α-酮戊二酸對(duì)肌肉蛋白質(zhì)合成的影響

邢孔萍，倪冬姣

（播恩集團(tuán)技術(shù)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(huán)和氨基酸的轉(zhuǎn)氨作用，還是谷氨酸和谷氨酰胺的關(guān)鍵中間產(chǎn)物（Boutry等，2011）。有研究表明，α-酮戊二酸不僅在糖代謝過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，在蛋白質(zhì)代謝過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用（Kritensen等，2011）。骨骼肌組織及肌肉蛋白質(zhì)作為機(jī)體的重要組成部分，在機(jī)體的整體代謝中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，骨骼肌的量關(guān)系著動(dòng)物的健康生長(zhǎng)，其也是骨骼肌蛋白質(zhì)合成和降解之間平衡的結(jié)果（Bonaldo等，2013）。目前，大量研究表明，營(yíng)養(yǎng)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(zhǎng)激素等）（Zanou等，2013）、運(yùn)動(dòng)及年齡（Attaix等，2005）等都是影響骨骼肌肥大和骨骼肌蛋白質(zhì)合成的重要因素。影響肌肉蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制主要與mTOR、Akt及AMPK等信號(hào)通路的激活有關(guān)（Schiaffino等，2011）。

1 α-酮戊二酸的生理功能及其代謝特點(diǎn)

α-KG的化學(xué)名稱為2-氧代-1，5酮戊二酸，分子式C5H6O5，其是生物體內(nèi)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(zhì)（Wu等，2007）?？捎晒劝滨０吩诩せ顟B(tài)谷氨酰胺酶、谷氨酸轉(zhuǎn)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(zhì)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(dá)到調(diào)控碳氮平衡的作用。有研究表明，α-KG可改善手術(shù)后的負(fù)氮平衡，增加肌肉蛋白質(zhì)的合成（Wu等，2009）。在大鼠的無(wú)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(shuō)明α-KG在維持碳氮平衡及蛋白質(zhì)的合成中起到重要的作用。

1.2 維持小腸的完整性、修復(fù)受損腸黏膜和增強(qiáng)腸道免疫系統(tǒng)功能 Hou等（2010）研究表明，α-KG對(duì)小腸的生長(zhǎng)和完整性有著很好的保護(hù)作用。日糧中添加1%的α-KG對(duì)內(nèi)毒素誘導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，α-KG結(jié)合中草藥可增加小腸上皮淋巴集結(jié)面積和腸道IgA的分泌，能夠快速而有效的改善腸道的生長(zhǎng)和發(fā)育及黏膜免疫功能。

1.3 抗氧化作用 劉堅(jiān)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(shuō)明日糧中添加α-KG可提高機(jī)體清除自由基的能力，從而改善仔豬機(jī)體抗氧化的能力。

2 α-酮戊二酸對(duì)骨骼肌蛋白質(zhì)合成的影響

王蕾等（2010）研究表明，對(duì)斷奶仔豬腹腔注射LPS的同時(shí)，在日糧中添加1%α-KG，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1%α-KG組可顯著緩解LPS處理導(dǎo)致的仔豬腓腸肌mTOR和p70S6K的磷酸化，緩解LPS帶來(lái)的肌肉蛋白質(zhì)降解速率。Blomqvist等（1995）研究表明，α-KG可促進(jìn)髖關(guān)節(jié)手術(shù)后的蛋白質(zhì)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(zhǎng)性能，促進(jìn)其蛋白質(zhì)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(yú)的生長(zhǎng)性能及飼料蛋白質(zhì)利用效率，降低血清尿酸，促進(jìn)蛋白質(zhì)代謝和脂肪代謝。通過(guò)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(jìn)MHCII的表達(dá)。

3 α-KG參與蛋白質(zhì)合成的信號(hào)通路

3.1 α-KG介導(dǎo)氨基酸激活mTOR促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）可形成兩個(gè)功能和結(jié)構(gòu)不同的復(fù)合物，即mTORC1和mTORC2。mTORC1主要調(diào)控由氨基酸、細(xì)胞內(nèi)能量及生長(zhǎng)因子帶來(lái)的蛋白質(zhì)合成、核酸的生物合成、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收及細(xì)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(chǎn)物，也可以介導(dǎo)機(jī)體內(nèi)氨基酸的代謝調(diào)控mTOR，達(dá)到促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的目的。Yao等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)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(xì)胞谷氨酰胺的分解，促進(jìn)mTOR、p70S6K和4E-BP1的磷酸化，促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成，抑制蛋白質(zhì)的降解。Duran等（2013）研究表明，氨基酸對(duì)mTOR的激活，需要α-KG的介導(dǎo)。

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)的谷氨酸和谷氨酰胺分解產(chǎn)生α-KG后可激活Rag-mTORC1信號(hào)通路，并且氨基酸尤其是亮氨酸對(duì)mTOR的激活需要谷氨酰胺的分解才能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)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(bào)道，α-KG具有抑制線蟲(chóng)TOR的作用（Chin等，2014）。

3.2 α-KG通過(guò)G-蛋白偶聯(lián)受體（GPR）介導(dǎo)激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào) α-KG是一種高親水性分子，并不能很好通過(guò)細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)α-KG水平的增加。MacKenzie等（2007）分別在細(xì)胞外直接添加α-KG和可通過(guò)細(xì)胞膜的α-KG酯，并沒(méi)有檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi)α-KG的水平增加。但是He等（2004）研究表明，在機(jī)體內(nèi)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(lián)受體，這兩個(gè)受體都可以感受細(xì)胞α-酮戊二酸的變化。GPR受體激活后，可使下游Ca離子信號(hào)通路開(kāi)放，進(jìn)而激活ERK的磷酸化，進(jìn)一步激活mTOR通路，引起蛋白質(zhì)的合成增加。Sundstrom等（2013）研究表明，GPR91受體可以通過(guò)Gai引起下游PLC的變化，并且Gai2也可以促進(jìn)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(guān)。

4 小結(jié)

綜上所述，α-KG在調(diào)控肌肉蛋白質(zhì)合成與降解，肥大與萎縮方面有重要的作用，其在細(xì)胞內(nèi)的作用機(jī)制主要與mTOR信號(hào)通路的激活有關(guān)。但目前研究證實(shí)，α-KG并不能穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，其在細(xì)胞外如何發(fā)揮作用，還有待進(jìn)一步研究。此外，對(duì)于α-KG對(duì)豬肌肉蛋白質(zhì)合成的研究主要集中在LPS應(yīng)激模型下，而對(duì)正常豬的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，深入研究α-KG對(duì)豬肌肉生長(zhǎng)發(fā)育，蛋白質(zhì)的沉積及肌肉品質(zhì)的影響，有助于探討豬提高氮營(yíng)養(yǎng)素利用率的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控措施，對(duì)于改善豬肉品質(zhì)同樣有很重要的意義。