新发现！源自西瓜的这种氨基酸可以延缓细胞衰老，改善炎症

近日，来自中国科学院上海有机化学研究所的研究团队在Science Advances期刊发表了一项研究，该研究发现，瓜氨酸通过减少细胞衰老、防止 DNA 损伤、防止细胞周期停滞、调节巨噬细胞代谢和减轻炎症而表现出抗衰老作用。

 

图源：Science Advances

 

瓜氨酸如何抗衰老?

 

研究人员首先使用非靶向代谢组学分析了不同年龄小鼠的大脑、肝脏组织和血清样本中的内源性代谢物。研究发现，老年小鼠大脑、肝脏和血清中的瓜氨酸水平显著低于年轻小鼠，表明瓜氨酸是一种与小鼠衰老相关的持续下调的代谢产物。

 

    不同年龄小鼠脑、肝脏和血清中瓜氨酸的相对丰度[1]

 

为了评估瓜氨酸对细胞衰老和炎症反应的影响，使用活性氧诱导的细胞衰老模型进行研究。

 

在衰老小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）传代过程中用瓜氨酸（500 μM）处理可显著降低γ-H2A组蛋白家族成员 X（γH2AX：一种与 DNA 损伤和修复相关的分子标志物）的水平，这表明瓜氨酸水平升高有助于减少衰老细胞中的 DNA 损伤。此外，补充瓜氨酸可抑制β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）的活性以及p21 等衰老标志物的表达。除了衰老标志物外，研究发现补充瓜氨酸可有效降低衰老MEF细胞中炎性细胞因子的 mRNA 水平，包括 Tnf、Il6 和 Il1b。

 

补充瓜氨酸后MEF 细胞中炎性细胞因子的 mRNA [1]

          

研究人员进一步采用年轻和老年小鼠模型，并评估瓜氨酸对体重、器官重量、炎症反应和衰老相关表型的影响。研究发现，补充瓜氨酸5-6周后，老年小鼠的体重显著下降。而仅在老年小鼠中补充瓜氨酸9周后，脾脏和肝脏等器官重量也同样减轻。同时，老年小鼠的衰老相关炎性细胞因子水平显著降低，补充瓜氨酸具有缓解小鼠年龄相关表型的能力。此外，瓜氨酸可抑制衰老脑组织中小胶质细胞的激活。

 

瓜氨酸对体重、器官重量、炎症和衰老相关表型的影响[1]

      

 瓜氨酸作为一种重要的内源性代谢物，在衰老和炎症中的作用机制主要包括抑制 mTOR 信号通路、稳定 HIF1α、调节巨噬细胞代谢、抑制炎症反应和促进细胞抗氧化能力等，从而延缓衰老过程，减轻炎症反应，并改善机体健康状态。

 

瓜氨酸的由来

 

瓜氨酸是一种α-氨基酸。其名称来源于拉丁词“citrullus”，1914年首次由日本研究人员Yatarō Koga和Ryō Ōtake从西瓜中分离出来。研究发现，葫芦科作物南瓜、西瓜、苦瓜、丝瓜等的种子和果实中也含有大量瓜氨酸。

          

 瓜氨酸是一种中性的非必需氨基酸，可由人体内源性合成，这个过程主要发生在肠细胞中，其中许多酶将来自饮食的氨基酸转化为瓜氨酸。例如，在尿素循环中，鸟氨酸羧基转移酶将鸟氨酸转化为瓜氨酸。此外，谷氨酰胺和精氨酸是瓜氨酸的间接来源，因为精氨酸可以通过精氨酸酶转化为L-鸟氨酸。而且，鸟氨酸转氨酶利用谷氨酰胺产生鸟氨酸，后者可以转化为瓜氨酸。

 

瓜氨酸在小肠上皮吸收细胞中的合成途径[2]

          

 

此外，瓜氨酸还可以在一氧化氮（NO）合成过程中产生。在这一途径中，精氨酸是内皮型一氧化氮合酶（eNOS）酶的底物，该酶产生NO和瓜氨酸。同时，瓜氨酸可以通过精氨琥珀酸合成酶（ASS）和精氨琥珀酸裂解酶（ASL）的作用又被循环转化为精氨酸，从而为内皮细胞中的一氧化氮生产提供精氨酸。

 

瓜氨酸在一氧化氮（NO）循环中的合成途径[3]

          

 

 

瓜氨酸的功效

 

瓜氨酸可促进一氧化氮的产生，改善动脉功能，从而促进全身血液流动。研究表明，瓜氨酸具有助于提高运动表现、保护心血管健康、降血压、抗肥胖等作用。

          

1）提高运动表现

瓜氨酸可以通过促进氨的去除并通过尿素循环途径抑制血液中乳酸的积累，从而在高强度运动中延缓疲劳的发生，此外，瓜氨酸还能通过维持较低的血浆乳酸浓度来改善有氧途径。一项研究发现，专业骑行者连续一周每日补充6克瓜氨酸能够显著提升运动员的计时赛成绩、平均功率输出，并降低心率及主观疲劳感（RPE）[4]。在一项针对大学的男性田径运动员的研究中，他们每天服用3克瓜氨酸补充剂，持续7天，进行间歇性短时间高强度训练后，RPE降低，氧气消耗量和平均功率输出增加[5]。这些研究结果揭示了瓜氨酸补充剂在提升运动员表现方面的潜在价值。

      

 2）保护心血管健康

NO在心血管系统中起着多种作用，包括血管舒张、抑制平滑肌细胞生长和血小板聚集以及白细胞与内皮细胞的粘附。因此，NO可防止动脉硬化、动脉粥样硬化，从而防止心血管疾病的发展。研究表明，瓜氨酸通过增加精氨酸的合成间接增加NO的生物合成，进而改善内皮介导的血管舒张功能。此外，氧化应激的来源（超氧化物与羟基自由基）可能会决定瓜氨酸减轻内皮损伤和功能障碍的有效性。在动脉粥样硬化等情况下，瓜氨酸改善内皮功能障碍的机制可能是通过直接减少羟基自由基的形成、对血管平滑肌的直接作用和NO 合成的间接作用来介导的[3]。

          

 3）降血压

在自发性高血压大鼠（SHR）中，瓜氨酸通过提高精氨酸/不对称二甲基精氨酸（ADMA）比例来预防高血压。许多临床前研究表明，母体补充瓜氨酸可以对后代的血压调节产生积极的长期影响。例如，母体为自发性高血压大鼠补充瓜氨酸可减轻后代肾脏的 NO 缺陷，并防止其发展为高血压[6]。   

          

 4）抗肥胖作用

一项研究表明，在白色脂肪组织外植体中，瓜氨酸（2.5毫摩尔/升）处理24小时可有效增加基础脂肪分解，减少甘油异生，并增加棕榈酸酯氧化，该项离体研究报道的瓜氨酸的脂解作用机制可能是由脂肪组织巨噬细胞而产生的NO介导[7]。

参考来源：

[1]Xie Z, Lin M, Xing B, et al. Citrulline regulates macrophage metabolism and inflammation to counter aging in mice. Sci Adv. 2025 Mar 7;11(10):eads4957.

[2]Aguayo E, Martínez-Sánchez A, Fernández-Lobato B, et al. L-Citrulline: A Non-Essential Amino Acid with Important Roles in Human Health. Applied Sciences. 2021; 11(7):3293.

[3]Allerton TD, Proctor DN, Stephens JM, et al. l-Citrulline Supplementation: Impact on Cardiometabolic Health. Nutrients. 2018 Jul 19;10(7):921.

[4]Stanelle ST, McLaughlin KL, Crouse SF. One Week of L-Citrulline Supplementation Improves Performance in Trained Cyclists. J Strength Cond Res. 2020 Mar;34(3):647-652.

[5]Naoko T, Kenta N, Effect of L-citrulline intake on intermittent short-time high-intensity exercise performance in male collegiate track athletes, The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine, 2019, Volume 8(4):147-157.

[6]Koeners MP, van Faassen EE, Wesseling S, et al. Maternal supplementation with citrulline increases renal nitric oxide in young spontaneously hypertensive rats and has long-term antihypertensive effects. Hypertension. 2007 Dec;50(6):1077-84.

[7]Joffin N, Jaubert AM, Durant S, et al. Citrulline reduces glyceroneogenesis and induces fatty acid release in visceral adipose tissue from overweight rats. Mol Nutr Food Res. 2014 Dec;58(12):2320-30.   

封面图图源：https://pixabay.com/zh/photos/watermelon-fruit-korea-and-food-2395804/