麥角硫因的營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究概述

周波

（沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110034）

麥角硫因（ergothioneine，EGT）是1909年被發(fā)現(xiàn)，廣泛存在于生物體內(nèi)的一種稀有氨基酸，一個(gè)世紀(jì)以來(lái)對(duì)其研究報(bào)道稀少，直到2005年發(fā)現(xiàn)體內(nèi)EGT轉(zhuǎn)運(yùn)體（ergothioneine transporter，ETT）（基因編碼：SLC22A4）后對(duì)EGT的研究迅速增長(zhǎng)［1］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，EGT作為天然膳食抗氧化劑和抗炎活性的氨基酸具有延緩衰老和預(yù)防阿爾茨海默病、心血管疾病等的作用，甚至被認(rèn)為是一種“長(zhǎng)壽維生素”［2］。本文對(duì)EGT的營(yíng)養(yǎng)學(xué)相關(guān)研究進(jìn)行綜述，為后續(xù)EGT在營(yíng)養(yǎng)學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的深入研究提供參考。

1 EGT的理化性質(zhì)

EGT是一種手性氨基酸，化學(xué)名稱為2-巰基組氨酸三甲基內(nèi)鹽，分子式為C9H16N3O2S，相對(duì)分子質(zhì)量為229.3，純品為無(wú)色無(wú)味晶體，275～276℃分解，易溶于水（25℃溶解度為0.9 mol／L）、甲醇和乙醇，在中性和堿性環(huán)境中穩(wěn)定，在溶液中，以硫醇-硫酮互變異構(gòu)體的形式存在（圖1），生理pH值下以硫酮為主要存在形式［3-4］。

圖1 EGT的硫醇（A）和硫酮（B）的互變異構(gòu)體［4］

2 EGT的吸收與代謝

至今尚未發(fā)現(xiàn)EGT能在人體內(nèi)合成，必需由膳食提供。膳食來(lái)源的EGT在腸道中被特異性轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取，轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)體的細(xì)胞和組織中累積。目前發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)載體 22A （solute carrier 22A，SLC22A）家族成員4（SLC22A4）［5］和成員15（SLC22A15）［6］調(diào)控的膜蛋白具有轉(zhuǎn)運(yùn)EGT的功能。

ETT，原名為有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)體（Recombi?nant Organic Cation／Ergothioneine Transporter，OCTN1，由于前期多數(shù)文獻(xiàn)使用的是OCTN1，本文仍沿用OCTN1）于2005年被發(fā)現(xiàn)，對(duì)EGT有高度特異性［5］。在SLC22A4基因敲除的小鼠細(xì)胞和組織中EGT缺乏［7］。觀察人和大鼠細(xì)胞SLC22A4正常表達(dá)和過(guò)度表達(dá)時(shí)均顯示對(duì)EGT具有特異性轉(zhuǎn)運(yùn)功能［8-9］。機(jī)體幾乎所有的組織中均存在OCTN1，OCTN1集中在細(xì)胞線粒體中，組織中EGT的水平與OCTN1的表達(dá)量有關(guān)，OCTN1表達(dá)量高的組織EGT水平高［10］。SLC22A4單核苷酸多態(tài)性影響EGT轉(zhuǎn)運(yùn)和累積能力［10］，亞洲人群中SLC22A4有24種基因變異，其中編碼外顯子中有16個(gè)（10個(gè)非同義和6個(gè)非同義變體），內(nèi)含子中有8個(gè)［11］。

SLC22A15是2020年新發(fā)現(xiàn)其能將EGT轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中，轉(zhuǎn)運(yùn)效率低于OCTN1。SLC22A15在腸道中表達(dá)量很低，在大腦中的表達(dá)量很高，甚至高于OCTN1。OCTN1基因敲除小鼠口服EGT后血液和組織中EGT水平?jīng)]有升高，但靜脈注射EGT后，大腦中EGT的水平與野生型小鼠大腦中的EGT水平相近，提示SLC22A15可能沒(méi)有參與膳食EGT的吸收，但對(duì)大腦吸收和沉積EGT起重要作用［6］。SLC22A15在EGT轉(zhuǎn)運(yùn)功能的作用需要進(jìn)一步研究。

EGT在機(jī)體內(nèi)具有高積累、緩慢代謝和生物利用率高的特點(diǎn)。代謝實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大鼠體內(nèi)EGT的累積率達(dá)90%［12］，幾乎所有的組織均可吸收貯存EGT，研究發(fā)現(xiàn)EGT在紅細(xì)胞、骨髓、肝臟、腎臟、精囊和眼睛的晶狀體中含量豐富［13-14］。EGT能通過(guò)血腦屏障和胎盤屏障［13］，人母乳中也檢測(cè)出EGT（范圍在5～150 nmol／L）［14-15］，人血清中EGT水平為0.26～5.06μmol／L，其濃度受飲食、饑餓、年齡及氧化應(yīng)激狀態(tài)等因素影響［16］。小鼠膳食補(bǔ)充EGT 1 h后紅細(xì)胞中即可檢出，7 d時(shí)達(dá)到峰值［13］。禁食1周的大鼠其血液和肝臟中EGT水平?jīng)]有明顯下降［12］。肝臟是EGT代謝的主要場(chǎng)所，其主要代謝產(chǎn)物是組氨酸三甲基內(nèi)鹽及少量的S-甲基EGT［14］。EGT的這種高累積和緩慢代謝的特征歸因于腎臟重吸收和EGT的低尿排泄。

3 EGT的生物學(xué)作用

一項(xiàng)對(duì)沙特阿拉伯健康男性的研究發(fā)現(xiàn)，EGT的血液水平從嬰兒到青少年持續(xù)增加，成年初期達(dá)到峰值，隨后緩慢下降，表明EGT在人體生長(zhǎng)發(fā)育和維持健康方面可能具有重要作用［17］。有學(xué)者提出將EGT命名為維生素［2］。但目前關(guān)于EGT的所有資料尚不符合營(yíng)養(yǎng)學(xué)對(duì)維生素的定義。經(jīng)典營(yíng)養(yǎng)學(xué)認(rèn)為作為維生素如飲食中不足可在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致特異性疾病癥狀，而EGT僅在體內(nèi)長(zhǎng)期不足時(shí)可能影響機(jī)體健康，短期缺乏未見特征性缺乏癥狀。因此，目前仍將EGT作為一種食物中的生物活性成分，其具有較多的生物活性作用。

3.1 抗氧化作用 大量研究表明EGT具有較強(qiáng)的抗氧化能力。EGT是單線態(tài)氧、超氧離子、過(guò)氧化氫、脂質(zhì)過(guò)氧化物、一氧化氮衍生物和羥基自由基的高效清除劑，其體內(nèi)抗氧化作用機(jī)制尚未完全闡明［18］。EGT螯合各種二價(jià)金屬陽(yáng)離子例如Cu2+、Hg2+、Zn2+、Cd2+、Fe2+、Co2+、Ni2+等形成無(wú)氧化還原活性的絡(luò)合物，阻止這些金屬離子參與活性氧的產(chǎn)生［19］。EGT可調(diào)節(jié)抗氧化酶體系，激活抗氧化酶，如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶，維持還原型谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽比例，抑制超級(jí)氧化激酶［19］。EGT還能對(duì)抗過(guò)氧化氫與血紅蛋白和肌紅蛋白相互作用時(shí)產(chǎn)生的活性氧［4］。

值得注意的是，EGT可能是條件性抗氧化劑。在正常生理?xiàng)l件下，EGT主要以硫酮互變異構(gòu)體的形式存在，這一獨(dú)特特性使其在機(jī)體健康環(huán)境下，EGT不會(huì)優(yōu)先于還原型谷胱甘肽發(fā)揮抗氧化作用，而在組織損傷或疾病加重引起的氧化應(yīng)激狀態(tài)，谷胱甘肽失調(diào)時(shí)發(fā)揮很強(qiáng)的抗氧化作用［20］。健康成年人補(bǔ)充EGT后氧化損傷和炎癥指標(biāo)變化與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［14］。缺乏EGT的細(xì)胞更容易受到氧化應(yīng)激，導(dǎo)致線粒體DNA損傷、蛋白質(zhì)氧化和脂質(zhì)過(guò)氧化增加［21］。

3.2 抗炎作用 EGT具有抗炎特性及其調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子的潛力。EGT可劑量依賴性地抑制促炎細(xì)胞因子IL-6和IL-8的合成，并通過(guò)抑制促凋亡因子Bax和caspase-3表達(dá)來(lái)防止細(xì)胞死亡［22］。EGT通過(guò)降低血清IL-1β和TNF-α水平，顯著降低肺和腸缺血再灌注損傷［23-24］。

3.3 拮抗神經(jīng)損傷作用 體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均顯示EGT對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、維持和拮抗損傷具有一定作用。EGT能促進(jìn)神經(jīng)元干細(xì)胞分化［25］，抑制β-淀粉樣蛋白積累或D-半乳糖所致腦損傷［26-27］，減緩神經(jīng)細(xì)胞線粒體功能障礙［28］，保護(hù)神經(jīng)元損傷［29］。EGT在大腦中累積有助于減少氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥，從而可能減少神經(jīng)系統(tǒng)疾病的體征或癥狀。中度認(rèn)知障礙、阿爾茨海默病和帕金森病患者血漿EGT水平明顯低于同齡對(duì)照者［30-31］。老年人蘑菇消費(fèi)量與認(rèn)知障礙和阿爾茨海默病發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)［32-33］。進(jìn)食富含EGT的蘑菇2周可顯著改善小鼠抑郁癥狀［34］。

3.4 保護(hù)心血管作用 EGT通過(guò)其抗氧化、抗炎特性對(duì)心血管疾病發(fā)揮防治作用。細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，EGT保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞免受百草枯、過(guò)氧化氫、高糖或7-酮基膽固醇暴露所致的氧化損傷和細(xì)胞死亡，能顯著抑制炎癥細(xì)胞黏附分子VCAM-1、ICAM-1或E-選擇素及IL-6、IL-8、TNF-α等促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生及單核細(xì)胞結(jié)合［35-36］。富含EGT的蘑菇膳食可有效預(yù)防高脂膳食所致的小鼠動(dòng)脈粥樣硬化［37］。對(duì)瑞典3 236名成年男女跟蹤21.4年的研究結(jié)果顯示，在觀察的112個(gè)血液代謝指標(biāo)中，血漿EGT水平與心血管疾病死亡率和總死亡率呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)［38］。

3.5 促進(jìn)生殖健康作用 EGT轉(zhuǎn)運(yùn)體OCTN1在睪丸和精囊中表達(dá)［7］，在動(dòng)物的精液中EGT含量較高，雖然精液中EGT的水平變化較大，但其水平顯著高于谷胱甘肽和半胱氨酸［39］。活性氧是維持氧化還原狀態(tài)微環(huán)境的關(guān)鍵因子，在精子功能和受精過(guò)程中起重要作用［40］。EGT可能是維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的理想藥物，因?yàn)樗桓蓴_活性氧的關(guān)鍵作用，但在過(guò)度氧化應(yīng)激時(shí)被激活發(fā)揮抗氧化作用。大鼠實(shí)驗(yàn)研究顯示，使用抗癌藥物順鉑前14 d開始口服EGT，可消除順鉑引起的精子數(shù)量減少、活動(dòng)度降低、畸形率增加、睪丸損傷和睪丸間質(zhì)細(xì)胞功能障礙等不良副作用。同時(shí)也觀察到EGT能增加非順鉑治療組精子數(shù)量和活動(dòng)度、減少精子畸形［41］。因此，EGT可能具有促進(jìn)生殖健康的作用。

3.6 預(yù)防眼部疾病作用 對(duì)牛和豬的研究顯示，晶狀體、視網(wǎng)膜、角膜和視網(wǎng)膜色素上皮等眼部組織中EGT含量較高，而且在牛的角膜中，EGT濃度比谷胱甘肽高14倍，表明EGT是該組織中的主要抗氧化劑［42］。人的眼淚和房水中均檢測(cè)出EGT［15］。EGT有助于保護(hù)眼睛免受氧化損傷，而較低的EGT水平可能導(dǎo)致眼部疾病。研究發(fā)現(xiàn)白內(nèi)障患者角膜和晶狀體中EGT含量低，并隨病情加重持續(xù)降低［43］。

3.7 其他作用 除以上生物學(xué)作用外，近期研究發(fā)現(xiàn)EGT可能在防治腫瘤、糖尿病等疾病中發(fā)揮作用［1］，尤其是在延緩衰老中可能起重要作用［2］。

4 EGT的來(lái)源

4.1 EGT的食物來(lái)源 EGT僅由食用菌、藍(lán)藻類細(xì)菌、分枝桿菌和非酵母類真菌這些微生物合成，其他物種不能合成EGT。植物通過(guò)共生固氮體系和土壤真菌吸收EGT，人類和其他哺乳動(dòng)物則僅能通過(guò)飲食攝入EGT并在體內(nèi)累積［44］。EGT廣泛存在于各種食物中，但多數(shù)食物中含量甚微，含量最高的食物為食用菌，其次為紅菜豆、動(dòng)物肝臟、大蒜等［45］。食用菌是人類EGT最好的飲食來(lái)源，但各地產(chǎn)的食用菌中EGT含量差異較大。常見食品中EGT的含量見表1。

表1 常見食品中EGT的含量

4.2 EGT營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品 美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局于2017年允許在谷類食品、不含酒精的飲料、牛奶、新鮮乳制品和巧克力等食品中添加EGT，添加量為5 mg／份。歐洲食品安全局于2017年也將EGT批準(zhǔn)為食品添加劑，并可以加入嬰幼兒、孕婦和乳母的食品中［50］。

5 EGT的安全性和膳食攝入量

食品安全毒理學(xué)評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示EGT沒(méi)有毒性作用［50］。成人每天口服EGT 25 mg，連續(xù)7 d，其后持續(xù)觀察28 d，受試者的肝腎功能和脂質(zhì)代謝均未見異常［14］。2017年，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局評(píng)估食品添加劑EGT歸類為GRAS（general recognized as safe），根據(jù)WHO／FAO食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)建議的食品添加劑管理分類，GRAS物質(zhì)可以按正常需要使用，不需建立人體每日容許攝入量（ADI）。

人群膳食EGT攝入量的研究報(bào)道稀少，Alejandra等［51］分別用歐洲各國(guó)、美國(guó)的膳食調(diào)查、食品消費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)等資料，以同一個(gè)EGT含量食物成分表［45］估算了EGT的膳食攝入量，結(jié)果顯示食用菌是膳食麥角硫因的主要來(lái)源，占比達(dá)95%，各國(guó)成年人麥角硫因平均攝入量（以體重68 kg計(jì)算）分別為美國(guó)1.1 mg／d，芬蘭1.1 mg／d，法國(guó)2.2 mg／d，愛(ài)爾蘭3.6 mg／d，意大利4.6 mg／d。

6 需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題

6.1 EGT生理功能 雖然近年來(lái)對(duì)EGT的研究仍以體外研究為主，大量研究證明EGT在體外具有多種抗氧化和細(xì)胞保護(hù)作用，但其作用的分子機(jī)制尚不清楚。由于體外研究中采用的條件和體內(nèi)不同，體外研究結(jié)果不能完全應(yīng)用于體內(nèi)。因此，需要大量的體內(nèi)研究，尤其是人群研究和臨床試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證EGT對(duì)機(jī)體健康的作用。

6.2 EGT來(lái)源 人體腸道菌群可以合成某些維生素和氨基酸，是否能合成EGT？羅伊氏乳桿菌是一種腸道益生菌，可在體外產(chǎn)生EGT［52］。大腸埃希菌自然情況下不能合成EGT，經(jīng)egtBD基因轉(zhuǎn)化后在體外能夠產(chǎn)生EGT，放線桿菌和變形桿菌存在于正常的腸道菌群，而且有些菌體中有egtBD基因［53］。體內(nèi)腸道菌群中的這些菌是否能產(chǎn)生EGT需要深入研究。

6.3 膳食參考攝入量 EGT作為食品中的生物活性成分，尚未確定膳食特定建議值，急需進(jìn)行各類人群膳食攝入量調(diào)查，研究膳食攝入量與維持機(jī)體健康和預(yù)防疾病的關(guān)系。