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谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸组成的三肽，广泛存在于自然界中，是组织细胞中最主要的非蛋白巯基化合物和含量最丰富的低分子多肽。早在一百多年前，人们就发现了GSH，并于1935年首次进行了人工合成。目前已知，谷胱甘肽直接或间接参与许多重要的细胞生理功能活动，如：蛋白质和DNA的合成，酶活性的维持，细胞内物质的代谢和转运以及保护细胞免受氧自由基的损害。研究表明，GSH作为体内主要的生物抗氧剂和自由基清除剂，在维持体内正常的氧化状态和抗氧化防御机制中起着重要的作用。目前，GSH研究正受到越来越多的关注。
1 GSH的结构与合成
GSH 是由谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸三个氨基酸组成，有氧化型（GSSG）和还原型(GSH)两种存在形式。GSH结构特点：它的N端肽键由谷氨酸的γ－羧基和半胱氨酸的氨基构成，这种结构使其不像大多数多肽那样被多肽水解酶在N端氨基酸的γ－羧基处分解，而只能被某些特定的存在于胞膜外侧的γ－谷氨酰转移酶清除。
在健康成人中，GSH主要由肝还原GSSG获得，体内每天GSH合成量为8～10g，其中80％是由肝脏合成并经血液循环系统转移至组织器官中，还有小部分可由骨骼肌、红细胞、白细胞合成。GSH的合成由两步酶促反应构成：谷氨酸、半胱氨酸在γ－谷氨酰半胱氨酸合成酶催化下合成γ－谷氨酰半胱氨酸（γ－glutamycysteine），然后在GSH合成酶作用下，γ－谷氨酰半胱氨酸和甘氨酸合成谷胱甘肽。影响合成的因素是：（1）半胱氨酸的量制约GSH的合成速度和合成量，如体内半胱氨酸量不足，则导致其合成下降；（2）GSH的反馈调机制，谷氨酰半胱氨酸合成酶受GSH的负反馈调节。体内谷胱甘肽循环包括以下六步：(1)在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶作用下合成γ－谷氨酰半胱氨酸（γ－glutamycysteine）（反应1），合成的原料由细胞外转运或通过谷氨酰转肽酶反应而来。(2) 在GSH合成酶作用下，γ－谷氨酰半胱氨酸与甘氨酸合成谷胱甘肽（反应2）；(3)谷氨酰转肽酶位于某些细胞膜外侧，催化细胞外GSH的谷氨酰基转到一个氨基酸上（通常是半胱氨酸），经γ- 谷氨酰转肽酶（γ-glutamyl transpeptidase）催化，作用于含硫醇氨基酸、某些二肽以及GSH本身的γ- 谷氨酰部分，在转运过程中，GSH与γ-谷氨酰转肽酶结合形成γ-谷氨酰氨酸（γ- glutamyl amino acid）而进入细胞(反应3)；(4)细胞内γ-谷氨酰氨酸作为γ-谷氨酰环转移酶（γ- glutamyl cyclotransferse） 的底物，分解为相应的氨基酸和5－氧-L-脯氨酸（反应4）；(5)受5－氧脯氨酸酶催化ATP依赖性5－氧-L-脯氨酸转变为L－谷氨酸（反应5）；(6)在转肽酶作用下形成的半胱氨酸谷氨酸（cysteinylglycine）进而被二肽酶（dipeptidase）降解为谷氨酸和半胱氨酸(反应6)。这6步反应组成体内γ-谷氨酸循环，负责体内GSH的合成与代谢。GSH的合成依赖于体内半胱氨酸的利用，或直接从饮食中获取半胱氨酸，或间接从蛋氨酸得到。在细胞内合成GSH时，如果转运的二肽是γ-谷氨酰半胱氨酸，可以直接和甘氨酸合成GSH，其他氨基酸则必须通过谷氨酰环转移酶和氧脯氨酸酶两步酶促反应生谷氨酸，再进而遵循(1)、(2)步反应合成GSH。GSH和GSSG两种形式可以相互转化，GSH可由谷胱甘肽还原酶作用于GSSG而获得，参与还原作用的NADPH由磷酸戊糖途径而来，正常生理情况下，反应循GSH方向进行。
2 GSH的理化性质及分析
纯GSH为片状粉末，摩擦具静电荷，使片剂和胶囊的制备工艺难度加大；并且GSH是一强还原剂，制备时还应加抗氧化措施，专利W 5214114提出用晶状维生素C作添加剂，维生素C在此有三个作用：(1)作为抗氧剂、电荷中和剂；(2)在制备中起润滑剂和助流剂作用；(3)VitC有助于GSH穿过小肠上皮细胞膜。
3 GSH的体内转运和分布
GSH分布广泛，主要集中在细胞内，浓度范围从0.5～10mM，大部分分布在胞浆（85％～90％），小部分（10％～15％）分布在线粒体，但线粒体中的GSH对细胞生理作用更为重要。生理情况下，经呼吸氧化可产生部分氧自由基，在GSH过氧化物酶作用下，GSH是唯一抗氧自由基防线，而线粒体缺乏制造GSH的酶，只能从胞浆中输入GSH，同时，线粒体也不能将被氧化的GSSG输出。因此，在生理和病理氧化应激状态，线粒体GSH的浓度与细胞死亡相关性比胞浆内GSH更大。血浆GSH含量仅为胞内浓度的千分之一，且半衰期仅1.6min。细胞内谷胱甘肽99％以还原形GSH存在。组织中GSH/GSSG为99/1，血浆中比例为1.6。
肝脏是GSH的主要合成和消耗场所。正常健康成人肝脏合成GSH为8～10g/d，合成的GSH通过肝血窦进入血液或胆道、肠腔。流入肝血窦和流入毛细血管的GSH比例，随年龄和肝内血GSH含量而变化，两者的输出由载体转运。研究表明，肝血窦 输出的GSH为血浆GSH的主要来源，肝内GSH与血浆GSH呈正相关。血浆GSH主要被肾、肺分解利用，水解后的氨基酸通过血液循环，被肝或其他器官摄取重新合成GSH。胆管内相当一部分GSH被分解，释放的氨基酸被肝摄入重新合成GSH。胆内GSH的另一功能是作为黏液溶解原，可防止胆石形成，进入肠内的GSH可被肠上皮细胞完整摄入，GSH可保护肠上皮细胞免于氧自由基损伤。GSH主要由肾脏消除。约50％～67％的净血浆GSH经肾转运，通过肾脏时，约80％或更多血浆GSH被重吸收，大大超过肾小球的滤过作用，同时，滤过的GSH逐步被上皮细胞上γ-谷氨酸转移酶和半胱氨酸甘氨酸二肽酶降解，剩余部分则经不相关的基底外侧膜（basal-lateral membranes）上Na＋通道转运。从肝脏转运的GSH与胆小管细胞上的转肽酶相互作用，被胆内皮细胞代谢重吸收。大鼠肝静脉和胆汁中GSH含量分别为12和4nmols/(g·min)。在全血中，99％的GSH存在于红细胞中（其中16％为结合状态），血浆中仅有0.5％GSH，（全部为结合状态）；相比之下，97％的半胱氨酸存在于血浆中，其中60％是以结合状态存在，仅有3％的CYS存在于红细胞中。细胞内的GSH被血清所含的GSH过氧化氢氧化为GSSG，该反应受H2O2和其他氧化物催化，GSH也可经转氢酶或自由基作用转变为GSSG。
4 GSH药学研究及应用
细胞中GSH缺陷可能产生过度氧自由基，氧化胞浆膜，改变膜通透性；氧化含巯基酶，使其失活；氧化DNA，使其断链；引起大分子凋零，形成脂质过氧化物（LPO），毒性物质增加，最终导致细胞死亡。尤其是形成的LPO在细胞损害中作用比氧自由基更大，因为它的终产物如丙二醛具有毒性，且可通过自由基链反应产生放大作用。GSH不仅能在酶催化下和LPO反应抑制自由基的形成，并能同自由基结合变成稳定分子，因此，是体内最重要的抗氧化剂和自由基清除剂。但在某些情况下，GSH正常生理供应量不足或GSH分布不充分或局部对GSH需求量增大时，补充外源性GSH，从而增加细胞内GSH量，则是十分必要的。理想的方法是提供富含蛋白质的饮食，然而当饮食中含有20％～25％蛋白质的小鼠喂食额外的含巯基氨基酸、GSH甚至谷胱甘肽酯（GSHE）时，其组织器官中GSH水平提高未见提高。只有在机体GSH水平缺陷情况下给予外源性谷胱甘肽，体内GSH水平才能增高。
GSH分子不稳定，口服吸收差，不能有效提高细胞内GSH水平，而大剂量口服GSH，又可能导致半胱氨酸引起的肾结石、胃肠不适以及腹胀等副作用，因此，许多人开始研究GSH的前体药物。据报道：口服GSHE稳定性和吸收速度较GSH好，且不受机体GSH反馈调节，能有效提高GSH生物利用度。但GSHE较昂贵，进入细胞后水解生成对细胞有害的乙醇，限制了它的使用。另有报道GSH和GSHE的生物利用度低，大鼠口服GSH和GSHE不能提高GSH和CYS血液浓度；但因为肝能有效摄取GSH和GSHE分解产生的CYS，因此给予低剂量时就可观察到肝CYS和GSH水平增高。Ignazio等试验结果表明口服GSH生物利用度几乎可忽略不计，腹腔注射0.15～0.5mmol/kg GSH也未发现血液中GSH浓度增高，只有给予5mmol/kg后硫醇类含量有显著增高，但相比iv给药，其AUC不超过10％。口服给药后血液中GSH含量偏低不能用肝脏首过作用解释，因为肝门静脉GSH亦未见增加；也不能用胃肠道吸收障碍解释，因为对清醒大鼠强饲GSH，其AUC并没有不同，并且ip CYS 后肝门静脉CYS含量迅速升高，提示腹腔注射GSH生物利用度极低可能是由于被小肠上皮的γ-GT水解。相比GSH，GSHE亲脂性更强，又不是γ-GT酶底物，但给药后的AUC与GSH相似，只是观察到血中GSH和CYS浓度升高时间延迟，可能是GSHE分解为组成氨基酸存在延迟作用。研究表明，GSHE的吸收和细胞转运较慢，肝内GSH水平升高维持时间较GSH给药长，但其分解产物具有毒性，因此与口服GSH相比并没有突出优点。Jose等对几种外源性GSH补充剂进行了比较，结果表明：对禁食、给GSH合成酶抑制剂（BSO）大鼠GSH、N-acetylcystein (NAC)、或L－methionione（MET）、GSHE以及 GSH脂质体均能有效提高肝GSH水平，但MET可造成肝ATP水平下降，GSH脂质体只能用于注射且稳定性差，NAC口服治疗扑热息痛过量中毒小鼠效果明显，但注射给药反而引起肝GSH衰竭，这主要原因是胃酸性pH条件能维持NAC的还原状态。Jose对口服GSH提高肝GSH水平的机理研究表明：口服GSH在胃肠道受γ-谷氨酰转肽酶和小肠二肽酶共同作用，分解为组成氨基酸，再转运至肝脏重新合成可利用GSH。Aw等人给正常小鼠口服100mg/kg的GSH后小鼠给予口服剂量100mg/kg后于30、45、60min测定血浆和组织浓度，正常组小鼠30min内血浆GSH浓度从30mM升至70mM，而在此时间内，除肺外，肝、肾、心、大脑、小肠和皮肤中GSH均未超过正常值；对小鼠连续给5天用BSO处置后给予相同剂量的GSH，可以发现除肝外，其他组织器官GSH浓度均有显著提高，给予相同剂量的谷氨酸、半胱氨酸和氨基乙酸，小鼠组织中的 GSH无显著变化。有人认为GSH可在十二指肠中后段和结肠前段被吸收；也有人认为口服GSH将在胃肠道分解，尤其是在碱性条件下易被十二指肠上的二硫酶和肽酶水解。体内合成GSH必须要有CYS参与，因此，有人认为口服GSH本身无效。
大鼠静注GSH的药物动力学结果显示药-时曲线符合二室模型，给予单剂量50～300mmol/kg GSH，soluble thiols minus GSSG和总硫醇，随剂量增加cls从0.84增加至2.44ml/min；t1/2从52.4减少至11.4min；k12从3.78减少至1.33；k21 6.0减少至0.51；分布t1/2为剂量依赖型，可能原因是主动吸收的超载。给予大鼠50、100mg/kg剂量时，血浆浓度会迅速调节至基础值，只有当剂量大于200、300mg才能提高血浆浓度。10名健康受试者静注GSH后GSH从13.4～17.5mmol/L升为326～823mmol/L，表观分布体积为107～176ml/kg，消除速率常数为0.027～0.063/min，半衰期为9.2～14.1min，（另有报道小鼠t1/2为1.9min）。CYS血浆浓度3.5～9mmol/L升至45～114mmol/L，尽管血浆CYS升高，但总胱氨酸量下降，提示有更多半胱氨酸从血浆转移至细胞。尿中GSH和CYS在注射90min后分别增加300和90倍。数据显示GSH被迅速消除，其主要原因GSH在血浆中的氧化速度超过组织吸收和分布，因此，血浆GSH水平被机体迅速调节在一个狭窄的生理范围。单剂量给绵羊600mg GSH，测得静脉血浆和肺淋巴中GSH含量迅速增高，平均血浆浓度为50mM，达峰时间为30min，45min回到基线，肺淋巴峰浓度为100mM，达峰时间15min，30min回到基线。在观察的3h期间，ELF水平发生变化，但未见明显提高，而尿排泄15min后迅速提高。血浆中主要为GSH，ELF中75.4%为GSH，尿中59.6％为GSH。
大鼠口服GSH后能完整地从小肠中吸收，将GSH以生理盐水或混在固体饲料中给药（饲料含5mg/g），90min后血浆浓度从15mmol/L升至40mmol/L并维持2h以上。给予GSH组成氨基酸未见血浆GSH浓度升高。给予BSO(300mg/kg)和阿西维辛（10mg/kg）后给GSH，结果证明血浆GSH浓度升高是来源于GSH的肠道吸收而不是其代谢物。GSH的吸收受各种因素影响，体内激素、肝合成与释放、氧化/还原型比例都影响体内GSH池。据报道：人日常食物中GSH含量大约为15mg/d，与实验给药剂量15mg/kg相比，不会引起血浆GSH浓度升高，而后者可使血浆GSH浓度提高2～5倍。
Witschi 对7名健康志愿者口服单剂量3g GSH，事先测定GSH、Cys、谷氨酸盐基础值分别为6.2、8.3、54mmol/L，给药270min内血浆中GSH 浓度未见提高。提示可能由于GSH被小肠和肝内γ-GST酶水解，口服给药不能使血中GSH年浓度达到临床治疗有效浓度。5名健康受试者口服GSH（15mg/kg）后，4名受试者血药浓度增高1.5～10倍，平均增高为3倍。1h达峰值，3h后下降至1/2Cmax。
据报道：GSH毒性极低，口服GSH的LD50难以测定，因为给予大剂量GSH也不易看到毒性效果。但在维生素缺乏情况下可见到毒副反应， GSH、CYS经肾排泄，高剂量的GSH可能造成结晶尿而产生CYS结石，导致慢性肾毒性，因口服GSH剂量超过10g/d的长期服药患者应进行血药浓度监测；另一方面，个体给药剂量低于50mg不能产生有效的临床疗效。
口服GSH可提高肝GSH水平，试验表明口服GSH只有在高剂量时才能增加血浆浓度，但给予较低剂量时就可观察肝GSH水平提高， GSH的临床疗效。
许多疾病状态体内GSH水平降低，特别是某些器官和系统的GSH降低。如HIV/AIDS、糖尿病、成人呼吸窘迫综合征、视网膜退化等，都是由于过度自由基和GSH缺乏，其他一些慢性病如心衰、冠状动脉硬化、风湿性关节炎、晚期癌症等也与GSH缺乏有关。临床和临床前研究表明：糖尿病患者细胞内谷氨酸酶增高引起GSH合成阻碍，造成GSH水平降低；这一解释也同样适用于白内障、闭塞性血管硬化症以及易感病人。HIV/AIDS 患者可能由于感染HIV病毒而造成血浆中GSH含量降低。GSH可以和某些致癌物、亲电性物质形成GSH S－结合物，阻止其与DNA反应而发挥抗氧作用；也可和一些重金属如镍、铅、钙、汞、钒、锰等形成螯合物解毒；GSH还参与一些药物如麻醉剂吗啡的代谢，缓解顺铂的肾毒性、阿霉素引起的心肌炎、扑热息痛和乙醇的肝毒性。对8名肝癌患者给予高剂量GSH 5g/d，除2名因严重副作用退出外，其余患者均有效。GSH可提供活性巯基或在酶催化下直接与自由基结合保护肝组织，因此可辅助治疗病毒性肝炎以及肝炎肝硬化，对肝癌栓塞化疗病人有明显护肝作用。对肿瘤病人肝、肾损伤和药源性肝、肾损害亦有良好疗效。
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作者单位： ６１００８３ 四川成都，成都军区总医院药学部
(编辑：邓 锋)