谷氨酰胺对水生动物的抗氧化作用及其机理

■许友卿 易 波 丁兆坤

(广西大学水产科学研究所，广西南宁 530004)

Gln是人、动物包括水生动物血浆和其他组织中最丰富的游离氨基酸，是一种条件必需氨基酸，不仅作为蛋白质合成的前体物质，为核苷酸、谷胱甘肽、精氨酸及牛磺酸的合成提供氮源，而且是肠上皮细胞、淋巴细胞、巨噬细胞快速增殖的主要能量来源，对促进和维持各种器官和细胞的功能发挥至关重要的作用，同时具有改善机体营养状况等多种功能。Gln可以提高鱼类机体抗氧化能力，降低感染疾病的风险，因此，Gln成为营养学、生理学、营养免疫学等学科的研究热点之一。

然而，Gln由于热不稳定和溶解度低等原因而大大地影响其在水产养殖及其他动物生产中的应用。而谷氨酰胺二肽如丙氨酰-谷氨酰胺（Alanylglutamine,Ala-Gln）的稳定性好、水溶性高和机体利用率高，且Ala-Gln水解后具备Gln所有的生化和物理性质，能很好地发挥Gln的作用，所以在实际应用中，用Ala-Gln替代Gln。

本文主要综述了Gln在水生动物上的抗氧化作用和机理，旨在更好地理解和研究Gln在水生动物的抗氧化作用及其机理，进而将其更有效地利用，促进水产动物的健康生长和发育，促进渔业发展。

1 Gln在水生动物的抗氧化作用

Gln是水生动物代谢的关键营养物质之一，在机体内发挥重要的抗氧化作用。Gln可以有效地提高肠内谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxi⁃dase,GSH-Px）、超氧化物歧化酶（Superoxide dis⁃mutase,SOD）等抗氧化物酶的活性，提高肠上皮细胞和肠黏膜的抗氧化能力，保护肠道细胞免受氧自由基损伤。然而，Chen（2009）报道，Gln能够阻止H2O2，有效地保护建鲤(Cyprinus carpiovar Jian)肠道上皮细胞免受H2O2诱导的氧化应激。在鱼日粮中添加Gln，可调节肠内酶活性，清除氧自由基。如果在哲罗鱼（Hucho taimen）饲料中添加0.5%～1.0%Ala-Gln，可以显著提高其肠Na+/K+-ATPase活性，大大降低肠内脂质氧化物——丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量，提高哲罗鱼肠道的抗氧化能力和吸收功能。在建鲤饲料中添加Gln，能显著地提高建鲤肠Na+/K+-ATPase活性、抗氧化作用和吸收能力。

在肠道内，Gln抗氧化至少发挥两方面的作用：①促进鱼肠上皮细胞的增殖和保持细胞结构的完整性；②维持肠黏膜的完整性，提高黏膜的屏障功能，改善消化道黏膜上皮形态结构，促进消化道和消化腺的生长发育。

Gln抗氧化对水生动物氧化应激和炎症反应具有保护作用。Gln对氧化应激的保护作用，可能是通过强化体内抗氧化剂的作用而达到的。而外源性Gln则可能是通过提高抗氧化作用，减少分泌炎症细胞因子如白细胞介素-8（IL-8），弱化炎症反应而发挥保护作用。

在鱼体感染或氧化应激时，体内Gln循环浓度会急剧下降，以满足机体免疫调节、细胞吞噬作用及产生细胞因子的营养需要。Gln可以提高高等脊椎动物的抗氧化能力，促进免疫球蛋白合成。因此，血浆Gln含量可以作为机体免疫功能的有效指标。在血液中，Gln除了作为嘌呤、嘧啶生物合成的氮源和白细胞的主要代谢底物外，在维持机体血液正常状态和免疫防御方面发挥决定性的作用。补充外源性Gln可显著提高红细胞中谷胱甘肽（Glutathione,GSH）与氧化型谷胱甘肽（Oxi⁃dized glutatione,GSSG）的比率，提高机体抗氧化能力，促进清除自由基。Soltan（2009）报道，补充1%Gln能显著地增加白细胞数量和提高血红蛋白的百分率，改善嗜菌细胞的功能。但是，Gln对鱼类白细胞代谢的作用机制，目前还不十分清楚。

Gln之所以被定义为条件必需氨基酸，主要由于其抗氧化作用在提高机体抗应激能力方面发挥重要作用。当机体应激反应时，各种有害物质会加剧自由基的产生和积累、诱发鱼体基因毒性、中间代谢改变和组织坏死等，使鱼的健康受到严重威胁。而Gln通过其抗氧化作用，可以有效地保护应激状态下的机体。如在高温条件下，鱼体高度不饱和脂肪酸过氧化加快，增加有毒的活性物质——丙二醛（MDA）的含量，后者与核酸、蛋白质等结合，严重损害鱼的生物系统。而外源性Gln的抗氧化作用可有效缓解热应激（Heat stress,HS）效应，降低MDA含量。

Gln对水生动物还具有很好的解毒效应。如在饲料中添加Gln，可以提高嗜水气单胞菌（A.hy⁃drophila）攻毒的全雄奥尼罗非鱼（Oreochromis ni⁃loticus♀×Oreochromis aureus♂）的存活率。

2 Gln抗氧化作用的机理

2.1 Gln通过合成谷胱甘肽（GSH）增强机体的抗氧化作用

GSH是一种具有重要生化性质的硫醇三肽物质，参与机体内蛋白质合成、DNA复制和修复、细胞增殖等过程。GSH分子结构中含有1个极易被氧化的巯基，能够有效清除ROS，所以在抗氧化防御中发挥非常重要的作用。Gln是动物血液及其他组织中含量最为丰富的游离氨基酸，是GSH合成的重要前体物质。Gln在机体代谢过程中合成各种核苷酸和GSH，也是Gln实现生理抗氧化作用的重要途径。Gln可以调节体内GSH合成速率，而机体对Gln的利用率也会影响体内GSH的储存。机体内缺乏Gln会导致ROS产生和积累，增加细胞内GSH的消耗，加速细胞凋亡。Gln之所以可以控制细胞凋亡，其机制是通过合成GSH而实现的，可见，Gln是通过作为GSH合成重要的前体物质调节抗氧化作用。

2.2 Gln通过影响细胞抗氧化酶和非酶系统提高机体的抗氧化能力

在日粮中添加Gln可提高GSH的合成，而GSH作为还原因子增强GSH-Px、SOD等抗氧化物酶活性，促进细胞抗氧化作用，保护和减轻过氧化物对细胞脂质和蛋白质的氧化损伤，提高细胞结构的完整性。

Gln与其他非酶抗氧化剂如维生素E、C等联合作用，能更好地发挥其抗氧化作用，为感染和处于氧化应激的机体提供更有效的营养支持。但是，这种联合作用尚待进一步研究。

2.3 Gln通过影响相关基因表达而发挥抗氧化作用

Gln能调节机体内多种代谢相关基因的表达和信号转导作用，所以，Gln可通过影响机体内抗氧化酶基因的表达来发挥其抗氧化效应。在饲料中添加Gln，发现其可增加仔猪肠道氧化物清除基因的表达，降低促氧化应激反应。Gln通过提高细胞热休克蛋白70(Heat shock protein 70,HSP70)和热休克蛋白72（Heat shock protein 72,HSP72）的表达，对脓毒所引起的损伤有显著的防御作用。添加Gln可抑制中华鳖（Trionyx Sinensis）有关细胞因子和糖皮质激素的分泌，增强抗氧化能力，维持应激状态下的正常免疫机能。Gln抗炎反应的分子机制可能是减少细胞因子的释放和激活核转录因子。但是，目前关于Gln提高水产动物组织细胞抗氧化能力的分子信号机制鲜有报道，亟待研究。

3 结语

综上所述，Gln在水生动物发挥重要的抗氧化作用，然而，Gln对水生动物抗氧化作用的范围、机理等尚需更深入的研究。今后应加强Gln对水生动物抗氧化调节的研究，特别是要从分子生物学水平研究其抗氧化作用的机理，以便更好地理解、应用和调控Gln的抗氧化效应。

（参考文献55篇，刊略，需者可函索）