【概述】
?;撬?/strong>(Taurinet)是動(dòng)物體內(nèi)的一種含硫氨基酸,但不是蛋白質(zhì)組成成分,又稱牛膽堿、牛膽素。它廣泛分布于生物體內(nèi)各組織、器官,主要以游離狀態(tài)存在于組織間液和細(xì)胞內(nèi)液中,因最先從牛膽汁中分離出來而得名。?;撬崾钦{(diào)節(jié)機(jī)體正常生理活動(dòng)的活性物質(zhì),具有維持正常視覺功能、維持機(jī)體滲透壓平衡、調(diào)節(jié)細(xì)胞鈣平衡,與細(xì)胞膜的流動(dòng)性有關(guān),降血糖、調(diào)節(jié)神經(jīng)傳導(dǎo)、參與內(nèi)分泌活動(dòng)、調(diào)節(jié)脂類消化與吸收、增加心臟收縮能力、提高機(jī)體免疫能力、增強(qiáng)細(xì)胞膜抗氧化能力、保護(hù)心肌細(xì)胞等廣泛生物學(xué)作用。
【理化性質(zhì)】
?;撬岬幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)式為H2N-CH2-CH2-SO3H,化學(xué)名稱為β-氨基乙磺酸或2-氨基乙磺酸,分子量為125.15,單斜棱形棒狀白色晶體,熔點(diǎn)328℃(317℃分解),無毒、無臭、味微酸、對(duì)熱穩(wěn)定。溶于水,在水中12℃時(shí)溶解度為0.5%,其水溶液pH為4.1—5.6,在95%乙醇中17℃時(shí)溶解度為0.004%。不溶于無水乙醇、乙醚和丙酮。溶解后的?;撬峋哂休^強(qiáng)的酸性,以兩性離子形式存在,不易通過細(xì)胞膜。
【分布與代謝】
1.分布 ?;撬嵋杂坞x氨基酸的形式廣泛分布于人和動(dòng)物的腦、心臟、肝、腎、卵巢、子宮、骨骼肌、血液、唾液及乳汁中,以松果體、視網(wǎng)膜、垂體、腎上腺等組織的濃度為最高。海洋動(dòng)物中含有較多的?;撬?,最高達(dá)83μmol/g(濕重)。雞胚中?;撬釢舛燃s為哺乳動(dòng)物的100倍左右。
2.生物合成與分解 除直接從膳食中攝入?;撬嵬?,還可通過5個(gè)途徑在肝臟中生物合成。其中最主要的途徑是蛋氨酸和半胱氨酸代謝的中間產(chǎn)物半胱亞磺酸經(jīng)半胱亞磺酸脫羧酶(CSAD)脫羧成亞?;撬?,再經(jīng)氧化成?;撬?。而CSAD被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物?;撬嵘锖铣傻南匏倜福遗c其他哺乳動(dòng)物相比,人類CSAD的活性較低,可能人體內(nèi)?;撬岬暮铣赡芰σ草^低。?;撬嵩隗w內(nèi)分解后可參與形成牛磺膽酸及生成羥乙基磺酸。
3.來源和排泄 動(dòng)物體中的?;撬嵋环矫鎭碓从谏攀彻┙o,一方面來源于自身的內(nèi)源性合成,其需要量取決于膽酸結(jié)合和肌肉池內(nèi)的含量。?;撬崾峭ㄟ^尿液以游離形式或通過膽汁以膽酸鹽形式排出體外的。腎臟是排泄?;撬岬闹饕鞴伲彩钦{(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)?;撬岬暮康闹匾鞴佟.?dāng)?;撬徇^量時(shí),多余部分隨尿排出;當(dāng)牛磺酸不足時(shí),腎臟通過重吸收減少?;撬岬呐判?。另外,也有少量?;撬峤?jīng)腸道排出。
【藥理作用】
1.對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用
?;撬?/a>是中樞神經(jīng)系統(tǒng)含量最為豐富的游離氨基酸之一,能調(diào)節(jié)突觸體氨基酸釋放。Tau可通過增強(qiáng)腦組織超氧化物歧化酶(SOD)活性,提高清除氧自由基能力,作為一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在腦缺血損傷中有神經(jīng)保護(hù)作用。Tau作為一種抗氧化劑在多種腦缺血模型中分泌增加,并參與許多病理生理過程。牛磺酸在大腦發(fā)育過程中具有神經(jīng)營養(yǎng)因子和神經(jīng)保護(hù)性因子作用。研究表明:?;撬嵩谀X缺血缺氧中能拮抗興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性、具有調(diào)節(jié)Ca2+穩(wěn)態(tài)的作用、減少一氧化氮(NO)和自由基產(chǎn)生、抗脂質(zhì)過氧化、降低腦缺血中細(xì)胞凋亡的發(fā)生及影響缺氧誘導(dǎo)因子的表達(dá),對(duì)腦缺血再灌注神經(jīng)元損傷具有保護(hù)作用。在脊椎麻醉時(shí)牛磺酸作為抑制性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)與興奮性氨基酸作用相反,在生理上對(duì)于疼痛感有持續(xù)抑制作用。
2.對(duì)肝膽的作用
在肝臟,膽固醇轉(zhuǎn)化成膽酸,膽酸再與?;撬峤Y(jié)合形成復(fù)合體,隨膽汁排入小腸,從而使膽固醇降低。研究發(fā)現(xiàn)牛磺酸不僅對(duì)膽固醇,對(duì)其他脂類也有降低的作用。?;撬嵬ㄟ^保護(hù)肝臟細(xì)胞膜可以降低轉(zhuǎn)氨酶。?;撬峋哂幸种聘渭?xì)胞凋亡作用,機(jī)制可能與通過增強(qiáng)Bcl-2表達(dá)及抑制Bax表達(dá)有關(guān)。觀察?;撬嶂委煼蔷凭灾靖?NAFLD)的療效,結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛磺酸治療非酒精性脂肪性肝具有明顯的效果。?;撬嶙鳛榭寡鮿┠軌?qū)乖谛∈蟾渭?xì)胞由氟化鈉誘導(dǎo)的細(xì)胞毒作用。數(shù)據(jù)表明?;撬峥梢宰鳛橐环N生物標(biāo)志物,通過測定血漿和尿液中?;撬岬暮?對(duì)撲熱息痛所致肝損傷程度能夠得出比較客觀的評(píng)價(jià)。
3.對(duì)心血管系統(tǒng)的作用
(1)對(duì)高血壓、高血脂的作用 用N-硝基-L-精氨酸(L-NNA)制備高血壓模型,設(shè)置對(duì)照組、高血壓模型組、?;撬峤M、共軛亞油酸組和二者合用組,測量各組尾動(dòng)脈收縮壓(SBP)、NO、一氧化氮合酶(NOS)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平,探討牛磺酸和共軛亞油酸合用對(duì)高血壓大鼠血壓及血脂的影響。結(jié)果表明,高血壓組血壓顯著高于對(duì)照組、?;撬峤M、共軛亞油酸組和二者合用組;L-NNA可使血清TG、TC水平顯著升高,NO、NOS、HDL-C含量顯著減少;牛磺酸和共軛亞油酸合用可明顯逆轉(zhuǎn)上述指標(biāo)的變化,使血壓下降。說明?;撬岷凸曹梺営退崮苡行ьA(yù)防大鼠高血壓的發(fā)生并能降低血脂。
(2)對(duì)心肌纖維化的抑制作用 ?;撬崦黠@抑制蛋白激酶Cα(p-PKCα)的表達(dá),提高新生大鼠心肌成纖維細(xì)胞(CFb)NO含量,與血管緊張素Ⅱ組比較差別有顯著性(P<0.05,P<0.01)。?;撬嵬ㄟ^降低p-PKCα的表達(dá)而提高CFb中NO的含量,使CFb的增殖和膠原合成受到抑制。
(3)?;撬岜Wo(hù)心肌缺血/再灌注損傷的作用 心肌急性缺血/再灌注損傷實(shí)質(zhì)上是一種炎性反應(yīng)過程,線粒體膜的損傷可能是缺血/再灌注損傷的始動(dòng)機(jī)制并誘發(fā)心肌細(xì)胞的凋亡。眾多研究表明:心肌組織在缺血、缺氧、再灌注時(shí)產(chǎn)生的大量氧自由基可引起膜脂質(zhì)過氧化破壞正常膜結(jié)構(gòu),使通透性增加,導(dǎo)致細(xì)胞鈣內(nèi)流,鈣超載及線粒體損傷。因此,?;撬釋?duì)缺血心肌的保護(hù)作用可能是通過抑制鈣超載和膜脂質(zhì)過氧化、抗凋亡實(shí)現(xiàn)的。
4.對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥的預(yù)防和治療作用
對(duì)有妊娠期糖尿病的婦女在懷孕第24~ 28周以及產(chǎn)后血漿中?;撬岷?、胰島素致敏、胰島素分泌物等指標(biāo)進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)有妊娠期糖尿病的婦女在產(chǎn)后血漿中的牛磺酸含量顯著降低,并且該含量與圍產(chǎn)期女性體內(nèi)實(shí)際胰島素分泌呈現(xiàn)逆相關(guān)。該研究表明血漿中的?;撬岷靠勺鳛閼言信泽w內(nèi)葡萄糖代謝變化的標(biāo)志物。
5.在眼科疾病中的應(yīng)用
眼睛中含有大量的?;撬?可以明顯提高角膜的修復(fù)能力,所以在眼藥中有許多都加入了牛磺酸。牛磺酸可以增強(qiáng)視網(wǎng)膜的功能,可以明顯提高暗視能力。從c-Jun以及caspase-1表達(dá)變化的角度探討?;撬釡p輕大鼠視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷的分子機(jī)制,結(jié)果證明在視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷條件下,牛磺酸可能通過下調(diào)視網(wǎng)膜c-Jun和caspase-1表達(dá),影響光感受器細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)從而保護(hù)視網(wǎng)膜。?;撬崾蔷铙w內(nèi)重要的非酶系統(tǒng)抗氧化劑,其抗氧化效能的作用機(jī)制主要是通過其抗脂質(zhì)過氧化反應(yīng),保護(hù)晶狀體免受氧化損傷。在體外條件下觀察外源性牛磺酸對(duì)過氧化氫所誘發(fā)的晶狀體上皮細(xì)胞凋亡的影響時(shí),認(rèn)為?;撬峥梢种蒲趸瘬p傷誘導(dǎo)的兔晶狀體上皮細(xì)胞凋亡,減輕晶狀體混濁。
6.對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的作用
(1)?;撬釋?duì)免疫器官的影響 ?;撬崾秦埖谋匦璋被?。貓缺乏?;撬釙r(shí),其脾臟變硬變小,包膜增厚呈灰白色。脾臟白髓中成熟或不成熟的淋巴細(xì)胞耗竭,網(wǎng)狀基質(zhì)增生,同時(shí)有小血管肥大增生。紅髓內(nèi)金屬離子沉積,可能與血管外溶血有關(guān),淋巴結(jié)的副皮質(zhì)區(qū)主要是小的、比較成熟的淋巴細(xì)胞,偶見免疫母細(xì)胞和漿細(xì)胞。?;撬徇€可增強(qiáng)環(huán)磷酰胺(CTX)的抗腫瘤作用;拮抗CTX對(duì)白細(xì)胞和骨髓有核細(xì)胞的抑制;提高免疫器官指數(shù),促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖,增強(qiáng)NK細(xì)胞活性。Tau對(duì)荷瘤小鼠化療具有增效減毒作用。
(2)?;撬釋?duì)免疫細(xì)胞的影響 在淋巴細(xì)胞中牛磺酸的含量占整個(gè)游離氨基酸的50%,而淋巴細(xì)胞合成的能力有限,雖然體外培養(yǎng)淋巴細(xì)胞在無?;撬崤囵B(yǎng)基中能夠存活和增殖。但隨著胞內(nèi)?;撬岬闹鸩胶谋M,細(xì)胞存活率和增殖率均下降;而加入?;撬岷蠹?xì)胞內(nèi)?;撬岷炕謴?fù)。增殖率也升高。且?;撬釢舛群图?xì)胞增殖間存在一定的量效關(guān)系,并在100μmol?L-1時(shí)達(dá)到值,此濃度恰好相當(dāng)于正常培養(yǎng)的人血漿中?;撬岬臐舛?。以上均說明牛磺酸對(duì)淋巴細(xì)胞具有保護(hù)作用。而這種保護(hù)作用主要是因?yàn)榕;撬峋哂蟹€(wěn)定細(xì)胞膜的作用。能夠保護(hù)細(xì)胞膜磷脂免受降解,對(duì)抗膜通透性變化能力增強(qiáng),防止細(xì)胞腫脹變形,從而減少細(xì)胞的死亡。因此,對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)作用是通過以下2條途徑實(shí)現(xiàn)的:(1)通過其分子中的氨基與有害因子相互作用;(2)抵抗Na+、Cl-等滲透性離子和水的轉(zhuǎn)移。
(3)?;撬釋?duì)細(xì)胞因子的影響 細(xì)胞因子由造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)或炎癥反應(yīng)中的活化細(xì)胞產(chǎn)生,能調(diào)節(jié)細(xì)胞分化增值和誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)揮功能,是體內(nèi)細(xì)胞之間相互作用的主要介質(zhì),在機(jī)體的免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)等各個(gè)方面都起著關(guān)鍵作用。用牛磺酸協(xié)同IL-2治療同源基因鼠腫瘤模型進(jìn)行免疫治療,發(fā)現(xiàn)其能顯著增強(qiáng)IL-2的治療效果,減輕治療劑量,從而能減少藥物不良反應(yīng)。
7.對(duì)皮膚疾病的作用 牛磺酸在一定濃度范圍內(nèi)有抑制角質(zhì)形成細(xì)胞株CO-LO-16增殖的作用,并可抑制IL-6和TNF-α的分泌。該作用可能對(duì)治療變態(tài)反應(yīng)性皮膚病、銀屑病等有一定意義。有研究發(fā)現(xiàn)牛磺酸能促進(jìn)特應(yīng)性皮炎(AD)患者IFN-γ的分泌,對(duì)IL-4的分泌具有抑制作用,從而調(diào)節(jié)Th1/Th2失衡。提示?;撬峥捎糜贏D的治療,由于牛磺酸無任何不良反應(yīng),故應(yīng)用前景比較樂觀。在測定尋常性銀屑病患者血清?;撬崴讲⒎治鱿嚓P(guān)性時(shí),發(fā)現(xiàn)銀屑病患者血清牛磺酸水平下降,且?;撬崴脚c疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān),推測牛磺酸的應(yīng)用有可能改變銀屑病的T細(xì)胞免疫低下的狀態(tài)。
8.?;撬岬谋褡饔?牛磺酸可以在角質(zhì)形成細(xì)胞中積聚,促進(jìn)角質(zhì)水化,因此有一定的保濕作用。可以用于緩解炎癥后的皮膚干燥。將?;撬衢_發(fā)成為具有一定藥理作用的保濕劑將會(huì)很有意義。
9.?;撬釋?duì)性功能的影響 通過在青年和老年雄性大鼠飲水中添加?;撬岷?beta;-丙氨酸(牛磺酸轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑)30d后,進(jìn)行陰莖勃起實(shí)驗(yàn)和交配實(shí)驗(yàn),結(jié)果?;撬釋?duì)青年大鼠勃起次數(shù)、勃起潛伏期、乘騎次數(shù)、插入次數(shù)、射精次數(shù)、捕捉潛伏期均沒有影響,但可顯著提高老年大鼠勃起次數(shù)、乘騎次數(shù)、射精次數(shù),明顯縮短勃起潛伏期和捕捉潛伏期。認(rèn)為?;撬釋?duì)維持雄性大鼠正常的性功能具有重要作用,并可增強(qiáng)老年雄性大鼠的性功能。
10.抗衰老作用 ?;撬釓?fù)合液可防止運(yùn)動(dòng)性疲勞大鼠心肌和大腦脂褐素和脂質(zhì)過氧化增加,有保護(hù)細(xì)胞和抗衰老作用。
11.牛磺酸對(duì)精子的保護(hù)作用 在低溫儲(chǔ)藏的羊精液中加入?;撬峥娠@著改善精子的生存能力。將?;撬嶙鳛榭寡趸瘎┘尤氲蜏貎?chǔ)藏后的牛精液中,經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)牛磺酸可以有效清除烷氧基以及過氧化氫自由基從而有效保護(hù)精子的活性,存在于精液及輸卵管液中到?;撬峥梢员苊饩邮艿窖趸钠茐摹?/p>
12.對(duì)學(xué)習(xí)能力的影響 對(duì)圍產(chǎn)期、產(chǎn)后以及斷奶后等不同時(shí)期的小鼠攝入?;撬?/a>進(jìn)行研究后,得出圍產(chǎn)期到產(chǎn)后這一階段是“敏感時(shí)期”,在該階段攝入牛磺酸會(huì)降低小鼠視覺辨別的學(xué)習(xí)能力。同時(shí),斷奶后補(bǔ)充?;撬崮軌蛱岣咝∈蟮囊曈X辨別能力。因此,?;撬嵫a(bǔ)充的不同時(shí)期會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)能力有不同影響。
【制備方法】
1.以丙烯腈為原料合成法
圖1為以丙烯腈為原料合成法的反應(yīng)式
2.2-巰基乙胺氧化法
圖2為2-巰基乙胺氧化法的反應(yīng)式
該方法是將氧氣通入到2-巰基乙胺溶液中,經(jīng)氧化反應(yīng)得到?;撬?收率可達(dá)87.6%。但由于原料巰基乙醇價(jià)格較高,因此難以用于工業(yè)生產(chǎn)。
3.2-硝基乙基磺酸還原法
圖3為2-硝基乙基磺酸還原法的反應(yīng)式
該方法首先需要解決2-硝基乙基磺酸的來源問題,收率為65%,效果不甚理想。
4.二氯乙烷法 1, 2-二氯乙烷與硫酸鈉反應(yīng)得到2-氯乙磺酸鈉,然后在加熱加壓的條件下與氨反應(yīng)得2-氨基乙磺酸鈉,再用鹽酸酸化制得?;撬?。
圖4為二氯乙烷法的反應(yīng)式
5.環(huán)氧乙烷法 該方法先通過環(huán)氧乙烷與亞硫酸氫鈉反應(yīng)制得2-羥基乙磺酸鈉,然后在加熱加壓的條件下與氨反應(yīng)得到2-氨基乙磺酸鈉,最后用鹽酸酸化制得牛磺酸。
圖5為環(huán)氧乙烷法的反應(yīng)式
【應(yīng)用】
牛磺酸在生理調(diào)節(jié)、藥物研制、食品添加及營養(yǎng)保健等方面均有重要的應(yīng)用。
在生理調(diào)節(jié)方面:?;撬嵩趧?dòng)物機(jī)體中起到滲透調(diào)節(jié)器的作用,Na+與Ca2+的濃度變化均會(huì)引起?;撬岬尼尫?。同時(shí)作為一種十分重要的神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì),?;撬嵩趮胗變旱纳窠?jīng)系統(tǒng)的形成與發(fā)育過程中起到關(guān)鍵性作用,可用來保護(hù)細(xì)胞免受興奮性氨基酸引起的中毒。除此之外根據(jù)研究成果表明,?;撬釋?duì)血壓調(diào)控和肌肉細(xì)胞生長也有一定的積極作用[12];
藥物研制方面:?;撬嶙鳛樗幬锏闹饕煞挚梢云鸬较装Y、緩解疼痛、降低血液含糖量,增強(qiáng)心臟收縮強(qiáng)度,保持健康的視覺能力,調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的傳輸和脂類物質(zhì)的消化與吸收,參與人體內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動(dòng),增強(qiáng)人體自身免疫系統(tǒng)能力,抵抗細(xì)胞氧化以及減少體內(nèi)糖化反應(yīng)等作用,并且對(duì)嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育有明顯作用;
食品添加方面:一方面,由于牛磺酸在調(diào)節(jié)血壓與肌肉方面的積極作用?;撬岜惶砑尤胧袌錾弦恍┏R姷墓δ茱嬃?,如“紅牛”、“黑卡”等。另一方面,由于牛磺酸在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的促進(jìn)作用一些嬰幼幼兒乳制品中也含有適量的?;撬幔辉跔I養(yǎng)保健領(lǐng)域,含有?;撬岬牡窝垡?,蛋白粉都受到消費(fèi)者的青睞。
【主要參考資料】
[1]趙振宇,張韻慧.?;撬崴幚碜饔玫难芯啃逻M(jìn)展[J].中國醫(yī)院藥學(xué)雜志,2009,29(16):1390-1393.
[2]白小瓊,孔德義.?;撬嵫芯窟M(jìn)展[J].中國食物與營養(yǎng),2011,17(05):78-80.
[3]張賀,田玉珍,何曉云.?;撬岬幕瘜W(xué)合成方法及應(yīng)用前景[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(11):70-71.
[4]吳迪. 牛磺酸結(jié)晶工藝研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.