(1.首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院，北京 100069；2. 首都醫(yī)科大學藥學院，北京 100069)

氨基酸(amino acid)是構成蛋白質的基本單位。目前為止，已發(fā)現(xiàn)300多種天然氨基酸,且均為α-氨基酸，其中為人體所需的氨基酸有22種[1]。不同氨基酸在人體代謝過程中發(fā)揮著不同的功能，他們共同調節(jié)生命活動、維護身體的健康。氨基酸的檢測分析方法分為非衍生化方法和衍生化方法兩類。非衍生化方法包括通過熒光檢測器、電導檢測器、蒸發(fā)光散射檢測器(ELSD)進行檢測；衍生化方法則包括使用液相色譜-質譜聯(lián)用( LC-MS)、氨基酸分析儀、高效液相色譜法等進行檢測[2，3]。其中氨基酸分析儀的方法有方便快速，性能良好的特點，能對組成蛋白質和多肽的22種氨基酸組成與含量進行分析，是現(xiàn)代臨床醫(yī)學和生物化學研究中必不可少的手段。

1 氨基酸分析儀概述

氨基酸分析儀有近60年的歷史。1958年Spaekman、Moor和Stein 研制出第一臺采用離子交換樹脂柱分離和柱后茚三酮衍生法檢測的自動氨基酸分析儀[4]。近年來，質譜、核磁技術在氨基酸分析法中的引入，提高了氨基酸分析的準確性。

氨基酸分析儀分為普通的氨基酸分析儀和全自動氨基酸分析儀兩種。二者原理一致，但后者更為方便，應用較廣。普遍應用的有日立L-8900、L-8800、A-330、賽卡姆氨基酸分析儀等[5]。

氨基酸分析儀能夠對蛋白質水解液以及各種游離氨基酸的組分含量進行分析，與普通高效液相色譜(HPLC)的原理相似。但氨基酸分析儀加強了氮氣的保護作用，并將洗脫梯度進行優(yōu)化，改善了惰性管路以及柱溫梯度的控制。

氨基酸分析儀通過陽離子交換柱色譜將結構、分子量、酸堿性、極性不同的氨基酸分開,并利用不同pH值及離子濃度的緩沖液將氨基酸按順序洗脫。洗脫后的氨基酸在螺旋反應管中與另一通路的茚三酮試劑混合，并在溫度115～120 ℃時發(fā)生顯色反應，形成的藍紫色產物在波長570 nm處具有最大吸收峰。其中羥脯氨酸與茚三酮反應生成黃色的產物，最大吸收峰在440nm。將顯色后的產物與標準氨基酸樣品進行比較，可完成對氨基酸進行定性和定量的測定[6]。氨基酸分析儀的不足之處有：(1) 測定時間相對較長，主要由于儀器的離子交換樹脂易壓縮、流動相流速的加快與壓力的增加不成正比造成；(2) 分離后的氨基酸在柱后與水合茚三酮衍生劑產生反應，造成了柱后擴散比較大、峰形變寬、精確值降低，從而導致了分辨率下降；(3) 氨基酸檢測不夠全面。某些柱后衍生劑(鄰苯二甲醛)，不能與亞氨基反應，造成不能檢測脯氨酸的含量。另外儀器結構復雜,價格相對昂貴[5]。

2 氨基酸分析儀在醫(yī)學方面的應用

在消化酶的作用下，攝入的蛋白質先被分解為低分子的多肽或氨基酸，然后在小腸內被吸收。人體通過不同的氨基酸代謝途徑將攝入的氨基酸整合，再利用這些氨基酸，使體內各種氨基酸的含量形成一種穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)。通過氨基酸分析儀檢測分析人體代謝產物里的氨基酸成分和含量，能輔助醫(yī)生進行臨床診斷和幫助治療。

2.1 氨基酸分析儀在疾病診斷中的應用

患病時人體的代謝產物中會出現(xiàn)某些氨基酸含量的改變。以人體的血液、尿液以及其它生命物質為生物樣本，檢測其中某些氨基酸含量的變化可以幫助醫(yī)生診斷疾病。

2.1.1 以血液中的氨基酸為檢測樣本

人體的血液中存在多種氨基酸成分，檢測其含量的變化能夠幫助判斷某種疾病是否發(fā)生，如苯丙酮尿癥。宋彥強[7]等認為，測定兒童血液中各種氨基酸的含量，能提供患者氨基酸代謝情況的判斷依據(jù)，從而診斷患者是否屬于氨基酸代謝障礙人群。在診斷病人是否患有苯丙酮尿癥時，首先將血液中的苯丙氨酸羥化酶分解，然后使用氨基酸分析儀檢測苯丙氨酸羥化酶分解產物中的氨基酸組成與含量，這能夠幫助醫(yī)生診斷患者是否患有苯丙酮尿癥。

此外檢測血液中的氨基酸含量能夠區(qū)分出腸胃炎患者。消化系統(tǒng)疾病通常伴有不同程度的繼發(fā)性氨基酸紊亂。Tadakazu H等[8]檢測并觀察了患有腸胃炎人群血液中血漿的氨基酸圖譜,發(fā)現(xiàn)腸胃炎患者血漿中的組氨酸和色氨酸含量發(fā)生了顯著改變。根據(jù)病人的血漿氨基酸圖譜能夠區(qū)分出腸胃炎患者。因此使用氨基酸分析儀檢測患者血液中的氨基酸組成與含量，能夠幫助醫(yī)生對腸胃炎進行診斷。

2.1.2 以尿液中的氨基酸為檢測樣本

使用氨基酸分析儀檢測患者尿液中的氨基酸含量，是臨床上一種常用輔助診斷胃癌的方法。尿液是人體循環(huán)系統(tǒng)的重要成分，尿液中的氨基酸含量會在人體發(fā)生病變時出現(xiàn)異常。樊靜等[9，10]檢測胃癌患者尿液的游離氨基酸代謝狀況，通過將胃癌組和正常對照組的尿液中游離氨基酸進行比較，篩選出了具有診斷意義的氨基酸。研究者收集胃癌患者與健康成人的晨尿，并使用氨基酸分析儀檢測樣本中各種游離氨基酸的含量。研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組患者尿液中的纈氨酸、精氨酸與異亮氨酸相對含量升高且與對照組具有明顯差異，而天冬氨酸、組氨酸的相對含量降低。通過采集患者尿液進行氨基酸含量情況的檢測，診斷胃癌效果較好，并且效率較高。

2.1.3 以其它生命物質中的氨基酸為檢測樣本

氨基酸分析儀也被用于檢測人乳、精液等其它人體生命物質中的氨基酸。人乳中的氨基酸對嬰幼兒生長發(fā)育發(fā)揮著相當重要的作用，并且可以升高嬰幼兒的抗體含量、提高免疫力和對嬰幼兒的腸道進行保護。利用氨基酸分析儀，研究人乳中有效成分對嬰幼兒的疾病診療也起到至關重要的作用[11]。人乳的氨基酸組成與含量在很多國家已經被用來輔助診斷嬰幼兒的疾病, 并且建立了相對應的數(shù)據(jù)庫。

對精液進行氨基酸分析被用于輔助診斷人類生殖性疾病。Masatoki Katayama等[12]評估了人類精液中40種氨基酸與精子運動性及形態(tài)的關系。精漿中的氨基酸含量與血清中的氨基酸含量不同，研究發(fā)現(xiàn)精漿中絲氨酸(Ser)和β-丙氨酸(β-Ala)的水平非常低。研究者將血液與精液的Ser和β-Ala差值進行對比，來分析精液的濃度，這能幫助診斷精液分泌成分異?；蚓簻p少的相關疾病。

V型膠原α1(V)鏈的表達異常為Ehlers- Danlos綜合征的基本特征。研究者利用氨基酸分析儀檢測該膠原鏈的氨基酸組成以及表達水平，能夠幫助醫(yī)生提前預測并診斷Ehlers-Danlos結締組織病[13]。

2.2 氨基酸分析儀在患者治療監(jiān)護中的應用

在不同代謝狀態(tài)下人體內的氨基酸水平會發(fā)生變化，這能夠用來監(jiān)測疾病的發(fā)展進程。如肌肉合成蛋白障礙患者的膠原蛋白合成狀況，苯丙酮尿癥患者的恢復情況。

膠原蛋白的合成在運動后升高多達3天。運動后，氨基酸可用性增強，混合肌肉蛋白的合成增加。肌肉膠原蛋白的合成需要攝取亮氨酸，Hiroyuki K等[14]運用氨基酸分析儀來檢測血液中亮氨酸含量、監(jiān)測肌肉合成蛋白障礙患者的膠原蛋白合成量，能夠幫助醫(yī)生及輔助檢查的醫(yī)技人員得知患者肌肉的合成蛋白狀況。

另外用氨基酸分析儀可以對苯丙酮尿癥患者的治療進行監(jiān)護。定期和準確監(jiān)測血液中苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr)水平是成功治療管理苯丙酮尿癥(PKU)患者的先決條件。通過收集患者靜脈血樣進行氨基酸含量的分析[15]，讓醫(yī)生能夠得知PKU患者的恢復情況，從而更加有針對性的對PKU患者進行監(jiān)控與康復治療。

氨基酸類的注射液常用于提供患者外源性營養(yǎng)，有利于疾病的康復與治療，但可能出現(xiàn)不良反應。鄭斌等[16]利用氨基酸分析技術，對藥品中的氨基酸配比與含量進行分析，能夠幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)引起患者不良反應的氨基酸，及時緩解患者不適。

2.3 氨基酸分析儀在疾病治療中的應用

測試了解乳腺癌患者、血液透析患者康復時的氨基酸水平，能夠對患者的治療提供指導。

高翠紅等[17]采用氨基酸自動分析儀檢測55例乳腺癌患者及50例正常人血漿、尿液中游離氨基酸的含量。由于乳腺癌患者體內存在氨基酸代謝紊亂，研究發(fā)現(xiàn)患者血漿中蛋氨酸的含量較正常人顯著地升高，異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸較正常人顯著地降低，支鏈氨基酸/芳香族氨基酸比值較正常人顯著地下降。然后他們對乳腺癌患者實施了“不平衡氨基酸療法”——補充支鏈氨基酸和精氨酸等氨基酸。證明了對于乳腺癌患者來說，補充支鏈氨基酸和精氨酸等是一種便捷可靠的治療方法。

測定血液透析患者的氨基酸譜，能夠明確患者體內的氨基酸含量與組成，幫助醫(yī)生了解患者的營養(yǎng)狀況，同時對透析患者的營養(yǎng)狀況進行評估。因此測定血液透析患者的氨基酸譜，對血液透析患者的臨床治療具有一定的指導意義。血液透析患者在長時間的透析過程中，處于營養(yǎng)消耗狀態(tài)并且可能發(fā)生營養(yǎng)不良。與正常人群相比，此類患者氨基酸的代謝存在差異，主要表現(xiàn)在骨骼肌的蛋白質的分解代謝增加明顯高于合成代謝增加，分解代謝大于合成代謝，導致負氮平衡。杜娟等[18]利用氨基酸分析儀檢測患者的血漿氨基酸水平變化，在分析患者氨基酸失衡的原因后，依照相關指標制定了此類患者營養(yǎng)相關的評價指標及管理對策。通過研究證明，補充氨基酸能夠治療改善透析患者的營養(yǎng)不良。

此外，補充必需氨基酸對于改善老年冠狀動脈疾病后遺癥患者的抑郁癥狀、營養(yǎng)狀況、肌肉功能、日常身體活動和生活質量有明顯的功效。Mariangela R等[19]使用氨基酸分析法研究評價了補充必需氨基酸前后的營養(yǎng)狀況，與安慰劑組相比，補充必需氨基酸之后患者的微型營養(yǎng)評分發(fā)生了提高。這證明了口服補充必需氨基酸能夠改善了老年患者的營養(yǎng)與代謝狀況，改善了患者抑郁、肌張力下降的癥狀。

2.4 氨基酸分析儀在醫(yī)學科學研究中的應用

氨基酸分析法被用于分析原發(fā)性肝癌患者與正常人在氨基酸水平上的差異，從而對疾病的診斷或治療提供了新思路。

2.4.1 在疾病研究中的應用

肝臟和腎臟是體內氨基酸代謝的兩個主要場所，因此血漿中氨基酸譜的改變與肝臟的功能有著密切的關系。血液中的芳香族氨基酸所占比例會在患有肝衰竭的患者中增加，并且當患者的肝臟受損程度不同時，其血漿氨基酸譜的改變程度呈現(xiàn)出的分布不同。趙玉萍等[20]使用氨基酸分析儀對原發(fā)性肝癌患者血漿中微量元素與氨基酸濃度的變化進行了研究。研究者采集并檢測了受檢者血漿樣本，對比正常人群發(fā)現(xiàn)肝癌患者血漿中必需氨基酸：纈氨酸(Val)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)濃度明顯下降，這提示當發(fā)生肝癌時，患者常伴有高胰島素血癥。肝癌患者血漿中能夠抑制癌細胞增殖的精氨酸(Arg)，其濃度比正常人組顯著降低，因此臨床中通過適當補充Arg能夠改善肝癌患者的預后。

肺癌發(fā)生和發(fā)展過程中也伴隨著氨基酸和元素水平的變化。王纓等[21]對肺癌、癌旁組織、血清中的氨基酸和元素的含量進行測定，通過對比證實了氨基酸含量的分析能夠幫助醫(yī)生進行肺癌的臨床診斷和治療。研究中將肺癌患者血清和健康人血清中得氨基酸含量進行比較和分析，發(fā)現(xiàn)肺癌組織中的賴氨酸(Lys)含量明顯高于癌旁組織，且肺癌患者血清中的賴氨酸含量較正常人血清也出現(xiàn)增高。此研究結果應用到肺癌檢測中，能夠輔助肺癌的診斷。

腎癌患者的血清中氨基酸水平與正常人組相比，也發(fā)生了顯著的改變。Aladdin M等[22]測定了189名腎癌患者和104名正常人血清中26種不同氨基酸的濃度。研究發(fā)現(xiàn)15種氨基酸在患者體內出現(xiàn)了顯著性變化，例如半胱氨酸、鳥氨酸、組氨酸、亮氨酸、酪氨酸、脯氨酸、纈氨酸和賴氨酸等氨基酸。該研究表明，血清的氨基酸水平能夠作為一種篩選工具，能幫助對腎癌患者的診斷。

阿爾茲海默癥也會造成患者體內的氨基酸組成發(fā)生變化，患者體內氨基酸代謝紊亂或障礙。劉秀勤等[23]采用病例-對照研究，收集了34位阿爾茨海默病患者與31位健康老年人尿液樣品，測定了尿液中17種游離氨基酸的含量。病例組和對照組中的尿液中賴氨酸(Lys)、纈氨酸(Val)、蘇氨酸(Thr)和絲氨酸(Ser)含量有顯著性差異，谷氨酸(Glu)的水平與對照組相比分別降低了31 %。 此外George G.等[24]分離出與阿爾茨海默病相關的腦血管蛋白，并通過氨基酸分析儀研究了這種蛋白質的組成，結果顯示該蛋白可以衍生自獨特的血清前體，從而研制出了檢測阿爾茲海默病的新方法。

為探討甲硫氨酸在誘導高同型半胱氨酸(Hcy)血癥過程中的抗氧化作用，孟斌等[25]將大鼠隨機分為正常組和1%甲硫氨酸組，喂養(yǎng)6周后，其中用全自動氨基酸分析儀測定了血清中甲硫氨酸和?；撬岷俊Ｑ芯勘砻骷琢虬彼嵩谡T導高半胱氨酸血癥的過程中具有抗氧化作用。

2.4.2 在疾病預防研究中的應用

人體腸道內的多種菌群，它們分布需要不同的營養(yǎng)。通過考察不同氨基酸含量的培養(yǎng)基對菌株生長的影響，為獲得更高效的菌群提供了新的思路。乳桿菌屬和雙歧桿菌菌株需在含有谷氨酸單鈉(MSG)的培養(yǎng)基中生長。E Barrett等[26]考察研究了在不同氨基酸含量的培養(yǎng)基條件下，細菌的生長和MSG向氨基丁酸(GABA)的轉化情況。該研究通過這種對腸道微生物菌群的特定培養(yǎng)，找到了最佳的MSG向GABA的轉化條件，這樣獲得更加高效的菌群，為通過微生物菌群得調節(jié)來預防多種腸道疾病的發(fā)生、預防胃腸道疾病提供了新的前景。

此外應用氨基酸分析發(fā)現(xiàn)了對胰島素起到明顯作用的氨基酸。乳清蛋白可增加餐后血清胰島素水平。Albert Salehi等[27]經過研究并通過氨基酸分析法，發(fā)現(xiàn)胰島素水平的降低與亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和促胰島素多肽(GIP)的血清水平升高相關。明確了對胰島素起到明顯作用的氨基酸，這為胰島素相關的疾病開辟了新的治療研究領域 。

2.4.3 在其它醫(yī)學研究的應用

氨基酸分析儀還聯(lián)合用于研究蛋白質的表達及其在生物學影響下的變化，為生物材料的研究開發(fā)提供了新方法。Pingmei Yan等[28]將聚丙烯酰胺凝膠電泳與氨基酸分析法結合使用，定性和定量地表征了膠原蛋白的氨基酸組成。運用氨基酸分析儀Takako Naito等[29]闡述了胰島素和氨基酸對肝臟和肌肉中雷帕霉素靶蛋白(mTORC1)自噬途徑的差異。

氨基酸分析儀是一種常用的檢測氨基酸含量與組成的儀器，使用起來較為簡便快捷。它既可以單獨使用，也可以與其它儀器聯(lián)合使用。Hannelore K等[30]將氨基酸分析儀與質譜等氨基酸檢驗的重要儀器聯(lián)用，發(fā)揮了各儀器的優(yōu)點，使研究更加高效準確。綜上所述，氨基酸分析儀的使用能夠輔助醫(yī)生對疾病進行臨床診斷、幫助醫(yī)生對患者的疾病進行監(jiān)測，同時能夠對臨床的治療提供指導作用。它在疾病的治療研究中也不斷地發(fā)揮著重要作用，推動著臨床醫(yī)學和醫(yī)學研究不斷地發(fā)展和進步。隨著氨基酸分析儀的分析速度、靈敏度和重復性的提高，氨基酸分析儀將成為一種醫(yī)學領域中更為有效的工具[31]。