1.氨基酸简介
氨基酸（Amino acids）及其衍生物是在分子中既含有氨基同时又含有羧基的一类化合物，在生物体内以游离或结合状态出现。天然的氨基酸现已经发现的有300多种，其中构成人体及其蛋白质的氨基酸种类有20种，除了最简单的甘氨酸以外，其它氨基酸都有手性对映体，即L型和D型（图1）。生物体中常见的氨基酸以L型为主，D型氨基酸在人体分布种类少、含量低、研究起步晚。非天然的D型氨基酸虽然不是构成蛋白质的基本结构单元，但许多植物、微生物、高等植物和哺乳动物中都有D-氨基酸的存在。
图1. 氨基酸构型
2.氨基酸的研究方向
临床医学
① 肿瘤
肝癌、肺癌、乳腺癌、食管癌、头颈部肿瘤等病人血浆中氨基酸浓度与健康人血浆中氨基酸浓度相比表现出异常，因此对氨基酸代谢变化的分析可以用来诊断疾病。有研究表明丝氨酸、甘氨酸以及其他的一些非必需氨基酸都与肿瘤的发生发展有着紧密的联系，而抑制这些非必需氨基酸的活性和利用度可作为肿瘤治疗的潜在手段[1]。
② 心血管疾病
氨基酸在心血管疾病的发生上也占据重要地位，尤其是支链氨基酸（branched-chain amino acids, BCAA)变化对心血管疾病的发生有重要影响。现有研究表明血浆BCAA浓度是心力衰竭、冠心病和高血压的生物标志物，可以预测心力衰竭和冠心病患者的不良结果[2]。
③ 神经退行性疾病
抑郁症、双相情感障碍、精神分裂症、阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和亨廷顿舞蹈症等脑部疾病是目前常见的精神障碍疾病。蛋白质摄入和氨基酸的补充会影响大脑功能和心理健康，大脑中的许多神经递质的前体物质都是氨基酸[3]，常见的L-丝氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸等氨基酸也可以作为神经递质起到神经调节功能。除此之外，D-天冬氨酸和D-丝氨酸也参与神经传递和神经信号传导的过程[4]。
④ 肝肾疾病
作为高发肝脏疾病的脂肪肝，除了在营养过剩的肥胖人群高发，在必需氨基酸缺乏的营养不良消瘦人群也时常发生[5]。在急、慢性肾功能衰竭时，可以输入肾用氨基酸来改善肾功能，已有的研究也表明D-丝氨酸的体内动力学也反映了肾脏疾病的活性，有助于评估肾脏疾病活动度，并可能改善预后和确定治疗效果[6]。
微生物互作
① 肠道菌群与氨基酸
肠道菌群通过利用来自膳食和内源性蛋白质为宿主提供氨基酸，同时也改变宿主对氨基酸的生物利用度。肠道菌群组成和功能的失调越来越多地与肠道外部疾病（如：免疫系统疾病、生殖系统疾病、中枢神经系统疾病和代谢疾病等）联系起来，这些疾病与某些氨基酸（特别是芳香族和支链氨基酸）的浓度改变有关[7]。
② 植物-微生物互作与氨基酸
氨基酸是植物初级代谢中蛋白质、能量和氮代谢的核心成分。此外，它们是各种活性化合物的前体，在植物-微生物互作中具有特定功能。氨基酸代谢产生的代谢物既可以起到信号分子的作用，又可以作用于有利于植物微生物的组成。微生物反过来需要氨基酸作为营养物质的来源[8]。
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参考文献：
[1] Muthusamy, T., Cordes, T., Handzlik, M.K. et al. Serine restriction alters sphingolipid diversity to constrain tumour growth. Nature 586, 790–795 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2609-x.
[2] McGarrah, R.W., White, P.J. Branched-chain amino acids in cardiovascular disease. Nat Rev Cardiol 20, 77–89 (2023). https://doi.org/10.1038/s41569-022-00760-3.
[3] Rajagopal S, Sangam SR, Singh S, Joginapally VR. Modulatory Effects of Dietary Amino Acids on Neurodegenerative Diseases. Adv Neurobiol. 2016;12:401-14. doi: 10.1007/978-3-319-28383-8_22. PMID: 27651266.
[4] Bastings JJAJ, van Eijk HM, Olde Damink SW, Rensen SS. d-amino Acids in Health and Disease: A Focus on Cancer. Nutrients. 2019 Sep 12;11(9):2205. doi: 10.3390/nu11092205. PMID: 31547425; PMCID: PMC6770864.
[5] Zhang Y, Lin S, Peng J et.al. Amelioration of hepatic steatosis by dietary essential amino acid-induced ubiquitination. Mol Cell. 2022 Apr 21;82(8):1528-1542.e10. doi: 10.1016/j.molcel.2022.01.021. Epub 2022 Mar 3. PMID: 35245436.
[6] Kimura T, Hesaka A, Isaka Y. D-Amino acids and kidney diseases. Clin Exp Nephrol. 2020 May;24(5):404-410. doi: 10.1007/s10157-020-01862-3. Epub 2020 Feb 29. PMID: 32112266; PMCID: PMC7174270.
[7] Neis EP, Dejong CH, Rensen SS. The role of microbial amino acid metabolism in host metabolism. Nutrients. 2015 Apr 16;7(4):2930-46. doi: 10.3390/nu7042930. PMID: 25894657; PMCID: PMC4425181.
[8] Moormann J, Heinemann B, Hildebrandt TM. News about amino acid metabolism in plant-microbe interactions. Trends Biochem Sci. 2022 Oct;47(10):839-850. doi: 10.1016/j.tibs.2022.07.001. Epub 2022 Aug 1. PMID: 35927139.