生物技术在“食”方面的应用 —瘦肉精(β-兴奋剂)的作用机理 1瘦肉精简介 瘦肉精为一类动物用药的总称。任何能够促进动物瘦肉生长,抑制脂肪生长的物质都可 以叫做瘦肉精,主要是肾上腺类、β激动剂、β-兴奋剂,可以用于治疗支气管哮喘、慢性支 气管炎和肺气肿等疾病。瘦肉精让猪的瘦肉率提高,带来一定的经济价值,但对人体有严重 的副作用,因此在在全球范围内被不同程度的限制,在中国,通常所说的瘦肉精是指克伦特 罗(盐酸克伦特罗c12-H18-c12N2-o),其余常见还有沙丁胺醇,特布他林,盐酸莱克多 巴胺等。 H、CH3 盐酸克伦特罗(上图 2作用原理 我们讨论最主流的盐酸克伦特罗(以下简称为CL)在动物体内的作用机理,CL属于乙 类激动剂(β- agonist),β-AR几乎存在于所有哺乳动物细胞膜上,是一种镶嵌于细胞膜脂质 双层中的整合糖蛋白,由1条氨基酸链,400多个氨基酸残基组成,分子质量约64Ku。β AR包括了个疏水性α螺旋结构的跨膜结构域,受体分子通过该结构被锚定于细胞膜上,并 且在细胞质膜内外分别形成3个环状亲水性跨膜结构域。βAR与配体结合位点位于7个跨 膜结构域的中心,而与Gs蛋白反应的位点位于细胞内的3个环状结构上。 β-AR的结构模型(上图) B-AR包括三个亚型:B1-AR、B2-AR和β3-AR。其中,B3-AR是人们在20世纪70年 代中期研究脂肪组织时发现的,其与β1-AR、β2-AR不同的是几种B1-AR、B2-AR的拮抗剂 对β3-AR具有一定的兴奋作用。大多数动物细胞内都存在β-AR。但其亚型分布和比例因动
生物技术在“食”方面的应用 ——瘦肉精（β-兴奋剂）的作用机理 1 瘦肉精简介 瘦肉精为一类动物用药的总称。任何能够促进动物瘦肉生长，抑制脂肪生长的物质都可 以叫做瘦肉精，主要是肾上腺类、β 激动剂、β-兴奋剂，可以用于治疗支气管哮喘、慢性支 气管炎和肺气肿等疾病。瘦肉精让猪的瘦肉率提高，带来一定的经济价值，但对人体有严重 的副作用，因此在在全球范围内被不同程度的限制，在中国，通常所说的瘦肉精是指克伦特 罗（盐酸克伦特罗 C12-H18-Cl2-N2-O），其余常见还有沙丁胺醇，特布他林，盐酸莱克多 巴胺等。 盐酸克伦特罗（上图） 2 作用原理 我们讨论最主流的盐酸克伦特罗（以下简称为 CL）在动物体内的作用机理，CL 属于乙 类激动剂(β-agonist)，β-AR 几乎存在于所有哺乳动物细胞膜上，是一种镶嵌于细胞膜脂质 双层中的整合糖蛋白，由 1 条氨基酸链，400 多个氨基酸残基组成，分子质量约 64ku。β- AR 包括 7 个疏水性α螺旋结构的跨膜结构域，受体分子通过该结构被锚定于细胞膜上，并 且在细胞质膜内外分别形成 3 个环状亲水性跨膜结构域。β-AR 与配体结合位点位于 7 个跨 膜结构域的中心，而与 Gs 蛋白反应的位点位于细胞内的 3 个环状结构上。 β-AR 的结构模型（上图） β-AR 包括三个亚型：β1-AR、β2-AR 和β3-AR。其中，β3-AR 是人们在 20 世纪 70 年 代中期研究脂肪组织时发现的，其与β1-AR、β2-AR 不同的是几种β1-AR、β2-AR 的拮抗剂 对β3-AR 具有一定的兴奋作用。大多数动物细胞内都存在β-AR。但其亚型分布和比例因动
物种类和组织来源而异。β1-AR主要分布于心脏和脂肪细胞膜上,与提高心率和和心脏输出 能力、脂肪细胞脂解和能量生成有关。β2-AR主要分布于骨骼肌、平滑肌和肝脏细胞膜上, 与气管和支气管松弛有关。另外,在心脏中也存在少量β2-AR。在大鼠研究上发现,B3-AR 主要存在于棕色脂肪和白色脂肪组织中,同时也存在于肠骨骼肌、心肌上。其药理作用与β 1-AR和β2-AR有明显区别。研究表明,这三种β-AR亚型在同种动物体内氨基酸序列的同源 性接近百分之五十,不同动物物种之间,同种受体的同源性可达百分之七十五或更高 β-AR的生理功能主要是由于β-兴奋剂与β-AR结合,形成的复合物激活了Gs蛋白,从 而使机体发生一系列生理生化反应的过程 当β-兴奋剂与β-AR的跨膜3、5、6功能区结合后将引起β-AR构象的改变,激活Gs蛋 白,然后Gs蛋白的α亚基与三磷酸鸟苷(GTP)结合并催化释放二磷酸鸟苷(GDP),Gs蛋 白的α亚基结合GTP后从Gs蛋白上解离,从Gs蛋白解离下的α亚基进而激活腺苷酸环化酶 并催化产生环磷酸腺苷(cAMP),CAMP又作为第二信使与蛋白激酶A的调节亚基结合,并 使蛋白激酶A释放其催化亚基,导致细胞内多种酶被磷酸化,被磷酸化后的酶部分被激活 (如激素敏感脂酶、脂肪细胞甘油三酯降解限速酶)或抑制(如乙酰辅酶A羧化酶、长链脂 肪酸生物合成限速酶等),被激活的酶促进脂肪分解,被抑制的酶抑制脂肪合成,最终降低 脂肪沉积。 兴奋剂 AR→·修饰阝AR Gs蛋白 乙酰辅酶A羧化酶(有活性) 腺苷酸环化酶 腺苷酸环化酶(有活性)蛋白酶A(无活性)长链脂肪酸生物合成限速酶(有活性) 乙酰辅酶A羧化酶(无活性) ATP→→cAMP→蛋白激酶A(有活性)一→长链脂肪酸生物合成限速酶(无活性) 散素敏感酯酶(无活性) 激素敏 (有活性 甘油三酯降解限速酶(无活性 解限速酶胎肪合成减少 甘油三酯 脂肪酸+甘油 脂肪分解增加 βAR:B-肾上腺素受体β- adrenergic receptor;ATP:三磷酸腺苷 adenosine triphosphate;cAMP:环磷酸腺苷 cyclic adeno- β兴奋剂的作用原理(上图) CL的代谢产物很可能在某种条件下重新转化为CL。由于CL分子中苯环上有卤素原子 取代物,使得CL比其他β激动剂具有更高的亲脂性,并使这些分子不能与一些生物酶结台 从而阻止了该物质的代谢失活,导致其在体内长期存留。一般认为CL部分在肝中脱甲基后 从尿液中排除,部分以原型从尿中排出。 Smith等实验表明有一部分克伦特罗或其代谢物是 通过胆汁排泄的 3毒理简介 由于,猪在饲养过程中盐酸克伦特罗的添加量过大,猪的生长周期没有得到很好的掌握 饲养者没有掌握动物屠宰前的安全用药间隔期就进行屠宰。盐酸克伦特罗的脂溶性高,使用 过盐酸克伦特罗的猪在屠宰之后,药物仍然蓄积在猪的肺、肝、心、肾、肌肉甚至是毛发里
物种类和组织来源而异。β1-AR 主要分布于心脏和脂肪细胞膜上，与提高心率和和心脏输出 能力、脂肪细胞脂解和能量生成有关。β2-AR 主要分布于骨骼肌、平滑肌和肝脏细胞膜上， 与气管和支气管松弛有关。另外，在心脏中也存在少量β2-AR。在大鼠研究上发现，β3-AR 主要存在于棕色脂肪和白色脂肪组织中，同时也存在于肠骨骼肌、心肌上。其药理作用与β 1-AR 和β2-AR 有明显区别。研究表明，这三种β-AR 亚型在同种动物体内氨基酸序列的同源 性接近百分之五十，不同动物物种之间，同种受体的同源性可达百分之七十五或更高。 β-AR 的生理功能主要是由于β-兴奋剂与β-AR 结合，形成的复合物激活了 Gs 蛋白，从 而使机体发生一系列生理生化反应的过程 当β-兴奋剂与β-AR 的跨膜 3、5、6 功能区结合后将引起β-AR 构象的改变，激活 Gs 蛋 白，然后 Gs 蛋白的α亚基与三磷酸鸟苷（GTP）结合并催化释放二磷酸鸟苷（GDP），Gs 蛋 白的α亚基结合 GTP 后从 Gs 蛋白上解离，从 Gs 蛋白解离下的α亚基进而激活腺苷酸环化酶 并催化产生环磷酸腺苷（cAMP），cAMP 又作为第二信使与蛋白激酶 A 的调节亚基结合，并 使蛋白激酶 A 释放其催化亚基，导致细胞内多种酶被磷酸化，被磷酸化后的酶部分被激活 （如激素敏感脂酶、脂肪细胞甘油三酯降解限速酶）或抑制（如乙酰辅酶 A 羧化酶、长链脂 肪酸生物合成限速酶等），被激活的酶促进脂肪分解，被抑制的酶抑制脂肪合成，最终降低 脂肪沉积。 β-兴奋剂的作用原理（上图） CL 的代谢产物很可能在某种条件下重新转化为 CL。由于 CL 分子中苯环上有卤素原子 取代物，使得 CL 比其他β-激动剂具有更高的亲脂性，并使这些分子不能与一些生物酶结合， 从而阻止了该物质的代谢失活，导致其在体内长期存留。一般认为 CL 部分在肝中脱甲基后 从尿液中排除，部分以原型从尿中排出。Smith 等实验表明有一部分克伦特罗或其代谢物是 通过胆汁排泄的 3 毒理简介 由于，猪在饲养过程中盐酸克伦特罗的添加量过大，猪的生长周期没有得到很好的掌握， 饲养者没有掌握动物屠宰前的安全用药间隔期就进行屠宰。盐酸克伦特罗的脂溶性高，使用 过盐酸克伦特罗的猪在屠宰之后，药物仍然蓄积在猪的肺、肝、心、肾、肌肉甚至是毛发里
含有盐酸克伦特罗的猪肉有着鲜红的色泽,内脏实质器官(心、肺、肾)的充血肿胀,手感 厚实,间质器官(肺、气管)的多泡沫、气肿等剖检病变特征,使得检疫、检验人员没有阻 止猪肉进入市场,消费者也没有对此感到怀疑。 盐酸克伦特罗的化学稳定性很强,必须加热到172°℃C才能分解,所以一般加热方式无法 使其破坏,再加上这种物质常委吸收速度快,一般是食用15-20分钟之后就会发生中毒症 1.急性中毒有心悸,面颈、四肢肌肉颤动,有手抖甚至不能战立,头晕,乏力,原有 心律失常的患者更容易发生反应,心动过速,室性早搏,心电图示S-T段压低与T 波倒置 2.原有交感神经功能亢进的患者,如有高血压、冠心病、甲状腺功能亢进者上述症状 更易发生 3.与糖皮质激素合用可引起低血钾,从而导致心律失常。反复使用会产生耐受性,对 支气管扩张作用减弱及持续时间缩短。虽然克伦特罗残留的毒作用为轻度的,但美 国FDA研究表明,应用拟交感神经药者或对前药过敏者,对克伦特罗的反应要比正 常健康个体更为严重。FDA担心非法应用克伦特罗可导致此药的生产工人患病或死 亡。FDA指出,职业性吸入克伦特罗对心血管的影响,可能要比经食品摄食的危害 性更大,但有待于进一步的证实。而且,孕妇在食用具有盐酸克伦特罗的猪肉后 可能导致癌变,胎儿致畸的严重后果。 4应用情况 β-兴奋剂用作营养重分配剂的实用性开发研究始于70年代末期。近20年来,以美国 几家大公司和实验室为首,已开发出数百种类似药,经过对大鼠、牛(阉牛、犊牛、青年母 牛)、绵羊(羔羊、羯羊)、猪(生长猪、肥育猪)、禽(肉鸡、鸭、鹌鹑、火鸡)和鱼(虹 鳟幼鱼)和数百次逾万头只动物实验,筛选出了长效、无害、重分配作用较强的BAA10余 种。根据他们与不同β受体结合特异性的差异,将其分为β1和β2型两大类。他们具有有效促 进肌肉生长、减少胴体脂肪含量,不同程度地改善生产性能(日增重、饲料转化效率)的营 养重分配特点,为生产更多低脂肪高蛋白的肉食品,提供了一种快速、经济的新方法 虽然中国禁止瘦肉精的进出口与使用。但是,在有些国家也仍然使用瘦肉精,只是他们 科学化应用了。正如陈锡文所说,并不是所有使用瘦肉精的猪肉都会对人体产生危害。国外 在使用猪肉精的时候,把握好了猪的生产周期,让瘦肉精在经过猪自身的新陈代谢从体内派 出去。但是,中国相当多的农民缺乏知识,他们并不知道怎样去把握猪的生产周期 参考文献 1.-肾上腺素能兴奋剂的作用机理及应用效果“中国农业畜数科学研究院王若军 郭年藩 2.“动物源性食品中B-肾上腺素受体兴奋剂残留研究” 3“瘦肉精的作用机理及其毒理筒介 4.“瘦肉精药物与生物大分子相互作用研究·长春师范大学赵婷婷 5.“动物性食品中盐酸克伦特罗残留危害及其检测方法研究进展“陕西师范大学食 品工程系张清安范学辉 6.“盐酸克伦特罗在动物体内代谢与残留规律“王开雄何天武 7.“瘦肉精对人体危害及国内外应用现状“范灿洪
含有盐酸克伦特罗的猪肉有着鲜红的色泽，内脏实质器官（心、肺、肾）的充血肿胀，手感 厚实，间质器官（肺、气管）的多泡沫、气肿等剖检病变特征，使得检疫、检验人员没有阻 止猪肉进入市场，消费者也没有对此感到怀疑。 盐酸克伦特罗的化学稳定性很强，必须加热到 172°C 才能分解，所以一般加热方式无法 使其破坏，再加上这种物质常委吸收速度快，一般是食用 15~20 分钟之后就会发生中毒症 状 1. 急性中毒有心悸，面颈、四肢肌肉颤动，有手抖甚至不能战立，头晕，乏力，原有 心律失常的患者更容易发生反应，心动过速，室性早搏，心电图示 S-T 段压低与 T 波倒置 2. 原有交感神经功能亢进的患者，如有高血压、冠心病、甲状腺功能亢进者上述症状 更易发生 3. 与糖皮质激素合用可引起低血钾，从而导致心律失常。反复使用会产生耐受性，对 支气管扩张作用减弱及持续时间缩短。虽然克伦特罗残留的毒作用为轻度的，但美 国 FDA 研究表明，应用拟交感神经药者或对前药过敏者，对克伦特罗的反应要比正 常健康个体更为严重。FDA 担心非法应用克伦特罗可导致此药的生产工人患病或死 亡。FDA 指出，职业性吸入克伦特罗对心血管的影响，可能要比经食品摄食的危害 性更大，但有待于进一步的证实。而且，孕妇在食用具有盐酸克伦特罗的猪肉后， 可能导致癌变，胎儿致畸的严重后果。 4 应用情况 β-兴奋剂用作营养重分配剂的实用性开发研究始于 70 年代末期。近 20 年来，以美国 几家大公司和实验室为首，已开发出数百种类似药，经过对大鼠、牛（阉牛、犊牛、青年母 牛）、绵羊（羔羊、羯羊）、猪（生长猪、肥育猪）、禽（肉鸡、鸭、鹌鹑、火鸡）和鱼（虹 鳟幼鱼）和数百次逾万头只动物实验，筛选出了长效、无害、重分配作用较强的 BAA10 余 种。根据他们与不同β受体结合特异性的差异，将其分为β1 和β2 型两大类。他们具有有效促 进肌肉生长、减少胴体脂肪含量，不同程度地改善生产性能（日增重、饲料转化效率）的营 养重分配特点，为生产更多低脂肪高蛋白的肉食品，提供了一种快速、经济的新方法 虽然中国禁止瘦肉精的进出口与使用。但是，在有些国家也仍然使用瘦肉精，只是他们 科学化应用了。正如陈锡文所说，并不是所有使用瘦肉精的猪肉都会对人体产生危害。国外 在使用猪肉精的时候，把握好了猪的生产周期，让瘦肉精在经过猪自身的新陈代谢从体内派 出去。但是，中国相当多的农民缺乏知识，他们并不知道怎样去把握猪的生产周期。 参考文献 1. “Β-肾上腺素能兴奋剂的作用机理及应用效果“ 中国农业畜牧科学研究院 王若军 郭年藩 2. “动物源性食品中 B-肾上腺素受体兴奋剂残留研究” 3. “瘦肉精的作用机理及其毒理简介“ 4. “瘦肉精药物与生物大分子相互作用研究“ 长春师范大学 赵婷婷 5. “动物性食品中盐酸克伦特罗残留危害及其检测方法研究进展“ 陕西师范大学食 品工程系 张清安 范学辉 6. “盐酸克伦特罗在动物体内代谢与残留规律“ 王开雄 何天武 7. “瘦肉精对人体危害及国内外应用现状“ 范灿洪