牛磺酸研究进展

顾庆南，李吕木，许　翔，张民扬（.安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥　30036；.安徽农业大学动物科技学院，合肥　30036）



牛磺酸研究进展

顾庆南1，李吕木2*，许翔2，张民扬2
（1.安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥230036；2.安徽农业大学动物科技学院，合肥230036）

摘要：牛磺酸是一种游离氨基酸，因其特殊的生理功能，对动物机体具有广泛的生物学效应。文章综述了近年来牛磺酸在各方面的作用机制及其生理功能的研究进展，并简要介绍了牛磺酸的应用前景。

关键词：牛磺酸；生物学效应；作用机制；应用前景

1　牛磺酸

牛磺酸是一种由含硫氨基酸转化而来的氨基酸，又名牛黄酸、牛胆酸、牛胆碱、牛胆素。牛磺酸广泛分布于体内各个组织和器官，且主要以游离状态存在于组织间液和细胞内液中，最先于公牛胆汁中发现而得名，但长期以来一直被认为是含硫氨基酸的无功能代谢产物。牛磺酸是动物体内的一种含硫氨基酸，但并不是蛋白质的组成成分。牛磺酸以游离氨基酸的形式广泛分布于人和动物的脑、心脏、肝、肾、卵巢、子宫、骨骼肌、血液、唾液及乳汁中，以松果体、视网膜、垂体、肾上腺等组织中的浓度为最高。在哺乳动物的心脏中，游离牛磺酸占游离氨基酸总量的50%之多[1]。

牛磺酸的化学结构式为H2N-CH2-CH2-SO3H，化学名称为β-氨基乙磺酸或2-氨基乙磺酸，相对分子质量为125.15，单斜棱形棒状白色晶体，熔点328℃（317℃分解），无毒、无臭、味微酸、对热稳定。牛磺酸可溶于水，12℃时溶解度为0.5%，其水溶液pH为4.1～5.6，在95%乙醇中17℃时溶解度为0.004%，不溶于无水乙醇、乙醚和丙酮。

牛磺酸是一种有机渗透的调节物质，其不仅参与调节细胞体积，还为胆汁盐的形成提供基础，在细胞内游离钙浓度的调制方面也起到了重要作用。虽然牛磺酸是一种未纳入蛋白质类物质的特殊氨基酸，但牛磺酸是大脑、视网膜、肌肉组织中最丰富的氨基酸。牛磺酸应用广泛，如在中枢神经系统的功能、细胞保护作用、心肌病、肾功能不全、肾功能发育异常和视网膜神经损伤等方面都有牛磺酸。几乎所有的眼组织中都含有牛磺酸。大鼠眼组织提取物的定量分析表明，牛磺酸是视网膜、玻璃体、晶状体、角膜、虹膜和睫状体中最丰富的氨基酸[2]。

诸多研究发现，牛磺酸是调节机体正常生理活动的活性物质，具有消炎、镇痛、维持机体渗透压平衡、维持正常视觉功能、调节细胞钙平衡、降血糖、调节神经传导、参与内分泌活动、调节脂类消化与吸收、增加心脏收缩能力、提高机体免疫能力、增强细胞膜抗氧化能力、保护心肌细胞等广泛的生物学功能。

2　牛磺酸的合成与代谢

动物机体除直接从膳食中摄入牛磺酸外，还可以在肝脏中进行生物合成。蛋氨酸和半胱氨酸代谢的中间产物半胱亚磺酸经半胱亚磺酸脱羧酶（CSAD）脱羧成亚牛磺酸，再经氧化生成牛磺酸。而CSAD被认为是哺乳动物牛磺酸生物合成的限速酶，且与其他哺乳动物相比，人类CSAD活性较低，可能是因为人体内牛磺酸合成能力也较低。牛磺酸在体内分解后可参与形成牛磺胆酸及生成羟乙基磺酸。牛磺酸的需要量取决于胆酸结合能力和肌肉含量。

此外，牛磺酸是通过尿液以游离形式或通过胆汁以胆酸盐形式排出体外的。肾脏是排泄牛磺酸的主要器官，也是调节机体内牛磺酸含量的重要器官。当牛磺酸过量时，多余部分随尿排出；当牛磺酸不足时，肾脏通过重吸收作用减少牛磺酸的排泄。另外，也有少量牛磺酸经肠道排出。

3　牛磺酸的生理功能

3.1抗癌作用

牛磺酸是一种非必需氨基酸，具有多种生理和药理作用。近年来，学者就牛磺酸作为抗癌药物对正常细胞的保护作用进行了较多的研究。但是，牛磺酸对肿瘤细胞的抗癌作用仍知之甚少。Kim等研究了牛磺酸单独使用和联合顺铂对人类宫颈癌细胞的抗癌作用，结果表明，联合顺铂的牛磺酸对肿瘤细胞的抗性作用更为显著（P<0.05）[3]。美国国家癌症研究所、开罗大学医学肿瘤科收治60位髓性白血病患者，并研究了联合使用姜黄素和牛磺酸对髓细胞性白血病细胞在体外繁殖的抑制作用，结果表明，姜黄素和牛磺酸联合使用可以有效地治疗慢性和急性髓细胞性白血病[4]。

3.2对生长发育的影响

Yue等在南美白对虾的日粮中添加牛磺酸，结果表明，添加适量的牛磺酸可以显著提高南美白对虾的生长性能（P<0.05），作为南美白对虾的一种必需营养素，牛磺酸的添加还可以显著提高虾的蛋白截留率（P<0.05）[5]。此外，有研究发现，牛磺酸可以改变成年人的生理功能，包括动脉压、荷尔蒙和肾功能。Wichaporn等研究表明，牛磺酸可以显著影响成人的生理功能（P<0.05），并可以增加人体的氧化应激[6]。Pinto等研究了牛磺酸在鱼养殖业中的应用，试验探究了牛磺酸对金头鲷生理功能的影响，结果表明，牛磺酸对幼鱼的发育起到关键性作用，此外，该试验在对比目鱼的对照试验中也得到了类似的结果，即牛磺酸对比目鱼个体的生长发育过程也有着至关重要的作用[7]。Choi等将牛磺酸和精氨酸按照一定的比例添加到大鼠的日粮中，结果发现，添加牛磺酸和精氨酸的大鼠骨密度显著增大（P<0.05），骨质更好[8]。

3.3对糖尿病及其并发症的作用

牛磺酸在糖尿病中的有益效果是已知的。然而，牛磺酸对降血糖的作用机制尚不十分明确。牛磺酸在机体中发挥多种生物学作用，包括抗氧化、调制离子运动、渗透调节、神经递质的调制、胆汁酸的共轭和维持生理稳态，对糖尿病及其并发症也有一定的影响。最新研究表明，牛磺酸对糖尿病、胰岛素抵抗及其并发症，包括视网膜病变、肾病、神经病变、动脉粥样硬化和心肌病等具有有效的作用。Ito等研究了牛磺酸在多种动物模型中的降糖作用的有效性，该试验还探究了牛磺酸对糖尿病的有益作用及其有效性的分子机制[9]。Cheong等用大鼠骨骼肌细胞培养体系实验研究了牛磺酸的抗糖尿病作用，结果表明，牛磺酸表现出抗糖尿病作用是通过刺激大鼠骨骼肌中的非胰岛素，从而影响动物对葡萄糖的摄取[10]。

牛磺酸可保护血浆成分和白细胞免受氧化剂和自由基的损伤。在白细胞内牛磺酸可与局部成分产生的次氯酸结合形成氯胺，氯胺有助于防止细胞自溶。Kim等研究了牛磺酸氯胺对人体内前脂肪细胞分化成脂肪细胞的影响，牛磺酸氯胺的介入，使得脂肪细胞和脂肪细胞标记基因的表达的主要转录因子有所减少，也就证明牛磺酸氯胺的抑制分化效果[11]。这些结果表明，牛磺酸可以间接抑制前脂肪细胞分化为脂肪细胞，也就是说牛磺酸或其衍生物可能作为肥胖相关疾病的治疗药物。

有试验研究牛磺酸对喂食高脂肪日粮后小鼠中央胰岛素的影响，结果表明，牛磺酸可以通过促进下丘脑释放胰岛素以达到对小鼠的高胆固醇血症、葡萄糖不耐症进行预防，并可促进小鼠机体的蛋白质代谢损失[12]。

3.4对中枢神经系统的作用

临床试验表明，牛磺酸是中枢神经系统最丰富的游离氨基酸之一，其各种生物学功能可以作为调制生物体的激动剂[13]。此外，各种动物脑组织中牛磺酸含量也表现为幼小动物高于成年动物，随着脑的不断发育，脑中牛磺酸水平逐渐下降。牛磺酸是一种神经调节剂和抗氧化剂，对精神障碍如抑郁症有一定的功能。有关大鼠的抑郁症治疗试验结果发现，牛磺酸具有抗抑郁作用和改变抑郁症相关信号的能力[14]。

与此同时，在探究牛磺酸对大鼠闭合性颅脑损伤是否有保护大脑作用的试验显示，牛磺酸静脉给药30 min后可降低大鼠脑水肿及血脑屏障通透性，提高超氧化物歧化酶的活性和谷胱甘肽的含量，并在24 h后降低创伤组织中丙二醛和乳酸的含量，该研究还发现牛磺酸有利于减少脑外伤引起的损伤，从而揭示出其潜在的临床意义[15]。

研究牛磺酸抑制新生豚鼠的听觉系统神经毒素产生的试验结果发现，适量的牛磺酸可以有效地抑制听觉系统中因胆红素诱导的神经损伤，该发现可能有助于将牛磺酸作为一种广谱剂用于预防和治疗新生儿的听力损失症状[16]。

3.5对视神经的作用

牛磺酸约占视网膜中氨基酸总量的50%，这种特殊的氨基酸是影响光感受器发育的重要营养因子。缺乏牛磺酸会引起光感受器的退化，使光传导功能受到抑制。虽然牛磺酸是中枢神经系统和视网膜中最丰富的自由氨基酸，但其作为视网膜发育必需的氨基酸，在视网膜的神经传递和调制中的具体机制作用还不是很清楚。目前，对缺乏牛磺酸导致严重的视网膜损伤有两种解释：牛磺酸是视网膜中主要的渗透压调控成分，缺乏时会导致其退化；牛磺酸参与了维生素A类在光感受器和色素上皮间的运转，这一作用是通过水溶性牛磺酸进行的。

视网膜光化学损伤是在一定环境下持续强光照射导致的，早期表现为视网膜功能下降，接着内层神经元变性坏死，最后视功能严重减退。牛磺酸作为重要神经递质存在于感光细胞内，参与视网膜细胞的生长发育，对维持正常视网膜功能起到重要作用。Jiang等研究了牛磺酸在视网膜神经节细胞的反应及其对神经节细胞的突触前神经元之间的突触传递的效果，结果发现，微摩尔浓度的牛磺酸可以有效地抑制突触前神经元的自发囊泡释放，但对光诱发的神经节细胞的突触信号的作用十分有限[17]。

研究发现，缺乏牛磺酸不仅会导致光感受器变性，也会导致视网膜神经节细胞的损失。锥感光细胞和视网膜神经节细胞出现在对牛磺酸缺乏最敏感的细胞中，这些结果可以解释牛磺酸在视网膜退行性病症的治疗机制[18]。

四氧嘧啶诱导的糖尿病不仅会造成高血糖，还会导致远视屈光度的变化，而这些都与白内障的形成和晶状体的损害有关。研究发现，补充牛磺酸会降低由高血糖引起的病变的发生率。牛磺酸对四氧嘧啶诱导的家兔糖尿病性白内障和折射变化具有强有力的保护作用[19]。

3.6对肝胆系统的作用

影响醇氧化能力的主要器官是肝，这也是合成牛磺酸的主要器官。有试验对雄性昆明小鼠给予60%的酒精灌胃来研究牛磺酸对急性酒精摄入后酒精代谢的效果，结果发现，牛磺酸可以增加肝脏中乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶含量，从而显著降低血液中酒精含量（P<0.05）[20]。

暴发性肝衰竭是一种肝脏综合征，在中医临床试验中具有较高的发病率和死亡率。研究牛磺酸对D-氨基半乳糖引起的肝功能衰竭即暴发性肝功能衰竭的大鼠的影响结果表明，牛磺酸能显著改善大鼠的线粒体功能（P<0.05）[21]。这说明牛磺酸对线粒体诱发的暴发性肝衰竭具有明显的保护作用。

3.7抗氧化作用

调节机体氧化应激是牛磺酸另一个重要的生理功能。牛磺酸的抗氧化试验表明，牛磺酸通过调节线粒体蛋白质的合成，提高线粒体内电子传递链的活动，从而达到抗氧化和保护线粒体的作用[22]。Yang等研究了牛磺酸对大鼠心肌抗氧化能力的影响，结果表明，牛磺酸添加量为100、200 mg·kg-1可以显著降低cAMP和cGMP的水平（P< 0.05），牛磺酸的添加可以显著提高血清超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽（GSH）和总抗氧能力（T-AOC）水平（P< 0.05），并且降低丙二醛（MDA）水平，显著提高心肌的抗氧化能力（P<0.05）[1]。

3.8对心血管系统的作用

预防动脉血栓性疾病在科学水平发达的国家已经有了较多的研究成果。Ijiri等研究发现，牛磺酸可以增强内源性溶栓活性，这将为研究牛磺酸对心脏保护和抗血栓作用机制提供理论基础[23]。Beyranvand等研究表明，给心脏功能为2或3级的心力衰竭且正在接受药物治疗的病人3次·d-1补充牛磺酸500 mg，其运动时间、代谢当量和运动距离都有所提高[24]。

在牛磺酸缺乏与心肌病的研究中发现，在心脏衰竭的病例中存在牛磺酸缺乏，结果表明，缺乏牛磺酸会降低心室壁厚度，且心脏会出现异常的收缩和舒张。还有研究还表明，牛磺酸缺乏会促进心脏结构和功能的改变[25]。

3.9其他

骨骼肌中包含的牛磺酸被认为是影响骨骼肌分化和生长的重要因素之一。研究表明，作为一种必需氨基酸，外源性牛磺酸对小鼠骨骼肌生长成熟分化过程发挥着关键性作用，此外，牛磺酸也有助于肌肉受损后的恢复[26]。牛磺酸具有特定的生理功能，如抗炎和抗氧化应激作用。有试验用牛磺酸治疗人体延迟性肌肉酸痛和肌肉损害，结果表明，牛磺酸可有效减轻延迟性肌肉酸痛和因高强度运动引起的肌肉损害[27]。

研究发现，鱼类饲料中添加牛磺酸虽不能提高草鱼的生长性能，但可以增加草鱼的肠系膜脂肪指数，这表明牛磺酸可以影响鱼类的脂质代谢，这项研究还显示牛磺酸可以提高草鱼的缺氧耐受性[28]。此外，牛磺酸对肾功能不全也有较为显著的作用。Han等研究了牛磺酸在肾疾病中的作用，结果表明，牛磺酸在高血压和特定的蛋白尿、肾小球和肾小管疾病、急性和慢性肾功能疾病（包括感染和肾结石）以及糖尿病肾病等方面都有显著的疗效（P<0.05），需进一步研究牛磺酸在慢性肾脏病和肾移植方面的生理功能[29]。

4　牛磺酸的安全性

牛磺酸是哺乳动物组织中最丰富的游离氨基酸之一，已被用于各种各样的健康功能性食品。到目前为止，一直鲜有牛磺酸引起过敏反应的报告。有报道指出，一位33岁的女性患者饮用含牛磺酸的饮料后反复出现全身瘙痒、荨麻疹、呼吸困难和头晕等症状，该病人对含牛磺酸的饮料口服的皮肤点刺测试和嗜碱性粒细胞活化试验结果呈阳性[30]。

5　小　结

牛磺酸具有独特的生物药理作用，所以含有牛磺酸的药物诸如牛黄、珍珠、蛇胆、冬虫夏草等都价格不菲。此外，常用的抗癌性药物中大多数含有牛磺酸，这也与其诸多的生物学功能有着密切的关系。此外，牛磺酸在临床上已被尝试应用于心血管疾病、高胆固醇血症、眼部疾病、糖尿病、早老性痴呆、肝病、胆囊纤维化和酗酒等一系列疾病的治疗。

在食品领域，牛磺酸的多种营养保健功能已被应用于食品营养强化剂和保健食品领域。随着生活水平和健康知识的提高，牛磺酸作为营养保健品和强化食品添加剂将逐步被食品生产企业和消费者认识和接受。对牛磺酸的生理作用及其作用机制的深入探讨，目前较多的仍是基础试验研究，所以应加强其临床中应用的研究，开辟其广泛的应用前景。

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Research Progress of Taurine

GU Qingnan1, LI Lvmu2*, XU Xiang2, ZHANG Minyang2
（1.School of Tea and Food Science and Technology , Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 2. School of Animal Science and Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China）

Abstract:Taurine is a free amino acid, because of its special physiological functions with a wide range of bio⁃logical effects on animal. This paper reviewed the research progress on the mechanism and physiological function of taurine, and briefly described the application prospect of taurine.

Key words:taurine; biological effect; mechanism; prospect

*通讯作者：研究员，博士生导师

作者简介：顾庆南（1989-），男，安徽长丰人，硕士研究生，研究方向为食品科学。

收稿日期：2015-03-16

中图分类号：R965

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2015）05-0014-05