必备知识
一、氨基酸类药物概述
（一）氨基酸类药物的定义
氨基酸是构建生物机体的众多生物活性分子之一，是构建细胞、修复组织的基础材料。氨基酸的平衡和适量的供应是人体健康的基本前提，一种氨基酸供应的缺乏，可能会影响免疫系统和其他正常功能的发挥，使人体处于亚健康状态，变得比较容易遭受疾病的侵袭。
根据氨基酸对人体营养价值不同，可分为必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。必需氨基酸是人体自身合成不足或合成速度不能满足人体需求，需由食物摄取的氨基酸。人体必需氨基酸有8种，分别为亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。
（二）氨基酸类药物的分类
目前，用作药物的氨基酸有构成蛋白质的22种常见蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸100多种。氨基酸类药物类别可以分为以下几种。
1．复方氨基酸输液
将多种结晶L-氨基酸依特定比例混合配制而成的复方静脉内输注液称为复方氨基酸输液。其可作为静脉滴注用以补充患者营养的不足，促进蛋白质、激素以及酶等的生物合成，提高血浆中蛋白质浓度和组织蛋白含量，维持机体的氮素平衡，调节机体的生理功能。氨基酸输液配方模式是根据膳食研究和人体需要量精确计算出来的，常见的氨基酸输液配方模式如表2-1-1所示。
表2-1-1 结晶氨基酸输液组成模式 （×10mg/L）
① E含量/%是指每个组成模式中必需氨基酸含量占氨基酸总量的比值。
② E/T指每个组成模式中必需氨基酸含量与总氮含量的比值。
2．治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物
该类氨基酸药物主要有谷氨酸及其盐酸盐、谷氨酰胺、甘氨酸及其铝盐、硫酸甘氨酸铁、维生素U及盐酸组氨酸等，主要通过保护消化道黏膜或促进黏膜增生而起到防治胃及十二指肠溃疡的药理作用，或通过调节胃液pH来达到治疗消化道疾病的目的。其中，谷氨酸盐酸盐可同时起到提供盐酸和促进胃液分泌的作用，可治疗胃液缺乏症、消化不良及食欲不振；甘氨酸及其铝盐可中和过多胃酸，保护黏膜，用于治疗胃液过多症和胃溃疡。
3．治疗肝病的氨基酸及其衍生物
治疗肝病的氨基酸药物有精氨酸盐酸盐、磷葡精氨酸、鸟天氨酸、谷氨酸钠、甲硫氨酸、乙酰甲硫氨酸、瓜氨酸、盐酸赖氨酸天冬氨酸等，L-精氨酸、L-鸟氨酸以及L-瓜氨酸是机体尿素循环代谢的中间体，可加速肝脏解氨毒作用，用于治疗外科、灼伤以及肝功能不全导致的高血氨症，精氨酸还可以作为肝昏迷的急救药。L-谷氨酸可激活三羧酸循环，有利于降低血氨浓度。在ATP作用下，氨与谷氨酸结合形成谷氨酰胺，可解除脑组织氨中毒，临床上用于治疗肝昏迷以及肝性脑病等高血氨症；甲硫氨酸和乙酰蛋氨酸是生物体内胆碱合成的甲基供体，促进磷脂酰胆碱合成，可用于慢性肝炎、肝硬化、脂肪肝以及药物性肝损伤；L-天冬氨酸可促进鸟氨酸代谢循环、促进氨和CO2形成尿素、降低血氨和CO2、增强肝功能、消除疲劳，临床上常用于慢性肝炎、肝硬化及高血氨症等病症。
4．治疗脑及神经系统的氨基酸及其衍生物
这类氨基酸药物常见的有谷氨酸钙盐及镁盐、氢溴酸谷氨酸、色氨酸、5-羟色氨酸、酪氨酸亚硫酸盐及左旋多巴等。L-谷氨酸钙盐和镁盐有维持神经肌肉正常兴奋的作用，临床上常用于治疗神经衰弱、神经官能症、脑外伤、脑机能衰竭以及癫痫发作；γ-酪氨酸是中枢神经突触的抑制性递质，可激活脑内葡萄糖代谢，有利于乙酰胆碱合成，恢复脑细胞功能并有中枢降血压作用，用于改善记忆以及语言障碍、脑外伤后遗症、癫痫、肝昏迷抽搐及躁动等病症；L-色氨酸及5-羟色氨酸在体内可转变为5-羟色胺，临床上L-色氨酸常用于治疗神经分裂症和酒精中毒，改善抑郁症，防止糙皮病；5-羟色氨酸及5-羟色胺用于治疗内因性抑郁症、失眠及偏头痛；左旋多巴在体内可转变为多巴胺，可用于震颤麻痹症及控制锰中毒等神经症状；酪氨酸亚硫酸盐可用于治疗脊髓灰质炎、结核性脑膜炎急性期、神经分裂症、无力综合征及早老性精神病等中枢神经系统疾病。
5．治疗肿瘤的氨基酸及其衍生物
治疗肿瘤的氨基酸药物常见的有偶氮丝氨酸、氯苯丙氨酸、磷乙天冬氨酸以及重氮氧代正亮氨酸等，其中偶氮丝氨酸是谷氨酰胺的抗代谢物，用于治疗急性白血病及霍奇金病；氯苯丙氨酸为5-羟色胺的生物合成抑制剂，有止泻及降温作用，可减轻肿瘤综合征症状；磷乙天冬氨酸是天冬氨酸转化为氨甲酰天冬氨酸过渡态化合物的类似物，抑制嘧啶的合成，可用于治疗B16黑色素瘤及Lewis肺癌。
6．其他
除上述用于临床的氨基酸外，其他许多氨基酸在临床上也有重要作用。如胱氨酸及半胱氨酸均有抗辐射损伤作用并能促进造血功能、增加白细胞和促进皮肤损伤修复，临床上用于治疗辐射损伤、重金属中毒、急慢性肝炎以及脂肪肝等；乙酰半胱氨酸作为呼吸道黏液溶解剂，适用于黏痰阻塞引起的呼吸困难等；乙酰羟脯氨酸参与关节和腱的某些功能，可用于治疗皮肤病，促进伤口愈合，治疗风湿性关节炎和结缔组织炎等疾病。
二、氨基酸类药物的生产方法
氨基酸常用制备方法有蛋白质水解提取法、微生物发酵法、酶合成法和化学合成法4种。目前，除少数几种氨基酸用蛋白质水解提取法、酶合成法和化学合成法外，大多数氨基酸以发酵法进行生产。
（一）化学合成法
化学合成法是指利用化学合成技术生产氨基酸的方法，是制备氨基酸的重要方法。它常以α-卤代羧酸、醛类、甘氨酸衍生物、异氰酸盐、乙酰氨基丙二酸二乙酯、卤代烃、α-酮酸及某些氨基酸为原料，经氨解、水解、缩合、取代及氧化还原等化学反应合成。此法优点是可以采取多种原料和多条路线合成氨基酸，特别是以石油化工材料为合成原料时，具有生产成本低、生产规模大、适合工业化生产以及产品分离纯化工艺简单等优点，由于产物多为DL-型消旋体，需经拆分才能得到L-型氨基酸，因此，产物拆分工艺相对复杂。目前，DL-型氨基酸的拆分主要采取固定化酶催化的方式进行，具有收率高、成本低、周期短等优点，也促进了化学合成法的发展。蛋氨酸、甘氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、脯氨酸等氨基酸可采取化学合成法进行生产。
（二）酶合成法
酶合成法，也称酶转化法，是指在特定的酶催化作用下使某些化合物转化成氨基酸的生产技术，是在化学合成法和发酵法基础上发展起来的新型氨基酸生产方法，它以化学合成的、生物合成的或天然存在的氨基酸前体为原料，将含特定酶的微生物、动植物细胞进行固定化处理，通过酶促反应制备特定氨基酸。本法具有产物浓度高、副产物少、成本低、周期短、收率高、固定化细胞或固定化酶可反复连续使用以及节约能源等优点。天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、异亮氨酸等氨基酸可通过酶法合成进行生产。
（三）蛋白质水解提取法
蛋白质水解提取法是以富含蛋白质的物质为原料，通过酸、碱或蛋白酶进行水解得到氨基酸混合物，产物经分离、精制和结晶后得到各种氨基酸，常用的有毛发、血粉、废蚕丝、豆粕、花生粕等蛋白质原料。
1．酸解法
在蛋白质原料中加入约4倍质量的6mol/L HCl或8mol/L H2SO4于110℃加热回流16～24h，或加压于120℃水解12h，使蛋白质得到充分水解并使氨基酸充分析出，产物为氨基酸混合物。
2．碱解法
在蛋白质原料中加入6mol/L NaOH或4mol/L Ba（OH）2于100℃水解6h，使蛋白质充分水解并使氨基酸充分析出，得到的产物为氨基酸混合物。
3．酶解法
在蛋白质溶液中加入蛋白酶，在酶的催化作用下，蛋白质一级结构中的肽链被水解，从而得到氨基酸混合物。
（四）微生物发酵法
微生物发酵法由微生物接种、发酵培养、产物分离与纯化等操作步骤组成，主要以细菌和酵母菌发酵生产为主。20世纪60年代后期，经人工诱变选育的营养缺陷型或抗代谢类似物变异菌株成为主要发酵生产菌种来源。目前，已获得了多种高产氨基酸杂交菌株及基因工程菌株并已投入生产，如苏氨酸和色氨酸工程菌。谷氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、酪氨酸等大多数氨基酸可通过发酵法生产。
三、氨基酸类药物的质量控制
目前，氨基酸类药物的质量控制以采取离子交换色谱、高效液相色谱或气相色谱等方法为主，其中的仪器常配备紫外-可见光谱吸收、荧光、化学发光等检测器。由于大多数氨基酸药物在紫外-可见光区无吸收，因此，需将氨基酸进行衍生化并转化为具有紫外-可见吸收或能产生荧光的物质才能被检测到，茚三酮是最常用的柱后衍生试剂，茚三酮柱后衍生法也被认为是氨基酸标准检测方法。柱后茚三酮衍生高效阳离子交换色谱法也成为一种成熟的经典氨基酸分析方法，柱前衍生反相高效液相色谱法是研究比较多的一种氨基酸分析方法，无需柱前、柱后衍生的高效阴离子交换色谱-积分脉冲安培检测法是一种新的氨基酸药物分析方法。此外，毛细管电泳技术在氨基酸及其对映体分析方面有重要作用。