α-酮戊二酸對肌肉蛋白質合成的影響

邢孔萍，倪冬姣

（播恩集團技術中心，廣東廣州510000）

α-酮戊二酸（α-KG）是一種中間代謝物，主要參與三羧酸循環和氨基酸的轉氨作用，還是谷氨酸和谷氨酰胺的關鍵中間產物（Boutry等，2011）。有研究表明，α-酮戊二酸不僅在糖代謝過程中起到關鍵作用，在蛋白質代謝過程中也發揮著重要作用（Kritensen等，2011）。骨骼肌組織及肌肉蛋白質作為機體的重要組成部分，在機體的整體代謝中發揮著關鍵的作用，骨骼肌的量關系著動物的健康生長，其也是骨骼肌蛋白質合成和降解之間平衡的結果（Bonaldo等，2013）。目前，大量研究表明，營養素（氨基酸和葡萄糖等）（Wang等，2012；Mithal等，2012）、激素（IGF-I、胰島素和生長激素等）（Zanou等，2013）、運動及年齡（Attaix等，2005）等都是影響骨骼肌肥大和骨骼肌蛋白質合成的重要因素。影響肌肉蛋白質合成的分子機制主要與mTOR、Akt及AMPK等信號通路的激活有關（Schiaffino等，2011）。

1 α-酮戊二酸的生理功能及其代謝特點

α-KG的化學名稱為2-氧代-1，5酮戊二酸，分子式C5H6O5，其是生物體內谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸等氨基酸的生物合成前體物質（Wu等，2007）。可由谷氨酰胺在激活態谷氨酰胺酶、谷氨酸轉氨酶和谷氨酸脫氫酶的作用下生成。

1.1 維持碳氮平衡及蛋白質合成 在低蛋白條件下，α-KG的積累可以明顯抑制糖酵解途徑中第一步酶的作用，從而抑制葡萄糖的吸收達到調控碳氮平衡的作用。有研究表明，α-KG可改善手術后的負氮平衡，增加肌肉蛋白質的合成（Wu等，2009）。在大鼠的無氮日糧中分別添加3 g/kg和6 g/kg的α-KG，飼喂14 d，均能減少尿氮的損失，且在6 g/kg組，大鼠血漿中必需氨基酸顯著降低。以上研究說明α-KG在維持碳氮平衡及蛋白質的合成中起到重要的作用。

1.2 維持小腸的完整性、修復受損腸黏膜和增強腸道免疫系統功能 Hou等（2010）研究表明，α-KG對小腸的生長和完整性有著很好的保護作用。日糧中添加1%的α-KG對內毒素誘導的豬具有改善小腸黏膜損傷和增加小腸吸收的功能。有研究發現，α-KG結合中草藥可增加小腸上皮淋巴集結面積和腸道IgA的分泌，能夠快速而有效的改善腸道的生長和發育及黏膜免疫功能。

1.3 抗氧化作用 劉堅等（2010）研究表明，日糧中添加α-KG可提高斷奶仔豬血漿中SOD活性，降低MDA含量，說明日糧中添加α-KG可提高機體清除自由基的能力，從而改善仔豬機體抗氧化的能力。

2 α-酮戊二酸對骨骼肌蛋白質合成的影響

王蕾等（2010）研究表明，對斷奶仔豬腹腔注射LPS的同時，在日糧中添加1%α-KG，結果發現1%α-KG組可顯著緩解LPS處理導致的仔豬腓腸肌mTOR和p70S6K的磷酸化，緩解LPS帶來的肌肉蛋白質降解速率。Blomqvist等（1995）研究表明，α-KG可促進髖關節手術后的蛋白質合成。余親平等（2010）研究表明，日糧中添加0.7%α-KG可顯著提高肉仔雞的生長性能，促進其蛋白質合成速率。位瑩瑩等（2013）研究表明，飼料中添加適量的α-KG可以顯著提高松浦鏡鯉魚的生長性能及飼料蛋白質利用效率，降低血清尿酸，促進蛋白質代謝和脂肪代謝。通過給小鼠尾靜脈注射α-KG，可顯著激活S6和4E-BP1的磷酸化，并能夠促進MHCII的表達。

3 α-KG參與蛋白質合成的信號通路

3.1 α-KG介導氨基酸激活mTOR促進蛋白質的合成 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）可形成兩個功能和結構不同的復合物，即mTORC1和mTORC2。mTORC1主要調控由氨基酸、細胞內能量及生長因子帶來的蛋白質合成、核酸的生物合成、營養物質的吸收及細胞的自噬等（Goodman等，2011）。α-KG除了作為谷氨酸和谷氨酰胺的代謝產物，也可以介導機體內氨基酸的代謝調控mTOR，達到促進蛋白質合成的目的。Yao等（2012）研究發現，在培養基中分別添加0.5 mM和2 mM的α-酮戊二酸均可抑制小腸上皮細胞谷氨酰胺的分解，促進mTOR、p70S6K和4E-BP1的磷酸化，促進小腸上皮細胞的蛋白質合成，抑制蛋白質的降解。Duran等（2013）研究表明，氨基酸對mTOR的激活，需要α-KG的介導。

研究發現，細胞內的谷氨酸和谷氨酰胺分解產生α-KG后可激活Rag-mTORC1信號通路，并且氨基酸尤其是亮氨酸對mTOR的激活需要谷氨酰胺的分解才能實現，當干擾掉谷氨酰胺酶或者谷氨酸酶后，即使有亮氨酸存在，mTORC1也不能被激活（Duran等，2013）。有研究報道，α-KG具有抑制線蟲TOR的作用（Chin等，2014）。

3.2 α-KG通過G-蛋白偶聯受體（GPR）介導激活細胞內信號 α-KG是一種高親水性分子，并不能很好通過細胞，促進細胞內α-KG水平的增加。MacKenzie等（2007）分別在細胞外直接添加α-KG和可通過細胞膜的α-KG酯，并沒有檢測到細胞內α-KG的水平增加。但是He等（2004）研究表明，在機體內存在α-酮戊二酸受體（GPR99/80）和琥珀酸受體（GPR91）兩種G-蛋白偶聯受體，這兩個受體都可以感受細胞α-酮戊二酸的變化。GPR受體激活后，可使下游Ca離子信號通路開放，進而激活ERK的磷酸化，進一步激活mTOR通路，引起蛋白質的合成增加。Sundstrom等（2013）研究表明，GPR91受體可以通過Gai引起下游PLC的變化，并且Gai2也可以促進骨骼肌的肥大，抑制肌管的萎縮，這主要與下游的GSK抑制及p70S6K激活有關。

4 小結

綜上所述，α-KG在調控肌肉蛋白質合成與降解，肥大與萎縮方面有重要的作用，其在細胞內的作用機制主要與mTOR信號通路的激活有關。但目前研究證實，α-KG并不能穿過細胞膜進入細胞內，其在細胞外如何發揮作用，還有待進一步研究。此外，對于α-KG對豬肌肉蛋白質合成的研究主要集中在LPS應激模型下，而對正常豬的研究鮮見報道。因此，深入研究α-KG對豬肌肉生長發育，蛋白質的沉積及肌肉品質的影響，有助于探討豬提高氮營養素利用率的營養調控措施，對于改善豬肉品質同樣有很重要的意義。