本文摘译自《Regulatoryroles for L-arginine in reducing white adipose tissue》，Frontiers in Bioscience，2012. 由亚太兴牧技术部何烽杰整理。
摘要
作为一氧化氮(NO)的有氮前体物质，精氨酸通过细胞信号和基因表达等方式调节脂肪酸、葡萄糖、氨基酸和蛋白质等多种物质代谢途径。具体来说，精氨酸促进脂肪分解，并且通过激活关键基因的表达来激活脂肪酸氧化为CO2和水。潜在机制包括增加过氧化物酶体增生物激活受体γ辅激活因子-1α(PGC-1α)表达增加、促进线粒体生物合成和褐色脂肪组织的生长。而且，精氨酸通过细胞因子和激素的分泌调节脂肪细胞-肌肉交联和能量分配。此外，精氨酸增强AMP激活蛋白激酶(AMPK)的表达和活性，从而调节脂质代谢和能量平衡。白色脂肪细胞为多余的能量储存的主要场所，而且以三酰甘油形式存在。越来越多的证据表明，日粮补充精氨酸可有效降低Zucker糖尿病型肥胖大鼠、日粮诱导型肥胖大鼠、生长育肥猪和肥胖II型糖尿病患者体内白色脂肪含量。因此，精氨酸可用于预防和治疗肥胖症以及相关代谢综合征。
1 前言
人类肥胖或超重正在全球范围内日益流行，与此同时过多白色的脂肪沉积也成为畜种在市场上的负担。当膳食能量摄入相对于机体自身需要不足时，白色脂肪组织通过脂类分解为骨骼肌和其他器官提供非酯化脂肪酸。然而，当日粮能量摄入超过整体能量消耗，脂肪在白色脂肪组织中逐渐积累，导致肥胖和其他健康问题。因此，许多研究者都在研究脂质代谢和能量分配来预防和治疗肥胖及其相关疾病。
越来越多的动物研究表明，Arg在调控能量物质代谢中的重要作用。Arg在几乎所有细胞中都由瓜氨酸合成而来。在包括人类、猪和大鼠在内的绝大多数哺乳动物中，瓜氨酸通过吡咯啉-5-羧酸作为中间体，由谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸生成。虽然精氨酸不是传统意义上维持成年动物氮平衡的必需氨基酸，但无论是在雄性还是雌性动物上，精氨酸现已被公认为是维持心血管健康和繁殖功能的营养和生理上所必需的。值得注意的是，在生长肥育猪的饲粮中额外补充精氨酸可以显著提高骨骼肌和肌内脂肪含量，同时降低体脂。这些研究表明，Arg以一种特定组织方式调控脂质和蛋白代谢。
2 精氨酸对脂质代谢和能量分配的影响
2.1 精氨酸对脂肪沉积的调控作用
机体的白色脂肪组织沉积由脂肪生成和分解的平衡决定。增加脂质分解或者减少脂肪酸合成或者两者同时进行能减少机体脂肪沉积。大量的体外试验表明，精氨酸刺激脂肪细胞脂质分解，促进胰岛素敏感组织的长链脂肪酸氧化。
脂肪细胞应对Arg的脂肪生成应答可能严格取决于细胞类型和细胞分化阶段。
生长肥育猪中，我们发现当添加1%的精氨酸可以减少脂肪沉积，促进蛋白质在整个机体的合成。此外，相对于对照组，精氨酸还可以提高肌内脂肪含量和胴体骨骼肌的比例，同时降低胴体脂肪含量(表1)。核磁共振(NMR)的代谢组学研究结果分析表明：精氨酸处理组中蛋白质合成增加以及脂肪沉积减少，血清中的氮浓度和脂质信号分子相应发生改变。我们还发现，精氨酸可以差异化调节骨骼肌和脂肪组织中脂肪代谢基因的表达，有利于骨骼肌间脂肪合成以及白色脂肪组织的分解。具体来说，精氨酸下调脂肪生成基因的表达，如脂蛋白脂酶(LPL)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)α，但是上调白色脂肪组织中包括激素敏感脂肪酶(HSL)在内的脂解基因的表达。在精氨酸处理组的猪骨骼肌中，LPL活性以及FAS mRNA和HSLmRNA比例都有所增强，导致肌内脂肪含量的增加。另外，精氨酸处理组的猪脂肪组织GLUT4表达降低足以减少葡萄糖转运和脂肪酸的合成，表明能量代谢底物优先分配到骨骼肌而不是白色脂肪组织。
2.2 Arg-NO途径在脂质代谢中的作用
Arg几乎能在所有哺乳动物细胞中由NO合成酶(NOS)转化生成NO，细胞外Arg水平从0.1增至5mM增加了包括骨骼肌和脂肪组织在内的不同细胞类型的NO合成。除了NO，Arg可能调控mTOR细胞信号，从而增加和抑制蛋白合成。
2.3Arg和线粒体生物合成
线粒体在调控脂肪细胞脂质代谢和脂肪分解中发挥了关键作用。PGC-1α是一种关键的核受体辅激活因子，能诱导线粒体生物合成，对于调节线粒体的数量和质量、脂肪酸氧化以及生热作用都至关重要。PGC-1α表达增加能促进脂肪细胞中长链脂肪酸的氧化。NO是PGC-1α依赖机制中的一种线粒体生成调节器，日粮补充Arg能增加成年大鼠中线粒体的数量和质量。
2.4 Arg内分泌作用
血浆Arg水平增加与多种细胞因子(白介素-6、白介素-1β、干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α)和激素(瘦素、脂联素、胰岛素和生长激素)分泌的改变相关。这些细胞因子和激素反过来可能影响胰岛素敏感性、葡萄糖稳态和脂质代谢。这些机制可能是精氨酸的直接类胆碱作用、膜去极化、钙流和NO信号的原因。
2.5 AMPK信号通路在脂质代谢中的作用
AMPK是一种重要的脂质代谢和能量平衡调节器，由胞内AMP/ATP比例升高激活。AMPK活化激活产ATP代谢通路同时抑制合成反应。因此，AMPK信号对于肝脏和骨骼肌脂肪酸氧化的调控以及线粒体生物合成、葡萄糖摄取和骨骼肌中胰岛素敏感性控制至关重要。
3 总结
生化和分子生物学的研究结果表明，年轻的动物膳食中添加精氨酸增强膳食和代谢的能量用来促进骨骼肌的生长，而不是储存在脂肪组织中。因此，补充精氨酸是有益的：a)降低人和动物肥胖;b)提高胴体中肌肉的含量和减少脂肪堆积，提高畜牧业经济效益。未来在世界范围内，拥有巨大潜力的L-精氨酸必定能改善人类及动物的健康和提高动物的生产效率。