D-核糖的生理功能及其應(yīng)用

袁保輝，丁琪，劉桂芹，王正平

(聊城大學(xué) 生物制藥研究院，山東 聊城 252000)

D-核糖的生理功能及其應(yīng)用

袁保輝Δ，丁琪，劉桂芹，王正平

(聊城大學(xué) 生物制藥研究院，山東 聊城 252000)

D-核糖是一種重要的生理物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于普通食品、保健食品、臨床營養(yǎng)食品、藥品等諸多方面。近年來，隨著發(fā)酵法生產(chǎn)D-核糖工藝的逐漸成熟、生產(chǎn)成本大幅降低，其新功能的發(fā)現(xiàn)，又進(jìn)一步擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。本文即從D-核糖的生理功能、應(yīng)用范圍及安全性三方面作一綜述。

D-核糖；生理功能；安全性

核糖具有手性碳原子特性，有L型和D型2種構(gòu)型。自然界中L型核糖極不穩(wěn)定，核糖主要以 D型形態(tài)存在，即D-核糖。D-核糖是一種具有極強(qiáng)水溶性、有甜味的五碳糖，又名D-呋喃核糖，是存在于所有活細(xì)胞中的天然戊醛糖，以呋喃型廣泛存在。

1958年，Stephen等[1]首次報道了D-核糖對人體的功效研究。20世紀(jì)80年代，John對D-核糖在提高缺血性心臟恢復(fù)泵血速率方面進(jìn)行了報道，開啟了D-核糖在許多組織及生理功能方面的研究。上世紀(jì)90年代，D-核糖在人體營養(yǎng)方面的研究成為全球熱點(diǎn)。雖然D-核糖是細(xì)胞里天然存在的物質(zhì)，但是細(xì)胞沒有儲存D-核糖的功能[1]。如果細(xì)胞沒有足夠的D-核糖供應(yīng)，在缺氧狀態(tài)下，細(xì)胞不能通過重新合成和補(bǔ)救途徑有效合成ATP，因此會導(dǎo)致人或動物出現(xiàn)乏力、心肌細(xì)胞功能下降，進(jìn)而對機(jī)體產(chǎn)生危害。外源D-核糖口服經(jīng)腸吸收或通過靜脈注射進(jìn)入血液，可以被肌體組織高效利用，因此外源D-核糖是機(jī)體補(bǔ)充能量的一種方式 (見圖1)。

D-核糖廣泛應(yīng)用于普通食品、保健食品、臨床營養(yǎng)食品、特殊功能食品、藥品等諸多方面。尤其在醫(yī)藥行業(yè)，核糖不僅是多種藥物的中間體[2]，其本身也具有醫(yī)療作用[3]。近幾年，隨著發(fā)酵法生產(chǎn)D-核糖的工藝逐漸成熟、生產(chǎn)成本降低及新工藝的改進(jìn)[4-5]，其應(yīng)用范圍又有了進(jìn)一步擴(kuò)展。本文旨在從D-核糖的生理功能、應(yīng)用及安全性三方面進(jìn)行闡述。

圖1 外源D-核糖快速啟動ATP的de novo and Salvage過程Fig.1 Exogenous D-ribose promote de rovo and salvage pathways of ATP

1 D-核糖的生理功能

ATP是細(xì)胞的“能量貨幣”。在高強(qiáng)度運(yùn)動或疾病狀態(tài)下，ATP的分解速度會大于合成速度，ATP濃度隨之下降。大部分ATP的降解產(chǎn)物IMP可以通過補(bǔ)救途徑重新合成ATP，小部分IMP會進(jìn)一步降解，以嘌呤形式流失，進(jìn)而導(dǎo)致核苷酸池不斷下降。細(xì)胞可以通過重新和補(bǔ)救合成途徑彌補(bǔ)流失的ATP，D-核糖的含量是其恢復(fù)速度的限制性因素。

1.1 對心臟的作用 衰竭心臟內(nèi)的ATP及核苷酸池含量會慢慢減少，它們的含量與衰竭的程度存在緊密的相關(guān)性[6]，能量供應(yīng)不足被認(rèn)為是引起心力衰竭的重要原因[7]。核糖可以通過加速ATP的重頭和補(bǔ)救合成途徑來補(bǔ)充ATP，大量臨床實(shí)驗(yàn)表明核糖可以改善缺血性衰竭患者的心臟功能[8-9]。然而，Kiterie等[10]在動物實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)核糖對非缺血性慢性心衰小鼠有改善作用，原因未知。

1.2 對運(yùn)動能力的影響 王亞坤等[11]以負(fù)重游泳大鼠為實(shí)驗(yàn)對象研究D-核糖對大鼠運(yùn)動過程中及恢復(fù)期心臟和骨骼肌功能的恢復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)D-核糖顯著提高了腓腸肌內(nèi)ATP的合成速率，使機(jī)體在72 h內(nèi)完全恢復(fù)了運(yùn)動過程中消耗的ATP。另有研究發(fā)現(xiàn)，在間歇性高強(qiáng)度運(yùn)動中，核糖并未顯示出恢復(fù)ATP的作用[12]。Hellsten等[13]和Rasmussen等[14]研究表明在間歇性運(yùn)動中，D-核糖均未表現(xiàn)出有增加運(yùn)動能力的趨勢。

1.3 對血糖的影響 D-核糖是一種單糖，所有的單糖均具有增加胰島素分泌的作用[15]，所以核糖的攝入會引起血糖的短暫降低，一般是推薦核糖做伴餐食用。Jeff等[16]對空腹組、高糖組和高脂肪組人群給予服用核糖， 60 min后分別測定血糖值，結(jié)果顯示各組血糖值分別為26.3、17.1、34.0 mg/dL(服用前基線為86.8 mg/dL)，120 min后恢復(fù)正常，表明高脂肪、高糖的攝入不會明顯改變血糖的降低，核糖雖然伴餐服用，也不能忽略其短暫的降血糖作用，因此低血糖人群服用時應(yīng)遵從醫(yī)師的建議。

1.4 美容護(hù)膚的作用 隨著年齡的增長，人們皮膚里的膠原和彈性纖維減少，臨床上表現(xiàn)為皮膚缺少彈性，皺紋增多[18]。伴隨著衰老，真皮細(xì)胞里面的ATP逐漸減少，致使能量供應(yīng)不足，從而會改變細(xì)胞的功能[19]。Linda等[20]選擇了20名膚色暗淡、皺紋較多的女性，給予0.5%含量的核糖面部乳液，一個月后皺紋明顯減少，證明核糖具有延緩皮膚衰老的功效。

此外，有報道顯示D-核糖還能顯著提高患有纖維疼痛和慢性疲勞綜合癥患者的能量水平和睡眠質(zhì)量，使頭腦更加清醒，減輕患者疼痛感和臨床癥狀[21]。核糖還具有減弱疲勞過度后小鼠睪丸氧化損傷的功效[22]，具有一定的抗氧化功效[23]，核糖其他相關(guān)的生理功能還有待進(jìn)一步探究。

2 D-核糖的應(yīng)用

2.1 在食品方面的應(yīng)用 D-核糖可以作為調(diào)味品以及調(diào)味香精等風(fēng)味物質(zhì)的合成原料(GB 2760—2014)。國內(nèi)市場上本土核糖品牌較少，且都是早期報批的一些產(chǎn)品，目前國內(nèi)一些電子商務(wù)平臺上在售的核糖產(chǎn)品主要是國外品牌，產(chǎn)品分為人用、獸用2種類型，因此，我國核糖市場并沒有真正發(fā)展起來。國際上，利用D-核糖的甜味及能量補(bǔ)充作用，作為新食品原料，已廣泛應(yīng)用到飲料、能量棒等多種食品中，尤以美國最為突出。

2.2 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 在醫(yī)藥工業(yè)中，D-核糖可作為多種藥物的合成原料。D-核糖可以通過共價鍵連接抗腫瘤藥物，制備成糖結(jié)合腫瘤靶向藥物，使得藥物具有靶向腫瘤部位的作用。D-核糖早期還作為心臟影像檢查的增效劑，檢測心血管系統(tǒng)中的可逆鉈缺陷區(qū)。目前也有正在進(jìn)行的關(guān)于D-核糖對肌纖維疼痛綜合癥的臨床試驗(yàn)等。但是，目前以D-核糖為原料的藥物還沒有得到任何國家相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。

此外，阿麗瑪?shù)萚17]通過觀察D-核糖對高脂喂飼的 C57小鼠血糖、血脂及胰島素等的影響，探討 D-核糖對改善高脂膳食引起的糖耐量異常和胰島素抵抗的可能性，結(jié)果表明D-核糖可以改善高脂飼料喂飼小鼠的糖耐量異常和胰島素抵抗，說明核糖在糖尿病的治療上具有潛在價值。

2.3 在臨床營養(yǎng)方面的應(yīng)用 D-核糖已廣泛應(yīng)用于臨床營養(yǎng)(心臟病患者輔助治療、肌纖維疼痛綜合征)、抗高原缺氧等產(chǎn)品上。Stephen應(yīng)用D-核糖等生物活性物質(zhì)綜合治療某些心臟病患者(不乏有嚴(yán)重的心臟病合并腫瘤的病例)，達(dá)到了治療及改善患者生活質(zhì)量的目的[24]。Julian醫(yī)生也認(rèn)為D-核糖在改善心動過緩和心率異常中起作用[24]。近年來，關(guān)于D-核糖在心臟病綜合治療方面的應(yīng)用案例較多，其中包括各種復(fù)方(如核糖與CoQ10、左旋肉堿以及不同種類的氨基酸等)的使用。

2.4 D-核糖在體育運(yùn)動營養(yǎng)方面的應(yīng)用 D-核糖具有抗疲勞、耐缺氧的作用，美國Bioenergy公司申請的數(shù)篇專利開啟了D-核糖在體育運(yùn)動營養(yǎng)方面的應(yīng)用。多個國外公司幾十種液體和固體運(yùn)動飲料，均采用添加 D-核糖作為新型能量因子[25]。國內(nèi)也有使用D-核糖添加劑生產(chǎn)的一系列產(chǎn)品。

3 D-核糖的安全性

近年來，有關(guān)核糖毒性的討論主要是針對其糖基化現(xiàn)象。Wei等[26]證明核糖基化是一個快速的過程，糖基化會進(jìn)一步引起AGES的聚集，AGES又會導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡與衰老。然而Stepen等[27]反駁這一觀點(diǎn)，他們通過給賽馬飼喂13w不同濃度的核糖，通過檢測運(yùn)動后賽馬體內(nèi)的核糖血漿蛋白含量，探討 D-核糖對晚期糖基終末產(chǎn)物生成的影響。結(jié)果顯示核糖并沒有引起核糖基化蛋白含量的變化，表明核糖的服用對于馬沒有危害，進(jìn)一步推測其對人也應(yīng)是安全的。Griffiths等[28]通過給Wister大鼠飼喂13w不同濃度的核糖，研究核糖的毒性，結(jié)果表明核糖對小鼠沒有不利影響，說明核糖是安全的。此外，一些已經(jīng)處于人體臨床階段對D-核糖的功效研究也表明了核糖的安全性。

D-核糖在美國市場上是一種膳食補(bǔ)充劑，經(jīng)美國FDA認(rèn)定是作為一種新食品原料[26]。當(dāng)攝入核糖超過200 mg/(kg·h)可能會引起腹瀉[29]，D-核糖屬于五碳糖，五碳糖均具有極強(qiáng)的吸水性，攝入過多會引起腸道脫水。服用核糖也可能會引起極少數(shù)人產(chǎn)生惡心、頭暈等輕微癥狀，當(dāng)核糖的服用量低于15 g/d時，對大部分人是沒有副作用的[30]。此外，核糖的半衰期比較短，在服用30 min左右達(dá)到最高值，120 min左右基本全被吸收[16]。盡管核糖可以有效補(bǔ)充肌肉里面的ATP，但是運(yùn)動專家不推薦健康的年輕人以核糖作為機(jī)能增進(jìn)劑來補(bǔ)充能量。

4 展望

D-核糖作為人體重要的能量代謝物質(zhì)具有很好的改善心臟缺血、提升心臟功能、增強(qiáng)肌體能量、緩解肌肉酸痛等功能，可以改善人們的生活質(zhì)量。D-核糖在食品添加劑、保健食品原料、藥品原料等方面的應(yīng)用，為其產(chǎn)品的更廣泛的開發(fā)利用提供了基礎(chǔ)，尤其在改善缺血缺氧的心肌供能性保健食品開發(fā)上。因此，D-核糖組方的研究具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。在保健食品行業(yè)也具有很強(qiáng)的市場潛力，且目前國內(nèi)相關(guān)的核糖運(yùn)動飲料較少。按照國內(nèi)法規(guī)進(jìn)行有關(guān)D-核糖方面的復(fù)方研究，使其產(chǎn)業(yè)化是未來研究的方向。

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(編校：吳茜)

The physiological function of D-ribose and its application

YUAN Bao-huiΔ, DING Qi, LIU Gui-qin, WANG Zheng-ping

(Institute of BioPharmaceutical Reasearch, Liaocheng University, Liaocheng 252000, China)

D-ribose is a kind of important physiological substances and widely used in fields of ordinary food, health food, clinical nutrition food, the special features of food and drugs.Recently, during the fermentation production process of D-ribose was gradually mature, the production costs have reduced and the discovery of its new function, the application of D-ribose are gradually abroad.This paper illustrates the range of application, related physiological function and the safety of D-ribose.

D-ribose; physiological function; safety

聊城市科技計劃(2013GJH15)；聊城大學(xué)科技項(xiàng)目(318011405)；聊城大學(xué)大學(xué)生科技文化創(chuàng)新基金(26312158809)

袁保輝，通信作者，男，碩士，研究方向：D-核糖的性質(zhì)，E-mail:294174042@qq.com。

Q539

A

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.05.67