亚精胺

亚精胺（Spermidine），又叫精脒mǐ，^[2]是一种天然存在的多胺，^[3]是由腐胺和S-腺苷蛋氨酸形成的。^[4]其化学式为C7H19N3，相对分子质量为145.25，^[1]常温下以液态存在，为无色化合物，^[5]沸点为129℃^[1]，在水、乙醚和乙醇中均可溶。^[5]亚精胺，以游离形式或以与脂肪酸、肉桂酸生成结合物的形式广泛存在于植物界（如燕麦、烟草、番茄、大豆等）；在动物体内主要存在于心脏、精子和卵子中。^[5]蘑菇、奶酪、坚果及一些发酵食品中也含有亚精胺。^[6]

相关动物实验表明，通过改善自噬功能，亚精胺具有改善线粒体、延长寿命、抑制肾纤维化的作用。^[7]人类食品消费研究显示，亚精胺摄入量低与心脏病和中风的高风险相关。研究显示，亚精胺既促进了细胞的自噬，^[6]还能促进核酸和蛋白质的生物合成。^[8]对于植物，研究表明，其能有效地阻止幼嫩叶片中叶绿素的破坏，^[9]延缓果实后熟衰老^[10]，能与DNA的双螺旋结合等。^[9]

在医学领域，亚精胺可用作制作聚电解质胶囊^[11]，作为进展期前列腺癌抗雄激素治疗的标志物^[12]，其含量可作为辅助诊断癌症的生理生化指标^[8]，也可作为神经化合物的抑制剂。^[13]在化妆品领域，其具有抗氧化性，对皮肤成纤维细胞有增活作用，同时亚精胺与脂肪酸配合能增加乳状液的稳定性。^[5]在农业领域，亚精胺可显著增加雌花数，提高雌雄花芽比例；^[14]刺激植物不定根增加和生长加快^[9]，对果实有保鲜效果；^[10]还可用作转基因培育农作物。^[15]在生物学反应中，其是噬菌体RNA聚合酶的体外转录的激活剂，^[16]同时也在激素调节核酸代谢过程中起重要作用。^[17]

1678年，安东尼·范·列文虎克 (Antonie van Leeuwenhoek)  ^[18]用他自制的原始显微镜首次观察到，在人的精液中存在着一种结晶物质。1924年证明，这种结晶物质是磷酸精胺。后来在人工合成精胺时发现了亚精胺。以后又在大量生物材料中证明亚精胺的天然存在。植物多胺（包括腐胺、精胺、亚精胺）的研究始于20世纪60年代中期，美国耶鲁大学高尔斯顿（Galston）实验小组对多胺进行了系统的研究。发现多胺具有刺激植物生长和防止衰老等作用。^[9]

法国科学家圭多·克勒默团队一直在研究细胞的凋亡及自噬，他与奥地利格拉茨医科大学团队共同对亚精胺进行了研究。他们通过持续在小鼠饮用水中添加亚精胺，发现可以延长它们的寿命中值，同时发现即使在小鼠已达中年时才开始添加，同样能产生效果。2009年，奥地利研究院发现，亚精胺对果蝇有延长寿命的作用。2016年，科学家因发现了细胞自噬机制，而获得了诺贝尔生理学或医学奖，而亚精胺被认为可以延长寿命，就是因为其能够激活细胞自噬过程，从而实现细胞组分的降解和循环利用。^[19]

亚精胺不仅存在于核糖体中，^[20]还以游离形式或以与脂肪酸、肉桂酸生成结合物的形式广泛存在于植物界。如禾本科植物燕麦，茄科植物番茄，烟草，豆科植物大豆、豌豆（亚精胺大多存在于顶部倒钩处而基部较少^[9]）和许多其他植物中。部分植物中亚精胺水平如下：

动物体内的亚精胺主要存在于心脏、精子（亚精胺水平为30~366r/ml^[21]）和卵子中，^[5]其中水产动物泥鳅体内就富含亚精胺。其他如小麦胚芽、玉米、蘑菇（尤其是香菇）、蓝纹奶酪、陈年切达奶酪、牛奶、一些坚果及一些发酵食品（包括德国酸菜和味噌）也发现了亚精胺。^{[6][9][22][7]}

相关研究显示，通过改善自噬功能，亚精胺具有明显地延长酵母、线虫和果蝇寿命的作用。在小鼠的延长寿命实验中，给年龄800天的小鼠（相当于人的老年早期）饮水中添加亚精胺和其前体腐胺，可以明显看到亚精胺的延寿作用，而腐胺没有作用。他们观察到给予亚精胺后，明显地改善老年小鼠心脏的线粒体功能，通过线粒体自噬减少损伤线粒体的数量。通过使用缺失自噬基因的小鼠证实，亚精胺的延寿效应确实通过增强自噬起作用。另外，在大鼠模型中还发现亚精胺具有抑制肾纤维化的作用。^[7]

经调查，发现经常吃富含亚精胺食物的人群的血压和心脏疾病明显减少。^[7]人类食品消费研究显示，亚精胺摄入量低与心脏病和中风的高风险相关。随着亚精胺平均摄入量的增加，风险就会降低。发表在《老年医学》上的相关研究表明，亚精胺长寿效应的原因是，亚精胺既促进了细胞的自噬，又起到了衰老细胞裂解剂的作用。^[6]某研究显示，随着年龄的增长，内源性亚精胺浓度降低，但是百岁老人却表现出比60~80岁老人更高的水平（低于年轻人）。^[23]亚精胺能促进核酸和蛋白质的生物合成，主要与细胞增殖和细胞生长有关。^[8]其可作为真核生物和原核生物细胞的生长因子，可促进体内外肿瘤细胞的蛋白质合成，这可能与亚精胺结合到tRNA核糖体上稳定其结构与功能有关。^[24]

许多研究显示，多胺（包括亚精胺、精胺等）能够通过刺激细胞分裂或扩大促进植物生长，据研究，亚精胺能有效地阻止幼嫩叶片中叶绿素的破坏，但对老叶则无效。^[9]另一项研究显示，通过外源亚精胺处理能使乙烯的生物合成减少，从而达到延缓果实后熟衰老的目的。^[10]由于S--腺苷蛋氨酸是亚精胺、精胺与乙烯（ETH）的共同前体物质，因此可通过竞争性抑制，互相降低含量，这也是多胺延缓衰老的内在原因之一。^[9]

亚精胺、精胺能与DNA的双螺旋结合，即多胺的氨基和亚氨基与DNA上的磷酸基相结合。这种结合稳定了DNA的二级结构，提高了对热变性和DNA 酶作用的抵抗力。亚精胺能提高RNA聚合酶的活性，能促进从燕麦叶片分离的原生质体中RNA 和蛋白质的合成。^[9]

相关研究发现，亚精胺有助于缓解记忆力减退，可作为神经化合物的抑制剂，抑制颤抖、面部肌肉抽搐以及痉挛等其他衰老症状。^[13]此外，经某研究证实亚精胺为进展期前列腺癌抗雄激素治疗的标志物。^[12]临床也常测定肿瘤患者血液、尿液中的亚精胺等多胺的含量，并将这些指标作为病情进展和辅助诊断癌症的生理生化指标。^[8]其他如亚精胺还可用作制作聚电解质胶囊：DNA可以沉淀到被电解质多分子层包覆的含有亚精胺的模板粒子上，然后根据核心模板粒子的溶解释放到胶囊内部。^[11]

化妆品领域中，亚精胺不仅有显著的抗氧性（特别在不饱和酸体系中，抗氧能力是BHA和BHT的1.5倍和3倍）、对皮肤成纤维细胞有增活作用、对生发有促进效果，以及可提高抗炎和免疫能力，其若与脂肪酸配合还能增加乳状液的稳定性（在高水的油包水体系中，用量在0.01%～0.5%）。^[5]

农业方面，亚精胺可显著增加雌花数，提高雌雄花芽比例：例如，在雌雄花芽分化期喷施腐胺、亚精胺可调控早实核桃花芽分化雌性分化转变，且表现出雌抑雄的双重效果，其效果随浓度的降低而下降；^[14]同时其在延缓果实后熟衰老方面有一定作用，例如，亚精胺处理对猕猴桃采后抗氧化酶活性及保鲜效果显著；^[10]此外，亚精胺还能够刺激菜豆等的不定根增加和生长加快。^[9]

农业上将转基因用氯化钙、亚精胺沉淀，黏附在微小的钨粒或金粒表面，利用基因枪形成的高压气体加速，直接射入植物细胞或细胞器，转基因整合到植物染色体DNA中，然后通过细胞核组织培养技术，再生植株，筛选阳性转基因植株。此方法可用于培育转基因棉花、玉米、大豆、水稻、小麦、高粱等农作物。^[15]

在生物学方面，亚精胺可作RNA聚合酶的激活剂：SP6噬菌体RNA聚合酶和T4或T7噬菌体RNA聚合酶，能识别DNA中各自特异的启动子序列，并沿此dsDNA模板起始RNA的合成，且不需要引物。SP6RNA聚合酶在合成RNA的反应中，需要DNA模板，并且需要Mg²+作为此酶的辅助因子，牛血清蛋白和亚精胺是此酶的激活剂。^[16]

在动物体内，亚精胺与激素的关系表现在：激素通过亚精胺能够调节DNA和RNA的合成，这是激素调节核酸代谢的途径之一。^[17]

亚精胺化学式为C7H19N3，相对分子质量为145.25。^[1] 常温下以液态存在，无色化合物，^[5]沸点为129℃^[1]，在水、乙醚和乙醇中均可溶。^[5]

豆科植物（如豌豆）中的多胺氧化酶含Cu，催化含有一CH₂NH₂基团(一级氨基)的胺类，如尸胺、腐胺、组胺、亚精胺、精胺、苯胺等。其氧化后的产物为醛、氨和H₂O₂等。^[9]

禾本科植物中的多胺氧化酶含FAD，主要作用于二级和三级氨基，如亚精胺和精胺，氧化后的产物为吡咯啉和1-(3-氨丙基)-吡咯啉。^[9]

亚精胺和S-腺苷反应合成精胺。^[4]

亚精胺的合成先由精氨酸转化为腐胺， 并为其它多胺的合成提供碳架，蛋氨酸向腐胺提供氨丙基而逐步形成亚精胺与精胺：腐胺处于多胺生物合成的中心，它是由精氨酸转化而来的，由精氨酸形成腐胺有两条途径： 一是在精氨酸脱羧酶（ADC）催化下精氨酸先脱羧生成鲱精胺，然后脱去1分子脲niào而变成腐胺；二是精氨酸先脱去1分子脲生成鸟氨酸，后者在鸟氨酸脱羧酶（ODC）作用下脱羧而生成腐胺。腐胺又可与氨丙基残基结合，形成亚精胺和精胺。而氨丙基残基是由蛋氨酸转化来的，首先蛋氨酸变成S-腺苷蛋氨酸（SAM），接着在S一腺苷gān蛋氨酸脱羧酶（SAMD）作用下脱羧，于是形成脱羧S-腺苷蛋氨酸（脱羧SAM），后者在氨丙基转移酶作用下，分别与腐胺和亚精氨结合，生成亚精胺和精胺。^[9]

亚精胺增高可引起厌食、恶心、呕吐、蛋白尿、贫血、血管通透性增强等作用，可通过干扰促红细胞生成素受体、抑制红细胞生成、缩短红细胞寿命等途径引起贫血。微循环血管的通透性增强，可使尿毒症患者发生心包渗出、肺水肿、脑水肿以及顽固性的“肾性腹水”。^[25]