谷氨酰胺（Glutamine，簡稱Gln）作為關鍵的非必需氨基酸，在生物體內發揮著廣泛而重要的生物學作用，其代謝過程不僅與細胞內信號傳導網絡緊密交織，更是維持細胞穩態、調控細胞生長增殖及凋亡等核心生命活動的“幕后推手"。

在本篇推文中，索萊寶將為您闡述谷氨酰胺代謝的基本框架、關鍵酶促反應路徑、在信號通路中的作用，以及谷氨酰胺代謝與疾病的關聯。

圖1 谷氨酰胺代謝圖

（圖源：Cell Signaling Technology）

Gln代謝基本框架

谷氨酰胺代謝是細胞內核心的生化過程，主要分為合成代謝與分解代謝兩類反應，二者協同維持其動態平衡，支撐能量供應、氮代謝及氧化還原平衡等關鍵功能。

合成代謝：在細胞質中，谷氨酰胺作為氮源參與核苷酸（如嘌呤、嘧啶）、非必需氨基酸（如丙氨酸、脯氨酸）及抗氧化劑谷胱甘肽的合成，同時通過谷氨酰胺合成酶（GS）催化谷氨酸與銨離子結合，實現氮的解毒與再利用。

分解代謝：在線粒體中，谷氨酰胺酶（GLS/GLS2）將其脫氨生成谷氨酸，隨后通過谷氨酸脫氫酶（GLUD1）或轉氨酶（GOT、GPT）轉化為α-酮戊二酸（α-KG），進入三羧酸循環（TCA）提供能量，或通過還原羧化生成檸檬酸，支持脂肪酸合成。

兩類代謝途徑的動態平衡至關重要：在饑餓或應激狀態下，分解代謝活動增強以提供能量；當體內氮負荷增加時，合成代謝則上調以固定多余的氮。若這種平衡被打破，可能引發疾病—例如，腫瘤細胞通過過度依賴谷氨酰胺分解來支持快速增殖；而肝衰竭或腸道損傷時，氨無法有效代謝，可能在體內積累導致中毒。深入理解這些代謝調控機制，為代謝相關疾病的治療開辟了潛在的新靶點。

關鍵酶促反應路徑

1.谷氨酰胺合成酶（GS）：

谷氨酰胺的合成始于谷氨酰胺合成酶催化的關鍵反應：谷氨酸 + NH? + ATP → 谷氨酰胺 + ADP + Pi。這個ATP依賴的過程不僅為蛋白質合成提供原料，更是機體解除氨毒性的主要途徑，尤其在肝臟和肌肉以及紅細胞成熟中至關重要。β-地中海貧血患者會因GS活性受損，導致銨離子累積，從而加劇貧血。

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2.谷氨酰胺酶（GLS）：

谷氨酰胺的分解由谷氨酰胺酶啟動：谷氨酰胺 + H₂O → 谷氨酸 + NH?。釋放的谷氨酸是代謝網絡的樞紐，可進一步轉化為α-酮戊二酸進入三羧酸循環產能，或提供氮源用于核苷酸合成，或作為谷胱甘肽（GSH）合成的前體參與抗氧化防御。這條分解路徑（谷氨酰胺→谷氨酸→α-酮戊二酸）為細胞提供了碳骨架、還原力（NADPH）和氮元素，其活性受多種機制調控（如GLS的磷酸化激活、GS的別構抑制等），并在腫瘤細胞的異常代謝中扮演核心角色。

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3.轉氨酶與谷胱甘肽合成酶：

谷氨酰胺代謝與轉氨酶、谷胱甘肽合成酶密切相關。谷氨酰胺分解生成谷氨酸，谷氨酸作為前體，通過谷胱甘肽合成酶與半胱氨酸、甘氨酸結合生成GSH，維持細胞抗氧化能力。二者協同調控代謝流量，疾病中（如腫瘤）常上調以支持增殖及抵抗氧化應激，維持代謝穩態。

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信號通路調控大師

谷氨酰胺通過激活mTOR、ERK等信號通路支持細胞生存與生長。在mTOR通路中，谷氨酰胺經鈉依賴性轉運蛋白進入細胞，再通過鈉獨立性轉運蛋白輸出，交換必需氨基酸進入，激活mTORC1，促進生長并抑制自噬。在腸上皮細胞中，谷氨酰胺作為主要能源底物，可快速觸發ERK信號，促進增殖存活，效果媲美血清。此外，谷氨酰胺通過SLC1A5進入細胞后，或交換必需氨基酸或被消耗支持代謝；癌細胞中線粒體谷氨酰胺酶是其主要消耗酶，助力增殖需求。

疾病中的關鍵角色

谷氨酰胺代謝在多種疾病中扮演關鍵角色：

腫瘤：癌細胞呈現“谷氨酰胺成癮"，通過上調轉運體及谷氨酰胺酶（如GLS1）加速攝取分解，生成α-KG供能并促進嘌呤/嘧啶合成；其代謝產生的氨還可抑制免疫活性，助腫瘤逃避免疫。靶向谷氨酰胺代謝的抑制劑（如CB-839）成為抗癌研發熱點。

炎癥性疾病：腸道炎癥或肝損傷時，谷氨酰胺消耗加劇，缺乏會導致腸屏障破壞（內毒素滲漏）或肝臟氨解毒障礙（引發高氨血癥、肝性腦病）。補充谷氨酰胺可降低炎癥因子，促進黏膜與肝細胞修復。

代謝與神經退行病：肥胖/糖尿病中，脂肪組織過量釋放谷氨酰胺激活mTOR，抑制胰島素敏感性；阿爾茨海默病/帕金森病中，谷氨酰胺-谷氨酸循環失衡引發興奮性毒性及氧化應激，加速神經元凋亡。隨著靶向調控技術發展，谷氨酰胺代謝作為“代謝樞紐"，正成為疾病精準治療的新靶點。

谷氨酰胺代謝是生命活動的核心調控樞紐，貫穿腫瘤、炎癥、代謝與神經退行疾病研究。未來，隨著靶向技術突破，其有望成為癌癥、糖尿病等全球健康挑戰的創新解方。索萊寶以專業試劑助您科研探索，與您攜手共繪健康未來！

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