编辑推荐：
这篇综述聚焦肌肽（Carnosine），总结其生物学特性，探讨它对一氧化氮（NO）、转化生长因子 -β1（TGF-β1 ）等非经典因子 / 通路的调节作用，为挖掘肌肽在多系统及神经退行性疾病治疗中的潜力提供新思路，值得关注。
1. 引言
肌肽（Carnosine）是一种由 β- 丙氨酸和组氨酸组成的天然二肽，广泛分布于哺乳动物的心脏、大脑等可兴奋组织中。它在科学文献中备受关注，具有多种有益作用，如抗氧化、抗聚集和抗炎活性，在神经保护、改善动脉粥样硬化等方面发挥重要作用，还具备 pH 缓冲、金属螯合和抗糖基化等功能。然而，肌肽在某些多因素病理条件（如抑郁症）中的多模式作用机制尚未完全明确。因此，研究人员致力于寻找和研究更多与肌肽相关的分子、因子和治疗途径，以揭示其治疗潜力。本文旨在总结肌肽的生物学特性，阐明其在氧化应激、炎症和聚集过程中涉及的特定药理学靶点的作用，以及靶向这些生物因子的治疗潜力。
2. 肌肽调节的潜在药理学靶点
2.1. 一氧化氮调节
一氧化氮（NO）是一种重要的气体信号分子，在心血管、免疫和神经系统中发挥关键的稳态调节作用。它由一氧化氮合酶（NOS）的三种同工型催化 L - 精氨酸生成。诱导型一氧化氮合酶（iNOS）在病理条件下，如受到促炎细胞因子或细菌脂多糖（LPS）刺激时，会在小胶质细胞和巨噬细胞中过度表达，导致 NO 和活性氧（ROS）水平升高，生成具有细胞毒性的活性氮物种（RNS），如过氧亚硝酸盐，损伤生物大分子，引发细胞死亡。
近年来研究发现，肌肽能够调节 NO 水平。一方面，它可以降低 NO 的生物利用度，负向调节 iNOS 酶活性；另一方面，还存在一种不依赖 iNOS 的新机制，即肌肽通过其 β- 丙氨酸的 - NH2和组氨酸的咪唑环与 NO 分子直接相互作用，促进 NO 氧化为低毒的亚硝酸盐（NO2?），形成肌肽 - NO 加合物，加速这一转化过程。这不仅减少了 RNS 的产生，而且由于 NO2?对心血管系统有益，肌肽对 NO 的转化可能成为其新的药理作用。
2.2. TGF-β1信号通路
转化生长因子 -β1（TGF-β1 ）是一种在细胞生长、增殖、分化和凋亡等多种功能中起核心作用的多肽。在中枢神经系统（CNS）中，它由活化的小胶质细胞产生，具有抗炎和神经营养作用，可促进神经元分化和突触可塑性。TGF-β1 与多种神经和精神疾病相关，如精神分裂症、抑郁症和阿尔茨海默病（AD）。在 AD 中，TGF-β1 可以限制由淀粉样 β1-42（Aβ1-42）寡聚体诱导的神经退行性变，然而 Aβ1-42 寡聚体却能激活小胶质细胞，抑制 TGF-β1 基因表达，导致 TGF-β1 通路受损，引发神经炎症和认知能力下降。
研究表明，肌肽可以通过 TGF-β1 通路发挥作用。在大鼠小胶质细胞模型中，肌肽能增加 TGF-β1 基因表达和细胞因子释放，在健康细胞中也能增强神经营养因子池，减轻 Aβ 诱导的毒性。在其他体外模型，如原代神经元和神经胶质细胞、受佛波醇 - 12 - 肉豆蔻酸 - 13 - 乙酸酯（PMA）刺激的小鼠巨噬细胞中，肌肽同样能调节 TGF-β1 水平。有趣的是，肌肽对 TGF-β1 的调节作用具有组织和疾病特异性。在糖尿病肾病（DN）中，这是糖尿病常见的微血管并发症和终末期肾病的主要原因，肌肽在肾脏水平能降低 TGF-β1 的释放。在一项针对 2 型糖尿病（T2DM）合并 DN 患者的双盲随机对照试验中，口服肌肽补充剂可显著降低尿 TGF-β 水平，表明肌肽对肾脏具有保护作用。在人系膜细胞实验中，肌肽通过干扰 TGF-β1 的产生和信号传导，抑制高糖诱导的细胞外基质积累，且这种作用与抑制 ALK5（Smad2/3）通路有关，而 ALK1（Smad1/5/8）信号通路不受影响。
2.3. CX3CR1-CX3CL1 轴（Fractalkine）
趋化因子 Fractalkine（CX3CL1）及其特异性受体 CX3CR1 在神经炎症中发挥关键作用，通过旁分泌方式影响神经元和小胶质细胞之间的信号传导。CX3CL1 在中枢神经系统中的表达高于外周，由神经元大量产生，而 CX3CR1 仅在小胶质细胞中表达。CX3CL1 有静态糖蛋白和可溶性异构体两种形式，后者由解整合素和金属蛋白酶（ADAM10 和 ADAM17）的蛋白水解切割产生，具有趋化特性。神经元和小胶质细胞通过 CX3CR1-CX3CL1 的相互作用实现有效通讯，协调大脑功能的多个方面，如神经元网络的扩展、突触成熟和可塑性，以及认知功能和免疫过程的调节。
遗传变异导致的 CX3CL1 与 CX3CR1 相互作用改变与多种中枢神经系统疾病相关，如黄斑变性和神经炎症性疾病。在 AD 中，Aβ 细胞外积累等炎症刺激和特定条件会改变 CX3CL1/CX3CR1 信号传导，且该趋化因子的活性会随疾病阶段发生变化。目前虽有研究表明 CX3CR1-CX3CL1 轴参与 AD 模型，但关于肌肽对该通路作用的研究较少。已有研究发现，Aβ1-42 寡聚体和 LPS 能下调 RAW 264.7 巨噬细胞中 CX3CR1 的表达，而肌肽可挽救其表达水平，发挥对 Aβ1-42 寡聚体毒性的神经保护作用。由于 CX3CR1 的缺失会影响脑巨噬细胞对有毒 tau 蛋白的内化，促进细胞外 tau 蛋白积累，在 AD 进展后期这种影响更为明显，因此肌肽对 CX3CL1/CX3CR1 轴的调节作用可能为揭示 AD 病理机制提供新视角。
2.4. 酶和其他蛋白质
肌肽具有调节多种酶活性和蛋白质水平的能力，这些酶和蛋白质的失调与炎症和氧化应激相关。然而，许多相关靶点涉及多种神经退行性和全身性疾病，难以针对特定病理状况。近年来，发现肌肽能够调节胰岛素降解酶（IDE）的活性。IDE 是一种锌依赖性金属内肽酶，除了降解胰岛素外，还能降解多种短肽，包括淀粉样前体蛋白（Aβ）等，在病理生理过程中发挥多方面作用。在大脑中，IDE 是负责 Aβ 清除的主要蛋白酶，其活性在 AD 早期或随年龄增长而下降。同时，高胰岛素浓度会竞争性抑制 IDE 介导的 Aβ 降解，IDE 基因的微小遗传变异也与 AD 发病风险相关。因此，目前正在研究 IDE 的正变构调节剂作为治疗 AD 和 T2DM 的潜在药物。
实验表明，肌肽能减轻 Aβ1-42 寡聚体对原代混合神经元培养物的毒性，且这种神经保护作用与 IDE 有关，因为使用高度选择性的 IDE 抑制剂会阻断肌肽的作用。进一步研究发现，肌肽通过促进 IDE 寡聚化来增强其活性，对长底物（如胰岛素和 Aβ1-40）表现为激活作用，还能影响酶的协同性，增加希尔系数。推测肌肽是通过结合 IDE 的外位点而非催化位点，改善 IDE 与长底物的相互作用，增强亲和力，从而促进整体催化活性。
在糖尿病相关研究中，肌肽能够清除糖脂毒性自由基，抑制糖脂毒性，这是 T2DM 的一个特征。它还对葡萄糖稳态产生有益影响，可增加小鼠胰岛或 INS-1 β 细胞的胰岛素分泌，增强 C2C12 小鼠肌管的葡萄糖摄取。甘氨酸 N - 甲基转移酶（GNMT）是肝脏中含量丰富的甲基转移酶，参与多种过程，在糖尿病肾病（DN）的发生发展中，GNMT 在 1 型糖尿病（T1DM）患者血清和 DN 小鼠肾脏组织中表达下调，而肌肽给药能恢复其蛋白水平，减轻炎症反应和纤维化，表明 GNMT 可能是 DN 治疗的潜在靶点。
热休克蛋白（HSPs）和金属硫蛋白（MTs）是细胞应激的重要标志物。在斑马鱼幼虫受 TiO2纳米颗粒刺激的模型中，肌肽能够恢复 Hsp70 和 MTs 的基础蛋白表达水平，减轻纳米颗粒诱导的应激。此外，肌肽对诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的调节作用因细胞状态而异，在小鼠巨噬细胞中，它能上调 iNOS 表达，且这种诱导作用与增强的吞噬活性相关。在铁死亡过程中，谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）通过将脂质氢过氧化物转化为无毒的脂质醇来对抗脂质过氧化，肌肽可抑制 GPX4 介导的铁死亡，减少铁积累，减轻肾脏缺血再灌注损伤。在顺铂诱导的急性肾损伤体内模型中，肌肽通过靶向 Caspase-1 调节的细胞焦亡，改善肾小管细胞的病理变化和相关生化指标，缓解疾病症状。肌肽还能正向调节线粒体外膜转位酶 20（TOMM20）的表达，减少 ROS 水平和凋亡相关基因的表达，这与其冷冻保护特性有关，在精子和非冬眠动物神经组织的冷冻保存中发挥作用。
2.5. 能量代谢
能量是维持生物结构和细胞正常功能的基础，能量代谢的改变与多种疾病的发生密切相关。细胞合成 ATP（通用能量货币）的代谢系统主要包括三羧酸循环、氧化磷酸化和糖酵解，其中糖酵解发生在细胞质中，而前两者在线粒体中进行。这些过程相互协作，为身体各组织提供能量，尤其是心脏、大脑和肌肉等高能量需求组织。能量的产生和储存受到多种因素的精细调节，包括遗传、激素、代谢物、生活方式和环境变化等，调节系统的受损会导致细胞异常，引发各种疾病。
过去几十年，研究人员对肌肽在能量代谢方面的作用进行了大量研究。有研究测量了正常和缺血条件下，有无肌肽存在时皮质星形胶质细胞的耗氧率和细胞外酸化率。结果发现，在正常条件下，肌肽降低星形胶质细胞的能量代谢，但不影响细胞活力；而在缺血条件下，肌肽能上调受氧糖剥夺（OGD）的星形胶质细胞的线粒体呼吸和细胞 ATP 含量。不同浓度的肌肽（0.01 - 10 mM）能够改善线粒体膜电位，促进线粒体 ATP 代谢，增强线粒体脱氢酶活性，在 Ca2+过载环境中保护线粒体功能。
在巨噬细胞和小胶质细胞的研究中，也发现肌肽对能量代谢有调节作用。在小鼠巨噬细胞中，肌肽能改善细胞能量状态，增加细胞内核苷三磷酸（NTPs）水平和细胞内烟酰胺辅酶池的总和。在受 PMA 刺激的巨噬细胞中，肌肽浓度依赖性地降低 NADP+/NADPH 比值，抑制细胞内主要的活性物种产生源。在受 LPS + IFN-γ 诱导的 RAW 264.7 巨噬细胞中，肌肽能平衡能量和氧化还原代谢，恢复 NTPs 水平，调节 ATP/ADP、NAD+/NADH 和 NADP+/NADPH 比值。在人小胶质细胞（HMC3）中，肌肽本身就能改善细胞能量状态，在 LPS + ATP 刺激导致能量失衡的情况下，肌肽能恢复 ATP/ADP 比值、NTPs 水平以及氧化还原烟酰胺辅酶的平衡。此外，尿苷二磷酸（UDP）衍生物可能是肌肽在能量代谢方面的新靶点，LPS + ATP 刺激会下调 HMC3 细胞中 UDP - Gal、UDP - Glc、UDP - GalNac 和 UDP - GlcNac 等 UDP 衍生物的细胞内水平，而这些衍生物参与蛋白质糖基化过程，对蛋白质在细胞内的运输至关重要，值得进一步研究。
在心脏方面，心肌特异性肌肽转基因小鼠的研究表明，肌肽通过其 pH 缓冲活性影响心脏能量代谢。这些小鼠心肌中包括肌肽在内的组氨酸二肽合成增加，增强了细胞内 pH 缓冲能力，促进葡萄糖利用，减轻心肌缺血再灌注损伤。在缺血过程中，增强的缓冲条件和肌肽诱导的丙酮酸脱氢酶过表达维持了糖酵解，促进 ATP 的高速生成。同时，转基因心脏中的琥珀酸水平较低，琥珀酸是柠檬酸循环的关键中间产物，也是缺血损伤的代谢标志物，其在缺血再灌注时会在组织中积累，增加线粒体 ROS 产生。因此，转基因心脏中琥珀酸水平的降低可能有助于减轻氧化应激损伤，改善缺血后心脏的收缩功能恢复。
3. 结论和未来展望
过去几十年，大量研究描述了肌肽的生物学活性及其多模式作用机制，其在抗聚集、抗氧化和抗炎方面的治疗潜力在多系统及神经退行性疾病（如 AD 和 T2DM）的研究中备受关注。本文着重介绍了肌肽调节的一些非经典因子 / 通路，如 CX3CR1、IDE、GNMT、NTPs、烟酰胺辅酶和 UDP 衍生物等，这些因子 / 通路有望成为未来的药理学靶点。然而，要充分发挥肌肽的治疗潜力，需考虑其在体内与不同潜在靶点的相互作用，提高肌肽在特定组织的生物利用度至关重要，例如开发人血清肌肽酶抑制剂或寻找绕过血脑屏障和首过代谢的给药途径，这将有助于进一步揭示肌肽的全部治疗潜力。
