谷胱甘肽的生物學作用及其檢測方法研究進展

賴雅詩，李文旭，喬晉娟，孟祥英

(濰坊醫學院醫學檢驗學系，山東 濰坊 261053)

0 引言

谷胱甘肽(Glutathione, GSH)是由谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸構成的一種含巰基和γ-酰胺鍵的三肽；存在兩型：氧化型(GSSG)和還原型(GSH)，在人體胞質內經谷胱甘肽還原酶的作用將氧化型轉化成含活性巰基的還原型。GSH 在自然界許多動植物及微生物體內均有發現，是各生物細胞中自然合成的一種肽，且參與細胞生物功能的維持，其中以動物肝臟、小麥胚芽、酵母中含量最為豐富[1]，在人血及西紅柿和菠蘿等蔬菜水果中含量也較高。因其具備的解毒、免疫及抗氧化能力，廣泛應用于臨床重金屬及氟化物或某些藥物等的解毒，添加于各類增強免疫力、抗腫瘤及抗衰老的功能性食物，或作為各種肝炎、溶血性疾病等藥物的成份。

1 谷胱甘肽的生物學作用

GSH 主要通過其γ-谷氨酰胺鍵和半胱氨酸殘基上的活性巰基發揮其重要的生理功能，參與糖代謝(三羧酸循環)、氨基酸及脂質等多種物質代謝。巰基是其最主要的功能基團，其功能也是最重要的，作為防止體內蛋白被氧化和對抗氧自由基的物質參與體內多種重要的氧化還原反應，發揮抗氧化及解毒作用；γ-谷氨酰胺鍵可防止細胞內肽酶和質膜上γ-谷氨酰轉肽酶(γglutamyltranspeptidase，γ-GT)的裂解而穩定存在于細胞中[2]。

1.1 谷胱甘肽的免疫功能

GSH 可以提高免疫反應相關酶活性。周婷婷等[3]在吉富羅非魚幼魚飼料中添加一定量的GSH 研究其非特異性免疫相關酶的影響，結果表明，與對照組對比，飼料中添加一定劑量的GSH 可使幼魚血清和肝臟中溶菌酶、堿性磷酸酶和酸性磷酸酶等非特異性免疫相關酶的活性明顯提高；魚類不具有特異性免疫系統，對外來物的刺激主要表現為吞噬反應和產生抗菌物質，因此這些酶類活性的提高意味著GSH 可提高羅非魚的非特異性免疫能力。

GSH 可以修復肝損傷且提高免疫功能。常建國等[4]將GSH 應用于乙型肝炎患者，經實驗發現其可以修復酒精、藥物及病毒性肝炎所致肝損傷，以及改善患者肝功能，并在一定程度上有提高患者免疫力的功能。

1.2 谷胱甘肽的抗氧化及解毒作用

GSH 是生物體中主要的胞內抗氧化劑[5]，通過增加親電產物的代謝減少活性氧復合物對細胞的傷害。其主要由谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPX)實現解毒作用。體內氧自由基(·OH)可參與信號傳導的免疫反應等，但因其可從其他物質奪獲一個電子，故氧自由基過多時可導致脂質過氧化或細胞內某些酶失活，引起細胞組織損傷[6]。GSHPX存在于真核細胞的胞液和線粒體中，其解毒機制在于將H2O2還原為H2O，使得·OH 這條鏈被打斷，從而保護細胞免受氧自由基的毒性傷害。GST 則經過還原有機過氧化物和滅活活性親電子劑發揮解毒功能。

彭琳秀[7]等探究了谷胱甘肽治療抗結核藥所致腎損傷的作用，結果顯示，在谷胱甘肽參與下，異煙肼、利福平所致腎組織炎癥明顯減輕，其作用機制為，谷胱甘肽可降低大鼠血清中尿素氮(BUN)水平，通過調節代謝發揮其抗氧化及解毒作用。

1.3 谷胱甘肽參與物質的吸收

GSH 可以把食品里的Fe3+還原成Fe2+，提高Fe 在體內的的溶解度，以促進Fe 的吸收。GSH 也參與組織對氨基酸的攝取和吸收，即γ-谷氨酰循環[8]，在腎小管、腦組織和腸道中發揮作用，由胞膜外側γ-谷氨酰轉肽酶催化GSH 的γ-谷氨酰基與膜外氨基酸結合，并將其帶入胞內釋放，谷氨酰基則經游離氨基酸重新生成GSH 被利用；現已證實，脯氨酸不能通過γ-谷氨酰循環吸收轉運。Senn 等研究發現GSH 能加速亞硒酸鹽形式硒在小鼠腸道內的吸收[2]。

1.4 其他功能

GSH 在細胞調節代謝和抗損傷中發揮著主要作用，且其參與到三羧酸循環過程中，并加快氨基酸、糖及脂類的代謝速度。張建華[9]將82 例酒精性肝病患者隨機分為研究組和參照組，研究組聯合應用還原型GSH 進行治療，參照組注射氯化鉀進行治療，觀察并分析效果得出結論：還原型GSH 可有效降低患者各項生化指標，減輕癥狀且安全性高，與其在體內參與生化代謝的作用有關。

還原型GSH 對血管性癡呆(VaD)具有一定的神經保護功能。向文靜等[10]將小鼠分為假手術組、VaD 組、GSH50 組和GSH100 組，分別檢測其學習記憶能力及海馬神經元損傷程度，結果表明，VaD 小鼠學習記憶能力損傷，GSH100 組小鼠給予高劑量GSH 后明顯改善；且VaD 小鼠相比假手術組，其海馬神經元陽性細胞顯著下降，但連續應用高劑量GSH 后陽性細胞顯著提高。

2 谷胱甘肽的檢測方法研究進展

谷胱甘肽于1888 年被發現后，通過人類的不斷研究，發現谷胱甘肽在營養學、生物學等多個領域均有重要作用，因此對其進行更深入地探索有一定的臨床意義。受谷胱甘肽存在的形式、溫度、pH 等因素的影響，對谷胱甘肽進行準確檢測仍存在一定困難需要進一步解決。因為谷胱甘肽不同樣品、條件、組分存在差異，致使谷胱甘肽的檢測方式不同。

2.1 電化學分析法

電化學分析法(Electrochemical Methods, EM)是一種根據溶液的化學性質(如電極電位、電量、電流等)或物理性質(如溶液的濃度、化學組成等)，并根據不同的電勢下發生氧化還原反應，將被測定物質的濃度轉化為相應的電信號而后加以檢測的方法[11]。王文雷等[12]采用電化學檢測法與微流控芯片電泳相結合的方法對人單個肝癌細胞中的GSH 進行研究，GSH 可在金/汞電極上被檢測無需其他的衍生步驟。楊培慧等[13]等采用循環伏安法對鉻(Ⅵ)與GSH 進行研究，發現鉻(Ⅵ)峰信號和GSH 濃度間存在線性關系這一特性，建立了一種間接的GSH 的電化學檢測方法。

電化學分析法測定準確度高，靈敏度強，測量范圍寬，且儀器設備較簡單、廉價，但容易受到其他物質的干擾，選擇性低。

2.2 碘量法

碘量法(Iodimetry)是一種以碘為氧化劑，以碘化物為還原劑，采用氧化還原滴定的原理對物質含量進行檢測的方法。碘量法利用碘酸鉀具有氧化性這一特點，對GSH 中的還原性巰基進行氧化，過量的碘化鉀與碘酸鉀反應，通過淀粉指示劑顏色變化來判斷終點，從而測定出GSH 的含量[14]。廖飛等采用紫外吸收碘量法測定還原型GSH 和微量維生素C[15]。

碘量法操作簡單快捷，但靈敏度低，特異性差，容易受蛋白質等其他物質干擾，因此在谷胱甘肽的實際測定中并不常用。

2.3 熒光法

熒光法(Fluorescence mMethod, FM)是通過檢測待測樣品吸收紫外光后所發射的熒光強度來進行定量或定性分析的方法[16]。曹新志等[17]根據GSH 在堿性環境中，能和OPT(鄰苯二甲醛)結合生成穩定絡合物且該絡合物在紫外光的作用下會發出藍色熒光的原理，采用熒光分光光度計對小麥胚中的GSH 進行檢測；且該法的重現性良好。張靜[18]等根據還原型GSH 能和OPT 反應并形成熒光體系這一特征，檢測10 種海洋生物中還原型GSH 的含量，并得出結論如下：屬魚、蝦、貝的7 種海洋生物GSH 含量接近陸上動物血液中的GSH 含量，但明顯高于陸上植物的GSH 含量。

熒光法檢測谷胱甘肽操作簡便，靈敏度高，反應速度快，且熒光物質具有一定的穩定性，但要是沒有合適的分離方法與之配合，檢測時容易受到外界的干擾。

2.4 高效毛細管電泳法

高效毛細管電泳法(High Performance Capillary Electrophoresis,HPEC)是以毛細管作為分離通道，高壓電場作為驅動力，根據各組分樣品不同的分配行為和淌度來實現分離的一種技術[19]。朱龍寶[20]等以1/15 mmol/L、pH=7.4 的磷酸緩沖液，石英毛細管柱為分離通道來檢查啤酒酵母中GSH 的含量，最低檢出限為1.94 mg/L。劉濤[21]選擇了濃度為500×10-2mol/L 的NaH2PO4-緩沖液檢測單細胞中的GSH，得到大鼠腹腔肥大細胞提取液中平均每個細胞的GSH 含量為187 fmol。

高效毛細管電泳法操作簡便，要求樣本中GSH 含量不低于50 μmol/L，但靈敏度低，樣本處理復雜麻煩，只適用于小樣本檢測。

2.5 高效液相色譜法

高效液相色譜法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)使用高壓輸液系統將不同極性的單一溶劑、混合溶劑等泵入色譜柱中，并注入待測樣品，各組分樣品的溶解度不同，色譜柱固定相與溶劑之間產生吸附和解吸的過程而后分離，最終進入檢測器進行檢測[22]。陳良立等[23]建立了改良的高效液相色譜分析法對酵母粗提物中的GSH 進行分析，并在還原型GSH的檢測中實現與雜峰的有效分離。翟方圓等[24]采用了高效液相色譜法分別對香鈴草子中總巰基(-SH)和還原型GSH 進行檢測，其結果表明總巰基含量均值為6.06 μmol/g，還原型GSH為4.0 μmol/g。

高效液相色譜法是近些年以來測定復雜生物樣本中各種羥基物的最直接有效的方法，它具有測定結果較為準確，分析速度快，選擇性大，適用范圍寬并且穩定性強等顯著優點，其不足之處是操作步驟繁瑣，靈敏度低，耗時長，且要求樣本中谷胱甘肽含量最小為50 μmol/L。

3 結語

近年來，隨著對谷胱甘肽的深入研究，對其功能有了更深一層次地了解。現如今谷胱甘肽已廣泛應用于臨床醫藥、畜牧養殖、食品工業等多個領域；但目前谷胱甘肽的市場被日本所壟斷，國內主要依賴進口，導致價格偏高，限制了谷胱甘肽實際推廣應用。因此掌握新興技術用于高效低價研發生產谷胱甘肽刻不容緩，并且需要深化探索谷胱甘肽的生物學功能以及更為簡便可行的測定方法，以此為我國帶來良好的社會效益。