李 科,俞蘭秀,劉小雨,劉 冬,張惟廣,*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715;2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研發(fā)院,廣東深圳 518055;3.綠雪生物工程(深圳)有限公司,廣東深圳 518105)

γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid,GABA)是一種廣泛分布于動、植物體內(nèi)的小分子量非蛋白質(zhì)氨基酸,分子式為C4H9NO2,分子量為103.12 Da,水溶性強(qiáng),熱穩(wěn)定性高,微溶于熱乙醇,不溶于乙醚等有機(jī)試劑,其晶體形態(tài)呈白色片狀或針狀[1]。GABA在溶液中常以兩性離子(帶負(fù)電荷的羧基和帶正電荷的氨基)形式存在,由于正負(fù)電荷基團(tuán)間的靜電相互作用,使得GABA在溶液中能夠兼具氣態(tài)(折疊態(tài))和固態(tài)(伸展態(tài))時(shí)的分子構(gòu)象,而GABA在溶液中多分子構(gòu)象共存的形式,使其能夠結(jié)合多種受體蛋白并發(fā)揮多種重要生理功能[2]。Diana等[3]就不同食品中的GABA含量及其生理功能進(jìn)行綜述,指出食用含有一定量GABA的茶葉、發(fā)酵乳、巧克力、小麥胚芽、發(fā)酵肉制品等食品,具備改善睡眠、改善抑郁、促進(jìn)放松、改善炎癥、降血壓、提高免疫力、增加腦部蛋白分泌等多種生理功能。

大腦中GABA、褪黑素、谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)的含量水平及其受體功能,對調(diào)節(jié)睡眠發(fā)揮著不同作用,當(dāng)外源注入上述遞質(zhì)時(shí),能夠增加與該遞質(zhì)相關(guān)的睡眠時(shí)相,同時(shí)這些神經(jīng)遞質(zhì)彼此緊密聯(lián)系,相互影響,共同維持著睡眠-覺醒行為[4-5]。人每天將近1/3的時(shí)間用于睡眠,良好的睡眠對緩解疲勞、維持身體健康發(fā)揮著積極作用,通常個(gè)體睡眠受其情緒狀態(tài)、年齡階段、生活習(xí)慣、勞動強(qiáng)度、藥物接觸等因素影響[6]。失眠是一種常見的睡眠障礙,其發(fā)生與軀體疾病、壓力、焦慮和抑郁狀態(tài)等密切相關(guān)[7]。常人受到壓力等應(yīng)激源刺激時(shí),其下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)活性增加,而長期的應(yīng)激刺激,使得HPA軸活性持續(xù)異?？簥^,會導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)抑郁或焦慮,進(jìn)而誘發(fā)失眠[8]。研究發(fā)現(xiàn),大腦中GABA含量水平的降低,與焦慮癥、抑郁癥、癲癇、帕金森等精神心理障礙或中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生存在一定關(guān)聯(lián)[9]。此外,GABA作為一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制性神經(jīng)遞質(zhì),能在GABA轉(zhuǎn)氨酶作用下,經(jīng)由GABA旁路(GABA-shunt)進(jìn)行分解代謝,而其中間代謝產(chǎn)物的γ-羥基丁酸(GHB),可通過作用細(xì)胞膜上的GHB特異性受體、GABA-B受體或5-羥色胺能神經(jīng)系統(tǒng)等途徑,發(fā)揮對中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性神經(jīng)元的抑制作用,進(jìn)而對機(jī)體產(chǎn)生鎮(zhèn)靜催眠等效果[10]。

當(dāng)前,GABA的食用安全性已獲得包括美國、日本在內(nèi)等國家的廣泛認(rèn)可,我國也于2009年,將其認(rèn)定為一種新食品原料,并可用于飲料、糖果、巧克力等食品的生產(chǎn)[11-12]。相關(guān)研究[13-15]證實(shí),外源攝入一定量的GABA具備改善睡眠的生理功效。本文綜述了GABA通過腸-腦軸、腦組織透性及其體內(nèi)代謝物在改善睡眠方面的作用機(jī)制。

1 GABA通過腸-腦軸在改善睡眠方面的作用機(jī)制

腸-腦軸是腸道與大腦之間由神經(jīng)通路、內(nèi)分泌和免疫共同構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜雙向信息交流系統(tǒng),其雙向交流途徑涉及迷走神經(jīng)途徑、神經(jīng)內(nèi)分泌途徑和免疫途徑[16]。

1.1 迷走神經(jīng)途徑

相關(guān)研究[17]指出,通過刺激生物體迷走神經(jīng)外周端(如經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)電刺激),可提升其腦部GABA含量水平。并且迷走神經(jīng)刺激術(shù)(transcutaneous vagus nerve stimulation,tVNS)對治療失眠、癲癇、抑郁等病癥具備一定效果[18-19]。在被喻為“第二大腦”的腸神經(jīng)系統(tǒng)中含有4～6億個(gè)腸神經(jīng)元,其中約20%的神經(jīng)元為初級傳入神經(jīng)元,這些神經(jīng)元可通過迷走神經(jīng)途徑,實(shí)現(xiàn)腸神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)間信息的雙向交流[20-21]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在小鼠胃腸道迷走神經(jīng)傳入神經(jīng)元結(jié)狀神經(jīng)節(jié)(nodose ganglion,NG)部位,編碼GABA-B型受體1(Gabbr1)的基因具有相對高水平的轉(zhuǎn)錄表達(dá),因而能對GABA產(chǎn)生相應(yīng)的信號感知,經(jīng)迷走神經(jīng)途徑上行傳遞后,影響大腦功能,發(fā)揮生理功效[22]。此外,還有研究表明GABA能夠作用腸嗜鉻細(xì)胞(EC細(xì)胞)并促使其分泌釋放5-羥色胺(5-HT),而5-HT在作用腸黏膜的迷走神經(jīng)末梢的相應(yīng)受體后,能對其放電活動產(chǎn)生刺激作用[23]。此外,刺激迷走神經(jīng),還能促進(jìn)5-HT透過血腦屏障,提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的5-HT濃度,而臨床上也常用5-HT再攝取抑制劑用于治療抑郁和改善睡眠障礙[19]。有動物研究[24]顯示,在給予小鼠喂食活性鼠李糖乳桿菌(JB-1)后,可通過迷走神經(jīng)途徑,改善強(qiáng)迫游泳應(yīng)激后小鼠的焦慮和抑郁樣行為,同時(shí)上調(diào)其腦部海馬區(qū)中GABA-A受體α2亞型的表達(dá)。大腦中,海馬等部位是參與情緒處理及認(rèn)知的重要腦區(qū),而GABA-A受體具備鎮(zhèn)靜安眠、抗焦慮等藥理作用,特別是在其α亞型等受體表面分布有巴比妥類或苯二氮卓類鎮(zhèn)靜催眠藥物的結(jié)合位點(diǎn)。臨床研究表明,焦慮、抑郁和失眠成正相關(guān),三者常相伴存在,緩解機(jī)體焦慮和抑郁有助于改善失眠[25]。已知,包含短乳桿菌、植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌等在內(nèi)的多種乳酸菌能夠通過谷氨酸脫羧酶(GAD)途徑內(nèi)源合成GABA[26]。有研究指出,鼠李糖乳桿菌(JB-1)也同樣具備GABA合成能力[27]。Janik等[27]利用磁共振波譜學(xué)技術(shù)(magnetic resonance spectroscopy,MRS)進(jìn)行在體測定發(fā)現(xiàn),在持續(xù)一月每日灌胃小鼠200 μL(含JB-1活菌數(shù)1×109CFU)活菌液后,喂食活性JB-1菌的小鼠腦部,其GABA含量由喂食前的(1.2±0.1) mmol/L增加至(1.5±0.2) mmol/L(p<0.01),提升了25%。雖然在動物實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了活性JB-1菌對模型小鼠具有良好的生理效果,但還無法明確其結(jié)果多大程度上源于該菌所產(chǎn)的GABA,因而后續(xù)可考慮以喂食滅活或經(jīng)基因敲除GAD酶基因片段的活性JB-1菌作為對照。而有實(shí)驗(yàn)[14]表明,在灌胃小鼠一定量的GABA和五-羥色氨酸(5-HTP)后,能極顯著的縮短小鼠睡眠潛伏期并延長總睡眠時(shí)間(p<0.01),并且由實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)分析得知,實(shí)驗(yàn)組小鼠大腦皮層GABA-A受體轉(zhuǎn)錄水平高于對照組1.37倍。暗示外源攝入GABA可通過腸-腦軸中迷走神經(jīng)途徑影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)中GABA含量水平及其受體表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮其改善睡眠等功能[13]。

1.2 神經(jīng)內(nèi)分泌途徑

研究發(fā)現(xiàn),外源攝入GABA能夠提高機(jī)體的抗應(yīng)激能力,而機(jī)體長期處于應(yīng)激狀態(tài),會出現(xiàn)睡眠障礙、情緒異常等問題[28-29]。在外源應(yīng)激刺激作用下,神經(jīng)系統(tǒng)能夠影響內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素分泌,下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA軸)是機(jī)體應(yīng)答外源應(yīng)激刺激的重要組成部分[30]。Gao等[31]發(fā)現(xiàn),持續(xù)的應(yīng)激會損害小鼠下丘腦室旁核(PVN)中GABA能系統(tǒng)對促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(corticotropin-releasing hormone,CRH)相關(guān)神經(jīng)元的抑制,而PVN中GABA-A受體的激活,可有效抑制HPA軸活性以及血漿皮質(zhì)酮含量的上升。此外,腎上腺組織也有發(fā)現(xiàn)GABA-A亞型受體的存在[32]。據(jù)一項(xiàng)動物試驗(yàn)結(jié)果顯示,外源攝入GABA能夠抑制應(yīng)激后機(jī)體HPA軸活性以及CRH和糖皮質(zhì)激素含量水平[33]。Farzi等[34]報(bào)道,生物體長期暴露于壓力等應(yīng)激源刺激,會致其HPA軸活性持續(xù)異?？簥^以及血漿皮質(zhì)酮含量異常升高,進(jìn)而誘發(fā)焦慮或抑郁樣行為;此外應(yīng)激所引發(fā)免疫系統(tǒng)炎性介質(zhì)的產(chǎn)生,還會進(jìn)一步刺激HPA軸活性的過度亢奮。前述提及的焦慮、抑郁和失眠常相伴發(fā)生,因而GABA能通過神經(jīng)內(nèi)分泌途徑緩解應(yīng)激所致的焦慮或抑郁狀態(tài),進(jìn)而改善睡眠。

1.3 免疫途徑

人體內(nèi)約70%的免疫細(xì)胞,分布于腸道相關(guān)淋巴組織(GALT),GABA作為一種有效的免疫調(diào)節(jié)分子,可作用腸道中不同免疫細(xì)胞的GABA受體,介導(dǎo)其炎性相關(guān)細(xì)胞因子的產(chǎn)生[35]。例如GABA可作用免疫系統(tǒng)中小膠質(zhì)細(xì)胞的GABA-B受體或巨噬細(xì)胞的GABA-A受體,抑制其促炎性細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素-12)的生成[23]。研究發(fā)現(xiàn),GABA還能作用位于十二指腸、空腸等腸組織部位的GABA受體,改善炎性腸病[36]。據(jù)報(bào)道,機(jī)體炎癥反應(yīng)所引發(fā)核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活,會抑制生物鐘系統(tǒng)內(nèi)核心鐘組分Per、Cry等負(fù)調(diào)節(jié)基因的表達(dá),損害生物鐘系統(tǒng)的周期性振蕩,致使生物體晝夜節(jié)律紊亂,從而擾亂其正常的睡眠-覺醒周期[37]。而GABA可通過免疫途徑,改善炎癥反應(yīng),降低促炎性細(xì)胞因子的生成及其對HPA軸的刺激,從而參與睡眠活動的調(diào)節(jié)。

2 GABA通過腦組織透性在改善睡眠方面的作用機(jī)制

經(jīng)口攝入的GABA要到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng),首先需要由消化道進(jìn)入血液循環(huán)。小腸是人體內(nèi)實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)消化與吸收的重要部位,其內(nèi)皮細(xì)胞間存在與血腦屏障(blood brain barrier,BBB)中腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞間的類似緊密結(jié)構(gòu)。但不同于后者的是,在小腸絨毛或隱窩部位的腸內(nèi)皮細(xì)胞間,分別存在不同直徑的孔隙(0.4～0.9 nm;5.0～6.0 nm),一些親水性小分子物質(zhì)可借此直接透過腸內(nèi)皮細(xì)胞屏障[38]。相關(guān)研究[39-40]表明,在小鼠十二指腸、回腸等腸組織部位以及人腸上皮細(xì)胞模型Caco-2中均有GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的存在。林智等[41]利用14C放射性自顯影法研究GABA在小鼠體內(nèi)的吸收,結(jié)果表明在對小鼠灌胃[14C]-GABA的60 min后,小鼠腦部區(qū)域即顯示有放射性信號的存在,暗示GABA可經(jīng)胃腸道進(jìn)入血液循環(huán)。同時(shí)一項(xiàng)關(guān)于GABA的人體試食實(shí)驗(yàn)結(jié)果[13]顯示,在10名受試者經(jīng)口攝入200 mg食品級GABA的30 min后,受試者血液中GABA平均濃度由攝入前的244 nmol/L顯著上升至329 nmol/L(p<0.05),由此進(jìn)一步證實(shí)經(jīng)口攝入的GABA可由生物體消化道進(jìn)入血液循環(huán)。

在人腦部的血液和腦組織間,存在著血腦屏障(BBB)、血液-腦脊液屏障(BCSFB)和蛛網(wǎng)膜屏障的三類屏障[42]。其中最為重要的BBB是由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等構(gòu)成的一類動態(tài)屏障系統(tǒng),其在保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受有毒物質(zhì)侵害的同時(shí),也成為了一些針對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物或其它有益分子透入腦組織的障礙[42]。早期,Roberts等[43]將溶有75 mg GABA的生理鹽水(0.5 mL),經(jīng)靜脈注入老鼠體內(nèi),通過在注射后的不同時(shí)間點(diǎn)對其腦組織取樣,進(jìn)行紙色譜法分析發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)鼠腦部GABA含量與對照組無顯著差別,由此推測GABA可能不具備BBB透性。Kuriyama等[44]則利用同位素標(biāo)記法,將[3H]-GABA經(jīng)腹腔注入小鼠體內(nèi),并以注入GABA轉(zhuǎn)氨酶(GABA-T)抑制劑氨基氧乙酸(AOAA)的小鼠為對照,結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)組與對照組小鼠腦部均未發(fā)現(xiàn)[3H]-GABA的存在,從而認(rèn)定GABA不具備BBB透性。然而,Boonstra等[11]指出,Kuriyama等[44]在實(shí)驗(yàn)中使用的[3H]-GABA,因其分子結(jié)構(gòu)上額外附加一個(gè)羥基,致使其結(jié)構(gòu)異于GABA原結(jié)構(gòu)。通常,物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化,會導(dǎo)致其理化特性或生理功能的改變,因而需進(jìn)一步評估Kuriyam等在實(shí)驗(yàn)中所用[3H]-GABA材料對其實(shí)驗(yàn)結(jié)論的影響。有相關(guān)研究[45-48]也指出GABA具備BBB透性。如Li等[48]發(fā)現(xiàn),在對大鼠靜脈注入50 mg/kg·bw劑量GABA的60 min后,實(shí)驗(yàn)組大鼠腦內(nèi)GABA濃度(474±33) μg/g顯著高于注入生理鹽水的對照組(p<0.05),同時(shí)注入GABA的大鼠還表現(xiàn)出鎮(zhèn)靜及困倦的行為效應(yīng)。此外,L?scher等[49]還以犬為實(shí)驗(yàn)對象,進(jìn)行在體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)靜脈注入犬體內(nèi)的GABA,還可通過滲透其BCSFB進(jìn)入腦脊液。

相較體內(nèi)研究,體外BBB模型具備可控性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn),因而常選擇構(gòu)建適宜的體外BBB模型,用于評估外源物質(zhì)對BBB的透性。由于人源體外BBB模型的構(gòu)建,受取材困難等限制,因而在實(shí)驗(yàn)中多以鼠、牛等動物腦部為供源,用于構(gòu)建體外BBB模型[50]。Takanaga等[45]報(bào)道,在鼠源永生化細(xì)胞體外BBB模型(TM-BBB)中存在一種GABA轉(zhuǎn)移蛋白(BGT-1,slc6a12),該蛋白可實(shí)現(xiàn)外源[3H]-GABA對模型細(xì)胞的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)。同時(shí)作者經(jīng)RT-PCR及Western blot證實(shí),BGT-1蛋白在鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞也具有相同表達(dá),即表明BGT-1蛋白可參與GABA對BBB的透入。此外,Kakee等[46]又以腦外排指數(shù)(BEI)和腦攝取指數(shù)(BUI)為指標(biāo),將[3H]-GABA顯微注射到大鼠大腦皮層頂二區(qū),進(jìn)行在體實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示[3H]-GABA可透過BBB實(shí)現(xiàn)腦組織與血液間的雙向轉(zhuǎn)運(yùn),并且其外排速率高于攝取速率的16倍。同時(shí),作者也在永生化鼠源腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞系MBEC4中發(fā)現(xiàn)了BGT-1蛋白的表達(dá)。Uchida等[51]通過對5份人腦微血管樣本所含轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分析發(fā)現(xiàn),BGT-1蛋白在人腦微血管中的平均含量為(3.16±0.94)fmol/μg·蛋白。雖然BGT-1(slc6a12)相對其它三種GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(slc6a1、slc6a11、slc6a13),對GABA的親和力最低(Km=80 μmol/L),其分布量在腦中也相對較少,但BGT-1在軟腦膜處卻具有相對高的表達(dá)量[52]。而軟腦膜處豐富的毛細(xì)血管,可與腦室管膜上皮細(xì)胞共同形成脈絡(luò)叢組織,由此或可解釋GABA透過BCSFB進(jìn)入腦脊液的原因。BGT-1等GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白還廣泛分布于星形膠質(zhì)細(xì)胞,而作為BBB重要構(gòu)成部分的星形膠質(zhì)細(xì)胞,其可通過細(xì)胞終足,包裹約整個(gè)腦毛細(xì)血管表面,同時(shí)橋連神經(jīng)元與突觸間隙[53-55]。研究[56-57]發(fā)現(xiàn),星形膠質(zhì)細(xì)胞在介導(dǎo)BBB透性、神經(jīng)元興奮性和突觸傳遞的同時(shí),還可參與腦與血液間的物質(zhì)交換以及多種神經(jīng)遞質(zhì)(如GABA)的合成。由此,血液循環(huán)中的GABA可進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng),在結(jié)合相應(yīng)受體后,參與對睡眠活動的改善。

鑒于對活性人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞取材困難限制,對其所含BGT-1蛋白的深入研究,則可基于體外模型予以開展。由于物種差異,任何動物源體外BBB模型,都無法完全模擬在體條件下人BBB功能,而選擇構(gòu)建人源體外BBB模型,更有益于研究外源物質(zhì)對人BBB的透性。在現(xiàn)已構(gòu)建的人源體外BBB模型中,以永生化人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞系(hCMEC/D3細(xì)胞系)使用最廣,但該細(xì)胞系的屏障性能易受培養(yǎng)條件影響,在常規(guī)培養(yǎng)條件下難以對小分子物質(zhì)進(jìn)行有效阻隔[50]。為適應(yīng)更高要求,因而需要開發(fā)構(gòu)建新的的人源體外BBB模型。近年來,隨著干細(xì)胞技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)已可實(shí)現(xiàn)通過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSC),用于人源BBB模型的構(gòu)建[58]。由于現(xiàn)有人工操作誘導(dǎo)培養(yǎng)技術(shù),難以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞誘導(dǎo)過程中的生理變化,進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)把控,加之人工操作效率低等問題,制約了干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的成功率和穩(wěn)定性。幸運(yùn)的是,借助我國中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院自主研制的全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備,則可實(shí)現(xiàn)多能干細(xì)胞誘導(dǎo)的全程自動化操作,在有效解決上述問題的同時(shí),持續(xù)的為人源BBB模型的構(gòu)建提供合格的誘導(dǎo)細(xì)胞。

3 GABA通過體內(nèi)代謝物在改善睡眠方面的作用機(jī)制

外源攝入的GABA,在機(jī)體內(nèi)可通過GABA旁路(GABA-shunt)進(jìn)行分解代謝,其代謝產(chǎn)物之一的γ-羥基丁酸(Gamma -hydroxybutyrate,GHB),是一種具備BBB透性的水溶強(qiáng)效中樞鎮(zhèn)靜劑[59]。研究發(fā)現(xiàn),患有睡眠障礙的個(gè)體在外源攝入低劑量的GHB后,能夠增加其夜間δ波睡眠、改善睡眠品質(zhì)[60]。而GHB改善睡眠的作用機(jī)制與其作用GABA-B受體以及部分GABA-A亞型受體(如α4β1δ亞型)有關(guān)[61-62]。GHB與GABA類似,均以內(nèi)源物形式分布于機(jī)體中,生理狀態(tài)下,GHB在人血液和腦內(nèi)的cut-off值分別為4 mg/L和10 mg/kg[63-64]。GHB與GABA在一定條件下,可實(shí)現(xiàn)二者間的相互轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)已證實(shí)[65]在琥珀酸半醛脫氫酶(SSADH)缺乏癥患者體內(nèi),可由GHB轉(zhuǎn)化為GABA,但該轉(zhuǎn)化途徑是否同樣存在于生理狀態(tài)下的機(jī)體內(nèi),仍有待進(jìn)一步研究。而有實(shí)驗(yàn)[62]表明,在對小鼠腹腔注入高劑量GHB(300 mg/kg·bw)后,其腦內(nèi)的GABA含量并未得以提升,同時(shí)作者還通過代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),分布于肝臟的GHB可分別通過HOT酶或GHB還原酶分解為琥珀酸半醛(SSA),前者產(chǎn)生的SSA被代謝為4,5-二羥基己酸酯(4,5-dihydroxyhexanoate),后者產(chǎn)生的SSA則被氧化為琥珀酸,最后進(jìn)入三羧酸循環(huán)。

當(dāng)前,僅有少數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道,經(jīng)口攝入的GABA在體內(nèi)與GHB之間的代謝轉(zhuǎn)化關(guān)系。據(jù)一項(xiàng)體內(nèi)研究[41]顯示,在灌胃小鼠[14C]-GABA的1h后,其肝臟中[14C]-GABA和SSA的含量達(dá)到最高值,而GHB含量在灌胃3 h后才顯著升高。其原因可能在于:一部分SSA通過琥珀酸半醛還原酶轉(zhuǎn)變成了GHB;另一部分SSA則氧化成了琥珀酸[66],而當(dāng)肝細(xì)胞中線粒體含有過量的GABA或GHB,且缺乏足夠供氧時(shí),經(jīng)GABA旁路產(chǎn)生的琥珀酸,會提高線粒體基質(zhì)中總琥珀酸含量,進(jìn)而促使由琥珀酸輔酶A連接酶催化生成ATP(或GTP)的可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,從而降低其底物水平磷酸化,由此也在一定程度上間接抑制了肝臟中GHB的分解。綜上GABA可通過其體內(nèi)代謝途徑,間接參與睡眠活動的調(diào)節(jié)。

4 展望

GABA對睡眠障礙的改善功效,可能是基于其多途徑作用后的綜合效果。GABA作為一種水溶性小分子物質(zhì),其弱親脂性特點(diǎn),限制了自身難以迅速透過血腦屏障,而需借助相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如BGT-1蛋白),透入腦組織。由于BGT-1蛋白對GABA的親和力較弱,當(dāng)血液中GABA濃度過低時(shí),其可能難以實(shí)現(xiàn)對腦組織的有效透入。前文所述,在人腦部血液和腦組織間,還可通過其他途徑進(jìn)行物質(zhì)交換,因而在后續(xù)研究中,可就機(jī)體血液中GABA含量水平及其腦組織透入方式與改善睡眠間的聯(lián)系進(jìn)行深入探討。下丘腦視交叉上核(SCN)被視為哺乳動物的晝夜節(jié)律起搏器,而分布于不同SCN神經(jīng)元的GABA能夠參與維持晝夜節(jié)律協(xié)調(diào)[67]。因此外源攝入GABA后,對睡眠障礙患者晝夜節(jié)律的影響,可能也是GABA對改善睡眠作用的潛在方式。

腸-腦軸是機(jī)體腸道和大腦間一個(gè)復(fù)雜的信息雙向交流系統(tǒng),胃腸道是經(jīng)口攝入GABA體內(nèi)吸收的重要部位,因而GABA通過腸-腦軸,上行作用中樞神經(jīng)系統(tǒng),是其發(fā)揮睡眠改善作用的有效途徑,但兩者間深入的內(nèi)在聯(lián)系還需進(jìn)一步研究。研究顯示,宿主腸道微生物與其腸-腦軸間也存在著交互作用,而人體胃腸道中分布的微生物,其總數(shù)可達(dá)100萬億、種類近1000種[68]。近年來,持續(xù)的研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物的豐度及代謝活動對宿主胃腸道功能失衡、抑郁、焦慮和失眠等疾病的發(fā)生發(fā)展或預(yù)防治療具有重要影響[69]。有文獻(xiàn)[70]報(bào)道,GABA可作為生長因子,調(diào)控宿主腸道微生物的生長(如KLE1738菌),由于人體胃腸道中尚有23%～65%的物種仍未培養(yǎng),因而GABA對這些微生物的生長代謝及其生物學(xué)功能的影響尚有待進(jìn)一步揭示。