L-异亮氨酸

产品名称: L-异亮氨酸
英文名: L-Isoleucine
中文别名:
英文别名:
Cas 号: 73-32-5
产品编码:BP3541
分子式: C₆H₁₃NO₂
分子量: 131.175
来源:
物理性状:
化合物类型: Amino Acids

纯度: 95%~99%
分析方法: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
鉴定方法: 质谱（Mass）, 核磁（NMR）
包装: 棕色小玻璃瓶，按客户需求包装。
存储: 贮存在避光密闭容器中，冷藏或者冷冻长期保存。
样品溶液最好临用新配。如果需要提前配制的话，最好分成独立包装冷冻保存（-20℃以下），临用前再取出解冻，通常可以保存2周。

可以满足克级以上大量需求，详情请咨询。

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L-异亮氨酸的HPLC图谱

储存条件：短期保存 2~8℃，长期保存 -20 ~ -80℃

引言/概述

在生命科学的宏伟画卷中，氨基酸作为构建生命大厦的基石，其重要性不言而喻。在构成蛋白质的二十种标准氨基酸中，支链氨基酸（Branched-Chain Amino Acids, BCAAs）——亮氨酸（Leucine）、异亮氨酸（Isoleucine）和缬氨酸（Valine）——因其独特的化学结构和广泛的生理功能而备受关注。L-异亮氨酸（L-Isoleucine），作为异亮氨酸的L-对映体，是人体必需的支链氨基酸之一。这意味着人体无法自行合成，必须通过饮食或外源性补充获得。其CAS登记号为73-32-5，分子式为C₆H₁₃NO₂。

长期以来，L-异亮氨酸主要被视作蛋白质合成的原料和能量代谢的调节剂。然而，随着研究的深入，特别是天然产物药理学和分子生物学技术的飞速发展，我们对L-异亮氨酸的认识已远远超越了其作为营养素的传统范畴。越来越多的证据表明，L-异亮氨酸是一种具有口服活性的多功能生物活性分子，在细胞信号转导、免疫调节、代谢稳态维持乃至抗感染防御中扮演着关键角色。它不仅是酿酒酵母、大肠杆菌等微生物的代谢产物，也是植物、藻类乃至人体自身的代谢物，这凸显了其在生物界中的普遍性和进化上的保守性。

近年来，L-异亮氨酸在调节炎症反应、抵御病原体方面的作用尤为引人注目。它能够通过影响关键的信号通路，特别是与蛋白质合成和细胞生长密切相关的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路，来精细调控机体的免疫应答。这种调节作用赋予了L-异亮氨酸在治疗代谢性疾病、炎症性疾病、感染性疾病以及肌肉萎缩症等方面的巨大潜力。本综述旨在系统梳理L-异亮氨酸的化学特性、天然来源、药理活性、作用机制、成药性特征及其临床应用前景，以期为这一经典分子的现代药理学价值提供一个全面而深入的学术视角。

化学结构与理化性质

L-异亮氨酸的化学结构是其生物学功能的基础。作为一种α-氨基酸，其结构通式包含一个氨基（-NH₂）、一个羧基（-COOH）、一个氢原子和一个独特的侧链基团，均连接在同一个α-碳原子上。L-异亮氨酸的侧链是一个含有一个手性中心的丁基链，具体为（1S, 2S）-1-甲基丙基。这个结构使其与同为BCAAs的亮氨酸（侧链为异丁基）和缬氨酸（侧链为异丙基）区分开来。L-异亮氨酸含有两个手性碳原子（α-碳和β-碳），因此存在四种立体异构体，但只有L-异亮氨酸（2S, 3S构型）具有生物学活性并能参与蛋白质合成。

从理化性质来看，L-异亮氨酸是一种白色结晶或结晶性粉末，无臭，味微苦。其分子量为131.1750 g/mol，属于小分子化合物。其脂水分配系数（LogP）为0.0104，表明其具有极低的亲脂性，几乎完全亲水。这一特性与其拓扑极性表面积（TPSA）为63.3200 Ų的数据高度吻合，TPSA值大于60 Ų通常预示着化合物具有良好的水溶性，但难以被动扩散通过细胞膜。事实上，L-异亮氨酸的水溶性（64.1110 mg/mL）确实很高，这使其能够在水环境中自由溶解，便于在血液和组织间液中进行转运。然而，高水溶性和低脂溶性也直接导致了其血脑屏障（BBB）穿透能力较低。这意味着外源性补充的L-异亮氨酸难以直接大量进入中枢神经系统，其对大脑的效应可能更多地是通过外周信号间接介导，或依赖特定的氨基酸转运体进行主动运输。

此外，成药性评估的关键参数显示，L-异亮氨酸对hERG钾通道的抑制风险为“否”，Ames试验结果为0.0，表明其在早期安全性筛选中未表现出明显的致突变性和心脏毒性风险。这些理化性质和初步安全性数据，为L-异亮氨酸作为口服营养补充剂或潜在治疗药物的开发奠定了坚实的基础。

植物来源与提取方法

尽管L-异亮氨酸是人体必需氨基酸，但它在自然界中分布极为广泛，是几乎所有生物体蛋白质的组成成分。因此，其“天然产物”属性体现在它是多种生物体的代谢产物，而非仅局限于特定稀有植物。从食物来源看，富含蛋白质的动植物组织均是L-异亮氨酸的丰富来源。例如，肉类（特别是红肉、禽肉）、鱼类、蛋类、奶制品、豆类（如大豆、扁豆）、坚果和种子等。在植物界，藻类（如螺旋藻）也是L-异亮氨酸的良好来源。

然而，从天然产物药理学研究的角度，更关注的是如何从天然原料中高效提取和纯化L-异亮氨酸。传统的提取方法主要基于蛋白质水解。首先，将富含蛋白质的原料（如大豆粕、玉米蛋白粉、动物血粉或毛发）进行酸水解（通常使用6M盐酸，110°C，24小时）或酶水解。酸水解虽然彻底且成本低，但会破坏色氨酸，并将谷氨酰胺和天冬酰胺分别转化为谷氨酸和天冬氨酸。酶水解条件温和，能更好地保留氨基酸的天然构型，但水解效率相对较低。

水解得到的混合氨基酸溶液，需要通过一系列分离纯化技术来获得高纯度的L-异亮氨酸。由于L-异亮氨酸与亮氨酸、缬氨酸结构相似，分离难度极大。常用的方法包括：
1. 离子交换色谱法：这是最经典、应用最广泛的方法。利用不同氨基酸等电点（pI）的差异，通过调节洗脱液的pH和离子强度，使它们在阳离子或阴离子交换树脂上依次分离。L-异亮氨酸的pI约为6.02，与亮氨酸（pI 5.98）和缬氨酸（pI 5.96）非常接近，因此需要精细的梯度洗脱。
2. 膜分离技术：如纳滤和电渗析，可用于初步分离和脱盐，提高后续纯化效率。
3. 结晶法：利用L-异亮氨酸在不同溶剂（如水、乙醇）中溶解度的差异，通过控制温度、pH和添加晶种，使其优先结晶析出。这是获得高纯度产品的关键步骤。
4. 模拟移动床色谱：作为一种连续色谱技术，能够实现L-异亮氨酸与亮氨酸等类似物的高效分离，具有产量高、溶剂消耗少的优点，在现代工业生产中日益受到重视。

随着生物技术的发展，微生物发酵法已成为生产L-异亮氨酸的主流工业方法。通过基因工程改造的谷氨酸棒杆菌或大肠杆菌菌株，能够以葡萄糖等廉价碳源为底物，高效、定向地合成并分泌L-异亮氨酸。这种方法成本更低，环境友好，且产品光学纯度高，已基本取代了传统的蛋白质水解法。

药理活性研究

L-异亮氨酸的药理活性研究已从最初的营养支持扩展到多个疾病领域，其核心作用体现在以下几个方面：

1. 促进蛋白质合成与肌肉代谢
这是L-异亮氨酸最经典的功能。作为mTOR信号通路的关键激活剂（详见后文），L-异亮氨酸能够强烈刺激骨骼肌和心肌中的蛋白质合成，抑制蛋白质分解。这对于运动后肌肉恢复、预防和治疗肌肉萎缩症（如恶病质、肌少症）具有重要意义。研究表明，补充L-异亮氨酸可以增加肌肉质量、力量和功能，尤其在与抗阻训练结合时效果更佳。

2. 调节糖脂代谢
L-异亮氨酸在能量代谢中扮演着双重角色。一方面，它可以直接被肌肉氧化供能，特别是在运动过程中。另一方面，它通过激活mTOR通路，影响胰岛素信号传导。研究发现，L-异亮氨酸能够促进胰岛素分泌，并增强肝脏和肌肉组织对葡萄糖的摄取和利用，从而有助于降低血糖。然而，长期高水平的BCAAs（包括异亮氨酸）与胰岛素抵抗的发生存在争议性关联，这可能与代谢通路中的反馈抑制或代谢中间产物的积累有关。此外，L-异亮氨酸还能调节脂肪代谢，促进脂肪酸氧化，减少脂肪堆积。

3. 免疫调节与抗炎作用
这是近年来L-异亮氨酸药理活性研究的热点。大量体内外实验证实，L-异亮氨酸具有显著的免疫调节功能。它能够调节多种免疫细胞（如巨噬细胞、T细胞、B细胞）的增殖、分化和功能。在炎症反应中，L-异亮氨酸表现出双向调节作用。在急性炎症模型中，它能够抑制促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β）的产生，减轻组织损伤。其机制可能涉及对mTOR通路和NF-κB通路的调控。例如，在脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞炎症模型中，L-异亮氨酸预处理可以显著降低炎症介质的释放。这种抗炎特性使其在治疗炎症性肠病、关节炎、脓毒症等疾病中展现出潜力。

4. 抗病原体作用
L-异亮氨酸能够抵御病原体，这一作用与其免疫调节功能密切相关。通过增强宿主免疫细胞的活性，如提高巨噬细胞的吞噬能力和杀菌活性，促进T细胞的抗病毒反应，L-异亮氨酸间接地帮助机体清除入侵的细菌、病毒和真菌。此外，一些研究表明，L-异亮氨酸可能直接影响病原体的代谢。例如，对于某些依赖宿主氨基酸的病原体，改变局部L-异亮氨酸的浓度可能抑制其生长。在肠道中，L-异亮氨酸还能促进有益菌（如乳酸杆菌）的生长，抑制有害菌的定植，从而维护肠道屏障功能，预防肠道感染。

5. 对神经系统的影响
尽管L-异亮氨酸穿透血脑屏障的能力较低，但它仍可通过特定的转运体进入大脑。在肝脏疾病（如肝性脑病）中，由于肝脏代谢能力下降，血液中芳香族氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸）水平升高，而BCAAs（包括异亮氨酸）水平降低。补充L-异亮氨酸可以与芳香族氨基酸竞争进入大脑，纠正脑内神经递质失衡，从而改善肝性脑病的症状。此外，L-异亮氨酸还可能通过调节mTOR通路影响突触可塑性和认知功能。

作用机制与分子靶点

L-异亮氨酸发挥其多样药理活性的核心，在于其对细胞内关键信号通路的调控，其中最为核心的是mTOR信号通路。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是细胞生长、增殖、代谢和自噬的中心调控器。L-异亮氨酸，特别是与亮氨酸协同作用，是mTORC1（mTOR复合物1）最有效的营养激活剂之一。

1. 激活mTORC1信号通路
L-异亮氨酸激活mTORC1的机制复杂且尚未完全阐明，但已知涉及多个步骤：
- 感知氨基酸水平：细胞内的氨基酸浓度变化首先被特定的传感器感知。目前认为，Sestrin2和CASTOR1是亮氨酸和精氨酸的传感器，而L-异亮氨酸的传感器可能涉及其他蛋白，如SLC38A9（一种溶酶体膜上的氨基酸转运体）。
- 激活Rag GTP酶：感知到L-异亮氨酸后，Rag GTP酶（由RagA/B和RagC/D组成的异二聚体）被激活，转变为活性构象。活化的Rag GTP酶将mTORC1从细胞质招募到溶酶体表面。
- 激活Rheb GTP酶：在溶酶体表面，mTORC1与另一个关键的激活因子Rheb（Ras homolog enriched in brain）相遇。Rheb的活性受TSC（Tuberous Sclerosis Complex）复合物的负调控。氨基酸信号通过抑制TSC复合物，使Rheb保持GTP结合的活性状态。
- mTORC1激活：在溶酶体表面，Rheb直接与mTORC1的激酶结构域结合，诱导其构象变化，从而激活其激酶活性。

2. 下游效应分子
激活后的mTORC1通过磷酸化其下游两个主要效应分子来调控蛋白质合成：
- EIF4EBP1（真核翻译起始因子4E结合蛋白1）：mTORC1磷酸化EIF4EBP1，使其从真核翻译起始因子4E（eIF4E）上解离。释放的eIF4E能够与eIF4G等蛋白组装成eIF4F复合物，启动帽依赖性的mRNA翻译。
- RPS6KB1（核糖体蛋白S6激酶β1，又称p70S6K）：mTORC1磷酸化并激活RPS6KB1。活化的RPS6KB1进一步磷酸化核糖体蛋白S6（rpS6）以及其他参与翻译的蛋白（如eIF4B），从而促进核糖体生物发生和特定mRNA的翻译。

3. 其他分子靶点与信号通路
除了mTORC1，L-异亮氨酸还可能通过其他机制发挥作用：
- 调节胰岛素/IGF-1信号：mTORC1的过度激活会通过磷酸化IRS-1（胰岛素受体底物1）来负反馈抑制胰岛素信号，这可能是长期高BCAAs水平与胰岛素抵抗相关的机制之一。
- 影响自噬：mTORC1是自噬的负调控因子。L-异亮氨酸通过激活mTORC1抑制自噬过程。在某些病理状态下，这种抑制可能不利于清除受损细胞器，但在营养充足时，它有助于维持细胞稳态。
- 调控NF-κB通路：L-异亮氨酸的抗炎作用部分是通过抑制NF-κB信号通路实现的。它可能通过减少IκBα的降解或抑制IKK复合物的活性，来阻止NF-κB核转位，从而降低促炎基因的转录。
- 作为信号分子：L-异亮氨酸本身或其代谢产物（如β-羟基-β-甲基丁酸，HMB，主要来自亮氨酸）可能作为信号分子直接与某些受体或酶结合，发挥非mTOR依赖的效应。

综上所述，L-异亮氨酸通过激活mTORC1信号通路，并交叉调控胰岛素、NF-κB等其他通路，形成了一个复杂的信号网络，从而精细地调节蛋白质合成、细胞生长、代谢和免疫反应。

成药性评价与药代动力学

从药物开发的角度看，L-异亮氨酸具备一些理想的特征，但也面临挑战。

成药性评价：
- 优点：作为内源性物质，L-异亮氨酸具有极高的安全性。其hERG抑制风险低，Ames试验阴性，表明无明显的致突变性和心脏毒性。其水溶性极佳，便于制成口服制剂（如片剂、胶囊、粉剂或口服液）。口服生物利用度较高，因为其通过肠道中的氨基酸转运体（如B⁰AT1）被主动吸收。
- 挑战：其LogP值极低（0.0104），表明脂溶性差，导致其血脑屏障穿透能力低。这限制了其在治疗中枢神经系统疾病（除肝性脑病外）中的应用。此外，其半衰期相对较短，需要频繁给药以维持有效血药浓度。作为营养补充剂，其治疗窗口宽，但作为药物，需要精确控制剂量以避免潜在的副作用（如高氨血症、胃肠道不适）。

药代动力学特征：
- 吸收：口服L-异亮氨酸后，主要在小肠通过钠依赖性的中性氨基酸转运体（如B⁰AT1）和L型氨基酸转运体（LAT1/2）被快速、高效地吸收。食物中的其他氨基酸会竞争这些转运体，从而影响其吸收速率。空腹服用吸收更快。
- 分布：吸收后，L-异亮氨酸迅速分布到全身各组织，包括肝脏、肾脏、心脏和骨骼肌。由于水溶性高，其分布容积主要限于细胞外液和细胞内液。如前所述，其进入大脑的速率有限。
- 代谢：L-异亮氨酸的代谢主要发生在肝脏、肾脏和肌肉中。其分解代谢的第一步是转氨作用，由支链氨基酸转氨酶（BCAT）催化，生成α-酮-β-甲基戊酸（KMV）。随后，KMV在支链α-酮酸脱氢酶复合物（BCKDH）的作用下进行氧化脱羧，这是不可逆的限速步骤。最终，其碳骨架进入三羧酸循环，生成乙酰辅酶A和琥珀酰辅酶A，为机体提供能量。BCKDH的活性受其磷酸化状态的严格调控，在饥饿、运动或糖尿病状态下，其活性会发生变化。
- 排泄：正常情况下，只有极少量的L-异亮氨酸以原形从尿液中排出。其代谢产物则主要通过尿液和呼吸（CO₂）排出。

临床应用前景与展望

基于其丰富的药理活性和良好的安全性，L-异亮氨酸的临床应用前景广阔，主要集中在以下几个方向：

1. 运动营养与肌肉健康
这是L-异亮氨酸最成熟的应用领域。作为BCAAs的核心成分，它被广泛用于运动营养补充剂，旨在促进运动后肌肉恢复、减少肌肉酸痛、预防肌肉分解并促进肌肉生长。未来研究将更侧重于优化BCAAs（特别是亮氨酸与异亮氨酸的比例）的配方，以及探索其与其它营养素（如维生素D、肌酸）的协同效应。

2. 代谢性疾病管理
鉴于其调节糖脂代谢的作用，L-异亮氨酸在2型糖尿病、肥胖和非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的管理中显示出潜力。通过改善胰岛素敏感性、促进葡萄糖利用和脂肪酸氧化，它可能作为辅助治疗手段。然而，需要警惕长期高剂量补充可能带来的胰岛素抵抗风险。未来的研究需要明确其剂量-效应关系，并区分其在健康个体和代谢紊乱患者中的不同作用。

3. 炎症与免疫相关疾病
L-异亮氨酸的抗炎和免疫调节特性为其在多种疾病中的应用打开了大门。例如，在炎症性肠病（如克罗恩病、溃疡性结肠炎）中，口服L-异亮氨酸可能有助于减轻肠道炎症，修复肠黏膜屏障。在脓毒症等危重症中，它可能通过调节过度炎症反应和改善免疫功能来降低死亡率。此外，其在自身免疫性疾病（如类风湿关节炎）中的潜在应用也值得探索。

4. 肝脏疾病
L-异亮氨酸在肝性脑病治疗中的应用已得到临床验证。通过纠正血浆氨基酸失衡，它能有效改善患者的神经精神症状。未来，其可能被开发为更长效的制剂，用于肝硬化和肝衰竭患者的长期营养支持。

5. 抗感染领域
L-异亮氨酸通过增强宿主免疫防御来抵御病原体的作用，为开发新型抗感染策略提供了思路。特别是在抗生素耐药性日益严峻的背景下，通过营养免疫调节来增强机体自身清除病原体的能力，成为一种有吸引力的替代或辅助疗法。

展望：
尽管L-异亮氨酸的研究取得了显著进展，但仍有许多问题有待解决。首先，需要更深入地阐明其在不同生理和病理条件下激活mTOR通路的具体分子机制，特别是其与亮氨酸的协同与差异。其次，其在人体中的长期安全性，尤其是在高剂量下的潜在副作用（如对胰岛素信号的影响）需要更严格的临床试验评估。最后，开发能够提高其生物利用度、延长半衰期或实现靶向递送的新型制剂（如前药、纳米制剂）将是未来的重要方向。随着代谢组学、系统生物学和精准医学的发展，L-异亮氨酸这一古老分子的现代药理学价值必将得到更全面的揭示，并最终转化为造福人类健康的有效工具。

结语

L-异亮氨酸，这一看似简单的必需氨基酸，实则是一个功能强大的天然生物活性分子。它不仅是构建蛋白质的基石和能量的来源，更是细胞内关键信号通路——mTOR通路的强效调节器，从而在蛋白质合成、细胞生长、代谢稳态和免疫防御中扮演着不可或缺的角色。其良好的水溶性、口服活性和卓越的安全性，使其成为极具开发潜力的候选分子。从运动营养到代谢性疾病，从炎症调控到抗感染治疗，L-异亮氨酸的应用前景广阔而多元。未来的研究需要整合多学科的方法，从分子机制到临床转化，全面揭示其作用全貌，并克服其药代动力学上的局限性，最终将这一古老分子的潜力充分释放，为人类健康事业做出新的贡献。