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中国畜牧兽医 2006年第33卷第3期 营养与饲养 ・3・ 牛磺酸防治糖尿病的最新研究进展 于宁 (沈阳农业大学畜牧兽医学院,沈阳 110161) 摘要:牛磺酸是一种条件性必需氨基酸,在大部分动物组织中都存在。牛磺酸具有广泛的生物学效应,是调节机体正常生 理功能的重要物质,它在生产中的应用已引起人们的密切关注。作者综述了近几年牛磺酸防治糖尿病的最新试验研究进展。 关键词:牛磺酸;糖尿病;机理研究 中图分类号:Q517 文献标识码:A 文章编号:1671 7236(2006)03—0003—04 ● 牛磺酸(taurine,Tau)又名2一氨基乙磺酸,是机 后,出现胎盘和胎儿的血清中一些氨基酸(包括牛磺 体组织细胞中含量最丰富的一种B型含硫氨基酸, 酸)水平异常。最近,国外研究显示长期服用牛磺酸 其分子结构为H。N—CH。一CH。 SO。OH,分子量约 可降低STZ诱导的糖尿病大鼠的死亡率,牛磺酸缺 125 kD,于1827年首次从牛胆汁中分离,并因而得 乏可改变胎儿阶段的胰脏内分泌,增加成年人胰岛 名。牛磺酸是一种非必需氨基酸,没有遗传密码子, 素抵抗的危险(Pi等,2004)。 因此不能组成蛋白质和酶类。牛磺酸在心脏、视网 2牛磺酸防治糖尿病的机理 膜、大脑和骨骼肌中有特别高的含量,在白血球和血 2.1 牛磺酸与葡萄糖的新陈代谢 牛磺酸能增加 小板中含量也很高。它的缺乏能引起视网膜和心脏 成年大鼠肝脏和心脏中糖原合成、糖酵解、葡萄糖氧 的退化。Maar等(1998)证明在大鼠体内牛磺酸既 化和葡萄糖吸收。机理可能是:①细胞膜对葡萄糖的 是渗透调节物质(平衡细胞体积),也是神经调节物 摄取是细胞内糖代谢的限速步骤,牛磺酸可以诱导 质(防止过度兴奋引起的细胞死亡)。在人类细胞中 或抑制某些限速酶活性,使糖原合成酶I活力升高 牛磺酸也发挥同样的作用。 而使糖原磷酸化酶活力降低;②牛磺酸有胰岛素样 1 牛磺酸影响糖尿病的试验研究 作用,通过结合蛋白与胰岛素受体结合,在高血糖状 近年研究结果表明糖尿病(DM)与牛磺酸有 态下可增加骨骼肌、心肌等靶器官对葡萄糖的摄取, 关,无论在I型还是Ⅱ型糖尿病中,牛磺酸都发挥有 促进细胞内糖代谢和糖原合成(张磊等,2002)。 益作用,它的缺乏会导致糖尿病症状加剧或产生并 牛磺酸对胰腺内分泌的影响似乎与年龄有关, 发症。活体内试验研究显示摄入牛磺酸能降低糖尿 因为成年人胰岛素分泌受葡萄糖影响,而在胎儿的 病引起的视网膜、晶状体和外周神经的变化。 胰腺中可通过非糖刺激物一亮氨酸和精氨酸来刺激 Elizarova等(1996)试验结果发现口服牛磺酸500 胰岛素释放。 mg/次,2次/d,可降低血浆和尿中葡萄糖水平,改 2.2牛磺酸的抗氧化作用 氧化应激是许多糖尿 变I型糖尿病人的新陈代谢。McCarty(1997)研究 病并发症的发病机理,在许多生物系统中牛磺酸作 结果发现Ⅱ型糖尿病人中,牛磺酸可作为补充治疗 为一种抗氧化剂,补充牛磺酸能削弱由于羰基基团 剂,防止糖尿病并发症。Anuradha等(1999)研究结 产物减少引起的与年龄有关的氧化破坏增加。张国 果显示补充牛磺酸(2%于饮水中)能够改善饲喂果 军等(1999)报道牛磺酸能明显降低DM大鼠血清和 糖大鼠的胰岛素抵抗,缓解高血压晶状体和外周神 肾皮质AGEs水平,提示牛磺酸具有抑制组织蛋白 经的变化。Murakami等(1999)研究结果发现自发 Ⅱ型糖尿病大鼠补充牛磺酸能改善胰岛素抵抗、降 质糖基化反应,减少肾脏AGEs形成的作用。其机理 低血清胆固醇和甘油三酯含量。另外Copeland等 可能是它作为一种抗氧化剂,提高抑制氧化应激的 程度从而抑制糖基化反应。Vohra等(2001)发现灌 (1990)试验结果发现妊娠大鼠经STZ诱发糖尿病 胃牛磺酸可提升脑内某区域超氧化物歧化酶和谷胱 甘肽过氧化酶的活性。其作用机制可能为:①牛磺酸 收稿日期:2005—1o一13 作者简介:于宁(1978一),女,辽宁人,硕士生,研究方向:动物营 可以提高抗氧化剂的水平。②N一氯牛磺酸抑制嗜中 养生理。 性粒细胞的活性,降低了产生自由基的能力;③牛磺 维普资讯 http://www.cqvip.com

・4・ 营养与饲养 酸可防止钙超载,使自由基产生减少;④牛磺酸以共 扼物形式存在,不能产生自由基。前3点机制都是牛 磺酸调节Ca抖流动的结果 2.3牛磺酸的抗聚集作用 糖尿病患者血小板活 性的提高被认为是糖尿病并发症起作用的因素,糖 尿病患者自发血小板聚集与糖尿病并发症密切相关 (Satoh等,1995)。Richard等(2002)发现I型糖尿 病患者血小板聚集会引发心血管疾病,牛磺酸处理 的日粮提高了血浆中牛磺酸含量,血小板中牛磺酸 含量也可恢复。因此,补充牛磺酸似乎能减少或克服 糖尿病患者组织中牛磺酸的耗竭。牛磺酸的作用主 要依赖于其抗聚集活性,其机制可能为:①牛磺酸的 抗氧化与S0D、CAT的活性增加有关,从而增加对 自由基的清除;②牛磺酸与葡萄糖及各种脂质来源 的醛反应,其产物抑制磷脂过氧化,使组织血清过氧 化产物水平下降;③牛磺酸具有稳定细胞膜的作用, 从而抑制了血小板的聚集(郭鹏等,2003)。补充牛磺 酸的影响是长期的,牛磺酸撤去60 d后仍存在影 响。在健康的个体中,牛磺酸减少凝血戊烷合成。 2.4 牛磺酸和钙离子平衡 牛磺酸具有细胞内钙 平衡调节器的作用,通过依赖于钙浓度的双相调节 作用来影响钙平衡。牛磺酸也能防止细胞内钙引起 的细胞伤害。Ca。 可通过激活黄嘌呤氧化酶途径使 细胞中氧自由基增加。牛磺酸清除HCl0,调节细胞 内Ca抖,阻断脂质过氧化物和钙超载的恶性循环,减 弱氧化强心剂的活性以提高细胞内钙浓度。 在糖尿病大鼠的视网膜中这种功能很重要,牛 磺酸能保护钙泵活性,也能保护暴露在臭氧中酶的 活性。因为较低的泵活性和脂质过氧化反应在恶性 循环中是相关的。事实上,钙ATP酶活性的减少能 产生钙超载,然后诱发脂质过氧化反应,进一步减少 ATP酶活性,从而提高ATP/ADP比例。I i等 (2005)报道补充牛磺酸可以削弱STZ诱导的糖尿 病大鼠感觉神经元的痛觉过敏,而缺乏牛磺酸可引 起兴奋过度和疼痛,加重糖尿病,机理就是牛磺酸调 节Ca’+的信号传导。 2.5牛磺酸的渗透调节作用 糖尿病患者体内葡 萄糖水平过高会扰乱细胞的渗透调节,牛磺酸在渗 透调节中发挥关键作用(McManus等,1995)。细胞 外葡萄糖含量提高可通过提高葡萄糖代谢终产物~ 山梨醇水平从而增加细胞渗透压。细胞内山梨醇的 提高会使牛磺酸补偿性耗竭,引起糖尿病并发症,如 中国畜牧兽医 2006年第33卷第3期 视网膜病变、神经病变、肾病、心肌病、血小板聚集和 动脉粥样硬化等(Hansen等,2001)。通过补充牛磺 酸,上述症状得到缓解。Patrizio等(2003)发现补充 牛磺酸可以提高糖尿病大鼠肾小球的量,其机理可 能是:牛磺酸在生理pH下是一种两性离子,可以穿 透细胞膜,提高肾脏内牛磺酸量,改变肾小球细胞体 积调节,防止细胞膨胀。通常认为牛磺酸的转运在维 持细胞内牛磺酸水平时非常重要。 2.6牛磺酸的抗动脉粥样硬化作用 糖尿病患者 更倾向于患动脉粥样硬化,粥样硬化占糖尿病患者 死亡原因的80 。在一些动脉硬化症和糖尿病的试 验模型中牛磺酸有降血脂的作用。牛磺酸以胆酸盐 的形式发挥功能:胆酸盐参与脂肪吸收和胆固醇分 泌,能促进胆汁酸生成和粪胆酸排出及甲状腺 激素代谢(Charach等,1998)。婴儿期牛磺酸能防止 胆汁郁积(Howard等,1992)。 Satoh等(1992)试验发现牛磺酸不能降低饲喂 富含胆固醇日粮兔的总胆固醇,而能减慢动脉粥样 硬化的恶化。遗传性高血脂的watanabe兔,牛磺酸 能防止胆汁胆甾醇酯在动脉的郁积,降低血清和动 脉中的酰基辅酶A、胆固醇酰基转移酶和丙二醛生 成,因此减少LDL的易氧化性。这些数据暗示了牛 磺酸利用抗氧化性预防动脉硬化恶化。 所有这些研究都是在小动物兔、小鼠和大鼠 上完成的,这些动物中自由基产生的比例非常高,说 明它们的新陈代谢率很高。LDL的氧化与ROS(反 应氧离子)产生的比例相关联,因此能产生更多氧化 LDL的小动物在用抗氧化剂治疗后得到比人类更 大的益处。所以,最近世界上的流行病学研究结果显 示牛磺酸的分泌水平与局部缺血再灌注心脏病之间 存在相关性。 2.7 牛磺酸的抗炎活性 近来研究结果发现许多 炎症因子与糖尿病及其并发症有关联(郭晓蕙等, 2004)。牛磺酸能保护组织免受动脉硬化症诱导的炎 症所引起的伤害,这种抗炎效应依赖于 tauroehloramine(一种酸清除剂),它受一些基因产 物 ̄IINOS 、TNF—a和环加氧酶2的,所有这些都 与炎症反应有关。此外,taurochloramine通过抑制氧 化破裂和减少炎症胞浆分泌来影响白细胞功能。 牛磺酸使肺免受博来霉素、臭氧和NO。引起的 纤维化,减少局部缺血再灌注和风湿性关节炎的损 害。牛磺酸一牛磺酸氯胺系统的抗炎效应对预防心血 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国畜牧兽医 2006年第33卷第3期 管疾病和高血糖症诱导的伤害是非常重要的。 2.8牛磺酸提高免疫力功能 白细胞和血小板细 胞内牛磺酸含量很高(大约lO~50 Mm),在众多型 号的单核细胞中,牛磺酸在嗜中性粒细胞中含量最 丰富。糖尿病人的嗜中性白细胞功能被削弱,易感性 增强。通常,糖尿病人单核细胞的代谢活性发生改 变,如嗜菌细胞的过氧化氢产物减少。缺乏牛磺酸会 导致糖尿病人的嗜菌细胞内山梨醇聚集,引起免疫 力下降。Masuda等(1986)研究结果显示补充牛磺 酸能改善嗜中性白细胞的杀菌力。 3胎儿期牛磺酸变化和Ⅱ型糖尿病 Cherif等(1998)试验结果显示胎儿期胰腺内分 泌系统发生改变,可以使成年后的Ⅱ型糖尿病发病 的危险性提高,大鼠补充牛磺酸与胰岛素分泌有相 关性。Bustamante等(1998)也发现牛磺酸是胎儿胰 岛发育的必需氨基酸,牛磺酸主要集中在胰岛非J3 细胞中。这些研究结果表明胎儿缺乏牛磺酸会导致 糖尿病。最近Norberg等(1998)临床研究结果证明 子宫内生长阻滞(IUGR)与胎盘牛磺酸运输活性降 低有关,而IUGR与成年后Ⅱ型糖尿病、冠心病、中 风、高血压和肥胖都相关。母畜饲喂低牛磺酸日粮能 降低胎儿牛磺酸水平,导致母畜糖尿病,改变胎儿胰 腺内分泌,削弱成年后代对葡萄糖的耐受力。能通过 给母畜补充牛磺酸得到恢复,这说明牛磺酸对胎JLi8 细胞成熟有影响。 母畜补充牛磺酸能减少胎儿胰岛内II 一1诱导 的细胞凋亡的比例,在DNA合成中发挥作用,阻止 胰腺内分泌的异常发育。糖尿病怀孕大鼠及其后代 和后代的胎儿血浆牛磺酸水平都较低。以上发现提 示应对牛磺酸对胎儿的影响进行深入细致的研究, 来决定在怀孕期间是否应补充牛磺酸,避免成年期 和下一代胰岛素抵抗和其他新陈代谢的危害。 4结语 糖尿病是由于胰岛素分泌相对不足或绝对不足 而引起的糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱,是一种慢性代 谢性疾病,具有明显异质性,一般认为环境与遗传因 素交织作用是其发病原因,糖尿病是世界上发病率 和死亡率最高的5种疾病之一,因此防治,尤其是高 风险人群的防治工作显得尤为重要。目前尚缺乏控 制糖尿病及其并发症的有效药物,而牛磺酸为小分 子物质,是兴奋性较高组织中含量最丰富的游离氨 基酸,无抗原性和毒副作用,应用牛磺酸防治糖尿病 营养与饲养 ・5・ 及其并发症具有广阔的临床前景。相信在不久的将 来,对于糖尿病这一世界性医学难症的防治,牛磺酸 必将会发挥重要的作用。 参考 文 献 1 张,李才,等.牛磺酸对糖尿病大鼠肾脏氧化应激和非糖基化 的抑制作用.中华肾脏病杂志,1999,6:351~353。 2 张磊,扬程,等.牛磺酸的生理作用.医学院学报,2002,1: 54~56. 3郭晓蕙,姚军.炎症与2型糖尿病.国外医学内分泌学分册,2004, 4:2~5. 4郭鹏,沈维高,等.牛磺酸对早期糖尿病肾病大鼠NO,MDA和 CAT的影响.北华大学学报,2003,2:133~137. 5 Anuradha C V。Balakrishnan S D.Taurine attenuates hyper— tension and improves insulin sensitivity in the fructose—fed rat, an animal model of insulin resistance.Can J Physiol Pharmacol, 1999,77:749~754. 6 Bustamante J,Alonso F J,Lobo M、,T,et a1.Taurine levels and localization in pancreatic islets.Adv Exp Med Biol,1 998. 442:65~69. 7 Charach G,Rabinovich P D,Konikoff F M,et a1.Decreased fecal bile acid output in patients with coronary atherosclerosis.J Med。l998,29:125~136. 8 Cherif H,Reusens B,Ahn M T,et a1.Effects of taurine on the insulin secretion of rat islets from dams fed lf low protein diet.J Endocrinol,l998,l59:341~348. 9 Copeland J A D,Hendrich C E,Porterfield S P.Distribution of free amino acids in streptozotocin—induced diabetic pregnant rats, their placentae and fetuses.Horm Metabol Res,1990,22#65~ 7O. 10 Di L M A,Santini S A,et a1.Long term taurine supplementa tion reduces mortality rate in streptozotocin—induced diabetic rats.Amino Acids,2004,8:187~191. 1 1 Elizarova E P,Nedosugova L V.First experiments in taurine administration for diabetes mellitus the effect on erythrocyte membranes.Adv Exp Med Biol,l996,403:583~588. 1 2 Hansen S H.The role of taurine in diabetes and the development of diabetic complications.Diabetes Metab Res Rev,2001,17: 33O~346. 1 3 Howard D,Thompson D F.Taurine an essential amino acid to prevent cholestasis in neonates.Ann Pharmacother,1992,26: l39O~1392. 1 4 Li F,Obrosova I G,et a1.Taurine replacement attenuates hyperalgesia and abnormal calcium signaling in sensory neurons of STZ—D rats.Am J Physiol Endocrinol Metab,2005,1:29~ 36. 15 Maar T E。Lund T M,Gegelashvili G,et a1.Effects of taurine depletion on cell migration and NCAM expression in cultures of dissociated mouse cerebellum and N2A cells.Amino Acids, l998.15:77~88. 16 Masuda M。Horisaka K,Koeda T.Effects of taurine on neutrophi]function in hyperlipidemic rats.Jpn J Pharmacol・ 1986.40:478~480. 维普资讯 http://www.cqvip.com

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