维生素C与基因互作的研究

维生素C与基因互作的研究摘要：维生素C（又称抗坏血酸）是一种动物机体所必需的营养素，它是电子供体，因此具有抗氧化性。本文主要介绍维生素C的性质，维生素C在植物体和某些动物体内的合成途径，以及其在机体内对基因表达的作用，以及近年来对维生素C的研究进展。关键词：维生素C、抗氧化性、基因表达、合成途径、作用正文：1维生素C的简介中文名称：维生素C英文名称：vitaminC其他名称：抗坏血酸(ascorbicacid)维生素c键线式：定义：显示抗坏血酸生物活性的化合物的通称，是一种水溶性维生素，水果和蔬菜中含量丰富。在氧化还原代谢反应中起调节作用，缺乏它可引起坏血病。维生素C（维生素C）,又称抗坏血酸（ascorbicacid,AsA），是普遍存在于植物组织中的高丰度小分子抗氧化物质。某些动物如人类由于缺乏其合成关键酶L-古洛糖内酯氧化酶不能自身合成维生素C，并且其在人体内不能长久贮存，只能不断从食物中获取维生素C而作为主要维生素C来源的水果和蔬菜其维生素C水平差异较大。因此维生素C含量已成为衡量农产品品质的重要指标。此外，植物中的维生素C还在抗氧化和清除自由基、光合作用和光保护、细胞的生长和分裂以及参与某些次生代谢物和乙烯的合成等诸多方面起着非常重要的生理功能。2植物中维生素c合成的途径2.1与动物合成途径类似的古洛糖途径Isherwood等最早提出的类似于动物合成途径的高等植物维生素C生物合成途径，该途径认为植物由D-半乳糖经D-半乳糖醛酸和L-半乳糖内酯(L-GalL)等重要中间物质最终形成维生素C，其间发生了类似动物的碳链倒位。支持该途径的证据为在植物体内确实存在天然L-GalL并可通过半乳糖内酯脱氢酶(GalLDH)氧化生成维生素C，同时D-半乳糖醛酸(甲酯)也可作为维生素C合成的底物。但随后的同位素放射性示踪证明植物合成维生素C的过程并未发生碳链的倒位。虽然有证据显示L-GalL是植物合成维生素C的底物，但D-半乳糖醛酸并不是植物合成维生素C2.2邻酮醛糖途径为符合同位素放射性示踪实验结果，Loewus等提出的一条非倒位途径即临酮醛糖途径。在该途径中D-葡萄糖首先在C-2位上被氧化生成D-葡萄糖醛酮然后在C-5位经表异构酶催化形成L-山梨糖醛酮，并进一步在山梨糖醛酮脱氢酶作用下被氧化为维生素C。此途径虽然没有碳骨架的倒位，但至今还没有明确的实验证据支持这一途径[29]。因为尚未发现催化前两步反应的酶。Conklin等[30]对拟南芥维生素C缺乏的突变体vtc1的研究表明增加D-葡萄糖醛酮和L-山梨糖醛酮并不能导致维生素C的积累。L-山梨糖醛酮也未能明显增加拟南芥悬浮细胞内源维生素C含量.Saitoetal利用14C标记实验发现，前体培养的24h后，D-(14C)-葡糖醛酮有4.1%的转化成维生素C；D-(14C)-葡萄糖有0.6%转化成维生素C，而且没标记的D-葡糖醛酮抑制了D-(14C-葡萄糖向(14C)-维生素C的转化[31]。尽管如此，由于葡糖醛酮能在一定程度上对植物产生毒害，使这种抑制现象不能成为D-葡糖醛酮作为维生素C合成前体物的证据.2.3L-半乳糖途径基于生物化学证据，1998年Wheeler等[5]在无碳链倒位途径和L-半乳糖-1，4-内酯是维生素C合成的直接前体下，提出了植物中维生素C合成的L-半乳糖途径。此后，在光合组织中用分子生物学手段证实该途径为植物维生素C合成的主要途径[11,12,13]。在该途径中，以D-甘露糖-6-磷酸、L-半乳糖和L-GalL等作为主要中间物质，既符合同位素放射性示踪实验结果，又避免了以前争议较大的炭链倒位。还把L-GalL等重要物质纳入其中。支持该途径的证据主要有(1)当用[14C]甘露糖喂饲拟南芥叶片时4h后就有约10%被标记的[14C]在维生素C中被检测到[11]；(2)在豌豆胚提取物中加入[14C]GDP-甘露糖可以形成[14C]L-GalL并可进一步生成维生素C[12]；(3)用L-半乳糖和L-半乳糖内酯等直接前体物喂饲拟南芥叶片和豌豆苗可以相同的效率增加维生素C含量，同时GDP-甘露糖可通过GDP-D-甘露糖-3,5-表异构酶的作用形成L-半乳糖[13,32]；(4)该途径中所涉及的酶多数已被检测纯化或克隆;(5)特别是对从拟南芥获得的维生素C缺失突变体的相关研究也证实了这一途径。该途径把维生素C的生物合成融入植物碳水化合物的主要代谢过程并与多糖合成和蛋白质的糖基化之间建立联系已被公认为是高等植物合成维生素C的主要途径2.4糖醛酸转变途径虽然同位素放射性示踪实验结果已经证明植物不能通过碳链倒位途径合成维生素C，但最近对拟南芥悬浮培养细胞的研究发现除L-半乳糖和L-半乳糖内酯以外，D-半乳糖醛酸甲酯、L-古洛糖内酯、D-葡萄糖醛酸甲酯和D-葡萄糖醛酸内酯等也能提高细胞内维生素C水平。然而这4种物质并不包含于L-半乳糖途径之中，特别是对于L-古洛糖内酯及其氧化酶的研究使人们相信植物可能还存在另外的维生素C合成途径。当Jian和Nessler[19]把从鼠肝脏细胞克隆的古洛糖内酯氧化酶基因导入烟草和莴苣中时，转基因植株维生素C的含量比对照提高了7倍。但是要清楚地阐明糖醛酸转变途径的过程、生理作用以及与L-半乳糖途径之间的关系为时尚早。它可能是植物在特殊环境条件下于特定组织中合成维生素C的途径。3动物中维生素C合成的途径脊推动物维生素C合成途径最直接的证据是给大鼠注射同位素标记的葡萄糖和葡萄糖酸内酯后，在其尿中发现了带标记的抗坏血酸。目前公认的动物抗坏血酸合成途径主要来自对大鼠肝脏的研究:合成途径的起始点在UDP-D-葡萄糖，在UDP-葡萄糖脱氢酶的催化下，在C-6位置被氧化形成UDP-葡萄糖醛酸，然后依次在UDP-葡萄糖醛酸磷酸化酶、葡萄糖醛酸-l-P-磷酸酶的催化下释放出D-葡萄糖醛酸，接着在葡萄糖醛酸内酯酶和L-葡萄糖醛酸还原酶催化下D-葡萄糖醛酸或其内酯在C-1位置被还原形成L-古洛糖酸或L-古洛糖酸-1，4-内酯，L-古洛糖酸-1，4内酯C-2位置被氧化，形成2-酮L-古洛糖酸-1，4-内酯，自然烯醇化形成L-抗坏血酸。其中从L-古洛内酯到2-酣-L-古洛内酯到L-抗坏血酸的过程中需要L-古洛糖酸1，4-内酯氧化酶(L-gulono-1，4-lactoneoxidase,EC1.1.3.8,GLO)，这是维生素C合成过程中的关键和限速酶，也是目前为止关于维生素C合成报道中研究最多的酶，缺乏维生素C合成能力的动物都是由于缺乏GLO活性。研究表明，动物中GLO位于内质网内腔一侧的微粒体上山，在催化L-古洛糖酸-1，4-内酯和L半乳糖醛酸1，4-内酯氧化为抗坏血酸的过程中会产生过氧化氢[4]，能够导致微粒体膜内脂质的过氧化反应并最终造成GLO失活，可通过添加抗氧化剂(如衍生育酣)和金属离子整合剂来避免膜内脂质的过氧化反应归。此外，去污剂能够将GLO从微粒体膜上溶解下来，已分别从大鼠(Rattusnorvegicus)、山羊(Capraaegagrushircus)的肝脏以及鸡(Gusgallus)的肾脏中纯化出GLO蛋白，GTO单体的分子量在50~51kDa之间。GLO的cDNA序列也分别从大鼠t町、小鼠(Musmusculus)等哺乳动物以及虎鲨（ScyliorhinusTorazame)、白鲟（Acipensertransmontnus)、皱唇鲨（Triakisscyllium)和白斑星鳖（Mustelusmanazo)等鱼中克隆出来。4维生素C的性质及其对机体作用的研究4.1维生素C具有参与细胞间质生成、解毒、参与体内氧化还原反应及其他代谢反应的生理功能。近年来，国内外学者对维生素C在抗应激、维持免疫功能和提高动物的生长性能等方面的作用予以充分肯定。新的研究结果证实，家禽饲料中的天然维生素C含量是极低的。在饲料中添加维生素C的研究近年来报道较多。本研究的目的在于探讨酶制剂和维生素C对肉鸡生长性能的影响。维生素C具有广泛的生理功能。但直到８０年代后期维生素C才被认为是家禽日粮中不可缺少的维生素之一。Hoffmann等的研究表明，家禽饲料配料中天然维生素C含量是极低的。NjokuPC及国内学者厉保林研究指出，在热带地区有热应激发生的某些月份，或在高温环境条件下，在仔鸡中添加维生素C是必需的。肉用仔鸡生长速度快，饲喂密度大，早期要求环境温度高，添加维生素C可增加其抗应激功能，因此，家禽的日粮中需要添加维生素C，特别是在高温环境和其它应激条件下需要更多的维生素C。4.2维生素C有促进DNA链断裂的作用，且有剂量‐反应关系。维生素C可破坏DNA的碱基和脱氧核糖使DNA链降解。补充较大剂量的维生素C时，由于维生素C可能具有增加带有着丝粒和非着丝粒微核形成的倾向，可作为前氧化物损伤着丝粒或纺锤丝蛋白或作为一种纺锤丝断裂剂造成DNA损伤的微核率增加，从而促进DNA的诱导损伤。提示补充大剂量维生素C加重DNA损伤。健康机体摄入适宜剂量的维生素C即可以满足抗氧化损伤的需要，维持细胞功能活性的稳定。过量补充维生素C对健康机体红细胞膜流动性和外周血淋巴细胞没有保护作用，反而会使机体抗氧化损伤能力下降。其作用机制有待进一步阐明。4.3维生素C摄入量减少与肝癌的发病密切相关，有关研究证实维生素C对恶性肿瘤细胞有选择性的杀伤作用，大剂量维生素C能抑制多种恶性肿瘤细胞的进展而对机体代谢和脏器功能无不良影响。临床实践也报导了采用大剂量维生素C治疗中晚期多种类型肿瘤患者，不仅安全性高，而且患者的药物适应性也较好，提示大剂量维生素C可能是治疗肝癌等恶性肿瘤的切入点。但是近年来有学者认为维生素C不仅没有抗癌作用,而且有一定的致癌危险性。Feskanich等研究美国妇女健康状况以证实大量摄入维生素C、维生素E或胡萝卜素是否有患黑色素瘤的危险。针对维生素C抗肝癌的研究也仅.局限在细胞离体水平。4.4维生素c是一种经典的抗氧化剂它参与体内的氧化还原反应具有强抗氧化性。而活性氧自由基在急性肺损伤(acutelunginjury,ALT)发病机制中的作用已得到实验证实。大剂量维生素c对油酸所致的肺损伤有一定的保护作用，预防效果要好于治疗。4.5维生素A，E，C(VA，VE，维生素C)在预防肿瘤、动脉粥样硬化和糖尿病等方面具有重要作用，其营.和抗病作用与抗氧化作用密切关.维生素C的作用该试验结果表明维生素C对酒精引起的心功能的改变也有一定的预防及修复作用。维生素C作为.自由基清除剂，它可以抵御水溶性自由基引起的氧化应激。4.6维生素c是一种调节鱼类免疫功能的免疫调节因子，它可以增强鱼类对传染性病原的非特异性免疫，提高鱼类的整体抗病力。维生素C可激活吞噬细胞，使其发挥更大的吞噬能力。4.7维生素C为体内一种强还原剂，其特异性反应可以还原其他物质而自身氧化成脱氢L抗坏血酸。抗坏血酸和脱氢L抗坏血酸是一种有效的氧化还原系统，即使是氧化型的脱氢L抗坏血酸仍具有维生素C的活性。在给予抗氧化剂治疗铅中毒时，能迅速有效地降低体内铅蓄积含量，且对神经系统具有良好的效果同时还可以缓解维生素和必需微量元素的缺乏。4.8维生素c是细胞外液的主要抗氧化剂，是羟化酶维持活性必需的辅助因子之一。人体不能合成，必须从食物中获得。在人体中主要用来预防坏血病，而且可以促进铁的吸收。在脑和中枢神经系统中具有重要作用可以提高智商治疗精神病维生素c是神经递质去甲肾上腺素（NE）合成限速酶-多巴胺β羟化酶的辅助因子其可能影响肾上腺素能神经元中NE的贮藏机理。维生素C在低浓度时为抗氧化作用高浓度为促氧化作用。4.9维生素c参与很多特殊代谢过程，也是体内重要抗氧化剂，但过渡金属离子或血红蛋白等复合物可使维生素C变成促氧化剂。已发现摄入大剂量维生素C可造成急性溶血，维生素C可作为促氧化剂而致基因突变，高浓度维生素C可降低离体蟾蜍腓肠肌等张收缩能力。因此，高浓度维生素C对富含过渡金属离子复合物的组织可能有氧化毒性。骨骼肌富含肌红蛋白，理论上肌红蛋白也可能使维生素C变成促氧化剂。因此，维生素C对骨骼肌可能有促氧化作用，会造成肌肉氧化损伤而升高等