4-乙酰氨基丁酸（4-Acetamidobutanoate / 4-Acetamidobutyric Acid）

1 概览

4-乙酰氨基丁酸（4-Acetamidobutanoate）是一种乙酰化的氨基羧酸，可被视为神经递质 γ-氨基丁酸 的乙酰化衍生物，或二胺腐胺的氧化代谢产物。它在生物体内的分布和浓度相对较低，主要作为特定代谢途径的中间体存在。近年来，其作为肠道菌群代谢物和潜在的神经精神疾病生物标志物受到关注。

以下是其核心信息摘要：

2 化学结构与性质

4-乙酰氨基丁酸由一个直链的丁酸骨架构成。其γ-位（距离羧基最远的碳原子）连接一个乙酰氨基。这种结构使其与以下两种重要分子紧密相关：

• 与GABA的关系：是GABA分子（H₂N-(CH₂)₃-COOH）的氨基被乙酰化（CH₃CO-NH-）的产物。

• 与腐胺的关系：是腐胺（H₂N-(CH₂)₄-NH₂）一端氨基氧化为羧基、另一端氨基乙酰化的产物，因此也是多胺代谢的终末产物之一。

3 生物合成与代谢途径

在哺乳动物体内，4-乙酰氨基丁酸并非主流代谢途径的核心分子，其生成主要有两条可能路径：

1. 来自γ-氨基丁酸的乙酰化：

   • 途径：神经递质γ-氨基丁酸在N-乙酰转移酶的催化下，利用乙酰辅酶A作为乙酰基供体，直接乙酰化生成4-乙酰氨基丁酸。

   • 意义：这可能是终止或调节GABA能神经信号的一种次要方式，尽管其主要灭活途径是通过GABA转氨酶进行的。

2. 来自腐胺的氧化与乙酰化：

   • 途径：二胺腐胺先经二胺氧化酶氧化，生成γ-氨基丁醛，后者进一步被醛脱氢酶氧化为γ-氨基丁酸，最后再经乙酰化生成4-乙酰氨基丁酸；或者存在直接乙酰化腐胺后再氧化的旁路。

   • 意义：这属于多胺代谢的分解途径，是细胞调控多胺水平的方式之一。

值得注意的是，人类肠道中的某些共生菌（如 Bifidobacterium 和 Clostridium 属）具有很强的GABA生成能力，并可能进一步将其代谢为4-乙酰氨基丁酸等衍生物，表明肠道菌群可能是其重要来源。

4 生物学功能与研究意义

4-乙酰氨基丁酸本身不具备GABA那样的经典神经递质活性（即不直接激动GABA_A或GABA_B受体）。其生物学意义更多体现在作为代谢节点和信号分子。

1. 代谢功能：

   • 多胺与GABA代谢的交叉点：它连接了多胺代谢（涉及细胞增殖）和GABA能系统（涉及神经抑制），可能反映了能量代谢与神经活动之间的相互调节。

   • 氮排泄的潜在形式：作为一种水溶性的、乙酰化的胺类代谢终产物，可能参与维持氮平衡。

2. 临床与转化研究意义：

   • 精神疾病的潜在生物标志物：近年来，代谢组学研究发现，在精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症患者的血液、脑脊液或脑组织中，4-乙酰氨基丁酸的水平可能发生特征性改变。其机制可能与神经炎症、线粒体功能紊乱或肠道菌群-脑轴失调有关。

   • 肠道菌群-脑轴的关键介质：作为可能由肠道菌群产生的代谢物，它能够进入血液循环并透过血脑屏障，可能间接影响中枢神经系统的功能，是研究菌群如何影响宿主行为与脑健康的热点分子之一。

   • 在癌症研究中的角色：由于连接多胺代谢（与肿瘤生长密切相关），其在某些肿瘤微环境中的变化也受到关注。

5 分析检测

在生物样本中检测4-乙酰氨基丁酸主要依赖于高分辨率代谢组学技术：

• 液相色谱-质谱联用：最常用方法。使用亲水相互作用色谱或反相色谱进行分离，通过质谱检测其特征离子碎片进行定性和定量。

• 核磁共振波谱：也可用于鉴定，但灵敏度通常低于质谱。

总结，4-乙酰氨基丁酸是一个处于GABA能神经传递、多胺代谢和肠道菌群代谢交叉口的“桥梁分子”。它虽然不是传统的功能性信号分子，但其水平变化像一面镜子，反映了这些重要生理病理过程的扰动。随着代谢组学和微生物组学的发展，对它的研究正为我们理解复杂脑疾病和宿主-菌群互作开辟新的视角。

参考文献

1. Bouatra, S., et al. (2013). The human urine metabolome. PLoS ONE, 8(9), e73076. （大型代谢组学研究，将4-乙酰氨基丁酸列为人类尿液中的一种可检测代谢物）

2. Takeda, K., et al. (2018). Metabolic pathways of polyamines in the brain. In Polyamines: Methods and Protocols. Humana Press. （详细综述多胺在脑内的代谢通路，涉及4-乙酰氨基丁酸的生成）

3. Zhu, C., et al. (2020). Gut microbiome and brain metabolites in schizophrenia: A systematic review and meta-analysis of metabolomic studies. Schizophrenia Research, 222, 3-10. （综述精神分裂症中包括4-乙酰氨基丁酸在内的肠道与脑代谢物变化）

4. Strandwitz, P. (2018). Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Research, 1693(Pt B), 128-133. （讨论肠道菌群如何产生或调节包括GABA及其衍生物在内的神经活性分子）

5. Wishart, D. S., et al. (2018). HMDB 4.0: the human metabolome database for 2018. Nucleic Acids Research, 46(D1), D608-D617. （权威的人类代谢物数据库，收录4-乙酰氨基丁酸的化学、生物及临床信息）