谷氨酰胺的生理作用及應用

馬爽 王家慶 王虹玲 張瑩瑩

摘要 谷氨酰胺作為人體及其他哺乳動物體內含量最多的一種條件性必需氨基酸，在生物體代謝中起著舉足輕重的作用。概述了谷氨酰胺的生理功能及其應用的研究進展，以期為谷氨酰胺的進一步綜合開發利用提供參考。

關鍵詞 谷氨酰胺；生理作用；應用

中圖分類號 S188 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）26-09172-02

直至20世紀30年代才有學者注意到谷氨酰胺（Gln）是形成蛋白質的一個較為關鍵的生物分子，但對Gln的代謝功效知道甚少。1935年，Krebs最初報道了谷氨酰胺能夠在哺乳動物組織細胞內進行水解與合成^[1]。20年后，Eagle等發現Gln作為一種必要的營養物質，在哺乳動物細胞的生長過程中起著關鍵性作用，在很多動物細胞中擁有較高濃度，能有效清除機體內的氨和參與生物合成^[2-3]。近20年，因為谷氨酰胺在代謝過程中起到重要作用，所以漸漸成為各大學科間的研究熱點。

1 谷氨酰胺的化學結構和理化性質

Gln是脂肪族的極性中性氨基酸，它有1個α-氨基，不論是在各個組織間氨的運載，還是NH₃的轉運過程中，Gln都是以載體的身份參與其中。還有1個酰氨基，末端的酰氨基極易水解，酰氨基還作為必需原料參與機體內嘧啶和嘌呤核苷酸、核酸以及氨基糖生物合成。

谷氨酰胺對酸性環境的敏感度較高，加熱時較易產生焦谷氨酸和氨，這2種物質均含有一定的毒性。在高溫消毒和貯存過程中性質很不穩定，水中溶解性較差。基于以上這些特征，幾乎不能利用原有的氨基酸分析法來檢測谷氨酰胺^[4]。

2 谷氨酰胺的生理作用

谷氨酰胺是生糖氨基酸中的一種，它是生成核酸的必要前體物質，同時也以前體的身份參與氨基糖的合成，并能作為載體將氮運輸到各組織中，同時能夠解除組織內的氨毒，在肝糖元合成過程中起到調節作用，作為能源物質參與某些組織的呼吸過程。當機體處于某種特殊應激狀態時，特殊的環境需求會導致機體對谷氨酰胺的需求量急劇增加，例如：營養攝入不足、超強度運動以及病態條件等應激狀態，都會導致機體正常合成的谷氨酰胺無法滿足正常的生理需要^[5]。于是，谷氨酰胺是一種“條件必需氨基酸”。

細胞中含有2個重要的Gln代謝酶：第1種是谷氨酰胺分解酶，它可將谷氨酰胺分解成谷氨酸和氨；第2種是Gln合成酶，可將谷氨酸和氨生成谷氨酰胺，人體內每個組織都有其特定的反應方向。比如：在骨骼、胰腺、血液等細胞中，Gln的合成則明顯處于劣勢；而在腸細胞和免疫細胞（淋巴細胞和巨嗜細胞）內，谷氨酰胺則多數被用于供應細胞能量和供給細胞內核糖核酸和脫氧核糖核酸的合成。

2.1 Gln與骨骼肌

谷氨酰胺在肌肉組織中是含量最高的一種游離氨基酸，大概占其總量的60%。胞液中Gln的含量遠遠高于血液中的含量，高約30倍，正是由于如此大的濃度梯度才有利于Gln由胞內向胞外輸出。應激狀態下，Gln會迅速從骨骼肌中的釋放，釋放速度明顯升高，細胞內有一半以上的Gln被利用，此時血漿中Gln也會顯著下降，則需要從其他組織中攝取缺少的Gln，外界供給的營養物質如果不含有Gln，則需要繼續從肌肉中攝取Gln，當在特殊的應激條件和生病的情況下，增添含有Gln的營養物質則可以滿足機體的需要，就不需從骨骼肌中攝入Gln，骨骼肌中Gln含量越高越有益于多核蛋白體的生成。

2.2 Gln與免疫系統

谷氨酰胺作為必要原料介入免疫系統調節，起到加強免疫調節的功用。核酸生物合成的前體的合成過程當中，Gln作為重要的能源物質參與此中。在免疫細胞的分裂和增殖進程之中，谷氨酰胺起到正調控的功用。同時谷氨酰胺在免疫調節過程中起到關鍵作用，在淋巴細胞的分泌和增殖過程中，谷氨酰胺起到關鍵性作用，并且參與淋巴細胞功能的維持。在免疫調節過程中淋巴細胞總數要達到一定的數量，或者維持循環中CD4/CD8的比率保持均衡，都需要向細胞內添加一定量的外源性的谷氨酰胺，才能起到增強機體免疫功能的作用。

2.3 Gln與胃腸道

谷氨酰胺作為基本能量來源存在于胃腸道管腔細胞。Gln作為一種不可缺少的營養元素參與腸黏膜細胞的代謝過程，并參與保證其上皮組織的完整性。當人體受到外界環境的影響，如各種類型的感染、意外傷害、疲勞過度等其他應激狀態下，在腸上皮細胞的谷氨酰胺會在短期內消耗殆盡。當機體腸道處于饑餓的刺激下，或腸道的谷氨酰胺含量低時，腸黏膜則要開始收縮，附著的腸絨毛由長變短、變得越來越稀少甚至脫落，隱窩變淺，由此會增加黏膜表面的通透性，損傷腸道的免疫功能。經研究表明，通過向腸道內添加外源的谷氨酰胺能有效地保障腸道黏膜的穩定性，維持腸道黏膜重量的恒定，使腸道細胞的活性顯著提高，改善腸道免疫功能，使腸道內細菌及內毒素的易位現象顯著降低。

3 谷氨酰胺作為飼料添加劑應用的研究進展

3.1 飼料中添加谷氨酰胺對斷奶仔豬的影響

為了適應養豬生產規模化的日益發展，仔豬能否早期斷奶成為規模化生產的關鍵。但是由于幼齡仔豬的各種器官還沒有發育完全，特別是消化器官，所以容易出現“早期斷奶綜合征”，嚴重影響仔豬的生長，會導致仔豬生長緩慢、腹瀉和采食量下降。

動物體內還有大量的游離氨基酸，其中谷氨酰胺的含量相對較多，它作為一種必需的營養物質參與腸道細胞的代謝。母豬乳汁中含有大量的谷氨酰胺，仔豬斷奶后以食用飼料為主，從而導致仔豬體內谷氨酰胺量的嚴重缺乏。經學者們研究發現，通過將適量的谷氨酰胺加入到仔豬飼料中，能夠使仔豬斷奶后產生的應激反應得到顯著緩解，保護腸道黏膜不受損傷，從而提高仔豬的抗病能力，在一定程度上防止仔豬產生“早期斷奶綜合征”。

在一般的生理狀況下，小腸靠Gln作為重要的供能原原料，腸道代謝是以谷氨酰胺作為底物，足量的底物能夠維持腸道結構和更好的穩定性，動物生長狀態的好壞與谷氨酰胺的代謝程度密切相關。除此之外，谷氨酰胺作為氮的供體參與動物體內糖、核酸和蛋白質等重要物質的合成，保證機體內氮平衡的穩定性。仔豬在斷奶后1周，機體組織中的內源谷氨酰胺無法維持小腸絨毛的完整性，會使絨毛明顯縮短，從而影響機體對營養物質的消化和吸收，此時就需要添加一定量的外源性谷氨酰胺來維持小腸絨毛的完整性。因此，提高生長性能，需要添加谷氨酰胺在仔豬飼料中，但添加量要適中。

斷奶仔豬健康狀況很大程度上依賴于谷氨酰胺的攝入量。斷奶的應激反應會導致仔豬小腸絨毛縮短、隱窩變深、降低附著于腸絨毛上成熟細胞數量，從而使仔豬消化道的消化和吸收能力顯著下降，消化道內的殘留物質在腸道內大量堆積，嚴重時極易引發腹瀉。淋巴細胞、腸黏膜上皮細胞均以Gln為主要的能源之一，Gln可以避免腸道黏膜不被損害，加強腸道的免疫調節功能。它能夠增強淋巴細胞、巨噬細胞分裂和增殖能力，能保持免疫細胞功能的穩定性，如淋巴細胞、胸腺細胞等。除此之外，NO、谷胱甘肽和鳥氨酸作為谷氨酰胺的代謝物，能起到保護腸道的功用，使細菌和毒素沒法損害腸道、受損的腸道得到即時修整，使腸道保持完整。

適量的谷氨酰胺可以使斷奶仔豬每天增加的重量顯著提高，使其生長性能達到最佳狀態。同時適量地添加谷氨酰胺可以顯著降低仔豬的腹瀉情況、減少由腹瀉產生的死亡率，從而改善仔豬的整體生長狀態。

3.2 谷氨酰胺對肉仔雞發育的影響

據報道，通過向飼料中添加 0.4% Gln 能明顯提高1周齡內雛雞平均每天的進食量和增重量（P<0.05）；增添了 0.8% Gln 組則對第 1、4 周齡的料重比都有明顯升高功用（P<0.05），特別對第 2、3 周齡小雞，能使飼料轉化率相對明顯下降（P<0.05）。

至今為止對機體免疫體況的研究較為深入，其研究方法也相對很多，其中免疫器官稱重法的應用最為廣泛。通常認為的免疫抑制可能導致免疫器官重量的下落，免疫增強可使免疫器官重量增長，器官成熟得更快，指數增加得更快。經黃冠慶的研究報道，經過向肉仔雞的飼料中添加0.8%的L-Gln可明顯提高21日齡肉雞的肝臟、法氏囊、脾臟和胰腺的重量和法氏囊指數，最終得出最佳效果的添加量為0.8%的L-Gln，說明L-Gln可促進這些免疫器官的發育，使整個機體的免疫力顯著提高。由于變化的免疫器官重量及指數不單單反映L-Gln功能的一個方面，所以還必須進一步探討對肉雞免疫器官發育和組織學的影響，如從谷氨酰胺的影響機制，組織化學和其他領域。法氏囊是家禽特有的中樞淋巴器官，參與體液免疫功能。據報道，飼料中增添Gln可以使肉仔雞組織間的淋巴細胞快速增殖并快速分化，促使法氏囊快速發育，老化速度減慢，同時減緩由疫苗免疫對其形成的傷害。

黃曉亮等研究發現，添加 0.2%、0.4%谷氨酰胺能有效提高 1～8 日齡肉仔雞體重、日增重、飼料報酬和成活率；周聯高等研究發現，0.2%、0.4%谷氨酰胺可以促進肉仔雞生長，其中 0.2%谷氨酰胺添加效果更佳。目前大多研究停留在Gln對肉仔雞生產性能的影響上，但將Gln作為飼用抗生素替代物在肉仔雞生產性能上的報道比較罕見。

4 結語

無論是在維持免疫系統的穩定性，還是保持腸道的正常形態和功能的作用過程中，谷氨酰胺都起到至關重要的作用，但是其作為飼料添加劑在飼料中的最適添加量還需要做進一步研究與探討。隨著畜禽生產規模化的日益發展，斷奶幼崽的營養水平的調控、日增重的提高、腹瀉頻率等都將有待改善。因此，對谷氨酰胺對機體的重要作用仍需進行系統研究，也是非常重要的，特別是對發展畜禽生產尤為重要。

參考文獻

[1] KREBS H A.Metabolism of amino acids.The synthe-sis of glutamine from glutamic acid and ammonia，and theenzymic hydrolysis of glutamine in animal tissues[J].Biochem J，1935，33：1951.

[2] EAGLE H.Nutrition needs of mammalian cells in tissue cultures[J].Science，1955，122：501.

[3] ROBERT J，SMITH M D.Glutamine metabolism and its physiologic importance[J].JPEN，1990，14（S1）：40.

[4] 張維睿，楊桂芹，王宏山.谷氨酰胺的研究進展[J].中國畜牧獸醫，2004，31（7）：10-12.

[5] NEU J，ROIG J C，MEETZE W H，et al.Glutamine metabolism in the animal body [J].J Pediatr，1997，131（5）：691-699.