維生素C研究進展及其在寵物臨床中的應用

翟衛民

（上海晶明寵物醫院，上海 200331）

1 維生素C的理化性質

維生素C可治療維生素C缺乏病，又稱為抗壞血酸[1-3]。提純的維生素C為無臭、味酸的白色結晶或結晶性粉末，久儲易變色為微黃。維生素C微溶于乙醇，不溶于有機溶劑，易溶于水，呈酸性。密度為1.694 g/cm3，熔點為190～192℃，沸點為553℃。天然的維生素C廣泛存在于酸棗、橘子、檸檬等水果和番茄、馬鈴薯、卷心菜等蔬菜中，是動物機體必需的微量有機物質之一，在調節機體代謝過程中發揮重要作用。大多數哺乳動物乃至大多數脊椎動物均可以D-葡萄糖為原料，在肝臟中自行合成維生素C。但靈長類動物、飛行類哺乳動物、鳥類、魚類以及豚鼠因缺乏L-古洛糖酸內脂氧化酶（L-gulono-g-lactone oxidase，GULO）而失去此功能，必須從外界獲取維生素C。但因自體合成數量及腸道吸收量的限制，所有動物均有可能出現維生素C缺乏的情況。

維生素C在動物體內主要以還原型維生素C，即L-抗壞血酸（L-ascorbic acid，ASC）和氧化型維生素C，即L-脫氫抗壞血酸（L-dehydroascorbic acid，DHA）等兩種形式存在，且ASC占大多數。動物機體內很多細胞均易將DHA轉化成ASC，故以二者總和計算維生素C的含量。維生素C的跨膜轉運方式可分為自由擴散、協助擴散、主動運輸[4-7]。胃和小腸部位的非電離型維生素C可通過自由擴散方式跨膜運輸，但對于疏水性極差的ASC、DHA效率極低，DHA可依賴葡萄糖轉運蛋白（glucose transporters，GLUTs）協助擴散。

GLUT包括5個蛋白亞型，廣泛分布于多種組織細胞中。其中，紅細胞可利用GLUT，依靠內外化學電動勢獲取DHA并立即還原為ASC，雖然維持了DHA的血漿濃度優勢，但也受到血漿濃度的限制。其他組織細胞則可依賴鈉離子依賴型維生素C轉運蛋白（sodium-dependent vitamin C transporters，SVCTs）獲得逆濃度梯度的維生素C，通過主動運輸方式運輸ASC，其中起到主要作用的是SVCT1和SVCT2。

SVCT1主要分布于小腸、腎臟上皮細胞中，SVCT2則廣泛分布于機體各類組織中，其中，胎盤、神經元中尤其多。SVCT1主要負責胃腸對維生素C的吸收和腎臟對維生素C的重吸收，而SVCT2則主要負責維生素C的分配和運輸。由此可知，受制于SVCT的能力，即使大劑量口服維生素C，血漿中維生素C的濃度也存在上限，而機體維生素C的消耗受意外條件的影響而增加，使靜脈注射大劑量維生素C提高疾病治愈率成為可能。

2 維生素C的作用

2.1 抗氧化

維生素C的大部分生物學功能由其獨特的結構決定。維生素C分子式為C6H8O6，內酯環結構上存在兩個活躍的羥基，極易發生電離（pKa分別為11.6、4.2），生成ASC和DHA，而DHA可在一系列酶促反應中被還原為ASC。因此，ASC成為了天然抗氧化劑，上述反應中還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）依賴DHA還原酶介導的反應最具有代表性。

線粒體氧化磷酸化過程及細菌、病毒誘導炎癥反應過程中均可產生大量活性氧自由基。許多蛋白質和酶需要巰基（—SH）才能夠發揮生理功能，但巰基易受到氧化自由基的氧化，若無法盡快清除活性氧自由基即能發生DNA氧化、脂質過氧化反應、氨基酸氧化等。保護紅細胞膜上的巰基可防止溶血、保護血紅蛋白防止其氧化成高鐵血紅蛋白等[8-10]。另外，維生素C能夠與維生素E協同作用[11]，及時清除疏水區間氧化自由基；通過還原反應介導電子轉移，還能夠有效維持氧化還原環境的平衡，對維持細胞完整性及細胞正常的生理活動非常重要。

2.2 膠原蛋白合成

膠原蛋白（collagen）主要存在于皮膚、骨骼、內臟等各部位，可維持皮膚及其他器官的形態。為促進膠原蛋白分子交聯、保證組織結構的完整，需要膠原蛋白脯氨酸-4-羥化酶（collagen-4-hydroxylase，C-P4H）。C-P4H是亞鐵離子和2-氧戊二酸鹽依賴型雙加氧酶，催化膠原蛋白脯氨酸殘基發生羥基化反應，生成（2S,4S）-4-羥脯氨酸。而維生素C正是C-P4H發揮酶活性的輔助因子。

除了C-P4H，如此家族中多巴胺β-羥化酶（dopamine beta-hydroxylase，D-βH）可催化多巴胺生成去甲腎上腺素，γ-丁內胺雙加氧酶（γ-butyrobetaine dioxygenase，GBBH）可催化肉毒堿合成，肽酰甘氨酸加氧酶（peptidylglycineα-hydroxylating monooxygenase，PHM）可催化部分激素前體蛋的酰胺化反應等。一旦缺乏維生素C，大量的Fe2+被氧化為Fe3+，C-P4H很快失去酶活性，嚴重影響膠原蛋白上脯氨酸殘基羥基化，引發維生素C缺乏病。特定部位毛細血管破損無法及時修復，引發瘀血、傷口愈合延遲、關節痛、紫癜等，嚴重者可引起死亡[12-15]。若重新添加維生素C，大量Fe3+被還原成Fe2+，C-P4H酶活性可完全恢復。此外，維生素C還可促進Fe3＋向Fe2＋轉化，還能夠增加機體對鐵元素的吸收，促進細胞內鐵蛋白表達。

2.3 延緩細胞衰老和凋亡

維生素C能夠通過對5-甲基嘧啶修飾酶1，JumonjiC結構域的組蛋白去甲基化酶的調節，參與對染色質結構的重塑和對效應基因表達的調控。維生素C能夠通過增強HIF-PHs的活性，誘導HIF-2α降解，促進前體iPSCs成熟，抑制重編程過程中p53基因的表達。維生素C還能夠調控蛋白ALKBHs，ALKBHs不僅能夠除去組蛋白H2A上的甲基化修飾，還可與核心多能因子相互作用，共同調控胚胎干細胞特異性miRNA的表達。上述反應不僅能夠延緩細胞的衰老和凋亡，還可對部分組織的修復起到促進作用。

2.4 抗癌抗腫瘤

20世紀70年代起，人們開始維生素C抗腫瘤抗癌癥方面的研究。經過多次臨床試驗及動物試驗，逐步揭開維生素C抗癌、抗腫瘤的秘密。

基因組異常高甲基化是引發細胞癌變的重要原因，DNA基因啟動區CpG島中的高甲基化可抑制抑癌基因的表達。大部分成因是DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）功能亢進和TET家族蛋白的功能缺失，而維生素C能夠提升TET家族中絕大部分酶活性，相應減少甚至避免了DNA高甲基化，促進抑制腫瘤基因的表達[16-17]，促進干細胞分化，增強DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi)誘導的免疫信息。

HIF-1α是轉錄因子，癌癥細胞中HIF-1α會表現出更高的表達水平，可調控數百個惡性腫瘤相關的基因轉錄，通過上調細胞糖酵解、紅細胞生成、細胞存活通路、血管生成及組織重塑等使細胞適應快速生長而引起的缺氧及代謝應激，其中包括決定腫瘤血管生成的血管內皮生長因子。維生素C不僅能夠調控HIF-1α羥基化修飾，還可作為Fe2+/α-KGDDs的輔助因子增強HIF羥化酶的功能，抑制HIF-1α的轉錄并阻斷其下游通路，促進其蛋白降解。

在維生素C不同活性形式相互轉化過程中，當脫氫抗壞血酸濃度達到100 nmol/L以上時，即可生成H2O2；H2O2進入細胞內部，首先可造成DNA損傷，為修復損傷會消耗大量能量（ATP）。腫瘤細胞能夠表現出特有的瓦博各效應（Warburg effect），即糖酵解反應活躍，葡萄糖消耗量大，乳酸含量高，能量代產生效率低。維生素C進入腫瘤細胞內可迅速還原為維生素C原型，進一步升高ROS水平，產生類似H2O2的影響，導致細胞能量耗竭，線粒體損傷，進而使細胞凋亡。有研究表明，維生素C對正常細胞的殺傷作用（EC50）大于20 mmol/L，而對癌癥細胞的EC50小于4 mmol/L[13]。

2.5 調控細胞信號通路

人們對維生素C的傳統研究領域集中于其氧化還原性及輔助因子輔酶，而作為調控細胞信號通路因子的相關研究是近二十年來新興和活躍的領域。

有研究發現，維生素C能夠通過降低ROS的水平抑制P38MAPK的活性，抑制P53引發的細胞衰老，還能夠通過激活ERK信號通路，促進損傷組織內皮細胞的再生及成熟[2]。維生素C可通過抑制NFkβ的信號激活參與炎癥發生、腫瘤形成、細胞凋亡等生物學過程。有研究表明，維生素C可通過激活MEK-ERK1/2通路促進心肌細胞的增殖,能夠通過抑制部分腺苷酸環化酶降低細胞中cAMP的積累，抑制前體脂肪細胞的成熟和分化[2]。

2.6 膽固醇代謝

膽固醇不僅可作為細胞膜及血漿脂蛋白的重要組分，還是許多重要物質的前體，如膽汁酸、腎上腺皮質激素、維生素D、性激素等。膽固醇代謝過程中，維生素C是膽固醇環狀部分羥化的輔酶，側鏈分解即成為膽汁酸；膽固醇合成過程中，維生素C可通過抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（HMG-CoA還原酶）抑制膽固醇的合成[18-20]。因此，維生素C能夠雙向調節膽固醇的代謝與合成。

3 維生素C在寵物臨床診療中的應用

維生素C在寵物臨床診療中的應用多樣。如處理物理性損傷及化學性損傷，此類損傷均為組織結構完整性的破壞，修復需要大量膠原蛋白。包括創傷、角膜損傷、骨折以及中毒引起的肝臟、腎臟損傷等[21-23]。研究表明，維生素C可應用于治療感染引起的疾病，病毒感染如犬瘟熱、貓瘟等；細菌引起的感染包括肺炎、胃腸炎、肝炎、腎炎以及子宮內膜炎引起的子宮蓄膿等[24-26]。維生素C還可參與治療抗癌、抗腫瘤性疾病，如淋巴瘤、乳腺瘤、肥大細胞瘤等。此外，維生素C對洋蔥、辣椒、百合、對乙酰氨基酚等引起的中毒性疾病也具有一定治療效果。

養殖過程中使用維生素C可優化血清指標，增強動物抗氧化能力。生理濃度水平的維生素C具有表觀遺傳學調節作用，但對于疾病治療必須為更高的血清濃度，甚至10倍以上濃度。高濃度無法依靠口服給藥途徑達到，必須通過靜脈給藥[27-30]。有關維生素C的安全性，人民醫院臨床實踐報道最高劑量為3 000～10 000 mg/d，大鼠試驗劑量可達1 000 mg/d，均未見不良反應。大鼠試驗中以劑量為150 mg/d療效較好[31]。

4 結論

維生素C在動物機體中的生化過程和所起的作用仍有待探索和研究。維生素C在涉及炎癥、腫瘤、損傷等疾病的寵物臨床治療中具有廣闊的應用前景。