維生素C研究進(jìn)展及其在寵物臨床中的應(yīng)用

翟衛(wèi)民

（上海晶明寵物醫(yī)院，上海 200331）

1 維生素C的理化性質(zhì)

維生素C可治療維生素C缺乏病，又稱(chēng)為抗壞血酸[1-3]。提純的維生素C為無(wú)臭、味酸的白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，久儲(chǔ)易變色為微黃。維生素C微溶于乙醇，不溶于有機(jī)溶劑，易溶于水，呈酸性。密度為1.694 g/cm3，熔點(diǎn)為190～192℃，沸點(diǎn)為553℃。天然的維生素C廣泛存在于酸棗、橘子、檸檬等水果和番茄、馬鈴薯、卷心菜等蔬菜中，是動(dòng)物機(jī)體必需的微量有機(jī)物質(zhì)之一，在調(diào)節(jié)機(jī)體代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用。大多數(shù)哺乳動(dòng)物乃至大多數(shù)脊椎動(dòng)物均可以D-葡萄糖為原料，在肝臟中自行合成維生素C。但靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物、飛行類(lèi)哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)以及豚鼠因缺乏L-古洛糖酸內(nèi)脂氧化酶（L-gulono-g-lactone oxidase，GULO）而失去此功能，必須從外界獲取維生素C。但因自體合成數(shù)量及腸道吸收量的限制，所有動(dòng)物均有可能出現(xiàn)維生素C缺乏的情況。

維生素C在動(dòng)物體內(nèi)主要以還原型維生素C，即L-抗壞血酸（L-ascorbic acid，ASC）和氧化型維生素C，即L-脫氫抗壞血酸（L-dehydroascorbic acid，DHA）等兩種形式存在，且ASC占大多數(shù)。動(dòng)物機(jī)體內(nèi)很多細(xì)胞均易將DHA轉(zhuǎn)化成ASC，故以二者總和計(jì)算維生素C的含量。維生素C的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式可分為自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸[4-7]。胃和小腸部位的非電離型維生素C可通過(guò)自由擴(kuò)散方式跨膜運(yùn)輸，但對(duì)于疏水性極差的ASC、DHA效率極低，DHA可依賴(lài)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporters，GLUTs）協(xié)助擴(kuò)散。

GLUT包括5個(gè)蛋白亞型，廣泛分布于多種組織細(xì)胞中。其中，紅細(xì)胞可利用GLUT，依靠?jī)?nèi)外化學(xué)電動(dòng)勢(shì)獲取DHA并立即還原為ASC，雖然維持了DHA的血漿濃度優(yōu)勢(shì)，但也受到血漿濃度的限制。其他組織細(xì)胞則可依賴(lài)鈉離子依賴(lài)型維生素C轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（sodium-dependent vitamin C transporters，SVCTs）獲得逆濃度梯度的維生素C，通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸方式運(yùn)輸ASC，其中起到主要作用的是SVCT1和SVCT2。

SVCT1主要分布于小腸、腎臟上皮細(xì)胞中，SVCT2則廣泛分布于機(jī)體各類(lèi)組織中，其中，胎盤(pán)、神經(jīng)元中尤其多。SVCT1主要負(fù)責(zé)胃腸對(duì)維生素C的吸收和腎臟對(duì)維生素C的重吸收，而SVCT2則主要負(fù)責(zé)維生素C的分配和運(yùn)輸。由此可知，受制于SVCT的能力，即使大劑量口服維生素C，血漿中維生素C的濃度也存在上限，而機(jī)體維生素C的消耗受意外條件的影響而增加，使靜脈注射大劑量維生素C提高疾病治愈率成為可能。

2 維生素C的作用

2.1 抗氧化

維生素C的大部分生物學(xué)功能由其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定。維生素C分子式為C6H8O6，內(nèi)酯環(huán)結(jié)構(gòu)上存在兩個(gè)活躍的羥基，極易發(fā)生電離（pKa分別為11.6、4.2），生成ASC和DHA，而DHA可在一系列酶促反應(yīng)中被還原為ASC。因此，ASC成為了天然抗氧化劑，上述反應(yīng)中還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）依賴(lài)DHA還原酶介導(dǎo)的反應(yīng)最具有代表性。

線(xiàn)粒體氧化磷酸化過(guò)程及細(xì)菌、病毒誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)過(guò)程中均可產(chǎn)生大量活性氧自由基。許多蛋白質(zhì)和酶需要巰基（—SH）才能夠發(fā)揮生理功能，但巰基易受到氧化自由基的氧化，若無(wú)法盡快清除活性氧自由基即能發(fā)生DNA氧化、脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)、氨基酸氧化等。保護(hù)紅細(xì)胞膜上的巰基可防止溶血、保護(hù)血紅蛋白防止其氧化成高鐵血紅蛋白等[8-10]。另外，維生素C能夠與維生素E協(xié)同作用[11]，及時(shí)清除疏水區(qū)間氧化自由基；通過(guò)還原反應(yīng)介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，還能夠有效維持氧化還原環(huán)境的平衡，對(duì)維持細(xì)胞完整性及細(xì)胞正常的生理活動(dòng)非常重要。

2.2 膠原蛋白合成

膠原蛋白（collagen）主要存在于皮膚、骨骼、內(nèi)臟等各部位，可維持皮膚及其他器官的形態(tài)。為促進(jìn)膠原蛋白分子交聯(lián)、保證組織結(jié)構(gòu)的完整，需要膠原蛋白脯氨酸-4-羥化酶（collagen-4-hydroxylase，C-P4H）。C-P4H是亞鐵離子和2-氧戊二酸鹽依賴(lài)型雙加氧酶，催化膠原蛋白脯氨酸殘基發(fā)生羥基化反應(yīng)，生成（2S,4S）-4-羥脯氨酸。而維生素C正是C-P4H發(fā)揮酶活性的輔助因子。

除了C-P4H，如此家族中多巴胺β-羥化酶（dopamine beta-hydroxylase，D-βH）可催化多巴胺生成去甲腎上腺素，γ-丁內(nèi)胺雙加氧酶（γ-butyrobetaine dioxygenase，GBBH）可催化肉毒堿合成，肽酰甘氨酸加氧酶（peptidylglycineα-hydroxylating monooxygenase，PHM）可催化部分激素前體蛋的酰胺化反應(yīng)等。一旦缺乏維生素C，大量的Fe2+被氧化為Fe3+，C-P4H很快失去酶活性，嚴(yán)重影響膠原蛋白上脯氨酸殘基羥基化，引發(fā)維生素C缺乏病。特定部位毛細(xì)血管破損無(wú)法及時(shí)修復(fù)，引發(fā)瘀血、傷口愈合延遲、關(guān)節(jié)痛、紫癜等，嚴(yán)重者可引起死亡[12-15]。若重新添加維生素C，大量Fe3+被還原成Fe2+，C-P4H酶活性可完全恢復(fù)。此外，維生素C還可促進(jìn)Fe3＋向Fe2＋轉(zhuǎn)化，還能夠增加機(jī)體對(duì)鐵元素的吸收，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵蛋白表達(dá)。

2.3 延緩細(xì)胞衰老和凋亡

維生素C能夠通過(guò)對(duì)5-甲基嘧啶修飾酶1，JumonjiC結(jié)構(gòu)域的組蛋白去甲基化酶的調(diào)節(jié)，參與對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重塑和對(duì)效應(yīng)基因表達(dá)的調(diào)控。維生素C能夠通過(guò)增強(qiáng)HIF-PHs的活性，誘導(dǎo)HIF-2α降解，促進(jìn)前體iPSCs成熟，抑制重編程過(guò)程中p53基因的表達(dá)。維生素C還能夠調(diào)控蛋白ALKBHs，ALKBHs不僅能夠除去組蛋白H2A上的甲基化修飾，還可與核心多能因子相互作用，共同調(diào)控胚胎干細(xì)胞特異性miRNA的表達(dá)。上述反應(yīng)不僅能夠延緩細(xì)胞的衰老和凋亡，還可對(duì)部分組織的修復(fù)起到促進(jìn)作用。

2.4 抗癌抗腫瘤

20世紀(jì)70年代起，人們開(kāi)始維生素C抗腫瘤抗癌癥方面的研究。經(jīng)過(guò)多次臨床試驗(yàn)及動(dòng)物試驗(yàn)，逐步揭開(kāi)維生素C抗癌、抗腫瘤的秘密。

基因組異常高甲基化是引發(fā)細(xì)胞癌變的重要原因，DNA基因啟動(dòng)區(qū)CpG島中的高甲基化可抑制抑癌基因的表達(dá)。大部分成因是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）功能亢進(jìn)和TET家族蛋白的功能缺失，而維生素C能夠提升TET家族中絕大部分酶活性，相應(yīng)減少甚至避免了DNA高甲基化，促進(jìn)抑制腫瘤基因的表達(dá)[16-17]，促進(jìn)干細(xì)胞分化，增強(qiáng)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi)誘導(dǎo)的免疫信息。

HIF-1α是轉(zhuǎn)錄因子，癌癥細(xì)胞中HIF-1α?xí)憩F(xiàn)出更高的表達(dá)水平，可調(diào)控?cái)?shù)百個(gè)惡性腫瘤相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄，通過(guò)上調(diào)細(xì)胞糖酵解、紅細(xì)胞生成、細(xì)胞存活通路、血管生成及組織重塑等使細(xì)胞適應(yīng)快速生長(zhǎng)而引起的缺氧及代謝應(yīng)激，其中包括決定腫瘤血管生成的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子。維生素C不僅能夠調(diào)控HIF-1α羥基化修飾，還可作為Fe2+/α-KGDDs的輔助因子增強(qiáng)HIF羥化酶的功能，抑制HIF-1α的轉(zhuǎn)錄并阻斷其下游通路，促進(jìn)其蛋白降解。

在維生素C不同活性形式相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，當(dāng)脫氫抗壞血酸濃度達(dá)到100 nmol/L以上時(shí)，即可生成H2O2；H2O2進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，首先可造成DNA損傷，為修復(fù)損傷會(huì)消耗大量能量（ATP）。腫瘤細(xì)胞能夠表現(xiàn)出特有的瓦博各效應(yīng)（Warburg effect），即糖酵解反應(yīng)活躍，葡萄糖消耗量大，乳酸含量高，能量代產(chǎn)生效率低。維生素C進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)可迅速還原為維生素C原型，進(jìn)一步升高ROS水平，產(chǎn)生類(lèi)似H2O2的影響，導(dǎo)致細(xì)胞能量耗竭，線(xiàn)粒體損傷，進(jìn)而使細(xì)胞凋亡。有研究表明，維生素C對(duì)正常細(xì)胞的殺傷作用（EC50）大于20 mmol/L，而對(duì)癌癥細(xì)胞的EC50小于4 mmol/L[13]。

2.5 調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路

人們對(duì)維生素C的傳統(tǒng)研究領(lǐng)域集中于其氧化還原性及輔助因子輔酶，而作為調(diào)控細(xì)胞信號(hào)通路因子的相關(guān)研究是近二十年來(lái)新興和活躍的領(lǐng)域。

有研究發(fā)現(xiàn)，維生素C能夠通過(guò)降低ROS的水平抑制P38MAPK的活性，抑制P53引發(fā)的細(xì)胞衰老，還能夠通過(guò)激活ERK信號(hào)通路，促進(jìn)損傷組織內(nèi)皮細(xì)胞的再生及成熟[2]。維生素C可通過(guò)抑制NFkβ的信號(hào)激活參與炎癥發(fā)生、腫瘤形成、細(xì)胞凋亡等生物學(xué)過(guò)程。有研究表明，維生素C可通過(guò)激活MEK-ERK1/2通路促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖,能夠通過(guò)抑制部分腺苷酸環(huán)化酶降低細(xì)胞中cAMP的積累，抑制前體脂肪細(xì)胞的成熟和分化[2]。

2.6 膽固醇代謝

膽固醇不僅可作為細(xì)胞膜及血漿脂蛋白的重要組分，還是許多重要物質(zhì)的前體，如膽汁酸、腎上腺皮質(zhì)激素、維生素D、性激素等。膽固醇代謝過(guò)程中，維生素C是膽固醇環(huán)狀部分羥化的輔酶，側(cè)鏈分解即成為膽汁酸；膽固醇合成過(guò)程中，維生素C可通過(guò)抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（HMG-CoA還原酶）抑制膽固醇的合成[18-20]。因此，維生素C能夠雙向調(diào)節(jié)膽固醇的代謝與合成。

3 維生素C在寵物臨床診療中的應(yīng)用

維生素C在寵物臨床診療中的應(yīng)用多樣。如處理物理性損傷及化學(xué)性損傷，此類(lèi)損傷均為組織結(jié)構(gòu)完整性的破壞，修復(fù)需要大量膠原蛋白。包括創(chuàng)傷、角膜損傷、骨折以及中毒引起的肝臟、腎臟損傷等[21-23]。研究表明，維生素C可應(yīng)用于治療感染引起的疾病，病毒感染如犬瘟熱、貓瘟等；細(xì)菌引起的感染包括肺炎、胃腸炎、肝炎、腎炎以及子宮內(nèi)膜炎引起的子宮蓄膿等[24-26]。維生素C還可參與治療抗癌、抗腫瘤性疾病，如淋巴瘤、乳腺瘤、肥大細(xì)胞瘤等。此外，維生素C對(duì)洋蔥、辣椒、百合、對(duì)乙酰氨基酚等引起的中毒性疾病也具有一定治療效果。

養(yǎng)殖過(guò)程中使用維生素C可優(yōu)化血清指標(biāo)，增強(qiáng)動(dòng)物抗氧化能力。生理濃度水平的維生素C具有表觀(guān)遺傳學(xué)調(diào)節(jié)作用，但對(duì)于疾病治療必須為更高的血清濃度，甚至10倍以上濃度。高濃度無(wú)法依靠口服給藥途徑達(dá)到，必須通過(guò)靜脈給藥[27-30]。有關(guān)維生素C的安全性，人民醫(yī)院臨床實(shí)踐報(bào)道最高劑量為3 000～10 000 mg/d，大鼠試驗(yàn)劑量可達(dá)1 000 mg/d，均未見(jiàn)不良反應(yīng)。大鼠試驗(yàn)中以劑量為150 mg/d療效較好[31]。

4 結(jié)論

維生素C在動(dòng)物機(jī)體中的生化過(guò)程和所起的作用仍有待探索和研究。維生素C在涉及炎癥、腫瘤、損傷等疾病的寵物臨床治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。