食品中D-氨基酸的形成機制及生理功能研究進展

高 立，徐 飄，任嬌艷

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510641）

α-碳作為氨基酸的立體中心，連接著氨基、羧基、氫原子和側鏈基團，自然界構成蛋白質的20 種氨基酸中，除甘氨酸外，其他19 種氨基酸的α-碳均可作為手性碳原子而使其具有兩個互為鏡像的立體異構體（D-和L-）（圖1）。傳統觀點認為L-氨基酸是參與生命活動的主體，而D-氨基酸在生物體內的存在及生理活性尚未被重視。隨著氨基酸手性分析技術發展，在包括人類在內的哺乳動物、植物、微生物等有機體中發現存在大量D-氨基酸及含有D-氨基酸的生物活性肽。越來越多的研究證實，D-氨基酸具備獨特的生理活性（如在神經信號傳導、激素調節等方面），且含有D-氨基酸的肽（如細胞信號肽及宿主防御肽等）也在生物體中發揮著不可替代的功能[1-2]，這表明D-氨基酸與人體健康密切相關。

圖1 L-/D-氨基酸的立體構型示意圖Fig.1 Diagram of stereoscopic configuration of L-/D-amino acids

食品中存在的D-氨基酸也不容忽視。研究表明，人類日均從食物中攝入高達100 mg的D-氨基酸[3]。食品中的D-氨基酸主要在某些加工條件下產生，少量來自食品原料本身。天然D-氨基酸含量較高的食物主要為果蔬，其D-氨基酸的相對含量約在0.7%～3.4%[4]。加工食品中尤以發酵制品的D-氨基酸相對含量較高（通常高于8%），這主要源于微生物的新陳代謝活動，同時也與發酵條件（pH值、溫度等）密切相關。其中，乳酸發酵是產生D-氨基酸的重要途徑之一[5]，例如乳酸發酵的酸奶中D-丙氨酸、D-天冬氨酸、D-谷氨酸相對含量分別高達53.8%、40.3%、24.2%[6]。不僅如此，D-氨基酸在食品的風味形成及抗菌防腐方面具有突出貢獻，但目前關于其機制研究尚不充分。由此可見，食品中的D-氨基酸與人類健康密切相關，深入理解D-氨基酸的形成機制及其生理功能對于有效調控食品加工中的D-氨基酸及發掘其潛在營養價值具有重要意義。

1 食品中的D-氨基酸及其形成機制

天然食品中存在一定量的D-氨基酸（表1）。更值得關注的是，特定的食品加工條件可引發L-氨基酸外消旋形成D-氨基酸。

表1 天然食品中的D-氨基酸含量Table 1 Contents of D-amino acids in natural foods

1.1 微生物發酵

目前的研究認為，發酵食品中的D-氨基酸主要是由微生物消旋酶的作用而產生。用于食品發酵的菌株主要為酵母菌、乳酸菌、醋酸菌，其對發酵食品中D-氨基酸的形成具有不可忽視的作用[10]。

研究人員測定了11 種不同工藝發酵制成的食醋中D-氨基酸含量，結果表明，相對于未經乳酸發酵體系中總D-氨基酸濃度（237.7 μmol/L）而言，經乳酸發酵后體系中總D-氨基酸濃度（3773.2 μmol/L）顯著增加；而在酒精或醋酸發酵期間未有如此顯著的增加。這體現乳酸菌較酵母菌和醋酸菌而言產D-氨基酸的能力更強[10]。隨著紅葡萄酒和白葡萄酒發酵的進行，D-丙氨酸、D-谷氨酸和D-賴氨酸的濃度均增加，并且在這兩種酒中分別檢測到除釀酒酵母外的乳酸菌（酒酒球菌）和醋酸菌（食蔗糖葡糖酸醋桿菌）。D-丙氨酸、D-谷氨酸可能由這些微生物中含有的丙氨酸消旋酶和谷氨酸消旋酶同系物作用而形成，但D-賴氨酸的來源尚未明晰，推測可能是由其中底物特異性較低的消旋酶作用而產生[11]。在日本清酒的釀造過程中，釀造用水、釀造工藝、大米拋光率、清酒酵母種類以及清酒中存在的微生物都會影響其中D-氨基酸濃度。Gogami等從日本清酒中檢測到15 種D-氨基酸（D-丙氨酸、D-天冬氨酸、D-天冬酰胺、D-谷氨酸、D-谷氨酰胺、D-精氨酸、D-脯氨酸、D-亮氨酸、D-異亮氨酸、D-組氨酸、D-酪氨酸、D-賴氨酸、D-絲氨酸、D-纈氨酸和D-苯丙氨酸），其中以D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-谷氨酸濃度最高（66.9～524.3 μmol/L），D-對映體占比分別為34.4%、12.0%和14.6%[12]。該研究團隊隨后又發現發酵產生的D-氨基酸對清酒風味具有突出貢獻，尤其是D-丙氨酸含量升高可提升清酒的鮮味[13]。Erbe等[14]檢測了多種啤酒中的D-氨基酸含量，其總D-氨基酸質量濃度為12.2～88.8 mg/L（0.7%～11.7%）；其中，柏林白啤酒的D-丙氨酸（22.5 mg/L；30.1%）和D-脯氨酸（51.9 mg/L；21.1%）含量之高尤為突出，此外還檢測到D-天冬氨酸（5.2 mg/L；14.7%）、D-谷氨酸（6.6 mg/L；10.9%）、D-賴氨酸（1.3 mg/L；4.0%）和D-苯丙氨酸（1.3 mg/L；3.2%），Erbe等[14]推測這些D-氨基酸的產生主要緣于乳酸菌中消旋酶的作用。隨著存放時間的延長，食醋和酒中的D-氨基酸含量也有所增加[14-15]。發酵乳制品酸奶和奶酪中也含有豐富的D-氨基酸，如奶酪中相對含量較高的D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-谷氨酸的占比范圍分別達16.1%～48.1%、13.9%～46.3%和10.9%～26.6%；另外還存在相對豐度較低的D-賴氨酸、D-纈氨酸、D-脯氨酸、D-色氨酸、D-亮氨酸等[16]。酸奶也主要含有D-丙氨酸、D-谷氨酸和D-天冬氨酸[16]。發酵乳制品中的D-氨基酸含量也是評價發酵程度的指標之一[17]。經乳酸菌發酵后的橙汁含有游離D-纈氨酸（62.3%）、D-丙氨酸（32.7%）、D-苯丙氨酸（20.0%）、D-谷氨酸（24.3%）、D-絲氨酸（2.6%）、D-天冬氨酸（0.8%）[18]。Abe等[19]測定了60 種發酵魚露中的游離D-氨基酸，主要存在的D-氨基酸為D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-谷氨酸，其中以D-丙氨酸含量最高。值得注意的是，多數D-氨基酸（除D-脯氨酸和D-天冬氨酸外）具有甜味，對于發酵食品的風味具有獨特的貢獻[13,19-20]。各類乳制品及發酵食品中的D-氨基酸含量如表2和表3所示。

表2 乳制品中的D-氨基酸含量Table 2 Contents of D-amino acids in dairy products

表3 其他發酵食品中的D-氨基酸含量Table 3 Contents of D-amino acids in other fermented foods

1.2 溫度和pH值

除了在相關酶的催化下可形成D-氨基酸外，極端pH值和/或加熱條件也可誘導食品中的L-氨基酸發生外消旋化而形成D-氨基酸。

未陳年和陳年的日本甜米酒中均有D-丙氨酸、D-天冬氨酸、D-谷氨酸、D-亮氨酸、D-異亮氨酸、D-苯丙氨酸、D-絲氨酸、D-纈氨酸、D-酪氨酸檢出；陳年甜米酒中的D-丙氨酸（2.1%～15.1%）、D-天冬氨酸（0.3%～10.9%）、D-谷氨酸（0.4%～54.2%）的平均含量占比高于未陳年甜米酒[25]。進一步研究發現，甜米酒熟化過程中伴隨著美拉德反應，同時體系pH值會隨著熟化時間延長而降低，D-天冬氨酸的占比也受pH值的影響：D-天冬氨酸在pH 4.0時的占比（11.3%）高于pH 5.6（5.1%）。陳年甜米酒中D-氨基酸含量較高可能是由不同pH值下烯醇化途徑的變化引起的。美拉德反應中Amadori重排產物在酸性條件下主要經歷1,2-烯醇化，在中性條件下主要經歷2,3-烯醇化[31]，而所有烯醇（1,2-和2,3-烯醇）可以形成各自的碳陰離子，故Inoue等[25]推測兩個碳負離子之間的結構差異會影響氨基酸的外消旋度。Taniguchi等[24]探究了在不同儲藏溫度下的泡菜中游離D-氨基酸含量的變化，12 種D-氨基酸（D-丙氨酸、D-天冬氨酸、D-谷氨酸、D-絲氨酸、D-亮氨酸、D-異亮氨酸、D-天冬酰胺、D-組氨酸、D-苯丙氨酸、D-精氨酸、D-酪氨酸和D-甲硫氨酸）的含量隨著儲藏時間延長均升高，且在25 ℃下的變化較4 ℃顯著，尤其是在25 ℃下D-丙氨酸、D-谷氨酸和D-精氨酸的占比分別高達22.2%、23.4%和34.3%。

在一定溫度和pH值的食品加工體系中常伴隨著美拉德反應的發生，反應產物中的Amadori化合物也是D-氨基酸形成的一種前體[31-32]。P?tzold等[31]發現在微波爐中對蜂蜜進行微波加熱（180 W、3 min或700 W、1 min）處理后，D-氨基酸含量顯著增加，并指出D-天冬氨酸、D-丙氨酸、D-苯丙氨酸和D-亮氨酸可以在體系中葡萄糖的誘導下消旋形成。P?tzold等提出的外消旋化機制為：美拉德反應的Amadori重排產物形成后，氨基酸與葡萄糖的反應便開始。Amadori重排產物容易發生烯醇化，烯醇化有利于從鍵合氨基酸的α-碳原子中提取質子，形成中間體sp3雜化碳陰離子。這些反應也可能有利于分子內氫橋的形成。平面碳負離子的兩側可發生再質子化反應，從而產生部分外消旋的氨基酸。而外消旋程度取決于氨基酸側鏈的空間和電子性質[31,33]。在可可豆在熱加工過程中，D-氨基酸含量會隨著溫度升高而增加。一種產自非洲象牙海岸的可可豆在150 ℃下烘焙 2 h后，D-氨基酸的相對含量升高（D-脯氨酸37.0%、D-丙氨酸17.0%、D-異亮氨酸11.7%、D-天冬氨酸和D-天冬酰胺11.1%、D-酪氨酸7.9%、D-絲氨酸5.8%、D-亮氨酸4.8%、D-苯丙氨酸4.3%和D-纈氨酸1.2%）[34]。P?tzold等[31,34]推測可可豆中D-氨基酸是由美拉德反應的Amadori產物形成。并合成了果糖-L-苯丙氨酸和果糖-D-苯丙氨酸加以驗證，將二者在200 ℃下加熱 5～60 min后，生成了11.7%D-苯丙氨酸和11.8%L-苯丙氨酸[34]。與之相類似，在煙草、雪茄[35]、水果（葡萄、蘋果、梨、石榴、棗）和各種其他植物（多肉瑪瑙、甜菜根、甘蔗、角豆）的加工汁液[36]、麥汁和香醋[37]中也檢測到經美拉德反應而產生的D-氨基酸。

在一定的堿性條件下，質子從氨基酸的不對稱碳原子中被去除而形成帶負電荷的碳負離子。當碳負離子與質子結合時，理論上將形成等量的D-和L-對映體（各占50%）[26,38]，因而食品加工中的高溫堿性環境也可能會促進L-氨基酸消旋形成D-氨基酸。研究人員將α-乳清蛋白、β-乳球蛋白、α-酪蛋白、溶菌酶和牛血清白蛋白以及混合的游離氨基酸在pH 9、83 ℃的環境下反應0.5～24 h或96 h后發現，大多氨基酸均發生消旋化反應而生成D-氨基酸，其中半胱氨酸、絲氨酸和天冬氨酸的消旋率較高[39]。進一步的研究表明，對于游離氨基酸，其外消旋速率約為結合殘基的10%，外消旋化的主要驅動力是側鏈的吸電子能力（天冬氨酸除外）；而對于結合態氨基酸，其外消旋化受氨基側鏈效應、與主體蛋白質相關因素以及堿性條件的誘導[39]。橄欖中富含D-氨基酸，其總量達18.6～38.2 mg/100 g，主要的D-氨基酸為D-天冬氨酸、D-谷氨酸、D-絲氨酸和D-亮氨酸[8]。據報道，橄欖中游離氨基酸在堿液（pH 8.3～10.3）中熱處理（121 ℃）時的外消旋程度顯著增加，尤以L-絲氨酸和L-丙氨酸的消旋程度變化最為明顯。121 ℃下加熱35 min后，橄欖中的游離D-絲氨酸和D-丙氨酸占比分別約為20%和11%。隨著環境pH值的增加，L-絲氨酸、L-丙氨酸和L-天冬酰胺的外消旋值隨之增加，而L-天冬氨酸的外消旋值略有下降，L-谷氨酸的外消旋值變化不大；并且高溫滅菌工藝也會提升部分氨基酸的外消旋程度[8]。Chang等[26]研究了蛋清和蛋黃中的氨基酸在堿性條件處理下的消旋程度變化，發現蛋清中氨基酸的消旋值依次為：絲氨酸＞天冬氨酸＞谷氨酸＞苯丙氨酸＞亮氨酸＞纈氨酸＞蘇氨酸＝異亮氨酸（消旋能力依次減弱），而蛋黃中氨基酸的消旋值順序依次為：天冬氨酸＞谷氨酸＞苯丙氨酸＞亮氨酸＞纈氨酸，進而指出氨基酸外消旋化趨勢與其側鏈的性質、pH值和處理時間密切相關。

2 食品中D-氨基酸的檢測方法

食品中D-氨基酸的檢測可為控制加工食品的品質、研究食源性D-氨基酸的營養代謝及生理功能等方面的研究提供不可或缺的信息。

2.1 高效液相色譜/超高效液相色譜法

HPLC的原理為利用高壓輸液系統，通過將不同極性的流動相泵入內置固定相色譜柱中而分離出樣品中的不同成分，最后經檢測器完成檢測。在食品D-氨基酸的檢測中，基于不同的檢測原理又可將HPLC或UPLC分為直接法和間接法。

直接法是指基于手性固定相或非手性衍生試劑的方法，然后在手性固定相或流動相上分離氨基酸對映體[3]。Sardella等[40]優化了一套基于手性配體交換型固定相分離檢測氨基酸對映體的方法，用以評估兩種西班牙奶酪樣品中D-丙氨酸、D-天冬氨酸和D-谷氨酸的含量變化。首先用強陰離子交換樹脂和離子強度梯度洗脫法提取氨基酸，通過優化反向HPLC流動相中的離子對試劑使丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸與其他氨基酸完全區分開，再利用基于七氟丁酸為離子對試劑的離子對反相-HPLC（配備蒸發光散射檢測器）進行分離檢測。Xu Yu等[41]基于HPLC-四極桿飛行時間質譜建立了一套針對茶葉中D-氨基酸的檢測方法，將茶葉提取物通過離子交換固相萃取富集后，利用配備手性柱的HPLC分離氨基酸對映體，隨后使用高分辨率四極桿飛行時間質譜進行檢測和鑒定。

間接法是指基于手性試劑的柱前衍生方法，通過將氨基酸對映體與手性試劑進行衍生化反應，拆分后形成非對映體，然后通過色譜進分離和檢測，具有準確性高、分析時間短、適應范圍廣等特點[42]。鄰苯二甲醛（o-phthalaldehyde，OPA）已被廣泛用作拆分對映體氨基酸的衍生化試劑。OPA在堿性介質以及手性硫醇化合物存在的環境中，與氨基酸對映體反應生成可發熒光的非對映異構體產物，故能夠利用配備熒光檢測器的HPLC進行分析[43]。Inoue等[25]將米酒經OPA和N-異丁酰基-L-半胱氨酸衍生化處理后，利用反向HPLC進行分析，發現了米酒中的L-天冬氨酸在陳年過程中會經美拉德反應消旋為D-天冬氨酸。Csapo等[44]為探究不同水解條件對牛乳蛋白中氨基酸消旋的影響，將乳蛋白水解物經OPA和2,3,4,6-O-四乙酰基-1-硫代-β-D-葡萄糖（2,3,4,6-tetra-O-acetyl-1-thio-β-D-glucopyranoside，TATG）衍生化后，通入氮氣混合均勻并靜置，再進行HPLC分析。Casado等[8]在探究不同堿性加工條件對橄欖中D-氨基酸形成的影響時，將橄欖中提取的氨基酸經OPA和N-異丁基L-Cys（N-isobutyryl-L-cysteine，IBLC）或N-異丁基D-Cys（N-isobutyryl-D-cysteine，IBDC）衍生化，再進行HPLC分析。1-氟-2-4-二硝基苯基-5-L-丙氨酸酰胺（1-fluoro-2-4-dinitrophenyl-5-L-alanine amide，FDAA）[45]是一種常用的衍生劑，在40 ℃堿性環境中，FDAA可在不發生外消旋反應的情況下，與L-和D-氨基酸的α-氨基發生化學計量反應而產生非對映體，因其各自產生的非對映體的容量因子差異較大，因此可以通過HPLC進行分離和檢測，其精度可達納摩爾級別[46]。Manabe[47]采用薄層色譜和HPLC相結合的方法分析納豆黏液中的D-氨基酸組成，其將納豆黏液部分提取出的氨基酸經FDAA衍生化處理后，將衍生物經薄層色譜分離，再將分離得到的組分通過HPLC進一步分析，結果表明其中含有的D-氨基酸為D-谷氨酸、D-丙氨酸和D-天冬氨酸。最近，Jin Yueying等[29]合成了一種新型熒光衍生試劑DBD-(S)-2-甲基脯氨酸（DBD-trans-2-methyl-L-proline，DBD-M-Pro）并應用于UPLC分析，該試劑可以用于高效、靈敏地檢測納豆中游離D/L-氨基酸。從納豆中提取的氨基酸與DBD-M-Pro在60 ℃下反應60 min后，經BEH C18柱梯度分析20 min即可完成檢測；4 種氨基酸（D/L-谷氨酰胺、D/L-天冬氨酸、D/L-谷氨酸和D/L-丙氨酸）衍生后的非對映體分辨率為1.65～3.50，檢測限達0.25～2.50 pmol，平均回收率為86.65%～118.70%。

2.2 氣相色譜-質譜法

氣相色譜與質譜儀串聯使用可達到更高的靈敏度、選擇性、檢測精度和分析效率，更適用于分析氨基酸含量較低的食品樣本。利用GC-MS法檢測氨基酸對映體時通常使用手性固定相（如Chirasil-L-Val毛細管柱）分離對映體。Ali等[35]用GC-MS在選擇離子監測模式下測定了25 種歐洲鼻煙和8 種咀嚼煙草中游離L-和D-氨基酸的含量，以探究不同煙草樣品中的D-氨基酸譜。在此方法中，煙葉中的氨基酸通過陽離子交換劑純化而得，再經乙酰氯衍生化，在Chirasil-L-Val毛細管柱上通過GC-MS-選擇離子監測模式對氨基酸對映體進行分離和定量。與之相類似，P?tzold等[34]使用陽離子交換劑從可可豆及其制品中分離氨基酸，并將其轉化為揮發性氨基酸衍生物，并在Chirasil-L-Val毛細管柱上通過配備火焰離子化檢測器的GC-MS進行分析。Abe等[48]建立了一種檢測葡萄酒中氨基酸對映體的氣相色譜法。葡萄酒中的氨基酸對映體先在堿性水介質中與新戊酰氯酰化，再與甲基硅基重氮甲烷發生酯化反應，由此得到的氨基酸衍生物在涂有聚二甲基硅氧烷的毛細管柱上進行分離。Casal等[49]為對比研究不同品種咖啡豆中的氨基酸譜，將咖啡豆中提取出的氨基酸經2,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁醇/吡啶混合物和氯甲酸乙酯衍生，利用氯仿萃取后經Chirasil-L-Val毛細管柱并通過氫火焰離子檢測器進行分析；該方法的回收率在90.5%～102.6%，定量限為0.3～12.0 mg/kg。

2.3 毛細管電泳法

毛細管電泳是一種結合了電遷移和色譜技術的檢測方法，因其具備分析成本較低，短時高效等特點而越來越廣泛地應用于食品中氨基酸對映體的分析。此方法通常需使用衍生化試劑（如異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）并結合質譜或微電動色譜（micellar electrokinetic chromatography，MEKC）等進行檢測分析[50]。Sánchez-Hernández等[51]優化了基于電泳-串聯質譜測定蛋白水解物中氨基酸對映體的方法。提取的游離氨基酸經FITC衍生化處理，一方面使氨基酸在電噴霧電離-質譜檢測中具備更高的靈敏度；另一方面，氨基酸的衍生化部分與環糊精產生額外的相互作用也助于分離性能的提高。在環糊精作為手性選擇劑的體系中，通過毛細管電泳-串聯質譜法測定水解蛋白肥料中所含游離氨基酸的外消旋程度。在分辨率高于1.0且檢測限為0.02～0.80 μmol/L的條件下，實現了多達14 種氨基酸對映體的分離，此方法被應用于控制水解蛋白肥料的純度[51]。雖然手性電泳-質譜方法已具有良好的選擇性以及可以通過分子質量測定以準確定性的優點，但為了進一步提升檢測靈敏度，與毛細管電動色譜-激光誘導熒光（micellar electrokinetic chromatography-laser-induced fluorescence，MEKC-LIF）相結合的氨基酸對映體檢測方法因運而生。Carlavilla等[52]優化了一種基于MEKC-LIF能夠高效靈敏地定量分析醋中D-/L-氨基酸的方法。提取出的氨基酸經FITC衍生后，通過手性MEKC-LIF程序得以檢測，實現了5 對氨基酸對映體（脯氨酸、丙氨酸、精氨酸、谷氨酸和天冬氨酸）的分離，20 min內即可完成分析且檢測限在16.6 nmol/L以下。

為適應更高的檢測要求，各種新型檢測方法仍在不斷優化與更新，例如基于傳感器檢測食品中D-氨基酸的新方法已有一定范圍的應用[53-54]。此外，新型衍生化試劑、檢測器等也在不斷地發展與完善[55]。

3 D-氨基酸的生理功能

長期以來，D-氨基酸的生理功能未得到充分關注，人們對其功能尚未形成系統性認知，目前關于其功能的認知主要集中于以下兩方面：1）部分D-氨基酸作為細菌細胞壁的肽聚糖層的組成成分[56]；2）D-氨基酸作為少數抗生素的組成成分。

3.1 神經調節功能

在哺乳動物的神經系統中發現存在多種D-氨基酸，主要為D-絲氨酸、D-天冬氨酸、D-丙氨酸和D-半胱氨酸。這些D-氨基酸的存在引起了研究人員的興趣，其對于神經系統的調節功能正在逐步被揭示。在神經系統中，N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體介導突觸傳遞從而調節神經元活動，且在調控學習和記憶活動中的作用至關重要[57-58]。研究發現，D-絲氨酸、D-天冬氨酸和D-丙氨酸都能與NMDA受體結合。其中，早在20世紀90年代，D-絲氨酸已被發現是哺乳動物大腦內的一種神經遞質，參與著多種神經信號傳導活動[59]。進一步研究揭示，D-絲氨酸是NMDA受體的共激動劑，通過丙氨酸-半胱氨酸轉運體-1或其他途徑進入突觸，從而調節NMDA受體的活性，參與大腦皮層的信號傳遞[59]。D-絲氨酸水平下降可能導致NMDA受體功能受到抑制，從而引發類似精神分裂癥的癥狀[60]。在一項由28 名精神分裂癥患者參加的為期6 周的雙盲安慰劑對照實驗中，患者在服用抗精神藥物的同時亦口服D-絲氨酸（30 mg/（kgmbg d）），患者認知癥狀得到顯著改善[60]。近年，一項以果蠅為模型的研究揭示了D-絲氨酸亦可通過作用于NMDA受體而調節睡眠[61]。此外，D-天冬氨酸也作為NMDA受體的激動劑，通過與NMDA受體的谷氨酸位點結合而參與調節神經活動[62]。在小鼠模型中發現，連續7 周攝入D-天冬氨酸可上調NMDA受體亞基的表達水平并改善學習記憶能力[63]。老年小鼠在灌胃D-天冬氨酸后，其海馬體中的突觸可塑性衰退得到緩解[64]。此外，D-天冬氨酸亦在增強學習記憶能力[65]和改善抑郁[66]方面具有潛在功能。早于1989 年，D-丙氨酸已被證實是N M D A 受體甘氨酸結合位點的一種有效的立體選擇性協同激動劑，在神經調節中發揮重要功能[67]。在1 項由32 名精神分裂癥患者參加的為期6 周的雙盲安慰劑對照D-丙氨酸實驗（100 mg/（kgmbg d））中，服用D-丙氨酸患者的臨床癥狀得到明顯改善[68]。D-半胱氨酸可以在D-氨基酸氧化酶的作用下產生H2S，從而間接促進NMDA受體的神經傳導功能[69]，其被視為一種潛在的新型神經保護劑[70]。

3.2 調節激素合成與分泌

生物體的內分泌系統中廣泛存在著D-氨基酸，其中尤以D-天冬氨酸豐度最高。目前，D-天冬氨酸已多用于激素合成與釋放方面的研究。在大鼠松果體中，D-天冬氨酸可抑制褪黑素合成（半抑制濃度為75 μmol/L）[71]，并減少體外培養的松果體細胞中褪黑素的釋放[72]。D-天冬氨酸可通過增強類固醇生成酶活性以上調大鼠大腦中的性激素水平[73]。一項大鼠模型實驗結果表明，口服D-天冬氨酸使睪酮水平提升約110%，孕酮水平提升約40%，17β-雌二醇水平提升約35%[73]。在大鼠下丘腦中，D-天冬氨酸的水平在哺乳期間升高并會促進催產素生成。D-天冬氨酸可通過NMDA受體直接刺激催乳素的釋放；D-天冬氨酸也可能通過減少垂體后葉γ-氨基丁酸的釋放來刺激催乳素的釋放[74]。在人體和大鼠實驗中均證實D-天冬氨酸可促進垂體中黃體生成素的釋放[75]。不僅如此，D-天冬氨酸可調節多巴胺的釋放[76]。D-天冬氨酸亦在哺乳動物的生殖功能方面發揮關鍵作用。在睪丸內，D-天冬氨酸可促進睪酮的釋放[75]，上調雄激素受體的表達并下調雌激素受體的表達[77]。在一項臨床試驗中，服用D-天冬氨酸的亞生育期患者的精子的數量和活動性得到改善，且其配偶的懷孕率得以提高[78]。存在于垂體中分泌促腎上腺皮質激素的細胞和胰腺β細胞中的D-丙氨酸參與哺乳動物的血糖調節[79]。D-絲氨酸可能通過調節胰島素分泌而參與調控機體的糖代謝[79]。

3.3 抗生物膜形成

抑制生物膜形成是一種新型有效的抗菌治療策略，近年來，關于D-氨基酸在生物膜形成中的功能及應用已備受關注[80-81]。體外實驗表明，D-組氨酸、D-半胱氨酸和D-色氨酸在4 mmol/L時抑制鮑曼不動桿菌的生物膜形成（抑制率分別為47%、92%、75%）；D-半胱氨酸、D-色氨酸和D-酪氨酸在4 mmol/L時抑制銅綠假單胞菌的生物膜形成（抑制率分別為32%、19%、25%）[82]。D-天冬氨酸（50 μg/mL）可有效抑制白色念珠菌黏附及其生物膜形成[27]。D-丙氨酸、D-絲氨酸、D-蛋氨酸和D-色氨酸可通過靶向抑制丙氨酸消旋酶的水平而抑制并分解由空腸梭菌和大腸桿菌形成的生物膜，且D-氨基酸混合物可將D-環絲氨酸抗生素的功效增強32%[83]。D-酪氨酸、D-天冬氨酸、D-色氨酸和D-亮氨酸可降低從自污泥中分離的混合微生物的黏附性和抑制生物膜形成[84]。單種D-氨基酸（D-亮氨酸、D-蛋氨酸、D-色氨酸和D-酪氨酸）和被等離子體聚合物包埋后的復合物均可破壞不同成熟度的糞腸球菌生物膜[85]。

3.4 免疫調節活性

哺乳動物先天性和適應性免疫反應通過使用模式識別受體來檢測保守的細菌和病毒成分[86]。雖然目前關于D-氨基酸與模式識別受體的識別結合作用尚不明晰，但已發現D-氨基酸可被一些受體（如G蛋白偶聯受體）和酶（如D-氨基酸氧化酶）識別，從而在機體發揮免疫調節活性[87]。腸道中的D-氨基酸在D-氨基酸氧化酶的作用下產生抗菌產物H2O2以保護小腸黏膜表面免受霍亂病原體的侵害，進而維護腸道內環境穩態[88]。在誘導哮喘前給小鼠喂食D-色氨酸可增加肺和腸道的調節性T細胞數量，降低肺部輔助型T細胞2反應，改善過敏性氣道炎癥及其高反應性[89]。D-苯丙氨酸和D-色氨酸通過激活G蛋白偶聯受體GPR109B在人類中性粒細胞中引發趨化反應[90]。在金黃色葡萄球菌感染情況下，D-亮氨酸和D-苯丙氨酸可激活先天免疫反應，通過刺激T1R2/3甜味受體而抑制抗菌肽釋放以減緩感染[91-92]。

3.5 保護皮膚穩態

部分D-氨基酸（D-丙氨酸、D-天冬氨酸、D-甲硫氨酸和D-谷氨酸）具有維護皮膚穩態的功能。其中，D/L-丙氨酸均可有效促進表皮角質形成細胞的層黏連蛋白332的生成，從而增強基底膜修復，并且D-丙氨酸表現出比L-丙氨酸高4～5 倍的促進效果[93]。在過氧化氫誘導的氧化損傷細胞模型上，D-天冬氨酸能減緩真皮成纖維細胞的氧化毒性損傷[93]。D-甲硫氨酸（0.1～10.0 μmol/L）能夠顯著提高經UVA 照射后真皮成纖維細胞的存活率，且在相同濃度下D-甲硫氨酸表現出較L-甲硫氨酸更強的保護作用[93]。D-谷氨酸是一種 NMDA 型離子通道的抑制劑，能夠抑制Ca2＋向細胞內流入，從而維持細胞膜內外電位差，進而促進皮膚屏障功能恢復[93]。

3.6 含D-氨基酸的肽的生物活性

目前，關于食品中含D-氨基酸的肽還鮮有報道，此類研究僅限于從低等生物中發掘出的含有D-氨基酸的生物活性肽[94]及人工合成含D-氨基酸的肽[95]。Carlo等[96]從南美樹蛙的皮膚中分離出1 種含D-丙氨酸的蛙皮啡肽，其是與μ-型阿片受體高親和力和選擇性結合的多肽，其在深度長效鎮痛方面較嗎啡強1000 倍。漏斗蛛網毒素是從漏斗網蜘蛛的毒液中鑒定出的一種由48 個氨基酸組成的天然多肽，其第46位為D-絲氨酸，該多肽是神經系統中小腦浦肯野細胞的一種強效P型鈣通道抑制劑[97]。此后，陸續在多種生物（包括甲殼類動物、軟體動物和鴨嘴獸等）中也發現了具有各種生理活性的含D-氨基酸多肽[98]。此外，研究人員還發現了諸多含有D-氨基酸的細胞信號肽、宿主防御肽和多肽類激素[99-101]。多肽中的D-氨基酸通常會增強其結構的穩定性和活性[100]。目前的研究主要認為D-氨基酸不是在前體多肽中被異構酶轉化的，而是在合成多肽的翻譯后修飾過程中才被異構酶轉化生成的[98,102]。

4 結語

近年來，以D-氨基酸為主要成分的功能性食品正在市場上嶄露頭角，如日本資生堂公司生產的富含D-氨基酸的美容養顏功能性食品（kireinosusume），其強調人類角質層中存在多種D-氨基酸，而補充D-氨基酸有助于激活皮膚角質層中的成纖維細胞以產生更多膠原蛋白[103]；美國Doctor’s Best公司也上市了一款用于維護情緒健康的D-苯丙氨酸膳食補充劑。D-氨基酸的重要性已受到越來越多的關注，其有望作為潛在的新型營養補充劑進入功能性食品市場。

但相比于L-氨基酸，D-氨基酸的吸收代謝及營養功能方面的研究尚不充分，D-氨基酸作為天然存在于食品原料以及食品加工中產生的副產物，其在人體生理健康中發揮著的獨特作用仍亟待挖掘。未來在D-氨基酸的研究中有待解決的關鍵問題有：1）食源性攝入的D-氨基酸在人體內吸收代謝機制，其中涉及是否存在尚未被鑒定的D-氨基酸轉運體以及參與該過程的相關酶系等；2）食品中含D-氨基酸多肽的鑒定及功能機制研究；3）制備含有特定D-氨基酸的工業化產品以進一步打造新型功能性食品。