多胺

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第855页（3668字）

多胺常指生物体中自然存在的多阳离子脂肪族胺类物质，主要包括腐胺(Putrescine，1，4－丁二胺)、精脒(Spermidine，1，4，7－庚三胺)和精胺(Spermine，1，4，7，10－癸四胺)。

精胺是第一个被发现的多胺。1674年，显微镜发明者利温霍克(Leeuwenhock)应用他早期的显微镜观察精液时，发现一种结晶性沉淀物质，被称之为Semenstut。约一个世纪后，法国化学家范奎宁(Vanquelin)在研究精液凝固特性时再次报告了这种结晶性物质；直到1900年才证实是磷酸精胺，后来由罗森赫姆(Rosenheim)首次成功地合成了精脒和精胺。多胺在精液中的含量比其他任何体液或组织都高许多，但遍存于所有的生物体系，至今还未发现不含多胺或其中一种多胺成分的有生命的物质，包括动植物、单细胞生物等。

1965年，戴科斯塔(Dykstra)首次证明多胺可能累及到肝细胞再生过程，然而直到1970年，人们仍然认为伴随细胞增殖所出现的多胺合成增加和细胞内多胺水平增高是细胞增殖的非必需伴随反应，甚至认为多胺是无任何生理意义的代谢废物或排泄形式。1970年，莫里斯(Morris)等的发现改变了人们的看法。

他们证实了一种多胺合成缺陷型大肠杆菌突变体的生长需要外源性多胺的维持，由此揭开了多胺在生物调控中的效应和机制研究的帷幕。

多胺代谢与调节 多胺合成是从鸟氨酸开始的。

鸟氨酸通过鸟氨酸脱羧酶(ODC)脱去羧基后形成腐胺，然后经过一次丙胺基转移效应生成精脒，后者再经一次丙胺基转移反应生成精胺。丙胺基来自S－腺苷蛋氨酸脱羧后的S－腺苷甲硫丙胺。多胺合成酶系包括两个脱羧酶即鸟氨酸脱羧酶和S－腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)，及两个丙胺基转移酶即精脒合成酶和精胺合成酶。在哺乳动物细胞中，ODC为分子量50000～55000的二聚体结构，其活性依赖于磷酸吡哆醛，含量很低并极易被诱导，半衰期短，多在10～30min之间，因而是多胺合成的限速酶。

许多刺激细胞生长的物质如激素、环核苷酸等均可诱导该酶活性的增强。其调节机制主要包括：(1)转录和翻译水平的调节。(2)鸟氨酸脱羧酶抗酶和抗酶抑制剂的调节。1976年，卡奈拉克斯(Canellakis)等人证实一种非竞争性蛋白抑制剂——抗酶，抗酶可被多胺诱导产生，并特异性地与ODC结合成生成无活性的ODC－抗酶复合物，使之失活，哺乳动物细胞还含有一种蛋白因子——抗抗酶，能特异性地与ODC－抗酶复合物结合，释放被抗酶结合的ODC，使其恢复活性。

(3)酶蛋白降解的调节。(4)酶活性形式与无低活性形式的调节。

ODC可通过翻译后磷酸化或酰胺基化进行酶动力学活性形式与无／低活性形式的相互转换。SAMDC以丙酮酸为辅酶，通过丙酮酸与底物形成Schiff碱参与催化作用：该酶半衰期也很短，在35～60min之间：许多诱导ODC活性增强的物质亦可诱导增强SAMDC的活性，其调节方式包括酶蛋白合成率、酶蛋白稳定性的调节以及底物诱导和产物反馈抑制的调节。丙胺基转移酶在细胞内的含量比上述两种脱羧酶要高得多，故调节效应也小。

上述是经典的多胺合成途径。1982年，人们还发现一条多胺相互转化的途径。精脒、精胺可经精脒／精胺乙酰转移酶(SAT)催化，将乙酰CoA的乙酰基转移至精脒或精胺的N1原子上形成乙酰化物，然后再在多胺氧化酶作用下脱去乙酰氨基丙醛，生成腐胺或精脒。

细胞内多胺氧化酶含量远高于精脒／精胺乙酰转移酶，因而认为多胺的乙酰化过程是多胺相互转化过程中的限速步骤。精脒或精胺一经乙酰化便可快速被多胺氧化酶降解。

精脒,精胺乙酰转移酶有核型的和胞浆型的两种，核型除催化多胺N1位乙酰化外，尚可催化精脒N8位乙酰化、腐胺乙酰化以及组蛋白的乙酰化。

有关多胺的分解代谢与排泄的研究目前还进行得不多，但对多胺分解产物的定量发现，尿中可含有多种与多胺降解相关的物质，包括N⁸－羧乙基精脒、精酸、γ－氨基丁酸、α－酮吡咯烷、β－内氨酸、多胺乙酰化物、Putreanine和Isoputreanine等。

一般认为Putreanine和Isoputreanine是多胺分解代谢的终末产物，是由血浆精胺氧化酶和醛脱氢酶催化所生成。虽然也发现有Putreanine和Isoputreaninc转变为腐胺的反应，但仍认为是多胺代谢的清除形式。

生物学功能 由于多胺遍存于所有生物体，推测多胺可能是维持生命所必需的物质。多胺可能像参与血管调节、免疫反应和作为神经递质的生物活性胺如组织胺、羟胺、儿茶酚胺等一样，控制生物体和细胞生物学行为的某一特殊方面。多胺在生理pH时带有正电荷，可心通过离子键和氢键的形式与核酸、蛋白质及含有负电荷基团的磷脂物质结合，调节它们的生物学活性及功能；又由于多胺化学结构中的碳链部分具有脂肪族的特性，因而又可以出现在某些疏水环境中如细胞膜上，这与体内常见的多价阳离子如Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺等不同，多胺是由细胞本身合成，而且又受控于细胞内外的许多调节因素，由此决定了多胺的特殊的生物学作用。

人们较早注意到的是多胺与细胞增殖周期的相互关系。当细胞从静止期或G₀期刺激增殖时，多胺合成酶活性及多胺水平在细胞周期中可以出现三个高峰，分别位于G1早期、G1后期／S期和G2／M期，若细胞持续增殖时只出现后两个高峰，一般认为第一高峰与细胞进入增殖周期有关，而后两个高峰则分别与S期DNA合成和细胞分裂有关。应用多胺合成抑制剂(如DFMO)处理细胞时，细胞内多胺水平降低，结果细胞虽可以从G₀期通过G1期进入S期，然而S期明显延长，甚至细胞在G1期积聚。

一般情况下，细胞内有足够的多胺能使细胞在无多胺合成的情况下完成一个细胞周期的循环。当多胺水平低于某一参照限制点时，细胞便滞留在S期。同时，由于多胺的耗竭，可使细胞分裂所需要的肌动蛋白束、微管蛋白束消失或发生装备障碍，以及组蛋白和非组蛋白蛋白质的合成与修饰发生变化，染色体提前凝缩异常，细胞不能正常分裂，双核细胞增加，并可出现染色体畸变。

在多胺营养缺陷型突变体细胞中，或在多胺合成抑制剂处理的细胞内，DNA合成起始与DNA链的延长均受到显着抑制。

同时，DNA构型和稳定性亦发生明显改变。多胺除可以直接与DNA相互作用外，尚可间接影响染色体蛋白质的合成与化学修饰，改变这些蛋白质与DNA的作用方式，调节DNA构型、功能状态及其稳定性。

更主要的是多胺可调节DNA合成酶系的酶活性，如DNA聚合酶、DNA旋转酶、拓扑异构酶Ⅱ以及DNA连接酶和胸腺嘧啶核苷激酶等。其次，由于DNA的稳定效应，可减少各种变性因素如热、X线、酶及药物所诱发的DNA损害。

多胺亦调节RNA合成与降解过程。多胺可刺激RNA转录，影响RNA合成的起始和链的延长，其调节效应是多重性的，表现在多胺与核糖体蛋白质的结合、多聚核糖体的形成、核糖体亚单位的重组以及多胺与mRNA和tRNA的相互作用。

多胺还可以激活RNA聚合酶与核蛋白激酶N Ⅱ，抑制RNA水解酶，调节细胞内RNA含量。蛋白质的合成亦需有最佳浓度的多胺存在，当多胺耗竭后蛋白质多肽链延长减慢，起始频度减低。

多胺尚可保护未成熟的多肽末端，增加翻译的稳定性和准确性，减低误读的机率。

此外，多胺还有许多其他生物学功能，如稳定细胞膜、调节细胞内外及线粒体内外的Ca_a²⁴流量，调节环磷酸核苷的生物学活性，参与细胞抑制素的组成以及细胞受体的构型调节和细胞免疫的调节等等。多胺的调控研究是一片尚待开发的领域，随着研究的不断深入，多胺在生物学领域中的重要性将会引起人们的广泛关注。

【参考文献】：

1 Bachrach U. Polyamines in Biomedical Research(cd. Gaugas JM). New York:John Wiley. SOns Ltd, 1980:81～198

2 Heby O. Differentiation. 1981,19:1 ～ 20

3 Pegg A E. Biochem J , 1986,234 : 249 ～ 262

4 缪金明，潘瑞彭．生物化学与生物物理进展，1989，16∶12～15

(上海第二医科大学仁济医院缪金明博士撰)