谷氨酰胺（Glutamine Gln）是L－谷氨酸的γ-羧基酰胺化物，在生命活動中起著重要的作用。它在細胞的氨基酸代謝中除作為構成蛋白質的氨基酸參與蛋白質合成外，其酰胺氮又能作為氮源參與核酸和糖蛋白等的合成。谷氨酰胺在不同的組織中有不同的代謝功用，在腎臟是腎小管泌氮作用的主要氮源，在肝臟是糖異生和尿素合成的原料，在神經組織又是神經遞質的前體物質，在血液中有暫時解除氨毒的作用。

谷氨酰胺是體液中最豐富的氨基酸之一。在血液中的濃度最高，達500－900μmol/L，體內游離的氨基酸庫中61％是谷氨酰胺。動物體內的谷氨酰胺主要存在于骨骼肌內，其濃度要高于體內環境的的30倍，在需要時才釋放出來。谷氨酰胺有多種作用，如可增強免疫功能、維持酸堿平衡、增加細胞體積、增強肌肉細胞內蛋白質的合成等。近年來的醫學和動物營養學的發現表明，谷氨酰胺的缺乏會引發多種疾病或導致動物生長發育的滯緩，其補充對機體多種機能有著廣泛的影響，現已普遍認為谷氨酰胺是一種條件性必需氨基酸。所以，谷氨酰胺不僅是一種重要的生化試劑，同時也是一種極有發展前景的新型藥物和動物營養性飼料添加劑。

1谷氨酰胺的藥用前景

谷氨酰胺是治療胃潰瘍、慢性胃炎的有效藥物，日本已于1979年將其作為抗潰瘍藥物投放市場，療效和經濟效益十分顯著，其胃藥制劑現已進入我國市場。近年來國外臨床研究證明谷氨酰胺可以治療腹部潰瘍、結腸性回腸炎、過敏性腸炎和潰瘍。人體腸胃必需從體內環境中攝取大量的谷氨酰胺以滿足正常的細胞代謝和功能，腸胃在機體生病和疲勞時會加強對體內所儲存的谷氨酰胺的消耗，導致骨骼肌細胞的分解。缺少谷氨酰胺時，胃腸道會萎縮，并造成：a、胃腸道滲透性增強；b、由于腎上腺皮質激素和蛋白質分解造成宿主細胞抵抗力降低；c、腸胃抵抗力降低會造成有害微生物和內毒素的增加，使腸胃系統失常。而外源補充谷氨酰胺會刺激機體免疫球蛋白的分泌，也會促使能中和內毒素的膽汁分泌和正常排便。動物實驗證明添加外源谷氨酰胺會增加腸胃重量和DNA含量，同時明顯減少腸胃內的內毒素含量，增強腸胃功能。

谷氨酰胺可以調節蛋白質合成，抑制蛋白質降解，刺激細胞生長，激活免疫功能，提高生長激素水平。目前已大量用于治療運動員的運動綜合癥和高強度勞動或運動和的疲勞恢復。超負荷運動或工作會使人體對谷氨酰胺的需求量遠遠超過正常值，但肌肉不能提供更多谷氨酰胺。近期的研究表明，馬拉松運動員長跑后，體內血漿中谷氨酰胺含量會下降50％，而谷氨酰胺能較好地維持體內酸堿平衡，中和過量的血液酸和肌肉中的乳酸以減輕疲勞。在發達國家，谷氨酰胺被認為是提高運動員成績之營養配方基本的成分。運動員超負荷訓練時，體內的谷氨酰胺水平過低，通常需要6天才能基本恢復正常，而完全恢復到正常水平則需1個月。如果營養配方中加入谷氨酰胺后會增加體液和血液中的谷氨酰胺含量，僅需2天就可以基本恢復正常。目前谷氨酰胺體內水平以被用作反應訓練量的指標。谷氨酰胺的缺乏還會影響運動員的免疫功能。

體內生長激素被認為可以促進多余脂肪的減少，促進體內肌肉細胞的增加，延長體細胞的壽命。正常人30歲時，體內生長激素水平和酸堿緩沖能力大為下降，而生長激素的水平直接與體內谷氨酰胺的含量相關。據報道，讓成年人喝下一瓶含有2克谷氨酰胺的飲料，90分鐘內，其血液中生長激素最高可增長430％。谷氨酰胺還有一種重要的細胞體積擴容效應，這被認為能觸發細胞生長。谷氨酰胺也被認為是氮源輸送劑，能抵抗酸解，維持血液pH和激活免疫系統。由于谷氨酰胺具有這些獨特的功能，許多科學家將其歸為條件性必需氨基酸，即當機體處于疾病或應激條件下，應以外源形式補充更多的谷氨酰胺。

谷氨酰胺還有增進腦神經機能的作用，可用來治療神經衰弱，改善腦出血后遺癥的記憶障礙，促進智力不足的兒童的智力發育，防止癲癇病發作，治療帕金森氏綜合癥。谷氨酰胺和其它氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸及膽堿一樣可被用作中樞神經抑制劑，以平衡腦內放電流脈沖，有利于人腦的清醒和情緒穩定。谷氨酰胺也被稱為大腦燃料，它是少數幾種能克服血腦屏障和參與但化學反應的物質之一。谷氨酰胺在大腦中被轉化為谷氨酸與葡萄糖一起參與腦代謝，是一種神經驅動劑，能改善神經調節和增進腦功能，促進思維，幫助兒童提高學習能力并增進記憶力。谷氨酰胺也可用于治療神經分裂癥，改善神經發育遲鈍。

谷氨酰胺可增強腎排氨作用和延長淋巴細胞的壽命，促進細胞生長。補充外源性谷氨酰胺會刺激免疫球蛋白的分泌，有利于重建免疫系統（燒傷、艾滋病、關節炎），還可用于治療肝臟疾病和支持肝臟功能，減少癌癥治療中化療和放療的副作用，治療肌肉萎縮和酒精中毒，減輕肩周炎和頸椎病的痛苦。國外近年來的研究還表明，谷氨酰胺還可降低人的體重，調節血糖和胰島素水平，改善糖尿病患者的血糖濃度，與高血壓、心臟病和糖尿病的治療直接有關。

2谷氨酰胺在動物營養中的作用

胃腸道正常的免疫功能包括兩個方面：一是非特異性的，如胃酸、粘液、消化酶、正常菌群以及巨噬細胞、肥大細胞等，通過酶解作用，吞噬和/或胞飲作用等消滅外源性病原微生物，而腸上皮的緊密連接則形成了抵御外源性病原微生物侵入的重要屏障；二是特異性的，由腸粘膜固有層派亞氏腺中B細胞合成的特異性分泌性IgA（secretary IgA）S-IgA完成，大量S-IgA在抵御細菌侵害中起著非常重要的作用。在正常情況下，非特異性免疫即可粘附細菌及抗原并通過腸道的運動將其排出體外而保護腸道，但若損傷嚴重時，S-IgA又能阻止微生物和日糧抗原附著在腸絨毛或進一步的滲透。S-IgA抗體在日糧表面形成一層粘液，促進蛋白質降解和抗腸道細菌酶的消化作用，因而使抗原穿過腸道屏障產生免疫反應的可能性減少，即使抗原浸入血液，血液中的S-IgA也可與抗原特異性結合，這種復合物在激活其它免疫反應之前即通過肝膽循環系統進入血液而被清除

近年來的研究表明，機體腸道的這些重要的免疫功能是與其對谷氨酰胺的代謝緊密聯系的。Gln在斷奶仔豬腸道營養中的作用已受到相當的重視（NRC，1998；Wu,1998；彭健等，1999；劉濤，彭健，1999a,b）。研究結果所提供的充分的證據已證實，在許多物種中，腸道都是利用Gln最多的器官，并且腸道利用Gln顯然比其它種氨基酸要多得多（Weber等 1977）。Gln是多種快速分裂細胞主要的能量來源，包括活化的淋巴細胞（Ardwi和Newsholme,1983;Krebs,1980）和腸上皮細胞（Windmueller和Spaeth,1980; Wu等,1995）。Wu等（1991）研究了腸系膜淋巴結細胞對谷氨酰胺和葡萄糖的代謝，發現谷氨酰胺和葡萄糖同時存在時，兩者產生的ATP各占50％；而分別存在時，都能有效提供充足的ATP，說明谷氨酰胺也是淋巴細胞的有效能量來源。Ardawi等在腸系膜淋巴結細胞培養液中加入谷氨酰胺后發現淋巴細胞增殖明顯增加，且這種作用不能被其它氨基酸代替（Ardawi等，1982）。淋巴細胞和巨噬細胞也可以大量利用Gln產生細胞間的介質，為隨后的生物合成提供前體（Adawi等,1982;Newsholme等,1985）。對淋巴細胞而言，當受到抗原刺激而要增殖時，則要利用大量的Gln；而利用Gln合成的供分泌蛋白轉運時而使用的mRNA將協助巨噬細胞發揮其分解細菌的功能（Souba等,1990）。

Gln缺乏能明顯降低腸腔中S-IgA的含量，與腸粘膜內可分泌S-IgA的漿細胞數量減少有關。Burke等研究了接受全腸外營養（Total Parenteral Nutrition TPN）動物腸道免疫功能的變化，發現沒有加入Gln的動物，膽汁中S-IgA的分泌下降了50%，細菌大量粘附于粘膜表明，腸系膜淋巴結中有明顯細菌移位；而在總腸外營養物中加入谷氨酰胺的動物，膽汁中S－IgA水平與正常動物比較無差別，腸粘膜漿細胞計數也證實谷氨酰胺能阻止產生S-IgA細胞的減少（Alverdy,1990）。Alverdy等（1992）隨后的結果又證實，未加入Gln的TPN組動物膽汁中S-IgA明顯下降，IgA陽性的漿細胞也明顯減少，另外CD4陽性、CD8陽性的淋巴細胞也急劇下降，而在TPN液中加入谷氨酰胺的動物B、T細胞均與正常動物無差別。Jacbos等（1987）的研究表明，Gln的添加與上皮生長因子對小腸管壁厚度的增加有協同作用，激素或有營養作用的生長因子對小腸粘膜的完整性和功能的維持都是有益的。

Gln不僅能改善早期斷奶仔豬的生產性能（Wu,1996;劉濤、彭健,1999），而且可以維持腸絨毛正常的結構和功能（彭健，劉濤,1999c，）。羅副文等認為，由于Gln可以預防腸絨毛的萎縮，因此對預防腸道內細菌入侵，減少內源性感染，增強人的腸道局部免疫功能有重要的作用（羅副文等,1993）。而楊俊濤等（1999）采用閉合性創傷大鼠模型研究了外源性谷氨酰胺對免疫組織細胞抗氧化能力的影響，結果表明，創傷后Gln組血漿以及脾臟、腸系膜淋巴結和腹腔巨噬細胞內Gln含量明顯高于Non-Gln組；傷后谷胱甘肽（glutathione, GSH）水平兩組均有下降，但Non-Gln組下降的程度明顯大于Gln組，傷后丙二醛含量均有明顯下降，但Non-Gln組增加程度明顯大于Gln組。因此，楊俊濤等認為，Gln具有通過促進谷胱甘肽（GSH）合成而抵抗自由基損傷毛細血管通透性的作用，從而使全身免疫水平得到改善。綜上所述，通過對消化道切除病人、燒傷病人、腫瘤病人或實驗動物模型的研究結果已經證實，在創傷等嚴重消耗性狀態下，機體對谷氨酰胺的需求大大增加，腸道對谷氨酰胺的的代謝也明顯增強。如果體內谷氨酰胺的嚴重消耗以及機體不能從腸道營養中獲得充足的補充，不僅將嚴重影響機體內部的代謝反應和腸粘膜的結構和功能，還將影響腸粘膜固有層中淋巴細胞的增殖，降低腸腔中的S-IgA含量，進一步降低機體的免疫力，導致機體疾病的發生。

3國內外生產研究概況

對于谷氨酰胺這類藥用氨基酸，國外產量十分可觀。尤其是日本，發展十分迅速。1977年日本用發酵法生產谷氨酰胺的年產量是100噸，1979年上升至500噸，1990年則上升至1200噸，并有逐年上升的趨勢。用發酵法生產谷氨酰胺，日本發酵濃度達60g/L，韓國為50g/L，日本味之素公司報道其谷氨酰胺提取總收率為40％，目前還未見歐美國家有投入生產的報告。

國內天津輕工業學院曾選育出一株產谷氨酰胺菌，發酵濃度最高達30g/L，上海科技大學也曾進行過5噸罐試驗，谷氨酰胺濃度可達25g/L左右，提取收率為40％左右，但進一步放大時遇到了困難。國內目前只有極少幾個生產廠家用化學法生產谷氨酰胺，主要供實驗室作為生化試劑，且數量很少。我國在藥用谷氨酰胺生產上尚屬空白，至今尚未有一家用發酵法生產谷氨酰胺。

國內至今發酵法未能投入生產的主要原因是菌種和發酵工藝兩方面的不足，尤其是后者。自1992年起，山東大學微生物技術國家重點實驗室以實驗室分離保存的一株作為出發菌株，經過僅5年的定向選育和菌株構建，成功的選育了谷氨酰胺高產菌株，并對該菌株進行了搖瓶發酵研究，找到了高產培養基配方，之后又依托重點實驗室世界一流的發酵和分析檢測設備，在德國B.BRAUN計算機自控發酵罐上進行了較為系統的研究，結合國外和實驗室代謝工程研究結果，找到了制約工藝突破的因素，小試發酵最高達65g/L以上的水平，居于國內外領先水平。該菌株及發酵工藝正擬申報國家專利。目前，該實驗室已初步完成了谷氨酰胺發酵提取工藝，提取總收率為45％以上。

4經濟效益前景

我國是谷氨酰胺的第一消費國，谷氨酰胺作為谷氨酸的結果類似物，可由谷氨酸生產菌改變發酵條件生產，生產設備和提取方法有類似可借鑒之處。谷氨酰胺的研究開發對我國氨基酸工業及醫療保健事業都將是一個很大的貢獻，其社會效益是明顯的。

現在國際市場上谷氨酰胺的價格約在100萬元/噸左右，生產成本約為谷氨酸的3～4倍。如果按年產1000噸計算，原料藥產值約為10億元人民幣。消化道潰瘍和腦神經功能疾病在我國乃至世界都屬多發病，藥用氨基酸需求量很大，有巨大的潛在市場。藥用谷氨酰胺長期以來一直依賴進口，價格昂貴。如果將谷氨酰胺加工成藥劑后可創造更大的經濟效益，產品還可出口外銷創匯。在人們更加追求生活質量的現代社會，營養保健品具有十分廣闊的前景，將谷氨酰胺用于保健品的開發將大有作為。

由于谷氨酰胺在動物營養中的顯著作用，在斷奶仔豬料中添加谷氨酰胺在不遠的將來會成為一種必需，但可以肯定的是，無論國內還是國外，飼料級的谷氨酰胺生產還是空白，如能把握機遇，前途將不可限量。