牛磺酸与脑发育的研究进展

文章编号:100928488(2002)0120054203

综　述

牛磺酸与脑发育的研究进展

Advances in study on ta ur ine in cerebral development

宋春梅1,窦肇华2

　(第四军医大学吉林军医学院:1.营养与食品卫生学教研室,2.组织胚胎学教研室,吉林吉林　132013)

摘　要:牛磺酸是一种含硫的氨基酸,存在于大脑皮层、小脑及嗅球等区域,可促进脑细胞内D N A 、RN A 的合成,增加膜的磷酯酰乙醇胺含量和脑细胞对蛋白质的利用率。牛磺酸具有很强的抗痉挛、促进神经系统发育、增殖分化作用,是一种神经介质和神经调节因子和渗透调节因子及抗氧化剂,参与学习和记忆的调节。关　键　词:牛磺酸;脑;发育

中图分类号:R9231;R329.54 文献标识码:A 牛磺酸是一种含硫的氨基酸,相对分子质量为125.0M r ,化学性质稳定,在动物体内以游离形式存在,是体内游离氨基酸含量最高的并以小分子二肽或三肽的形式存在于中枢神经系统,但不参与蛋白质的合成,是一种条件必需氨基酸

[1]

。自1975年

H ayes 等[2]

发现幼猫因牛磺酸缺乏而造成视网膜退化并最终导致失明后,牛磺酸的营养和神经生理功能便开始受到广泛的关注。近年来对牛磺酸在生物体内的分布、代谢营养功能、作用机制等做了许多研究。牛磺酸在脑内分布广泛,具有促进神经系统发育、增殖分化的作用

[3]

,与中枢神经系统正常生理功

能的维持有密切关系,缺乏时导致一系列病理、生理改变。

1　牛磺酸的合成及对中枢神经系统作用

牛磺酸广泛存在于哺乳类动物体内,但一些较高级的动物,已经失去合成足够的牛磺酸以满足机体自身需要的能力,这些动物包括猫和人,它们所需要的牛磺酸主要从食物中获取。牛磺酸合成的部位是肝脏,而中枢神经系统中牛磺酸的合成量是很少的。目前认为牛磺酸的合成是由半胱氨酸经过一系列转化而生成牛磺酸,合成的途径主要有:(1)半胱亚磺酸脱羧酶(CSA D )途径:为中枢神经系统合成的主要途径;(2)半胱胺脱氢酶(C D)途径:为心脏、肾

收稿日期226;修回日期22作者简介宋春梅(62),女(汉族),吉林省辽源市人,讲师,本科脏合成的主要途径;(3)磺基丙氨酸脱羧酶(CA D )途径:这条途径合成量很少;(4)二亚枫途径:由半胱氨酸→胱氨酸→胱氨酸二亚枫→半胱胺二亚砜→亚牛磺酸→牛磺酸。 牛磺酸对中枢神经系统的作用主要是:(1)牛磺酸是神经抑制因子,具有很强的抗痉挛作用;(2)可促进神经系统生长发育,神经细胞增殖分化,缺乏者可使发育中动物的小脑发育异常,影响大脑和智力发育;(3)是一种神经介质,或神经调节因子,还是渗透调节因子及抗氧化剂。2　牛磺酸在脑中的分布

通过大量研究结果表明,牛磺酸在动物的大脑皮层、小脑及嗅球等区域含量相当丰富[4]。中枢神经系统中的各类细胞均含有牛磺酸,其中神经胶质细胞和突触系统中牛磺酸的含量最为丰富。突触体中牛磺酸的水平与整个机体组织中牛磺酸的水平大致相同,但突触体中其它氨基酸的含量却低于机体组织,并且发现突触体中突触小泡的牛磺酸含量更加丰富。应用免疫组织化学及脑渗透等方法发现牛磺酸在小脑和海马区呈高度选择性分布。H LPC 技术的发展使得神经化学物质的测定更加准确,用该技术测得齿状回细胞外牛磺酸浓度为20.6μM,海马6.0μM ,嗅球11.0μM ,纹状体为1.23μM ,皮层为5μM 。从动物的不同发育阶段来看,生长发育中的动物,其大脑牛磺酸的含量最高,而在这一时期,大脑中其它游离氨其酸的含量则呈下降趋势,随

—45— 第24卷　第1期2002年3月 第四军医大学吉林军医学院学报J JL Mil Med C oll FM MU

V ol.24　No.1

March.2002

:2001092:20011020

:198.

1.

着脑的不断发育,牛磺酸的水平逐渐下降,成年动物大脑中牛磺酸的含量仅为新生动物的1Π3,人、猴、大鼠、家兔和猫均存在上述现象。

3　牛磺酸与神经递质

在生理条件下,牛磺酸可增加纹状体多巴胺的合成与释放,突触小泡对多巴胺的摄取需要Cl-的存在,而牛磺酸可增加C l-的传导。牛磺酸与肾上腺素能神经元间存在着相互作用,在大脑和松果体,β2肾上腺素可导致牛磺酸的释放。牛磺酸可增加松果体N2乙酰转移酶的活性,使乙酰252羟色胺的生成量增加,也使N2乙酰252甲氧基色胺的生成量增加。牛磺酸对去甲肾上腺素的释放具有刺激性和抑制性作用,这种作用取决于内源性牛磺酸的水平,高浓度则表现为抑制,低浓度表现为刺激。适量的牛磺酸可使大鼠海马、大脑皮层β2内啡呔及精氨酸加压素含量均增高[5]。

4　牛磺酸对脑发育的影响

牛磺酸可促进脑细胞D NA、R NA的合成,增加膜的磷脂酰乙醇胺含量和脑细胞对蛋白质的利用率,从而促进脑细胞尤其是海马细胞结构和功能的发育[6]。陈文雄运用突触定量技术发现,幼年大鼠添加牛磺酸可增加海马C A3区锥体细胞上层突触数目。腹腔注射牛磺酸(12.5和50mgΠkg)可诱导大鼠脑神经细胞c2fos基因快速表达,合成F os蛋白, F os2LI胞核主要分布在颞叶皮层、丘脑、下丘脑等区域,海马主要分布在C A1区、C A4区[7]。P eng认为c2 fos基因表达是反映细胞(包括神经元细胞)活性一种很好的标记。F os蛋白是真核细胞的调控因子,c2 fos基因表达的F os蛋白的功能,对神经生理功能的维持、细胞的存活是必需的。F os蛋白不仅参与细胞的信息传递过程,而且在细胞正常生长、分化方面有重要意义[8]。牛磺酸能促进大鼠海马神经细胞的生长发育、延长细胞的存活时间。缺乏牛磺酸仔鼠脑重量、脑细胞容积均达不到正常水平,且学习记忆能力降低[9]。

5　牛磺酸与学习记忆

牛磺酸可通过提高蛋白质的利用率来促进生长和智力发育。有研究表明,中枢神经系统的一些肽

类物质参与信息在脑内的加工过程,它们可调节记忆贮存或提取过程,脑β2内啡肽及精氨酸加压素等可参与记忆调节系统,影响学习记忆的获得、巩固和再现等不同阶段。牛磺酸正是通过海马与皮层内β2内啡肽及精氨酸加压素含量增高而参与学习记忆力调节。国内学者研究发现,给大鼠喂养牛磺酸,可使大鼠海马和大脑皮层的β2内啡肽及精氨酸加压素含量增高,大脑和海马区在学习记忆过程中是起重要作用。从牛磺酸对c2fos基因表达的影响,从信号传导的角度研究提高学习记忆的机制。c2fos基因表达和F os蛋白的生物合成对于易化学习记忆过程至关重要。由于c2fos基因转录后的mRN A及翻译后的F os蛋白的快速增高,持续很短时间后消失,并能将外界信号转变为基因表达,具有信号传递特征,c2fos基因表达产物被视为第三信使。以c2fos基因表达作为标志物,发现学习记忆过程中在脑区所涉及的解剖结构,有助于学习记忆机制的认识。安文林[10]研究推测牛磺酸可增强大鼠学习记忆能力最初启动的脑区可能是颞叶皮层、海马、下丘脑和丘脑等区域。牛磺酸还能调节体内微量元素锌、铜、铁及游离氨基酸等含量,进而促进大脑中DN A、R NA 及蛋白质的合成,以牛磺酸-锌或牛磺酸形式调节机体的细胞代谢活性。

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5

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