彭思博，陳秀梅，王桂芹

（吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，吉林長春 130118）

γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA），又稱4-氨基丁酸，是一種具有生物活性的重要功能性四碳非蛋白質氨基酸，于1949 年在馬鈴薯的塊莖中被首次發(fā)現(xiàn)，又于1950 年在哺乳動物的中樞系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)，其廣泛存在于動植物體及微生物體內[1-2]。隨著研究深入，人們對GABA 的功能已越來越清晰。作為重要抑制性神經(jīng)遞質的一種，GABA 具有降血壓[3]、抗驚厥[4]、鎮(zhèn)靜神經(jīng)[5]和改善肝腎[6]等多種功能，同時在促進強化機體的抗氧化能力、運動耐受能力、免疫功能和繁殖能力等方面發(fā)揮重要作用。目前，GABA 已應用到生物制藥食品保健甚至養(yǎng)殖生產(chǎn)中，是一種條件性的必需營養(yǎng)物質。本文綜述了GABA 的結構和理化特性、來源分布以及代謝等，并概述了GABA 對魚類生長、抗氧化以及免疫等方面的研究進展，為GABA 在魚類養(yǎng)殖業(yè)中的科學應用提供理論基礎，同時為闡明發(fā)揮GABA的多種功能機制提供理論參考。

1 GABA 的代謝

1.1 GABA 的結構和理化特性 GABA 的分子式為C4H9NO2，分子質量為103.1[7]，結構式如圖1 所示。GABA 呈一種白色或近白色的結晶體粉末狀，對水有極強的溶解性，較易潮解，對熱的乙醇溶液微溶，對冷的乙醇、苯、乙醚等溶液不溶解，無旋光性[8]。25℃時GABA 的溶解度為130 g/100 mL，熔點為202℃，當溫度達到熔點溫度以上時GABA 會分解并形成水和吡咯烷酮[9]。

1.2 GABA 的來源及分布 機體內GABA 的來源有2條途徑，包括膳食中攝取以及自身合成。GABA 的主要來源是從膳食中獲取，正常人群每天從膳食中攝取約30～100 mg 的GABA 可起到保健作用[10]。GABA 幾乎存在于所有的生物體內，包括大多數(shù)植物、微生物以及動物。膳食中谷物類GABA 含量較為豐富，尤其是發(fā)芽糙米和粳米。中日合作培育的發(fā)芽糙米中的GABA含量是白米的5 倍，比普通糙米高出3 倍多[11]。Okada等[5]研究發(fā)現(xiàn)，每天攝入含有26.4 mg GABA 的粳米可以對阿茲海默癥起到明顯的緩解作用。此外，粟米、米胚芽、小麥麩皮也含有一定量的GABA[12]。中草藥及果仁食品中GABA 含量較少，其中蕨菜一類，如鮮蕨也含有一定量的GABA，但核桃仁和桑葉中GABA 含量高于其他果仁食品和中草藥[13]。張容等[11]研究發(fā)現(xiàn)，桑葉中含有大量GABA，其平均質量分數(shù)為2 260 mg/kg，常飲桑茶可起到降血壓的作用；每100 g 的核桃仁中含有2.339 g 谷氨酸，常食核桃仁給人體以外源性補充谷氨酸，可以促進GABA 的合成，從而可降低血氨以及治療神經(jīng)精神疾病。同時，GABA 也可由布氏乳桿菌S37[14]、短乳桿菌NCL912[15]以及谷氨酸棒桿菌S9114[16]等微生物作用而產(chǎn)生。GABA 含量在動物體內最高，尤其是腦和骨髓中。通過免疫學研究指出，腦組織中總GABA 含量為0.1～0.6 mg/g，其中大腦中黑質區(qū)其濃度最高[17]，約50%的中樞神經(jīng)突觸部位都通過GABA 為遞質[18]。

GABA 的內源合成是谷氨酸被谷氨酸脫羧酶（GAD）和維生素B6所催化，通過GABA 支路（GABA shunt）途徑而產(chǎn)生。這個過程把谷氨酸這種能夠引起興奮的神經(jīng)傳遞物質轉換成神經(jīng)抑制物質GABA[19]。由圖2 可知，以谷氨酸為底物，經(jīng)過GAD 作用后生成GABA。GABA 合成所需的維生素B6在機體內分布廣泛，而GAD 主要含于腦部灰質中具有較多突觸體的部分。而GAD 小部分是以結合的形式存在于線粒體中，絕大部分都是以游離形式存在于軸突末梢的胞質內，因此GABA 僅能在腦以及少數(shù)的組織中得到合成[20]。關于魚類的GABA 內源合成影響因素的研究相對較少，上述試驗結果對水產(chǎn)動物是否能夠適用，仍然需要進一步研究。

1.3 GABA 的受體 GABA 通過與GABA 受體結合來介導它的神經(jīng)生理學作用。GABAA 受體、GABAB 受體和GABAC 受體是在機體內可被GABA 識別結合的3 類受體（圖3）。

GABAA 受體是一種離子型受體，而且是一類配體門控型離子通道，此通道的內源性配體是一種被稱為GABA 的神經(jīng)遞質。GABAA 受體的GABA 結合位點直接負責Cl-通道的開啟[21]，當二者結合后，細胞膜上Cl-通道便開啟。多數(shù)情況下，因為胞內的離子濃度比胞外低，故Cl-便順著濃度差進入胞內，使得胞內膜電位增加進而產(chǎn)生超極化，可抑制神經(jīng)元興奮，即GABAA 受體與GABA 的結合能夠介導快速的抑制性突觸后電位（IPSP）[22]。而在胞內高濃度Cl-的情況下，保持Cl-濃度梯度能力低的未成熟神經(jīng)元為了增加Cl-通透性，胞內Cl-便順著濃度差又流向至胞外，導致膜電位產(chǎn)生去極化。此去極化作用的發(fā)生可能會點燃細胞，激活某些電壓門控離子通道，進而去調節(jié)其他細胞活動。與此同時，通透性并不穩(wěn)定的一些GABAA 受體的亞型重碳酸鹽也參與了去極化，對于一些正在發(fā)育中的神經(jīng)細胞來說，該類GABAA 受體的去極化作用也是一種重要的神經(jīng)興奮系統(tǒng)[23]。

GABAB 受體也稱γ-氨基丁酸B 型受體，是一類與G 蛋白偶聯(lián)的跨膜蛋白，它們與Ca2+和K+的離子通道有關。突觸前膜的GABAB 受體能夠作為自身和異源2 種受體來關閉Ca2+通道以達到減少GABA 及谷氨酸釋放的作用，進而對神經(jīng)元產(chǎn)生解除抑制效應和抑制效應這2 種相反的效應。K+通道的開放是由突觸后膜的GABAB 受體被激活后導致，使得神經(jīng)元產(chǎn)生超極化反應，進而對神經(jīng)元產(chǎn)生抑制效應[24]。

GABAC 受體屬于配體門控離子通道，與GABAA受體相似。GABAC 受體與GABAA 受體同樣為五聚體復合物，但GABAC 受體較為簡單，中心是Cl-通道[25]。GABAC 受體的抑制涉及快速的Cl-傳導，基于其與GABAA 受體在結構與功能上的相似性，國際藥理學聯(lián)盟命名委員會便將其歸為GABAA 受體亞型，而不再稱作GABAC 受體[26]。

1.4 GABA 的代謝途徑 GABA 的代謝途徑是由三羧酸循環(huán)（TCA 循環(huán)）衍生出的一個支路，這個代謝途徑由谷氨酸脫羧酶（GAD）直接并不可逆地對谷氨酸脫羧開始，生成GABA 最后轉化為琥珀酸的過程[27]。

GABA 支路的第一步是由質體中GAD 所介導，GAD 催化谷氨酸上的α-羧基進行脫羧反應，生成GABA 并同時放出CO2。GABA 被一種運轉體（VGAT）包裹進突觸前小泡，之后突觸前膜與含有GABA 的小泡融合，從而將GABA 釋放至突觸間隙。在突觸中，GABA 作用是否終止取決于GABA 自細胞外空間的移除。神經(jīng)元和神經(jīng)膠質都通過特殊的GABA 運轉體（GATs）攝取GABA。GAT-1、GAT-2、GAT-3 和GAT-4 4 種GABA 運轉體都已經(jīng)被證實每一種在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中皆具有其特征性的分布[28]。

第二個參與GABA 支路的酶是在線粒體中分布廣泛的GABA 轉氨酶（GABA transaminaze，GABA-T），它以γ-氨基丁酸-丙酮酸轉氨酶和γ-氨基丁酸-α-酮戊二酸轉氨酶2 種形式存在。通過利用丙酮酸或者α-酮戊二酸來作為氨基受體可逆催化GABA 使其生成琥珀酸半醛，有對機體外的GABA-T 研究表明，α-酮戊二酸轉氨酶的活性比丙酮酸轉氨酶的活性要低[29]。

GABA 支路的最后一步就是通過琥珀酸半醛脫氫酶（Succinic Semialdehyde Dehydrogenase，SSADH）對琥珀酸半醛進行不可逆催化使其生成琥珀酸最后進入TCA 循環(huán)達到該支路途徑的完成。這樣從GAD 經(jīng)過谷氨酸、GABA、GABA-T、丙酮酸、α-酮戊二酸和琥珀酸半醛生成琥珀酸的代謝過程構成了TCA 循環(huán)的一條支路，即GABA 支路（圖4）[29]。

2 GABA 對魚類機體的影響

2.1 GABA 對魚類生長的影響 目前，大多數(shù)研究表明，飼料中添加GABA 能夠提高飼料效率并對魚類生長起到促進作用（表1）[30-44]。同種魚類在飼養(yǎng)周期相近的情況下，處于不同的生長階段所需要的GABA 最適添加量也不同；大規(guī)格的魚需要添加GABA 較多，小規(guī)格的魚則需要添加的GABA 相對較少。陳秀梅[30]在40.55 g 的建鯉飼料中添加90 mg/kg GABA，發(fā)現(xiàn)能促進其生長，但添加60 mg/kg 的GABA 對建鯉生長無影響，可能原因是由于飼料中添加GABA 的量不足而導致促生長作用未能表現(xiàn)。GABA 對不同魚類生長效果的影響具有一定的差異性，可能與魚的自身種類、機體體質和其飼料組成以及其生存環(huán)境等各種方面都具有一定關系；魚的體質以及其生存環(huán)境不同會導致魚體對需求GABA 的量產(chǎn)生一定差異[30]；不同飼料原料配比對內源GABA 的合成會產(chǎn)生一定影響，導致魚對飼料中GABA 的需求量也發(fā)生相應改變[34]。

表1 GABA 在魚類機體中的應用

2.2 GABA 對魚類抗氧化能力的影響 魚類在養(yǎng)殖過程中極易受到水環(huán)境變化、飼料改變及飼養(yǎng)管理不善等方面的影響而產(chǎn)生應激反應，而任何應激均伴有氧化應激的發(fā)生[45]。魚類在處于長期不良脅迫的條件下其機體內原有的氧化還原平衡狀態(tài)極易受到破壞，致使機體產(chǎn)生氧化應激，從而影響各組織器官功能的正常行使，最終使得機體生長發(fā)育緩慢、免疫能力下降、發(fā)病率升高以及飼料轉化率低等[43]。由應激造成的生長抑制和健康受損問題一直困擾著養(yǎng)殖業(yè)，是集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的瓶頸問題之一[46]。因此，GABA 的抗氧化功能自20 世紀90 年代以來受到越來越多研究學者的重視。徐賀[31]研究發(fā)現(xiàn)，當飼料中添加54～90 mg/kg GABA 時，建鯉血清和肝胰臟超氧化物歧化酶（SOD）水平顯著提高，從而提高機體抗氧化能力。吳凡[32]研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼料中GABA 含量增加，肝臟谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）、SOD、總抗氧化能力（T-AOC）活性顯著增加，在100 mg/kg 的添加劑量時最高；而丙二醛（MDA）則是先降低后增加，在100 mg/kg 的添加劑量時最高，保護機體免受自由基的侵害；但飼料中GABA 含量超過100 mg/kg 后，肝腦GPx、SOD、T-AOC 活性下降，而MDA 含量增加，表明表明飼料中添加適量的GABA能提高草魚幼魚的抗氧化性能，過量則會使抗氧化能力降低。

同樣，缺氧也屬于氧化應激的一種常見應激，魚類缺氧的常見原因是由于組織器官供氧的減少和組織利用氧時發(fā)生了障礙[48]。魏智清等[37]通過在水中添加0.3%的GABA 使泥鰍的抗氧化應激能力明顯提升；談永萍等[38]通過在水中添加0.15%的GABA 來增強高體鳑鲏的抗缺氧能力。研究證明，當機體處于缺氧缺血狀態(tài)下，胞外抑制性氨基酸GABA 是增加的[49]。

2.3 GABA 對魚類免疫力的影響 魚類免疫機能低下會導致機體產(chǎn)生一系列不良反應，對機體產(chǎn)生較大危害，導致機體生長發(fā)育緩慢、繁殖能力下降以及發(fā)病率增高和死亡率上升等后果[50]。因此，如何增強魚類免疫能力對現(xiàn)代魚類的健康養(yǎng)殖具有重要意義。閆峰賓等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在水中添加50 mg/L GABA 可以有效緩解鯽的一些應激敏感指標（如葡萄糖、皮質醇以及電解質等）含量變化，從而減緩應激對魚類機體的損傷，令機體具有一定的抗運輸應激作用；但添加100 mg/L GABA 對皮質醇的降低程度并不明顯，這表明適量的GABA 就已經(jīng)可以抑制運輸應激所導致的血清皮質醇上升程度，但GABA 添加過量則會通過負反饋進而起到相反作用。徐賀[31]研究發(fā)現(xiàn)，建鯉的脾臟和頭腎中溶菌酶（LZM）活性和NO 含量均隨著GABA 添加量增加而呈上升趨勢，當GABA 的添加范圍在36～108 mg/kg，LZM 活性顯著高于對照組，添加54～108 mg/kg GABA 時，NO水平都高于對照組，表明GABA 可以增加建鯉頭腎和脾臟LZM 活性和NO 含量，提高建鯉的免疫力。

3 結語與展望

作為一種新型的綠色飼料添加劑，GABA 在促進魚類機體生長、增強其抗氧化能力以及提高其免疫力等方面具有顯著作用。雖然目前眾多國內外學者對GABA的結構、理化特性、來源、分布和代謝等方面已經(jīng)進行了深入研究，但關于GABA 在魚類機體中的應用方面尚為淺顯，在魚類機體生長、抗氧化能力和免疫力方面相關研究所得到的結果因其試驗中品種、生長階段以及飼養(yǎng)環(huán)境等條件不同而存在著較大差異，使用效果并不穩(wěn)定。同時，關于GABA 毒性方面的相關研究較少，若控制不好外源性添加劑量，超出機體耐受力可能會引起機體休克或是死亡。因此，如何對其進行適當?shù)奶幚恚笹ABA 能夠穩(wěn)定高效地發(fā)揮作用對于合理開發(fā)利用GABA 以及其在魚類健康養(yǎng)殖中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。