牛磺酸的生理功能及研究進(jìn)展

何曉芳，徐世永，鄧凱東，朱紅梅，高 珊

(1.金陵科技學(xué)院動(dòng)物科學(xué)與食品工程學(xué)院，江蘇 南京 211169；2.南京可萊威生物科技有限公司，江蘇 南京 210000)

1 ?；撬岬膩碓醇按x合成途徑

牛磺酸(taurine) 屬于有機(jī)酸，1827 年首次從牛膽汁中提取[1]。牛磺酸的分子簡單，化學(xué)分子式為C2H7NO3S，含有一個(gè)酸性磺酸鹽基、一個(gè)堿性氨基和兩個(gè)碳原子。不同于α-氨基酸，它是一種β-氨基酸。牛磺酸沒有tRNA 編碼，其磺酸鹽基取代了形成肽鍵所必需的羧基，因此，?；撬岵荒茏鳛檗D(zhuǎn)化肽鏈的一部分[2]。在正常情況下，哺乳動(dòng)物、鳥類、魚類和水生無脊椎動(dòng)物(如牡蠣和貽貝)的體內(nèi)都含有?；撬帷Ｅ；撬嵩谥参镏械暮坎患皠?dòng)物體內(nèi)的1%。藻類植物中的?；撬岷控S富[3]，海鮮和肉類中的含量也很高。許多脊椎動(dòng)物可以合成牛磺酸，但某些動(dòng)物，如貓無法合成?；撬?，需要通過日糧補(bǔ)充[4]。

長期以來，?；撬岜黄毡檎J(rèn)為是動(dòng)物體內(nèi)硫代謝的“無用之物”，盡管?；撬岬脑S多作用已見報(bào)道。從生化上看，?；撬峋哂谢瘜W(xué)惰性，因?yàn)榇蟛糠謴膭?dòng)物體內(nèi)排出的?；撬崤c其在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)無變化。在動(dòng)物上，?；撬崾橇虼x最終產(chǎn)物之一。?；撬岬膬?nèi)源性合成通過半胱氨酸-亞磺酸途徑在肝臟內(nèi)進(jìn)行。代謝反應(yīng)首先由半胱氨酸雙加氧酶將半胱氨酸巰基氧化為半胱氨酸亞磺酸。隨后用胱氨酸亞硫酸脫羧酶將半胱氨酸亞磺酸脫羧基化為亞?；撬?。最后通過亞牛磺酸脫氫酶的作用生成?；撬?。牛磺酸的合成途徑在不同的動(dòng)物個(gè)體之間有差異，同時(shí)也與機(jī)體的營養(yǎng)狀態(tài)、蛋白質(zhì)攝入量和體內(nèi)可用半胱氨酸的含量有關(guān)[5]。

2 ?；撬岬霓D(zhuǎn)運(yùn)

牛磺酸是水溶性酸，通過一種特定的鈉/ 氯依賴的牛磺酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(taurine transporter，TauT) 被動(dòng)物的腸上皮細(xì)胞吸收。有證據(jù)表明，牛磺酸及其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，即TauT，在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡上發(fā)揮重要的作用[6]。哺乳動(dòng)物體內(nèi)的TauT 由轉(zhuǎn)運(yùn)體基因編碼，它廣泛表達(dá)于哺乳動(dòng)物組織中[7]。此外，一些化合物可特異性地抑制腸道中牛磺酸的攝取和吸收：如β-氨基酸、β-丙氨酸和亞?；撬?，以及存在于芝麻籽中的血磷脂酰膽堿[8]。研究人員在哺乳動(dòng)物、雞、鯉魚和羅非魚等動(dòng)物體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了TauT[9-10]。Ito 等(2010)證明，敲除小鼠體內(nèi)表達(dá)TauT 的基因后，牛磺酸無法被機(jī)體轉(zhuǎn)運(yùn)利用，心肌細(xì)胞對(duì)Ca2+的敏感度下降，心內(nèi)壓降低，從而使心臟正常功能受到影響[10]。TauT 表達(dá)缺乏會(huì)改變細(xì)胞內(nèi)?；撬岬暮?。事實(shí)上，哺乳動(dòng)物的有些疾病與TauT 的活性密切相關(guān)，如骨骼肌功能的破壞，視網(wǎng)膜光感受器的退化以及腎臟、心臟和中樞神經(jīng)的異常發(fā)育等[11]。Warskulat等(2007)發(fā)現(xiàn)，敲除TauT 后，小鼠的骨骼肌功能會(huì)嚴(yán)重受損[11]。Liao 等(2007)研究發(fā)現(xiàn)，TauT 在大鼠的血管平滑肌細(xì)胞中也有表達(dá)，表明牛磺酸可能在維持血管平滑肌細(xì)胞功能上發(fā)揮一定的作用[12]。

3 ?；撬岬纳砉δ?/h2>

作為動(dòng)物機(jī)體內(nèi)含量最豐富的游離氨基酸，?；撬釓V泛存在于體內(nèi)各組織器官。在肝臟、腎臟、肌肉和大腦中，?；撬岱謩e占各組織或器官中總游離氨基酸的25%、50%、53%和19%[13]。牛磺酸在不同組織中發(fā)揮著不同的生理作用，圖1 簡要總結(jié)了牛磺酸在生物體內(nèi)的靶器官中發(fā)揮的主要功能及作用[14]。

3.1 ?；撬岬拇偕L功能

生長是動(dòng)物或植物在將攝入的營養(yǎng)物質(zhì)用于維持機(jī)體基本的能量需求后將多余的沉積到組織中的結(jié)果。?；撬岬娜狈Τ?huì)導(dǎo)致機(jī)體的生長受到抑制。有研究表明，?；撬崾撬a(chǎn)飼料中最好的誘食劑，添加?；撬峥娠@著刺激水產(chǎn)動(dòng)物的食欲，提高飼料利用率[15]。除了直接刺激動(dòng)物的食欲外，?；撬徇€可以調(diào)節(jié)體內(nèi)微量元素的平衡，促進(jìn)動(dòng)物的健康，保護(hù)機(jī)體的正常功能[5]。?；撬崾莿?dòng)物正常發(fā)育所必需的，當(dāng)?；撬崛狈r(shí)，生長、組織分化和免疫發(fā)育都會(huì)出現(xiàn)缺陷[12]。有研究證明，添加?；撬峥娠@著提高肉雞的日增重，改善飼料轉(zhuǎn)化率，牛磺酸缺乏會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)性能下降，飼料轉(zhuǎn)化率升高[16]。有研究證明，在育雛期給AA 肉雞補(bǔ)充?；撬幔娠@著提高生產(chǎn)性能[17]。此外，有報(bào)道稱，添加?；撬峥娠@著提高蛋鴨的日采食量、日增重，降低料重比，提高生長性能[18]。馬子力(2013)也發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加適量的牛磺酸可顯著提高蛋雞的產(chǎn)蛋率[19]。Lee 等(2004)的研究表明，在日糧中添加0.75%的?；撬崮軌蝻@著改善肉仔雞的采食量、飼料轉(zhuǎn)化率及生長性能[20]。

3.2 牛磺酸與腸道功能

腸道是動(dòng)物主要的消化器官，也是最大的免疫器官。腸道黏膜層的完整性對(duì)維護(hù)腸道的屏障功能至關(guān)重要。?；撬崾莿?dòng)物體內(nèi)分布廣泛的化合物，是維持滲透壓、陽離子穩(wěn)態(tài)、酶活性、受體調(diào)節(jié)、細(xì)胞發(fā)育和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等基本生命過程的重要因子[21]。Egan 等(2001)發(fā)現(xiàn)，在脂多糖刺激下，牛磺酸能增強(qiáng)大鼠腸道上皮細(xì)胞增殖和杯狀細(xì)胞功能，并能通過改善線粒體膜通透性降低上皮細(xì)胞的凋亡[22]。此外，添加?；撬徇€可提高還原型谷胱甘肽的含量和還原型谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值，增加家兔十二指腸超氧化物歧化酶的活性，降低丙二醛的含量，保護(hù)十二指腸免受脂多糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，提高黏膜屏障功能[23]。有研究證明，Tau 可以增強(qiáng)小鼠內(nèi)源性抗氧化酶的活性，提高還原型谷胱甘肽的活性，增加大鼠腸道杯狀細(xì)胞的密度[24]。Zhang 等(2008)證明，在小鼠腸道缺血再灌注的情況下，添加牛磺酸可以防止腸道黏膜上皮的損傷，修復(fù)腸道上皮黏膜損傷，抑制腸道上皮細(xì)胞凋亡[25]。有研究證明，添加?；撬嵩黾恿舜笫竽c道黏膜重量，提示腸道細(xì)胞代謝增強(qiáng)，從組織學(xué)上看，添加?；撬岷笤黾恿丝漳c和回腸絨毛高度，表明腸道的吸收表面積增大，而這與細(xì)胞質(zhì)量增加密切相關(guān)[26]。此外，有研究表明，?；撬崮茱@著抑制大鼠腸道易位，保護(hù)動(dòng)物免受內(nèi)毒素?fù)p傷，發(fā)揮脫毒作用[27]。

3.3 ?；撬崤c大腦神經(jīng)系統(tǒng)

?；撬岽嬖谟趧?dòng)物的各種組織中，包括大腦[28]。與經(jīng)典氨基酸不同，?；撬岬幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)是含硫磺酸(而不是羧酸)。?；撬嵩趧?dòng)物體內(nèi)以游離形式存在，不參與蛋白質(zhì)的代謝合成[29]。?；撬嵩趧?dòng)物體內(nèi)由蛋氨酸和半胱氨酸合成，因此被認(rèn)為是“半必需氨基酸”[14]。牛磺酸可以促進(jìn)動(dòng)物大腦的發(fā)育，尤其在幼齡階段[13]。在神經(jīng)系統(tǒng)和大腦發(fā)育過程中，?；撬釙?huì)影響神經(jīng)細(xì)胞的遷移，調(diào)節(jié)神經(jīng)傳遞過程，并能加速大腦的發(fā)育；相反，谷氨酸、γ-氨基丁酸會(huì)減緩大腦的發(fā)育[30]。從大腦突觸體分離出的一些小分子量的肽含有?；撬幔渲泻孔钬S富的是磺乙谷酰胺，該物質(zhì)可以發(fā)揮神經(jīng)遞質(zhì)作用，增強(qiáng)突觸傳遞過程[31]。甘氨酸受體是內(nèi)源性?；撬岚l(fā)揮作用的主要靶點(diǎn)，另一方面，外源性牛磺酸具有廣泛的神經(jīng)保護(hù)作用，這其中可能與γ-氨基丁酸A 型受體的相互作用有關(guān)。有研究證明，給小鼠注射牛磺酸能夠提高大腦中乙酰膽堿的水平，而乙酰膽堿是調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能所必需的神經(jīng)遞質(zhì)[32]。通過研究去極化過程中鈣離子的移動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)牛磺酸可穩(wěn)定膜并影響谷氨酸的生成[33]。此外，?；撬峥蓞⑴c成年大鼠腦細(xì)胞的繁殖、黏附及存活調(diào)控，同時(shí)可增加S 期的細(xì)胞數(shù)量，降低細(xì)胞凋亡和壞死，提高細(xì)胞活力，改善線粒體功能，從而有助于維持大腦功能[34]。有研究表明，?；撬峥梢宰鳛楹粑{(diào)控或急性低氧反應(yīng)的神經(jīng)調(diào)節(jié)因子[35]。此外，Gharibani 等(2013) 研究發(fā)現(xiàn)，牛磺酸作為一種直接抗氧化劑，可以保護(hù)大腦免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[36]。

3.4 ?；撬崤c心臟功能

?；撬嵩谛呐K中的作用可能是由于它能夠保護(hù)心臟免受過量或不足鈣離子(Ca2+) 水平引起的不利影響[37]。Ca2+在細(xì)胞內(nèi)的過多積聚將導(dǎo)致細(xì)胞死亡，?；撬峥赏ㄟ^調(diào)節(jié)電壓依賴性Ca2+通道的活性和調(diào)節(jié)Na+通道，直接或間接地調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+水平。有研究表明，在正常情況下，心臟中的?；撬岣路浅＞徛?，然而，機(jī)體滲透壓的變化可以顯著改變心肌細(xì)胞內(nèi)?；撬岬暮縖38]。?；撬釋?duì)肌肉的正常收縮非常重要，補(bǔ)充?；撬崮茉鰪?qiáng)機(jī)體功能，?；撬嵩谛呐K中的作用可能是因?yàn)榕；撬峥稍鰪?qiáng)肌漿網(wǎng)Ca2+積累和釋放[39]。

3.5 ?；撬崤c膽汁代謝

?；撬嵩谀懼}形成的過程中發(fā)揮重要作用，這對(duì)腸道消化和脂肪吸收至關(guān)重要[5]。膽汁鹽結(jié)合了膽汁酸和膽汁醇，它們都是通過復(fù)雜途徑由膽固醇衍生而成的[40]。膽汁鹽是脊椎動(dòng)物中已知的化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性最高的小分子，不同動(dòng)物中膽汁的組成具有種屬特異性。膽汁酸可能與D-半胱氨酸結(jié)合，后者在結(jié)構(gòu)上類似于?；撬?，一旦結(jié)合，親水部分可防止腸上皮細(xì)胞被動(dòng)再吸收。大多數(shù)結(jié)合物在遠(yuǎn)端腸腔內(nèi)被主動(dòng)吸收，確保膽汁在腸腔內(nèi)維持足夠的濃度，再吸收的膽汁被輸送到肝臟，然后循環(huán)到膽囊，這一過程被稱為腸肝循環(huán)。研究表明，補(bǔ)充?；撬釙?huì)增加動(dòng)物體內(nèi)的膽鹽含量，而這似乎與日糧中的脂質(zhì)水平無關(guān)[41]。此外，日糧中蛋白質(zhì)的來源(魚粉、傳統(tǒng)大豆粉或加工大豆粉)會(huì)影響食糜中的膽汁量以及膽汁的組成[42]。在?；撬崛狈Φ臈l件下，補(bǔ)充?；悄懰岵荒芡耆謴?fù)生長和膽汁鹽含量，但補(bǔ)充?；撬釀t可以恢復(fù)生長和膽汁鹽的含量[43]。這表明，補(bǔ)充牛磺酸確實(shí)有利于脂質(zhì)消化。

3.6 牛磺酸的其他功能

?；撬岬钠渌饔冒ňS持膜穩(wěn)定、調(diào)控滲透壓、抗氧化、提高免疫力和繁殖性能等[44]。徐蘇薇等證明在日糧中添加?；撬峥纱龠M(jìn)肉雞腿肌肌纖維由Ⅱb 型向Ⅰ型轉(zhuǎn)化，降低肉雞肌肉的糖酵解，進(jìn)一步改善肉雞的肉品質(zhì)[45]。此外，Yang 等(2015)研究表明，?；撬崮艽碳ば坌源笫蟮牟G酮分泌，促進(jìn)生精過程和精子成熟，提高精子質(zhì)量，延緩睪丸功能老化，增強(qiáng)繁殖性能[46]。Gordon 等(1992) 證明，牛磺酸可以作為間接抗氧化劑阻止氧化應(yīng)激損害倉鼠膜滲透性[47]。吳振鳴(2017)研究表明，在日糧中添加適量的?；撬峥稍鰪?qiáng)肉雞的耐熱性，有利于緩解熱應(yīng)激的不利影響[48]。還有研究表明，牛磺酸可作為細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)和骨骼肌功能的調(diào)節(jié)因子，參與家禽機(jī)體中不同生理代謝過程[49]。

4 小結(jié)

?；撬嶙鳛橐环N含硫的非蛋白質(zhì)氨基酸，一直以來被認(rèn)為是動(dòng)物的非必需氨基酸，因?yàn)閯?dòng)物體內(nèi)可以合成。但最近的研究表明，對(duì)于高產(chǎn)的動(dòng)物，如蛋雞、肉雞和奶牛等易發(fā)生應(yīng)激的動(dòng)物，建議適量補(bǔ)充?；撬帷４送?，在不同應(yīng)激條件下，牛磺酸的抗氧化作用及其在各種轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)中的調(diào)節(jié)作用值得關(guān)注。