牛磺酸研究進展

顧慶南，李呂木，許　翔，張民揚（.安徽農業大學茶與食品科技學院，合肥　30036；.安徽農業大學動物科技學院，合肥　30036）

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牛磺酸研究進展

顧慶南1，李呂木2*，許翔2，張民揚2
（1.安徽農業大學茶與食品科技學院，合肥230036；2.安徽農業大學動物科技學院，合肥230036）

摘要：牛磺酸是一種游離氨基酸，因其特殊的生理功能，對動物機體具有廣泛的生物學效應。文章綜述了近年來牛磺酸在各方面的作用機制及其生理功能的研究進展，并簡要介紹了牛磺酸的應用前景。

關鍵詞：牛磺酸；生物學效應；作用機制；應用前景

1　牛磺酸

牛磺酸是一種由含硫氨基酸轉化而來的氨基酸，又名牛黃酸、牛膽酸、牛膽堿、牛膽素。牛磺酸廣泛分布于體內各個組織和器官，且主要以游離狀態存在于組織間液和細胞內液中，最先于公牛膽汁中發現而得名，但長期以來一直被認為是含硫氨基酸的無功能代謝產物。牛磺酸是動物體內的一種含硫氨基酸，但并不是蛋白質的組成成分。牛磺酸以游離氨基酸的形式廣泛分布于人和動物的腦、心臟、肝、腎、卵巢、子宮、骨骼肌、血液、唾液及乳汁中，以松果體、視網膜、垂體、腎上腺等組織中的濃度為最高。在哺乳動物的心臟中，游離牛磺酸占游離氨基酸總量的50%之多[1]。

牛磺酸的化學結構式為H2N-CH2-CH2-SO3H，化學名稱為β-氨基乙磺酸或2-氨基乙磺酸，相對分子質量為125.15，單斜棱形棒狀白色晶體，熔點328℃（317℃分解），無毒、無臭、味微酸、對熱穩定。牛磺酸可溶于水，12℃時溶解度為0.5%，其水溶液pH為4.1～5.6，在95%乙醇中17℃時溶解度為0.004%，不溶于無水乙醇、乙醚和丙酮。

牛磺酸是一種有機滲透的調節物質，其不僅參與調節細胞體積，還為膽汁鹽的形成提供基礎，在細胞內游離鈣濃度的調制方面也起到了重要作用。雖然牛磺酸是一種未納入蛋白質類物質的特殊氨基酸，但牛磺酸是大腦、視網膜、肌肉組織中最豐富的氨基酸。牛磺酸應用廣泛，如在中樞神經系統的功能、細胞保護作用、心肌病、腎功能不全、腎功能發育異常和視網膜神經損傷等方面都有牛磺酸。幾乎所有的眼組織中都含有牛磺酸。大鼠眼組織提取物的定量分析表明，牛磺酸是視網膜、玻璃體、晶狀體、角膜、虹膜和睫狀體中最豐富的氨基酸[2]。

諸多研究發現，牛磺酸是調節機體正常生理活動的活性物質，具有消炎、鎮痛、維持機體滲透壓平衡、維持正常視覺功能、調節細胞鈣平衡、降血糖、調節神經傳導、參與內分泌活動、調節脂類消化與吸收、增加心臟收縮能力、提高機體免疫能力、增強細胞膜抗氧化能力、保護心肌細胞等廣泛的生物學功能。

2　牛磺酸的合成與代謝

動物機體除直接從膳食中攝入牛磺酸外，還可以在肝臟中進行生物合成。蛋氨酸和半胱氨酸代謝的中間產物半胱亞磺酸經半胱亞磺酸脫羧酶（CSAD）脫羧成亞牛磺酸，再經氧化生成牛磺酸。而CSAD被認為是哺乳動物牛磺酸生物合成的限速酶，且與其他哺乳動物相比，人類CSAD活性較低，可能是因為人體內牛磺酸合成能力也較低。牛磺酸在體內分解后可參與形成牛磺膽酸及生成羥乙基磺酸。牛磺酸的需要量取決于膽酸結合能力和肌肉含量。

此外，牛磺酸是通過尿液以游離形式或通過膽汁以膽酸鹽形式排出體外的。腎臟是排泄牛磺酸的主要器官，也是調節機體內牛磺酸含量的重要器官。當牛磺酸過量時，多余部分隨尿排出；當牛磺酸不足時，腎臟通過重吸收作用減少牛磺酸的排泄。另外，也有少量牛磺酸經腸道排出。

3　牛磺酸的生理功能

3.1抗癌作用

牛磺酸是一種非必需氨基酸，具有多種生理和藥理作用。近年來，學者就牛磺酸作為抗癌藥物對正常細胞的保護作用進行了較多的研究。但是，牛磺酸對腫瘤細胞的抗癌作用仍知之甚少。Kim等研究了牛磺酸單獨使用和聯合順鉑對人類宮頸癌細胞的抗癌作用，結果表明，聯合順鉑的牛磺酸對腫瘤細胞的抗性作用更為顯著（P<0.05）[3]。美國國家癌癥研究所、開羅大學醫學腫瘤科收治60位髓性白血病患者，并研究了聯合使用姜黃素和牛磺酸對髓細胞性白血病細胞在體外繁殖的抑制作用，結果表明，姜黃素和牛磺酸聯合使用可以有效地治療慢性和急性髓細胞性白血病[4]。

3.2對生長發育的影響

Yue等在南美白對蝦的日糧中添加牛磺酸，結果表明，添加適量的牛磺酸可以顯著提高南美白對蝦的生長性能（P<0.05），作為南美白對蝦的一種必需營養素，牛磺酸的添加還可以顯著提高蝦的蛋白截留率（P<0.05）[5]。此外，有研究發現，牛磺酸可以改變成年人的生理功能，包括動脈壓、荷爾蒙和腎功能。Wichaporn等研究表明，牛磺酸可以顯著影響成人的生理功能（P<0.05），并可以增加人體的氧化應激[6]。Pinto等研究了牛磺酸在魚養殖業中的應用，試驗探究了牛磺酸對金頭鯛生理功能的影響，結果表明，牛磺酸對幼魚的發育起到關鍵性作用，此外，該試驗在對比目魚的對照試驗中也得到了類似的結果，即牛磺酸對比目魚個體的生長發育過程也有著至關重要的作用[7]。Choi等將牛磺酸和精氨酸按照一定的比例添加到大鼠的日糧中，結果發現，添加牛磺酸和精氨酸的大鼠骨密度顯著增大（P<0.05），骨質更好[8]。

3.3對糖尿病及其并發癥的作用

牛磺酸在糖尿病中的有益效果是已知的。然而，牛磺酸對降血糖的作用機制尚不十分明確。牛磺酸在機體中發揮多種生物學作用，包括抗氧化、調制離子運動、滲透調節、神經遞質的調制、膽汁酸的共軛和維持生理穩態，對糖尿病及其并發癥也有一定的影響。最新研究表明，牛磺酸對糖尿病、胰島素抵抗及其并發癥，包括視網膜病變、腎病、神經病變、動脈粥樣硬化和心肌病等具有有效的作用。Ito等研究了牛磺酸在多種動物模型中的降糖作用的有效性，該試驗還探究了牛磺酸對糖尿病的有益作用及其有效性的分子機制[9]。Cheong等用大鼠骨骼肌細胞培養體系實驗研究了牛磺酸的抗糖尿病作用，結果表明，牛磺酸表現出抗糖尿病作用是通過刺激大鼠骨骼肌中的非胰島素，從而影響動物對葡萄糖的攝取[10]。

牛磺酸可保護血漿成分和白細胞免受氧化劑和自由基的損傷。在白細胞內牛磺酸可與局部成分產生的次氯酸結合形成氯胺，氯胺有助于防止細胞自溶。Kim等研究了牛磺酸氯胺對人體內前脂肪細胞分化成脂肪細胞的影響，牛磺酸氯胺的介入，使得脂肪細胞和脂肪細胞標記基因的表達的主要轉錄因子有所減少，也就證明牛磺酸氯胺的抑制分化效果[11]。這些結果表明，牛磺酸可以間接抑制前脂肪細胞分化為脂肪細胞，也就是說牛磺酸或其衍生物可能作為肥胖相關疾病的治療藥物。

有試驗研究牛磺酸對喂食高脂肪日糧后小鼠中央胰島素的影響，結果表明，牛磺酸可以通過促進下丘腦釋放胰島素以達到對小鼠的高膽固醇血癥、葡萄糖不耐癥進行預防，并可促進小鼠機體的蛋白質代謝損失[12]。

3.4對中樞神經系統的作用

臨床試驗表明，牛磺酸是中樞神經系統最豐富的游離氨基酸之一，其各種生物學功能可以作為調制生物體的激動劑[13]。此外，各種動物腦組織中牛磺酸含量也表現為幼小動物高于成年動物，隨著腦的不斷發育，腦中牛磺酸水平逐漸下降。牛磺酸是一種神經調節劑和抗氧化劑，對精神障礙如抑郁癥有一定的功能。有關大鼠的抑郁癥治療試驗結果發現，牛磺酸具有抗抑郁作用和改變抑郁癥相關信號的能力[14]。

與此同時，在探究牛磺酸對大鼠閉合性顱腦損傷是否有保護大腦作用的試驗顯示，牛磺酸靜脈給藥30 min后可降低大鼠腦水腫及血腦屏障通透性，提高超氧化物歧化酶的活性和谷胱甘肽的含量，并在24 h后降低創傷組織中丙二醛和乳酸的含量，該研究還發現牛磺酸有利于減少腦外傷引起的損傷，從而揭示出其潛在的臨床意義[15]。

研究牛磺酸抑制新生豚鼠的聽覺系統神經毒素產生的試驗結果發現，適量的牛磺酸可以有效地抑制聽覺系統中因膽紅素誘導的神經損傷，該發現可能有助于將牛磺酸作為一種廣譜劑用于預防和治療新生兒的聽力損失癥狀[16]。

3.5對視神經的作用

牛磺酸約占視網膜中氨基酸總量的50%，這種特殊的氨基酸是影響光感受器發育的重要營養因子。缺乏牛磺酸會引起光感受器的退化，使光傳導功能受到抑制。雖然牛磺酸是中樞神經系統和視網膜中最豐富的自由氨基酸，但其作為視網膜發育必需的氨基酸，在視網膜的神經傳遞和調制中的具體機制作用還不是很清楚。目前，對缺乏牛磺酸導致嚴重的視網膜損傷有兩種解釋：牛磺酸是視網膜中主要的滲透壓調控成分，缺乏時會導致其退化；牛磺酸參與了維生素A類在光感受器和色素上皮間的運轉，這一作用是通過水溶性牛磺酸進行的。

視網膜光化學損傷是在一定環境下持續強光照射導致的，早期表現為視網膜功能下降，接著內層神經元變性壞死，最后視功能嚴重減退。牛磺酸作為重要神經遞質存在于感光細胞內，參與視網膜細胞的生長發育，對維持正常視網膜功能起到重要作用。Jiang等研究了牛磺酸在視網膜神經節細胞的反應及其對神經節細胞的突觸前神經元之間的突觸傳遞的效果，結果發現，微摩爾濃度的牛磺酸可以有效地抑制突觸前神經元的自發囊泡釋放，但對光誘發的神經節細胞的突觸信號的作用十分有限[17]。

研究發現，缺乏牛磺酸不僅會導致光感受器變性，也會導致視網膜神經節細胞的損失。錐感光細胞和視網膜神經節細胞出現在對牛磺酸缺乏最敏感的細胞中，這些結果可以解釋牛磺酸在視網膜退行性病癥的治療機制[18]。

四氧嘧啶誘導的糖尿病不僅會造成高血糖，還會導致遠視屈光度的變化，而這些都與白內障的形成和晶狀體的損害有關。研究發現，補充牛磺酸會降低由高血糖引起的病變的發生率。牛磺酸對四氧嘧啶誘導的家兔糖尿病性白內障和折射變化具有強有力的保護作用[19]。

3.6對肝膽系統的作用

影響醇氧化能力的主要器官是肝，這也是合成牛磺酸的主要器官。有試驗對雄性昆明小鼠給予60%的酒精灌胃來研究牛磺酸對急性酒精攝入后酒精代謝的效果，結果發現，牛磺酸可以增加肝臟中乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶含量，從而顯著降低血液中酒精含量（P<0.05）[20]。

暴發性肝衰竭是一種肝臟綜合征，在中醫臨床試驗中具有較高的發病率和死亡率。研究牛磺酸對D-氨基半乳糖引起的肝功能衰竭即暴發性肝功能衰竭的大鼠的影響結果表明，牛磺酸能顯著改善大鼠的線粒體功能（P<0.05）[21]。這說明牛磺酸對線粒體誘發的暴發性肝衰竭具有明顯的保護作用。

3.7抗氧化作用

調節機體氧化應激是牛磺酸另一個重要的生理功能。牛磺酸的抗氧化試驗表明，牛磺酸通過調節線粒體蛋白質的合成，提高線粒體內電子傳遞鏈的活動，從而達到抗氧化和保護線粒體的作用[22]。Yang等研究了牛磺酸對大鼠心肌抗氧化能力的影響，結果表明，牛磺酸添加量為100、200 mg·kg-1可以顯著降低cAMP和cGMP的水平（P< 0.05），牛磺酸的添加可以顯著提高血清超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽（GSH）和總抗氧能力（T-AOC）水平（P< 0.05），并且降低丙二醛（MDA）水平，顯著提高心肌的抗氧化能力（P<0.05）[1]。

3.8對心血管系統的作用

預防動脈血栓性疾病在科學水平發達的國家已經有了較多的研究成果。Ijiri等研究發現，牛磺酸可以增強內源性溶栓活性，這將為研究牛磺酸對心臟保護和抗血栓作用機制提供理論基礎[23]。Beyranvand等研究表明，給心臟功能為2或3級的心力衰竭且正在接受藥物治療的病人3次·d-1補充牛磺酸500 mg，其運動時間、代謝當量和運動距離都有所提高[24]。

在牛磺酸缺乏與心肌病的研究中發現，在心臟衰竭的病例中存在牛磺酸缺乏，結果表明，缺乏牛磺酸會降低心室壁厚度，且心臟會出現異常的收縮和舒張。還有研究還表明，牛磺酸缺乏會促進心臟結構和功能的改變[25]。

3.9其他

骨骼肌中包含的牛磺酸被認為是影響骨骼肌分化和生長的重要因素之一。研究表明，作為一種必需氨基酸，外源性牛磺酸對小鼠骨骼肌生長成熟分化過程發揮著關鍵性作用，此外，牛磺酸也有助于肌肉受損后的恢復[26]。牛磺酸具有特定的生理功能，如抗炎和抗氧化應激作用。有試驗用牛磺酸治療人體延遲性肌肉酸痛和肌肉損害，結果表明，牛磺酸可有效減輕延遲性肌肉酸痛和因高強度運動引起的肌肉損害[27]。

研究發現，魚類飼料中添加牛磺酸雖不能提高草魚的生長性能，但可以增加草魚的腸系膜脂肪指數，這表明牛磺酸可以影響魚類的脂質代謝，這項研究還顯示牛磺酸可以提高草魚的缺氧耐受性[28]。此外，牛磺酸對腎功能不全也有較為顯著的作用。Han等研究了牛磺酸在腎疾病中的作用，結果表明，牛磺酸在高血壓和特定的蛋白尿、腎小球和腎小管疾病、急性和慢性腎功能疾病（包括感染和腎結石）以及糖尿病腎病等方面都有顯著的療效（P<0.05），需進一步研究牛磺酸在慢性腎臟病和腎移植方面的生理功能[29]。

4　牛磺酸的安全性

牛磺酸是哺乳動物組織中最豐富的游離氨基酸之一，已被用于各種各樣的健康功能性食品。到目前為止，一直鮮有牛磺酸引起過敏反應的報告。有報道指出，一位33歲的女性患者飲用含牛磺酸的飲料后反復出現全身瘙癢、蕁麻疹、呼吸困難和頭暈等癥狀，該病人對含牛磺酸的飲料口服的皮膚點刺測試和嗜堿性粒細胞活化試驗結果呈陽性[30]。

5　小　結

牛磺酸具有獨特的生物藥理作用，所以含有牛磺酸的藥物諸如牛黃、珍珠、蛇膽、冬蟲夏草等都價格不菲。此外，常用的抗癌性藥物中大多數含有牛磺酸，這也與其諸多的生物學功能有著密切的關系。此外，牛磺酸在臨床上已被嘗試應用于心血管疾病、高膽固醇血癥、眼部疾病、糖尿病、早老性癡呆、肝病、膽囊纖維化和酗酒等一系列疾病的治療。

在食品領域，牛磺酸的多種營養保健功能已被應用于食品營養強化劑和保健食品領域。隨著生活水平和健康知識的提高，牛磺酸作為營養保健品和強化食品添加劑將逐步被食品生產企業和消費者認識和接受。對牛磺酸的生理作用及其作用機制的深入探討，目前較多的仍是基礎試驗研究，所以應加強其臨床中應用的研究，開辟其廣泛的應用前景。

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Research Progress of Taurine

GU Qingnan1, LI Lvmu2*, XU Xiang2, ZHANG Minyang2
（1.School of Tea and Food Science and Technology , Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 2. School of Animal Science and Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China）

Abstract:Taurine is a free amino acid, because of its special physiological functions with a wide range of bio?logical effects on animal. This paper reviewed the research progress on the mechanism and physiological function of taurine, and briefly described the application prospect of taurine.

Key words:taurine; biological effect; mechanism; prospect

*通訊作者：研究員，博士生導師

作者簡介：顧慶南（1989-），男，安徽長豐人，碩士研究生，研究方向為食品科學。

收稿日期：2015-03-16

中圖分類號：R965

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）05-0014-05