP的蛋白激酸,抑制蛋白酶的磷酸化作用,使肌球蛋白轻链去磷酸化,细胞内Ca2+浓度 下降,收缩蛋白对Ca2+的敏感性 减弱,肌细胞膜上K+通道活性下 降,致使血管舒张。NO是内皮细 胞合成最重要的血管活性物质,它 不但有强大的扩张血管作用,而且 有抑制血小板聚集、平滑肌细胞增 生、单核细胞黏附和黏附分子表达 的作用,从而可防止血管壁发生粥 样硬化和血栓形成。目前已证实, 细胞内精氨酸浓度是内皮细胞中 限制一氧化氮合酶(NOS)活性的 关键因素,同样,血管平滑肌诱导 性NOS的限速步骤也是精氨酸的 浓度。可见,Arg/NO途径在高血 压、动脉粥样硬化及其他心血管疾 病中发挥重要作用。 2.2.2 精氨酸与免疫系统 精氨酸在体内的免疫调节作 用主要通过Arg/NO途径和对内分 泌激素的调节实现的,在调节机体 免疫,肠道黏膜功能保护及肿瘤特 异性免疫等方面起重要作用。精 氨酸可有效增强体液免疫,促进免 疫球蛋白产生。精氨酸通过提高 T淋巴细胞对有丝分裂原的反应 性,刺激T淋巴细胞增殖,并且能 增加脾单核细胞白介素-2(I L- 2)的分泌及I L-2受体的活性,增 强T细胞介导的I V型超敏反应。 精氨酸还可增强巨噬细胞的吞噬 能力和自然杀伤细胞对肿瘤靶细 胞的溶解作用,通过提高T淋巴细 胞介导的直接或间接反应起到免 疫调节作用。另外,精氨酸在前B 细胞的成熟中起重要作用。精氨 酸也是多胺合成的起始物。多胺 是重要的生物学调控物质,与 DNA、RNA及蛋白质的生物代谢有 关,在细胞生长周期过程中起关键 的调节作用,参与分裂素诱导的T 细胞免疫反应,在调控中枢神经系 统原发性免疫反应中起关键性作 用。NO具有抑制血小板聚集和黏 附、抑制急性炎症早期中性粒细胞 聚集和黏附、降低内皮细胞通透性 和抑制炎性渗出等免疫功能。在 免疫系统中,巨噬细胞似乎处于 NO代谢的中心,它们是炎症刺激 应答中诱导型一氧化氮合酶(iN2 OS)和NO的主要产生者,生成的 NO在活化的巨噬细胞杀伤肿瘤细 胞和抗微生物功能中有重要作用, 而iNOS活性与许多细胞间杀菌和 杀寄生虫机制相连。NO产量似乎 也可调节混合细胞群中T细胞表 型,如对T细胞从Th1型向Th2型 转变发挥了作用。另外,低浓度的 NO可增加T细胞有丝分裂,但高 浓度时则会产生抑制作用。 精氨酸还可通过促进多种内 分泌激素的释放,包括胰岛素、生 长激素、催乳素、抗利尿激素和儿 茶酚胺等,达到调节免疫的作用。 胰岛素不仅能通过调节物质代谢 和对其他内分泌激素的影响来间 接影响免疫系统,还能直接作用于 淋巴细胞和单核/巨噬细胞表面受 体。免疫系统的单核细胞和淋巴 细胞中均存在生长激素受体,生长 激素可提高巨噬细胞、嗜中性粒细 胞和自然杀伤细胞的活性,增强细 胞毒性T淋巴细胞体外的活力、体 内外源凝集素诱导T细胞增殖和 白细胞介素-2合成的能力。催 乳素对细胞和体液免疫有直接影 响,其免疫受体存在于胸腺瘤细 胞、单核细胞、正常B淋巴细胞和 T淋巴细胞中,用催乳素进行免疫 反应时,淋巴细胞会分泌调节因 综述 饲料研究 FEE D RESEARCH N O.2,2009 17 子。 2.3 精氨酸与繁殖 精氨酸不仅参与精子的形成,也是精子各种核蛋白的基本成分。NO对雄性生殖系统具有重要作用,它是阴茎勃起的主要介质,通过传递氮能神经信息刺激血管和阴茎海绵体平滑肌松弛,引起阴茎勃起。NO参与睾丸的微循环的调节,促进和调节精子的活力和精子的受精能力。另外,精氨酸在调节母畜生殖道内酸碱度,提高雌性仔畜产率也有一定效果。 2.4 精氨酸与基因表达 食物中缺少精氨酸时,与机体处于应激状态相似,可优先改变某些特殊蛋白的表达,而不是仅改变球蛋白的含量,这种精氨酸对基因表达选择性影响的现象属于精氨酸组学范畴。20世纪60年代, R obert观察到,精氨酸可抑制哺乳动物细胞内精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶的活性,而当精氨酸被瓜氨酸替代后,二者的活性又得到增强。之后,科研工作者发现,精氨酸可影响精氨酸琥珀酸合成酶转录和转录后的基因表达。最近,研究者陆续发现,精氨酸可影响包括iNOS、阳离子氨基酸转运子-1(C AT-1)和T细胞链等在内的活性因子的基因表达,并且精氨酸的这种作用具有细胞特异性。但目前对于精氨酸浓度变化对这些活性因子基因表达的确影响及精氨酸信号传导途径的机制尚未明确。 3 精氨酸的毒副作用 目前,不同种属动物的精氨酸准确营养需要量尚未确定。有研究发现,给人补充精氨酸时,可出 现轻度消化道症状、代谢性碱中 毒、高血钾、低磷酸血症和过敏反 应等症状。另外,机体在遭受外伤 侵袭,患合并性败血症或肝、肾疾 患等恶性病时,过量补充精氨酸也 会产生毒副作用。 精氨酸与赖氨酸均为碱性氨 基酸,在体内分享同一转运系统, 存在吸收竞争,所以二者存在颉颃 作用。过量的赖氨酸会提高机体 内精氨酸酶的活性,从而加速精氨 酸的分解。二者的颉颃作用可显 著影响肉鸡的生产性能,但对仔猪 的影响不显著,因为仔猪对过量精 氨酸和赖氨酸均具有良好的排泄 能力。 随着对精氨酸研究的日益深 入,精氨酸的生物学功能已超越了 氨基酸营养的范畴,其药理学作用 在临床上作为营养支持剂或作为 某些疾病的治疗药物已得到较为 广泛的应用。精氨酸对基因表达 的调控影响机体的代谢已成为当 今的研究热点。但目前对于精氨 酸详细的作用机制尚不清楚,对其 适用范围、应用时机及最佳剂量等 还有争议,在营养学方面尚需大量 的科研工作逐步解决,以最大限度 发挥其正向作用而避免毒副反映。 |
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