甜菜碱
甜菜碱（Betaine）
1. 概览
甜菜碱是一种天然存在于动植物体内的季铵型两性离子化合物。其学名为三甲基甘氨酸，由甘氨酸的氨基上连接三个甲基而成。它最初从甜菜中分离得到，故得此名。甜菜碱在生物体内主要作为高效的甲基供体和重要的有机渗透保护剂，参与一碳单位代谢、同型半胱氨酸再甲基化以及维持细胞体积和蛋白质稳定性等关键生理过程，对肝脏、肾脏、心血管及神经系统健康至关重要。
2. 化学结构与性质
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 系统命名 | 三甲基甘氨酸， (羧甲基)三甲基铵内盐 |
| 化学式 | C₅H₁₁NO₂ |
| 分子量 | 117.15 g/mol |
| CAS号 | 107-43-7 |
| pKa | 其羧基的pKa约为1.8， 季铵基团pKa > 13， 因此在生理pH下始终以两性离子形式存在，净电荷为零。 |
| 溶解性 | 极易溶于水，微溶于乙醇。具有强亲水性。 |
| 吸湿性 | 具有很强的吸湿性。 |
| 热稳定性 | 对热稳定。 |
3. 来源与代谢
3.1 膳食来源
甜菜碱广泛存在于动植物食品中。
丰富来源：甜菜、菠菜、麦麸、藜麦、虾、贝类等。
体内合成：哺乳动物肝脏和肾脏可从胆碱经两步氧化合成甜菜碱：
胆碱 → 甜菜碱醛（胆碱氧化酶或胆碱脱氢酶催化）。
甜菜碱醛 → 甜菜碱（甜菜碱醛脱氢酶催化）。
微生物合成：许多细菌和古菌也能合成甜菜碱作为相容性溶质。
3.2 代谢途径
甜菜碱的核心代谢角色是作为不可逆的甲基供体。
| 代谢去向 | 关键反应/酶 | 发生部位与意义 |
|---|---|---|
| 甲基转移反应 | 同型半胱氨酸 + 甜菜碱 → 蛋氨酸 + 二甲基甘氨酸 甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶 | 主要发生在肝脏和肾脏。这是甜菜碱最重要的功能，将有毒的同型半胱氨酸转化为必需氨基酸蛋氨酸，同时生成二甲基甘氨酸。 |
| DMGDH途径 | 二甲基甘氨酸 → 肌氨酸 → 甘氨酸 二甲基甘氨酸脱氢酶、肌氨酸脱氢酶 | 在线粒体中，进一步释放两个甲基（以N⁵, N¹⁰-亚甲基四氢叶酸形式），进入叶酸循环，用于其他甲基化反应或能量代谢。 |
与叶酸途径的关系：BHMT途径是Hcy再甲基化的替代/补充途径。叶酸途径（由蛋氨酸合酶催化，需要维生素B12）是主要途径。当叶酸或B12缺乏时，甜菜碱途径的作用尤为重要。
4. 主要生理功能
4.1 作为甲基供体
这是甜菜碱最经典和核心的生化功能。
降低同型半胱氨酸：通过BHMT反应直接降低血浆同型半胱氨酸水平。高Hcy是心血管疾病、神经退行性疾病和出生缺陷的独立危险因素。
支持蛋氨酸循环：再生蛋氨酸，确保S-腺苷甲硫氨酸的充足供应。SAM是体内100多种甲基化反应（如DNA、RNA、蛋白质、磷脂甲基化）的通用甲基供体。
节约叶酸和胆碱：激活BHMT途径可以减轻对叶酸和胆碱作为甲基供体的依赖。
4.2 作为有机渗透剂
甜菜碱是一种高效的相容性溶质。
机制：在细胞面临高渗应激（如高盐、干旱）时，细胞主动积累甜菜碱。它能无毒性地抵消外界渗透压，稳定大分子（如酶、DNA）的结构和功能，保护细胞免受脱水损伤。
分布：在肾脏髓质（维持高渗环境）、肝脏、肠上皮、眼晶状体和皮肤等组织中发挥渗透保护作用。
医学意义：补充甜菜碱可能有助于保护干眼症患者的角膜上皮细胞、肝纤维化中的肝细胞等。
4.3 其他功能
改善代谢：可能通过AMPK激活、促进脂肪酸氧化和抑制脂肪合成来改善肝脏脂质代谢，对抗非酒精性脂肪性肝病。
抗氧化与抗炎：间接通过降低Hcy（其自身可诱导氧化应激）和直接影响信号通路，发挥抗氧化和抗炎作用。
调节胃酸：盐酸甜菜碱是胃酸补充剂成分。
运动表现：作为渗透剂，可能有助于维持细胞水合和蛋白质功能，理论上对运动有益，但证据强度不一。
5. 临床意义与疾病
5.1 高同型半胱氨酸血症
治疗作用：甜菜碱是治疗遗传性胱硫醚β-合酶缺乏症（经典同型半胱氨酸尿症）和MTHFR基因多态性导致的轻度至中度高Hcy血症的有效药物（通常与B族维生素联用）。
剂量：治疗剂量通常较高（每日数克），需在医生指导下进行。
5.2 肝脏疾病
非酒精性脂肪性肝病/脂肪性肝炎：多项研究表明，补充甜菜碱可显著降低肝脂肪含量、改善肝功能指标、减轻肝脏炎症和纤维化。
酒精性肝病：甜菜碱可通过提供甲基、修复SAM/SAH比值、减轻氧化应激和脂肪变性，对酒精性肝损伤有保护作用。
5.3 肾脏疾病
保护作用：作为渗透剂，可能对急性肾损伤和慢性肾病有保护作用，维持肾小管细胞完整性。
同型半胱氨酸：CKD患者常伴高Hcy，甜菜碱可能有益。
5.4 其他潜在应用领域
心血管健康：主要通过降低Hcy，可能间接有益。
神经系统：阿尔茨海默病、抑郁症等患者可能存在Hcy代谢异常和甲基化不足，甜菜碱是研究热点。
辅助生殖：改善卵母细胞质量和胚胎发育环境（通过提供甲基）。
先天性代谢缺陷：如甜菜碱尿症（由于DMGDH缺陷导致甜菜碱和DMG排泄增加），但通常无症状。
6. 安全性、剂量与形式
安全性：通常认为安全。高剂量（>9-15克/天）可能引起胃肠道不适（腹泻、恶心）。因其降Hcy作用，理论上在极罕见情况下可能掩盖维生素B12缺乏的血液学表现（但神经系统症状仍会出现）。
膳食剂量：日常膳食摄入量约0.5-2克/天。
补充剂形式：
无水甜菜碱：标准形式。
盐酸甜菜碱：常用于消化辅助（胃酸补充）。
甜菜碱柠檬酸盐：缓冲形式，可能减少胃部不适。
药物相互作用：与利尿剂联用需注意电解质平衡；与降Hcy的B族维生素有协同作用。
总结，甜菜碱是一种集必需代谢物、治疗性营养素和细胞保护剂于一身的独特分子。它不仅是连接胆碱代谢、氨基酸代谢和一碳单位代谢的关键甲基库，更是细胞应对渗透挑战的忠实卫士。从治疗严重的遗传代谢病，到改善常见的代谢综合征相关肝病，甜菜碱展现了从基础生化到临床应用的广泛价值。对其在特定疾病中剂量、疗程和机制的深入研究，将继续拓展其在精准营养和医学中的应用前景。
参考文献
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