谷氨酰胺（Glutamine，簡稱Gln）作為關(guān)鍵的非必需氨基酸，在生物體內(nèi)發(fā)揮著廣泛而重要的生物學(xué)作用，其代謝過程不僅與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)緊密交織，更是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、調(diào)控細(xì)胞生長增殖及凋亡等核心生命活動的“幕后推手”。

在本篇推文中，索萊寶將為您闡述谷氨酰胺代謝的基本框架、關(guān)鍵酶促反應(yīng)路徑、在信號通路中的作用，以及谷氨酰胺代謝與疾病的關(guān)聯(lián)。

圖1 谷氨酰胺代謝圖

（圖源：Cell Signaling Technology）

Gln代謝基本框架

谷氨酰胺代謝是細(xì)胞內(nèi)核心的生化過程，主要分為合成代謝與分解代謝兩類反應(yīng)，二者協(xié)同維持其動態(tài)平衡，支撐能量供應(yīng)、氮代謝及氧化還原平衡等關(guān)鍵功能。

合成代謝：在細(xì)胞質(zhì)中，谷氨酰胺作為氮源參與核苷酸（如嘌呤、嘧啶）、非必需氨基酸（如丙氨酸、脯氨酸）及抗氧化劑谷胱甘肽的合成，同時(shí)通過谷氨酰胺合成酶（GS）催化谷氨酸與銨離子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)氮的解毒與再利用。

分解代謝：在線粒體中，谷氨酰胺酶（GLS/GLS2）將其脫氨生成谷氨酸，隨后通過谷氨酸脫氫酶（GLUD1）或轉(zhuǎn)氨酶（GOT、GPT）轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸（α-KG），進(jìn)入三羧酸循環(huán)（TCA）提供能量，或通過還原羧化生成檸檬酸，支持脂肪酸合成。

兩類代謝途徑的動態(tài)平衡至關(guān)重要：在饑餓或應(yīng)激狀態(tài)下，分解代謝活動增強(qiáng)以提供能量；當(dāng)體內(nèi)氮負(fù)荷增加時(shí)，合成代謝則上調(diào)以固定多余的氮。若這種平衡被打破，可能引發(fā)疾病—例如，腫瘤細(xì)胞通過過度依賴谷氨酰胺分解來支持快速增殖；而肝衰竭或腸道損傷時(shí)，氨無法有效代謝，可能在體內(nèi)積累導(dǎo)致中毒。深入理解這些代謝調(diào)控機(jī)制，為代謝相關(guān)疾病的治療開辟了潛在的新靶點(diǎn)。

關(guān)鍵酶促反應(yīng)路徑

1.谷氨酰胺合成酶（GS）：

谷氨酰胺的合成始于谷氨酰胺合成酶催化的關(guān)鍵反應(yīng)：谷氨酸 + NH? + ATP → 谷氨酰胺 + ADP + Pi。這個(gè)ATP依賴的過程不僅為蛋白質(zhì)合成提供原料，更是機(jī)體解除氨毒性的主要途徑，尤其在肝臟和肌肉以及紅細(xì)胞成熟中至關(guān)重要。β-地中海貧血患者會因GS活性受損，導(dǎo)致銨離子累積，從而加劇貧血。

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2.谷氨酰胺酶（GLS）：

谷氨酰胺的分解由谷氨酰胺酶啟動：谷氨酰胺 + H₂O → 谷氨酸 + NH?。釋放的谷氨酸是代謝網(wǎng)絡(luò)的樞紐，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)能，或提供氮源用于核苷酸合成，或作為谷胱甘肽（GSH）合成的前體參與抗氧化防御。這條分解路徑（谷氨酰胺→谷氨酸→α-酮戊二酸）為細(xì)胞提供了碳骨架、還原力（NADPH）和氮元素，其活性受多種機(jī)制調(diào)控（如GLS的磷酸化激活、GS的別構(gòu)抑制等），并在腫瘤細(xì)胞的異常代謝中扮演核心角色。

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3.轉(zhuǎn)氨酶與谷胱甘肽合成酶：

谷氨酰胺代謝與轉(zhuǎn)氨酶、谷胱甘肽合成酶密切相關(guān)。谷氨酰胺分解生成谷氨酸，谷氨酸作為前體，通過谷胱甘肽合成酶與半胱氨酸、甘氨酸結(jié)合生成GSH，維持細(xì)胞抗氧化能力。二者協(xié)同調(diào)控代謝流量，疾病中（如腫瘤）常上調(diào)以支持增殖及抵抗氧化應(yīng)激，維持代謝穩(wěn)態(tài)。

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信號通路調(diào)控大師

谷氨酰胺通過激活mTOR、ERK等信號通路支持細(xì)胞生存與生長。在mTOR通路中，谷氨酰胺經(jīng)鈉依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入細(xì)胞，再通過鈉獨(dú)立性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白輸出，交換必需氨基酸進(jìn)入，激活mTORC1，促進(jìn)生長并抑制自噬。在腸上皮細(xì)胞中，谷氨酰胺作為主要能源底物，可快速觸發(fā)ERK信號，促進(jìn)增殖存活，效果媲美血清。此外，谷氨酰胺通過SLC1A5進(jìn)入細(xì)胞后，或交換必需氨基酸或被消耗支持代謝；癌細(xì)胞中線粒體谷氨酰胺酶是其主要消耗酶，助力增殖需求。

疾病中的關(guān)鍵角色

谷氨酰胺代謝在多種疾病中扮演關(guān)鍵角色：

腫瘤：癌細(xì)胞呈現(xiàn)“谷氨酰胺成癮”，通過上調(diào)轉(zhuǎn)運(yùn)體及谷氨酰胺酶（如GLS1）加速攝取分解，生成α-KG供能并促進(jìn)嘌呤/嘧啶合成；其代謝產(chǎn)生的氨還可抑制免疫活性，助腫瘤逃避免疫。靶向谷氨酰胺代謝的抑制劑（如CB-839）成為抗癌研發(fā)熱點(diǎn)。

炎癥性疾病：腸道炎癥或肝損傷時(shí)，谷氨酰胺消耗加劇，缺乏會導(dǎo)致腸屏障破壞（內(nèi)毒素滲漏）或肝臟氨解毒障礙（引發(fā)高氨血癥、肝性腦?。Ｑa(bǔ)充谷氨酰胺可降低炎癥因子，促進(jìn)黏膜與肝細(xì)胞修復(fù)。

代謝與神經(jīng)退行?。悍逝?糖尿病中，脂肪組織過量釋放谷氨酰胺激活mTOR，抑制胰島素敏感性；阿爾茨海默病/帕金森病中，谷氨酰胺-谷氨酸循環(huán)失衡引發(fā)興奮性毒性及氧化應(yīng)激，加速神經(jīng)元凋亡。隨著靶向調(diào)控技術(shù)發(fā)展，谷氨酰胺代謝作為“代謝樞紐”，正成為疾病精準(zhǔn)治療的新靶點(diǎn)。

谷氨酰胺代謝是生命活動的核心調(diào)控樞紐，貫穿腫瘤、炎癥、代謝與神經(jīng)退行疾病研究。未來，隨著靶向技術(shù)突破，其有望成為癌癥、糖尿病等全球健康挑戰(zhàn)的創(chuàng)新解方。索萊寶以專業(yè)試劑助您科研探索，與您攜手共繪健康未來！

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