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精胺:来自精液的“益寿分子”

时间: 2017年04月10日 | 作者: Kiki Sanford | 来源: Chemistryworld
从生物化学的角度看,精胺这种物质对生物体确实有非常重要的意义。

 

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在电影《生命的意义》中,英国喜剧组合 Monty Python 传唱的《每个精子都是神圣的》成为经典。他们也许未曾深入研究“生命”,但从生物化学的角度看,精胺这种物质对生物体确实有非常重要的意义。

 

17 世纪末,被誉为“显微镜之父”的安东尼·列文虎克第一次在其显微镜下凝视着自己精子时,可能也会惊叹于精子的不可思议并从此对其视若珍宝。然而在惊叹于造物主的鬼斧神工之时,他还发现了样品中的一种结晶。1678 年他向英国皇家学会报告了这一发现。之后两百年里,先后有几位科学家相继独立发现这种晶体存在,然而在这段时间里没有一位科学家对其感兴趣,也没有人意识到其重要价值。

 

这种结晶化合物因其发现于精液中而得名精胺。但直到 20 世纪 20 年代,精胺及其相关分子亚精胺的化学结构才为科学家所认识。

 

精胺与亚精胺的结构,和其他多胺并无太大不同:都是链状有机分子,链上有多个氨基,作为主要官能团。七个碳原子排成之字形长蛇阵——这是亚精胺,精胺的碳要涨到十个——在阵列的中间和两端,各有一个氮原子挥舞着氢原子手臂。倘若肯再加三碳一氮,辅以精胺合成酶,便可将其转变为精胺。

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精胺分子三维结构。图片来源:Shutterstock

 

亚精胺不只与精胺结构相关,亦是其前体物质。腐胺(其名源于腐肉,同样存在于精液中)在亚精胺合酶作用下转变成亚精胺,而后又转变成精胺。这些多胺是形成精液气味的关键所在。春季到来,它们也存在于某些品种树木那不可描述的味道里,画面太美自行脑补。

 

早期研究发现精胺大量存在于人类精液中,其含量远超人体其他组织中精胺含量。此后,化学家发现腐胺、 精胺、亚精胺广泛存在于真核细胞中。一言蔽之,单从其普遍性来看,精胺在全身细胞代谢活动中都扮演了重要角色。

 

那么精胺和亚精胺究竟有什么作用?

 

 对精胺的早期研究角度各不相同。俄罗斯研究者 Poehl 曾分离出精胺,并声称其结构可能具有生理学的活性。具体来讲,他推测精胺可以增加血液碱性,并以此增加血液运载能力从而提升人体生理能力。虽然后来证明这个推测是错的,但精胺的确具有一定增加活力的作用。

 

多胺是携带氨基的分子,带有正电,因此遇到带有负电的分子时会有强烈反应。在细胞里大部分带负电的分子恰恰就是 DNA、RNA 、蛋白质等。这便意味着,精胺和亚精胺与细胞分裂、生长、存活过程存在密切联系。实验发现抑制或消耗动物细胞中多胺可致使 RNA 翻译和胚胎发生停滞,终止细胞周期进行,抑制细胞分化。

 

1992 年12月发表于 PNAS 的一篇论文推测: 精胺和亚精胺可保护 DNA 免受自由基氧化损伤。虽然此推测侧重于生育方面意义,但有很多人期待利用这一研究假说理解生命的另一端——衰老。

 

研究发现机体组织中多胺水平会随年龄增长趋于下降,但减少的是哪些多胺、与所在器官有多大关联还有待解答。另有实验发现,无法合成精胺和亚精胺的转基因小鼠皮肤褶皱、缺少毛发,虽然各脏器并无病理学异常,但其寿命短于普通小鼠。

 

另一方面,研究者为酵母、小鼠、人类等机体补充多胺时发现,当这些机体中多胺增加,相对应的细胞活动随之增加,死亡率随之降低。2016 年11月发表于 Nature Medicine 的研究(Cardioprotection and lifespan extension by the natural polyamine spermidine)提出了三个有趣的结论︰其一,作为膳食补充剂的精胺延长了小鼠寿命,可能对心血管系统有益; 其二,亚精胺可以改善高血压大鼠的血压; 其三,据报告人类在食用富含亚精胺食物(如蘑菇、大豆、切达干酪)后将更有可能降低血压并减少心血管疾病发病风险。

 

精胺的抗衰老作用机制至今还不得而知,但除了抗氧化和细胞代谢正向调节外,自噬现象似乎在这之中也起重要作用。自噬是细胞实现自身代谢的一项基本过程。如果细胞不能及时清除错误折叠的蛋白质和受损细胞器,将会妨碍细胞自身正常功能。当细胞中控制自噬的基因未能正常表达时,亚精胺延长寿命的作用也随之消失,这进一步说明自噬与亚精胺作用存在强关联性。

 

互联网上售卖亚精胺的网页随处可见,有的作实验药品卖,有的作保健品卖。虽然是否买来食用是你自己的事情,但需要提醒读者的是,相关关系不等同于因果关系,而且酵母、 果蝇、小鼠不等同于人。该领域以人类为研究对象的研究仍十分缺乏。此外学术界对多胺与癌症之间相关性亦有激烈讨论,目前尚不了解多胺是否会诱导癌症发生或维持癌细胞增殖。诚然道阻且长,亚精胺用作抗衰老药的研究数据仍相当具有价值,毫无疑问这是之于“生命的意义”新的诠释。 

 

译注:电影《生命的意义》(The Meaning of Life),又译《人生七部曲》/《脱线一箩筐》。

 

撰文  Kiki Sanford

编译  高云浩 张士超

 

原文链接:https://www.chemistryworld.com/podcasts/spermine-and-spermidine/2500549.article

 


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