甜菜碱综述
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3.4 调节渗透压
渗透压平衡对蛋白质表达、氨基酸及氨类物质代谢、碳水化合物及脂肪酸代谢、 原生质膜运输和基因表达等均具有重要意义[47]。当机体细胞外渗透压发生剧变时，细 胞主要通过积累低分子量的无机离子（如：Na+、K+等）和有机渗透压调节物（如： 甲基化碱基、氨基酸及其衍生物及糖醇等）来调节渗透压；而内源无机离子对渗透压 调节能力有限，因高浓度的无机离子会破坏蛋白质结构、降低酶活性、影响细胞正常 代谢[48]。甜菜碱作为双极性季胺盐化合物具有类似电解质的特征，具有高溶解度。外 源甜菜碱摄入能在肾脏中积累[49]，保护细胞、减少高浓度电解质和尿素对细胞结构和 功能的损伤[50, 51]。体外研究表明，甜菜碱能够缓解由渗透压剧变引起的肝脏巨噬细胞 肿瘤坏死因子 α 释放、前列腺素形成及环氧化酶-2 的表达等造成的细胞损伤，稳定免 疫功能[52]。甜菜碱可减少应激对细胞体积的负面影响，进而能够调控细胞中酶的构象 变化，保护其结构和功能[53]。甜菜碱能缓解由高渗环境引起猪肺动脉上皮细胞的程序 性死亡，增加细胞对渗透压变化的适应，减少在渗透激变时对细胞和器官的损伤[54]。 Kettune 等[55]研究发现，在饮水中添加 0.2%甜菜碱能提高肉鸡小肠上皮细胞的滞水能 力，改善小肠上皮细胞结构，缓解高渗应激对肉鸡的影响。
2.2 甜菜碱在动物体内的利用
甜菜碱在肠道中被吸收后经血液循环进入机体各组织并通过代谢途径分解或在 组织中沉积。甜菜碱在动物体内的利用率很高，健康动物即使摄入高剂量甜菜碱，也 较少会通过排泄途径排出，几乎全部能被机体利用[10]。
2.2.1 通过代谢途径分解
在肝脏、肾脏、肌肉、眼睛等组织中均存在与甜菜碱分解代谢相关的酶，其中肝 脏是主要的代谢场所，且目前关于甜菜碱代谢的研究也主要集中在肝脏[11]。甜菜碱在 肝脏中通过一系列酶反应而分解，且这些反应可通过蛋氨酸循环（如图1[1]）参与机体 的转甲基作用。
因此，甜菜碱渗透压保护作用主要是由于甜菜碱可沉积在的细胞及细胞器中，在 渗透压激变时发挥对细胞的渗透压保护作用，部分取代无机离子的的调节作用，避免 无机离子的过度积累，减少无机离子对酶及细胞膜等的损伤[56]；甜菜碱是一种与细胞 内容物配伍性很强的物质，其不仅不会干扰细胞正常代谢，而且能够稳定细胞正常体 积，提高细胞中自由水的含量，缓解高渗应激对细胞增殖的影响[57]；另外，甜菜碱能 够稳定细胞中蛋白及其他物质的结构和功能[58]。综上，甜菜碱可调节渗透压，对于维 持应激条件下细胞的蛋白和酶的结构功能、细胞正常体积、细胞的系水能力及细胞正 常代谢起着重要作用[59-61]。
3.5 抗氧化功能
模式动物研究表明，甜菜碱在机体抗氧化系统中发挥重要作用。Kim 等[62]研究表 明，甜菜碱能显著提高小鼠肝脏中谷胱甘肽（Glutathione，GSH）含量和还原型与氧 化型谷胱甘肽的比值（GSH / glutathione disulphide（GSSG）ratio）；Wang 等[63]研究 发现，甜菜碱提高了大鼠肝脏中谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX） 活性，结果提示甜菜碱能够提高机体谷胱甘肽氧化还原系统的抗氧化能力，从而提高 机体的抗氧化能力。Alirezaei 等[64]和 Kheradmand 等[65]报道，甜菜碱可提高小鼠的抗 氧化功能，能提高小鼠肝脏 GPX 活性，降低肝脏丙二醛含量。另有研究指出，甜菜 碱可提高肉鸡胸肌中主要的抗氧化酶活力 如：超氧化物歧化酶（The superoxide dismutase，SOD）、GPX，缓解饲喂低蛋氨酸日粮引起的氧化应激，减少脂质过氧化 产物生成[66]。
2 甜菜碱的吸收与代谢
2.1 甜菜碱在动物肠道中的吸收
作为一种甲基化的氨基酸，甜菜碱吸收与氨基酸类似，主要通过甜菜碱-γ-氨基丁 酸转运系统和氨基酸转运系统A进行转运[3-6]。研究表明，外源甜菜碱主要在肉鸡小肠 中通过十二指肠和空肠吸收，但十二指肠的吸收效率高于空肠，后依靠小肠上皮细胞 的Na+和Cl-泵进行主动转运、不依赖Na+泵途径及被动扩散进行转运[7, 8]。甜菜碱在肠 道内的吸收效率很高，但也有研究指出，过量摄入甜菜碱时会降低其在肠道中的吸收 效率[9]。
2.2.2 在组织中沉积
若甜菜碱不通过上述代谢途径分解，则会在肝脏、肾脏、肌肉等组织中沉积。汪 以真等[18]研究表明，日粮不额外添加甜菜碱，在猪的肝脏、肾脏及肌肉组织均能够检 测到甜菜碱。Matthews 等[19]报道，日粮中添加 1250、2500、5000 mg/kg 甜菜碱均能 够显著提高猪眼肌中甜菜碱含量。Siljander 等[20]指出，日粮分别添加 0、250、500、 1000 mg/kg 甜菜碱，猪肝脏中甜菜碱含量随着甜菜碱添加量增加而呈线性递增。但甜 菜碱在各组织中沉积效率不同，主要沉积于肝脏和肾脏，其次是肌肉[21]。
3.3 调节脂肪代谢
动物体脂沉积是由外源脂肪摄入、内源脂肪合成及脂肪酸 β 氧化共同决定的动态 过程。因此，在外源脂肪摄入水平相同时，体脂沉积减少主要取决于脂肪分解增加和 内源脂肪合成减少[31]。脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase，FAS）和乙酰 CoA 羧化酶 （Acetyl CoA carboxylase，ACC）是机体脂肪合成的关键酶。FAS 是一种以脂酰基载 体蛋白为中心的多酶复合体，负责催化高等动物内源性脂肪酸合成的最后一步反应， 是脂肪合成最重要的酶[32, 33]；而 ACC 通过催化乙酰 CoA 合成丙二酸单酰 CoA 来调 节脂肪酸转运进入线粒体的效率[34, 35]。肝脂酶（Hepatic lipase，HL）和脂蛋白脂酶 （Lipoprotein lipase，LPL）是血浆脂蛋白代谢中的关键酶。HL 由肝脏合成，主要催 化高密度脂蛋白和低密度脂蛋白中的甘油三酯水解；LPL 也可催化甘油三醋水解成甘
3.2 调节蛋白代谢
甜菜碱能使动物肝脏和肌肉中的粗蛋白、核糖核酸、RNA 与 DNA 的比值显著提 高，血清尿酸明显下降，参与调节机体蛋白质代谢。甜菜碱参与合成肌酸、磷脂、肾 上腺素、核糖核酸、脱氧核糖核酸等多种具有重要生理功能物质，促进机体蛋白质的 合成，降低蛋白质的降解，使组织中蛋白质的沉积增加[24-27]。甜菜碱可部分替代蛋氨 酸供甲基功能，降低蛋氨酸的供甲基消耗量，提高其利用效率[27-29]。蛋氨酸不仅是机 体蛋白质合成的原料，而且还能参与调节机体蛋白质代谢，在蛋白质代谢中起重要作 用[30]。
3.1 供甲基功能
甲基（-CH3）是动物机体代谢，特别是蛋白质和脂肪代谢所必需的基团，机体自 身不能合成甲基，需由外源供体提供[22]。甜菜碱、胆碱和蛋氨酸是动物体主要的有效 甲基供体。甜菜碱含有 3 个极性甲基，是直接、有效的甲基供体物质。甜菜碱不仅能 提供活性甲基，而且能通过 BHMT 的催化作用增加蛋氨酸循环次数，增强机体甲基 代谢，加速 DNA 的加工和修饰等过程[23]。
甜菜碱-高半胱氨酸-甲基转移酶（Betaine homocysteine methyltransferase，BHMT） 曾被称为甜菜碱转甲基酶，是一种含锌金属酶，最适 pH 为 7.8，主要分布在动物肝脏、 肾脏及眼睛组织[12]。在 BHMT 的催化下，甜菜碱为高半胱氨酸提供一个甲基以合成 蛋氨酸，进而生成二甲基甘氨酸，然后进一步分解生成许多次级代谢产物，如肌氨酸、 甘 氨 酸 、 丝 氨 酸 等 （ 如 图 1 ） 。 高 半 胱 氨 酸 受 BHMT 和 胱 硫 醚 -β- 合 成 酶 (Cystathionine-β-synthase，CβS)调控[13]。高半胱氨酸再甲基化生成蛋氨酸，该过程称 为蛋氨酸的再甲基化途径[14]。甜菜碱在 BHMT 作用下参与蛋氨酸生成是蛋氨酸再甲 基化的重要途径之一，这对机体节约蛋氨酸、解除高半胱氨酸的毒性和生成 S-腺苷甲 硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)都具有重要意义[11]。另外，高半胱氨酸也可在 CβS 的催化下生成半胱氨酸，然后参与谷胱甘肽、胱氨酸、牛磺酸等物质的合成，此过程 称为蛋氨酸的转硫途径[14]。研究表明，日粮中添加甜菜碱能够显著提高肝脏中 BHMT 的含量[15]，加速蛋氨酸的再甲基化，提高蛋氨酸及 SAM 含量[16]；且能提高 CβS 活力， 加速蛋氨酸转硫途径[17]，促进胱氨酸、牛磺酸、谷胱甘肽等重要代谢物质生成。甜菜 碱对蛋氨酸的再甲基化及转硫途径的影响与其添加剂量有关，低剂量时甜菜碱的主效 应为促进蛋氨酸的再甲基化；而高剂量添加时甜菜碱能够同时加速蛋氨酸的再甲基化 及转硫途径[15, 17]。
甜菜碱主要通过以下三个途径发挥其抗氧化功能：（1）参与蛋氨酸循环，提高蛋 氨酸及 SAM 含量，促进胱氨酸、谷胱甘肽等重要代谢物质的生成，而这些代谢物质 在机体抗氧化系统中发挥重要作用，特别是 GSH，能直接清除体内的活性氧和过氧化 氢，对机体抗氧化防御及细胞膜的稳定都具有重要意义[67-69]。（2）调节机体渗透压， 对细胞、酶的结构和功能起保护作用，增强抗氧化酶的稳定性。（3）对磷脂双分子层 起稳定作用，减少自由基生成和对细胞的损伤。甜菜碱是亲脂物质能够快速通过磷脂 双分子层且能与其产生特定生物学交互作用，减少细胞膜脂质过氧化[70]。
胆碱
甜菜醛 再甲基化
甜菜碱 BHMT
二甲基甘氨酸
肌氨酸
半胱氨酸
胱硫醚
CβS
转硫
高半胱氨酸
硫酸盐 牛磺酸 谷胱甘肽
S- 腺 苷 高 半 胱
转甲基
Байду номын сангаас
CH3
S-腺苷甲硫氨
蛋氨酸 甘氨酸
丝氨酸
图 1 甜菜碱代谢及其在蛋氨酸循环中的转甲基作用
3 甜菜碱的生理功能
甜菜碱最主要的生理功能是为机体提供甲基和调节机体渗透压。作为甲基供体， 甜菜碱在动物的肝脏和肾脏中通过蛋氨酸循环，参与机体重要的代谢途径；作为渗透 压调节物，甜菜碱主要能够维持细胞正常体积，保护细胞膜、蛋白和酶的结构和功能。
甜菜碱综述
1 甜菜碱的理化性质
甜菜碱又名三甲基甘氨酸，是一种氨基酸衍生物，具有双电荷性质和三个活性甲 基，电荷在分子内分布呈中性，三个甲基活性无差异，因此它是高效的甲基供体[1]； 甜菜碱含有完全甲基化的五价氨，是一种季铵型生物碱，具有亲水和亲脂性，有良好 的水溶性，20 ℃水中溶解度为160 g/100 g，亲脂性使其在生物体中能够容易透过磷脂 分子层；具有旋光性、抗菌抑菌功能和生物碱的其他理化特征。与雷氏盐形成紫红色 难溶复盐，可用于甜菜碱的检测。甜菜碱具有两性结构特征，在碱性条件下呈环状结 构，酸性条件下呈开环状，是一种重要的有机化学中间体，在化工及制药业上具有重 要用途，如：用于合成甜菜碱型表面活性剂、聚合型甜菜碱抗菌剂等[2]。
猪[40]、鸭[41]、蛋鸡[42]及肉鸡[43, 44]的研究表明，日粮中添加甜菜碱能有效的降低 体脂沉积。甜菜碱可抑制脂肪酸合成相关酶及 mRNA 表达，从而减少脂肪沉积[45, 46]； Xing 等[46]研究指出，甜菜碱降低脂肪合成酶相关基因表达与基因的甲基化有关，这 提示甜菜碱可能通过调控基因甲基化影响脂肪代谢合成酶基因表达。另有学者报道， 甜菜碱可为肉碱合成提供甲基，加速肉碱合成，提高肉鸡肝脏中肉碱的含量[27]，加速 脂肪酸向线粒体的转运和分解，从而减少动物体脂沉积。甜菜碱可调控机体的激素水 平和生长因子而调节机体脂肪的分解和合成代谢[40]。
油和脂肪酸，以供各种组织贮存和利用，其活性与动物体内脂蛋白的代谢有密切关系 [36]。肉碱合成于肝脏，该合成过程需要甲基参与。肉碱是脂肪酸从胞液运输到线粒体 的载体，长链脂肪酸通过与肉碱结合为脂酰肉碱后才能转入线粒体内进行 β-氧化，肉 碱棕榈酰转移酶-I（The carnitine palmitoyl transferase - I，CPT-I）是催化这一反应的关 键酶[37]，而 3-羟酰辅酶 A 脱氢酶（3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase，HADH）是脂 肪酸在线粒体中进行 β 氧化的关键酶[38]，二者共同决定机体脂肪酸 β 氧化效率。过氧 化物酶体增殖物激活受体（Proliferator-activated receptor alpha，PPARα）是一类调控 脂肪酸 β 氧化的转录调控因子[39]，是近年来脂肪代谢研究热点之一。
渗透压平衡对蛋白质表达、氨基酸及氨类物质代谢、碳水化合物及脂肪酸代谢、 原生质膜运输和基因表达等均具有重要意义[47]。当机体细胞外渗透压发生剧变时，细 胞主要通过积累低分子量的无机离子（如：Na+、K+等）和有机渗透压调节物（如： 甲基化碱基、氨基酸及其衍生物及糖醇等）来调节渗透压；而内源无机离子对渗透压 调节能力有限，因高浓度的无机离子会破坏蛋白质结构、降低酶活性、影响细胞正常 代谢[48]。甜菜碱作为双极性季胺盐化合物具有类似电解质的特征，具有高溶解度。外 源甜菜碱摄入能在肾脏中积累[49]，保护细胞、减少高浓度电解质和尿素对细胞结构和 功能的损伤[50, 51]。体外研究表明，甜菜碱能够缓解由渗透压剧变引起的肝脏巨噬细胞 肿瘤坏死因子 α 释放、前列腺素形成及环氧化酶-2 的表达等造成的细胞损伤，稳定免 疫功能[52]。甜菜碱可减少应激对细胞体积的负面影响，进而能够调控细胞中酶的构象 变化，保护其结构和功能[53]。甜菜碱能缓解由高渗环境引起猪肺动脉上皮细胞的程序 性死亡，增加细胞对渗透压变化的适应，减少在渗透激变时对细胞和器官的损伤[54]。 Kettune 等[55]研究发现，在饮水中添加 0.2%甜菜碱能提高肉鸡小肠上皮细胞的滞水能 力，改善小肠上皮细胞结构，缓解高渗应激对肉鸡的影响。
2.2 甜菜碱在动物体内的利用
甜菜碱在肠道中被吸收后经血液循环进入机体各组织并通过代谢途径分解或在 组织中沉积。甜菜碱在动物体内的利用率很高，健康动物即使摄入高剂量甜菜碱，也 较少会通过排泄途径排出，几乎全部能被机体利用[10]。
2.2.1 通过代谢途径分解
在肝脏、肾脏、肌肉、眼睛等组织中均存在与甜菜碱分解代谢相关的酶，其中肝 脏是主要的代谢场所，且目前关于甜菜碱代谢的研究也主要集中在肝脏[11]。甜菜碱在 肝脏中通过一系列酶反应而分解，且这些反应可通过蛋氨酸循环（如图1[1]）参与机体 的转甲基作用。
因此，甜菜碱渗透压保护作用主要是由于甜菜碱可沉积在的细胞及细胞器中，在 渗透压激变时发挥对细胞的渗透压保护作用，部分取代无机离子的的调节作用，避免 无机离子的过度积累，减少无机离子对酶及细胞膜等的损伤[56]；甜菜碱是一种与细胞 内容物配伍性很强的物质，其不仅不会干扰细胞正常代谢，而且能够稳定细胞正常体 积，提高细胞中自由水的含量，缓解高渗应激对细胞增殖的影响[57]；另外，甜菜碱能 够稳定细胞中蛋白及其他物质的结构和功能[58]。综上，甜菜碱可调节渗透压，对于维 持应激条件下细胞的蛋白和酶的结构功能、细胞正常体积、细胞的系水能力及细胞正 常代谢起着重要作用[59-61]。
3.5 抗氧化功能
模式动物研究表明，甜菜碱在机体抗氧化系统中发挥重要作用。Kim 等[62]研究表 明，甜菜碱能显著提高小鼠肝脏中谷胱甘肽（Glutathione，GSH）含量和还原型与氧 化型谷胱甘肽的比值（GSH / glutathione disulphide（GSSG）ratio）；Wang 等[63]研究 发现，甜菜碱提高了大鼠肝脏中谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPX） 活性，结果提示甜菜碱能够提高机体谷胱甘肽氧化还原系统的抗氧化能力，从而提高 机体的抗氧化能力。Alirezaei 等[64]和 Kheradmand 等[65]报道，甜菜碱可提高小鼠的抗 氧化功能，能提高小鼠肝脏 GPX 活性，降低肝脏丙二醛含量。另有研究指出，甜菜 碱可提高肉鸡胸肌中主要的抗氧化酶活力 如：超氧化物歧化酶（The superoxide dismutase，SOD）、GPX，缓解饲喂低蛋氨酸日粮引起的氧化应激，减少脂质过氧化 产物生成[66]。
2 甜菜碱的吸收与代谢
2.1 甜菜碱在动物肠道中的吸收
作为一种甲基化的氨基酸，甜菜碱吸收与氨基酸类似，主要通过甜菜碱-γ-氨基丁 酸转运系统和氨基酸转运系统A进行转运[3-6]。研究表明，外源甜菜碱主要在肉鸡小肠 中通过十二指肠和空肠吸收，但十二指肠的吸收效率高于空肠，后依靠小肠上皮细胞 的Na+和Cl-泵进行主动转运、不依赖Na+泵途径及被动扩散进行转运[7, 8]。甜菜碱在肠 道内的吸收效率很高，但也有研究指出，过量摄入甜菜碱时会降低其在肠道中的吸收 效率[9]。
2.2.2 在组织中沉积
若甜菜碱不通过上述代谢途径分解，则会在肝脏、肾脏、肌肉等组织中沉积。汪 以真等[18]研究表明，日粮不额外添加甜菜碱，在猪的肝脏、肾脏及肌肉组织均能够检 测到甜菜碱。Matthews 等[19]报道，日粮中添加 1250、2500、5000 mg/kg 甜菜碱均能 够显著提高猪眼肌中甜菜碱含量。Siljander 等[20]指出，日粮分别添加 0、250、500、 1000 mg/kg 甜菜碱，猪肝脏中甜菜碱含量随着甜菜碱添加量增加而呈线性递增。但甜 菜碱在各组织中沉积效率不同，主要沉积于肝脏和肾脏，其次是肌肉[21]。
3.3 调节脂肪代谢
动物体脂沉积是由外源脂肪摄入、内源脂肪合成及脂肪酸 β 氧化共同决定的动态 过程。因此，在外源脂肪摄入水平相同时，体脂沉积减少主要取决于脂肪分解增加和 内源脂肪合成减少[31]。脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase，FAS）和乙酰 CoA 羧化酶 （Acetyl CoA carboxylase，ACC）是机体脂肪合成的关键酶。FAS 是一种以脂酰基载 体蛋白为中心的多酶复合体，负责催化高等动物内源性脂肪酸合成的最后一步反应， 是脂肪合成最重要的酶[32, 33]；而 ACC 通过催化乙酰 CoA 合成丙二酸单酰 CoA 来调 节脂肪酸转运进入线粒体的效率[34, 35]。肝脂酶（Hepatic lipase，HL）和脂蛋白脂酶 （Lipoprotein lipase，LPL）是血浆脂蛋白代谢中的关键酶。HL 由肝脏合成，主要催 化高密度脂蛋白和低密度脂蛋白中的甘油三酯水解；LPL 也可催化甘油三醋水解成甘
3.2 调节蛋白代谢
甜菜碱能使动物肝脏和肌肉中的粗蛋白、核糖核酸、RNA 与 DNA 的比值显著提 高，血清尿酸明显下降，参与调节机体蛋白质代谢。甜菜碱参与合成肌酸、磷脂、肾 上腺素、核糖核酸、脱氧核糖核酸等多种具有重要生理功能物质，促进机体蛋白质的 合成，降低蛋白质的降解，使组织中蛋白质的沉积增加[24-27]。甜菜碱可部分替代蛋氨 酸供甲基功能，降低蛋氨酸的供甲基消耗量，提高其利用效率[27-29]。蛋氨酸不仅是机 体蛋白质合成的原料，而且还能参与调节机体蛋白质代谢，在蛋白质代谢中起重要作 用[30]。
3.1 供甲基功能
甲基（-CH3）是动物机体代谢，特别是蛋白质和脂肪代谢所必需的基团，机体自 身不能合成甲基，需由外源供体提供[22]。甜菜碱、胆碱和蛋氨酸是动物体主要的有效 甲基供体。甜菜碱含有 3 个极性甲基，是直接、有效的甲基供体物质。甜菜碱不仅能 提供活性甲基，而且能通过 BHMT 的催化作用增加蛋氨酸循环次数，增强机体甲基 代谢，加速 DNA 的加工和修饰等过程[23]。
甜菜碱-高半胱氨酸-甲基转移酶（Betaine homocysteine methyltransferase，BHMT） 曾被称为甜菜碱转甲基酶，是一种含锌金属酶，最适 pH 为 7.8，主要分布在动物肝脏、 肾脏及眼睛组织[12]。在 BHMT 的催化下，甜菜碱为高半胱氨酸提供一个甲基以合成 蛋氨酸，进而生成二甲基甘氨酸，然后进一步分解生成许多次级代谢产物，如肌氨酸、 甘 氨 酸 、 丝 氨 酸 等 （ 如 图 1 ） 。 高 半 胱 氨 酸 受 BHMT 和 胱 硫 醚 -β- 合 成 酶 (Cystathionine-β-synthase，CβS)调控[13]。高半胱氨酸再甲基化生成蛋氨酸，该过程称 为蛋氨酸的再甲基化途径[14]。甜菜碱在 BHMT 作用下参与蛋氨酸生成是蛋氨酸再甲 基化的重要途径之一，这对机体节约蛋氨酸、解除高半胱氨酸的毒性和生成 S-腺苷甲 硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)都具有重要意义[11]。另外，高半胱氨酸也可在 CβS 的催化下生成半胱氨酸，然后参与谷胱甘肽、胱氨酸、牛磺酸等物质的合成，此过程 称为蛋氨酸的转硫途径[14]。研究表明，日粮中添加甜菜碱能够显著提高肝脏中 BHMT 的含量[15]，加速蛋氨酸的再甲基化，提高蛋氨酸及 SAM 含量[16]；且能提高 CβS 活力， 加速蛋氨酸转硫途径[17]，促进胱氨酸、牛磺酸、谷胱甘肽等重要代谢物质生成。甜菜 碱对蛋氨酸的再甲基化及转硫途径的影响与其添加剂量有关，低剂量时甜菜碱的主效 应为促进蛋氨酸的再甲基化；而高剂量添加时甜菜碱能够同时加速蛋氨酸的再甲基化 及转硫途径[15, 17]。
甜菜碱主要通过以下三个途径发挥其抗氧化功能：（1）参与蛋氨酸循环，提高蛋 氨酸及 SAM 含量，促进胱氨酸、谷胱甘肽等重要代谢物质的生成，而这些代谢物质 在机体抗氧化系统中发挥重要作用，特别是 GSH，能直接清除体内的活性氧和过氧化 氢，对机体抗氧化防御及细胞膜的稳定都具有重要意义[67-69]。（2）调节机体渗透压， 对细胞、酶的结构和功能起保护作用，增强抗氧化酶的稳定性。（3）对磷脂双分子层 起稳定作用，减少自由基生成和对细胞的损伤。甜菜碱是亲脂物质能够快速通过磷脂 双分子层且能与其产生特定生物学交互作用，减少细胞膜脂质过氧化[70]。
胆碱
甜菜醛 再甲基化
甜菜碱 BHMT
二甲基甘氨酸
肌氨酸
半胱氨酸
胱硫醚
CβS
转硫
高半胱氨酸
硫酸盐 牛磺酸 谷胱甘肽
S- 腺 苷 高 半 胱
转甲基
Байду номын сангаас
CH3
S-腺苷甲硫氨
蛋氨酸 甘氨酸
丝氨酸
图 1 甜菜碱代谢及其在蛋氨酸循环中的转甲基作用
3 甜菜碱的生理功能
甜菜碱最主要的生理功能是为机体提供甲基和调节机体渗透压。作为甲基供体， 甜菜碱在动物的肝脏和肾脏中通过蛋氨酸循环，参与机体重要的代谢途径；作为渗透 压调节物，甜菜碱主要能够维持细胞正常体积，保护细胞膜、蛋白和酶的结构和功能。
甜菜碱综述
1 甜菜碱的理化性质
甜菜碱又名三甲基甘氨酸，是一种氨基酸衍生物，具有双电荷性质和三个活性甲 基，电荷在分子内分布呈中性，三个甲基活性无差异，因此它是高效的甲基供体[1]； 甜菜碱含有完全甲基化的五价氨，是一种季铵型生物碱，具有亲水和亲脂性，有良好 的水溶性，20 ℃水中溶解度为160 g/100 g，亲脂性使其在生物体中能够容易透过磷脂 分子层；具有旋光性、抗菌抑菌功能和生物碱的其他理化特征。与雷氏盐形成紫红色 难溶复盐，可用于甜菜碱的检测。甜菜碱具有两性结构特征，在碱性条件下呈环状结 构，酸性条件下呈开环状，是一种重要的有机化学中间体，在化工及制药业上具有重 要用途，如：用于合成甜菜碱型表面活性剂、聚合型甜菜碱抗菌剂等[2]。
猪[40]、鸭[41]、蛋鸡[42]及肉鸡[43, 44]的研究表明，日粮中添加甜菜碱能有效的降低 体脂沉积。甜菜碱可抑制脂肪酸合成相关酶及 mRNA 表达，从而减少脂肪沉积[45, 46]； Xing 等[46]研究指出，甜菜碱降低脂肪合成酶相关基因表达与基因的甲基化有关，这 提示甜菜碱可能通过调控基因甲基化影响脂肪代谢合成酶基因表达。另有学者报道， 甜菜碱可为肉碱合成提供甲基，加速肉碱合成，提高肉鸡肝脏中肉碱的含量[27]，加速 脂肪酸向线粒体的转运和分解，从而减少动物体脂沉积。甜菜碱可调控机体的激素水 平和生长因子而调节机体脂肪的分解和合成代谢[40]。
油和脂肪酸，以供各种组织贮存和利用，其活性与动物体内脂蛋白的代谢有密切关系 [36]。肉碱合成于肝脏，该合成过程需要甲基参与。肉碱是脂肪酸从胞液运输到线粒体 的载体，长链脂肪酸通过与肉碱结合为脂酰肉碱后才能转入线粒体内进行 β-氧化，肉 碱棕榈酰转移酶-I（The carnitine palmitoyl transferase - I，CPT-I）是催化这一反应的关 键酶[37]，而 3-羟酰辅酶 A 脱氢酶（3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase，HADH）是脂 肪酸在线粒体中进行 β 氧化的关键酶[38]，二者共同决定机体脂肪酸 β 氧化效率。过氧 化物酶体增殖物激活受体（Proliferator-activated receptor alpha，PPARα）是一类调控 脂肪酸 β 氧化的转录调控因子[39]，是近年来脂肪代谢研究热点之一。