γ－氨基丁酸（γ -Aminobutyric Acid，GABA）[以下简称：GABA]，是一种化合物，化学式是C₄H₉NO₂，又称4-氨基丁酸，是一种具有生物活性的重要功能性四碳非蛋白质氨基酸，于1949年在马铃薯的块茎中被首，次发现，又于1950年在哺乳动物的中枢系统中被发现，其广泛存在于动植物体及微生物体内。

γ－氨基丁酸结构

1产生途径

在生物体内，GABA产生途径有2种，分别是GABA支路和多胺降解途径。其中GABA支路广泛存在于动、植物及微生物中，是生物体中产生GABA的主要途径。该支路是三竣酸循环的一条支路，三竣酸循环中的酮戊二酸经转氨产生L-谷氨酸（L-Ghi），L-Ghi在GAD的作用下脱竣生成GABA,在发挥生物学功能之后，可以通过GABA转氨酶转氨，进而氧化为琥珀酸，再进入三竣酸循环（见图1）。然而,当植物组织受到逆境环境刺激时,GABA支路产生的GABA不足，多胺降解途径作为GABA生产的辅助途径在植物体中出现。该途径是植物细胞内的腐胺、多胺在二胺氧化酶或多胺氧化酶的作用下经脱氨、脱氢生成GABA（见图2）。

Y-氨基丁酸支路

图2-多胺降解途径

GABA支路作为生物体中产生GABA的主要途径，GAD在该支路中是产生GABA的关键限速酶，因此在提升GABA产量中起到了关键作用。

2代谢结构和理化特性

GABA的结构和理化特性GABA的分子式为C4H9NO2，分子质量为103.1，结构式如图1所示。GABA呈一种白色或近白色的结晶体粉末状，对水有极强的溶解性，较易潮解，对热的乙醇溶液微溶，对冷的乙醇、苯、乙醚等溶液不溶解，无旋光性。25℃时GABA的溶解度为130 g/100 mL，熔点为202℃，当温度达到熔点温度以上时GABA会分解并形成水和吡咯烷酮。

来源及分布机体内GABA的来源有2条途径，包括膳食中摄取以及自身合成。GABA的主要来源是从膳食中获取，正常人群每天从膳食中摄取约30~100 mg的GABA可起到保健作用。GABA几乎存在于所有的生物体内，包括大多数植物、微生物以及动物。膳食中谷物类GABA含量较为丰富，尤其是发芽糙米和粳米。中日合作培育的发芽糙米中的GABA含量是白米的5倍，比普通糙米高出3倍多。Okada等研究发现，每天摄入含有26.4 mg GABA的粳米可以对阿兹海默症起到明显的缓解作用。此外，粟米、米胚芽、小麦麸皮也含有一定量的GABA。中草药及果仁食品中GABA含量较少，其中蕨菜一类，如鲜蕨也含有一定量的GABA，但核桃仁和桑叶中GABA含量高于其他果仁食品和中草药。张容等研究发现，桑叶中含有大量GABA，其平均质量分数为2 260 mg/kg，常饮桑茶可起到降血压的作用；每100 g的核桃仁中含有2.339 g谷氨酸，常食核桃仁给人体以外源性补充谷氨酸，可以促进GABA的合成，从而可降低血氨以及治疗神经精神疾病。同时，GABA也可由布氏乳杆菌S37、短乳杆菌NCL912以及谷氨酸棒杆菌S9114等微生物作用而产生。GABA含量在动物体内最高，尤其是脑和骨髓中。通过免疫学研究指出，脑组织中总GABA含量为0.1~0.6 mg/g，其中大脑中黑质区其浓度最高，约50%的中枢神经突触部位都通过GABA为递质。

GABA的内源合成是谷氨酸被谷氨酸脱羧酶（GAD）和维生素B6所催化，通过GABA支路（GABAshunt）途径而产生。这个过程把谷氨酸这种能够引起兴奋的神经传递物质转换成神经抑制物质GABA。

由图2可知，以谷氨酸为底物，经过GAD作用后生成GABA。GABA合成所需的维生素B6在机体内分布广泛，而GAD主要含于脑部灰质中具有较多突触体的部分。而GAD小部分是以结合的形式存在于线粒体中，绝大部分都是以游离形式存在于轴突末梢的胞质内，因此GABA仅能在脑以及少数的组织中得到合成。关于鱼类的GABA内源合成影响因素的研究相对较少，上述试验结果对水产动物是否能够适用，仍然需要进一步研究。

2.1受体

GABA通过与GABA受体结合来介导它的神经生理学作用。GABAA受体、GABAB受体和GABAC受体是在机体内可被GABA识别结合的3类受体。

GABAA受体是一种离子型受体，而且是一类配体门控型离子通道，此通道的内源性配体是一种被称为GABA的神经递质。GABAA受体的GABA结合位点直接负责Cl-通道的开启，当二者结合后，细胞膜上Cl-通道便开启。多数情况下，因为胞内的离子浓度比胞外低，故Cl-便顺着浓度差进入胞内，使得胞内膜电位增加进而产生超极化，可抑制神经元兴奋，即GABAA受体与GABA的结合能够介导快速的抑制性突触后电位（IPSP）。而在胞内高浓度Cl-的情况下，保持Cl-浓度梯度能力低的未成熟神经元为了增加Cl-通透性，胞内Cl-便顺着浓度差又流向至胞外，导致膜电位产生去极化。此去极化作用的发生可能会点燃细胞，激活某些电压门控离子通道，进而去调节其他细胞活动。与此同时，通透性并不稳定的一些GABAA受体的亚型重碳酸盐也参与了去极化，对于一些正在发育中的神经细胞来说，该类GABAA受体的去极化作用也是一种重要的神经兴奋系统。

GABAB受体也称γ -氨基丁酸B型受体，是一类与G蛋白偶联的跨膜蛋白，它们与Ca2+和K+的离子通道有关。突触前膜的GABAB受体能够作为自身和异源2种受体来关闭Ca2+通道以达到减少GABA及谷氨酸释放的作用，进而对神经元产生解除抑制效应和抑制效应这2种相反的效应。K+通道的开放是由突触后膜的GABAB受体被激活后导致，使得神经元产生超极化反应，进而对神经元产生抑制效应。GABAC受体属于配体门控离子通道，与GABAA受体相似。GABAC受体与GABAA受体同样为五聚体复合物，但GABAC受体较为简单，中心是Cl-通道。GABAC受体的抑制涉及快速的Cl-传导，基于其与GABAA受体在结构与功能上的相似性，国际药理学联盟命名委员会便将其归为GABAA受体亚型，而不再称作GABAC受体。

2.2代谢途径

GABA的代谢途径是由三羧酸循环（TCA循环）衍生出的一个支路，这个代谢途径由谷氨酸脱羧酶（GAD）直接并不可逆地对谷氨酸脱羧开始，生成GABA最后转化为琥珀酸的过程。GABA支路的第一步是由质体中GAD所介导，GAD催化谷氨酸上的α -羧基进行脱羧反应，生成GABA并同时放出CO2。GABA被一种运转体（VGAT）包裹进突触前小泡，之后突触前膜与含有GABA的小泡融合，从而将GABA释放至突触间隙。在突触中，GABA作用是否终止取决于GABA自细胞外空间的移除。神经元和神经胶质都通过特殊的GABA运转体（GATs）摄取GABA。GAT-1、GAT-2、GAT-3和GAT-4 4种GABA运转体都已经被证实每一种在中枢神经系统中皆具有其特征性的分布。

第二个参与GABA支路的酶是在线粒体中分布广泛的GABA转氨酶（GABA transaminaze，GABA-T），它以γ -氨基丁酸-丙酮酸转氨酶和γ -氨基丁酸-α -酮戊二酸转氨酶2种形式存在。通过利用丙酮酸或者α -酮戊二酸来作为氨基受体可逆催化GABA使其生成琥珀酸半醛，有对机体外的GABA-T研究表明，α -酮戊二酸转氨酶的活性比丙酮酸转氨酶的活性要低。GABA支路的最后一步就是通过琥珀酸半醛脱氢酶（Succinic Semialdehyde Dehydrogenase，SSADH）对琥珀酸半醛进行不可逆催化使其生成琥珀酸最后进入TCA循环达到该支路途径的完成。这样从GAD经过谷氨酸、GABA、GABA-T、丙酮酸、α -酮戊二酸和琥珀酸半醛生成琥珀酸的代谢过程构成了TCA循环的一条支路，即GABA支路（图4）。

2.3作用

随着研究深入，人们对γ－氨基丁酸的功能已越来越清晰。作为重要抑制性神经递质的一种，γ－氨基丁酸具有降血压、抗惊厥、镇静神经和改善肝肾等多种功能，同时在促进强化机体的抗氧化能力、运动耐受能力、免疫功能和繁殖能力等方面发挥重要作用。

3生产及应用

GABA生产方法主要有3种，分别是化学合成法、植物富集法、微生物发酵法，它们在实际生产中的应用各不相同。本文中将对各种生产方法进行详细论述。

3.1化学合成法

化学合成法生产制备GABA的工艺有很多，主要可以分为以下3种：其一，碱性条件下，2-咯烷酮(C4H7NO)发生开环反应，再经过脱色、重结晶、提纯得到GABA；其二，高温下，邻苯二甲亚氨钾(C8H4KNO2)和歹一氯丁氤(C4H6C1N)反应，之后经过回流、结晶、提纯得到GABA；其三，厂丁内酯(C4H6O2)和氯化亚(SOC12)反应，经过氯化、酰化、氨解、皂化合成GABA网。以上工艺生产的GABA纯度高；但生产过程能耗高，对温度要求严格，污染环境，安全性差，成本高，不符合绿色生产的理念，因此这些生产工艺不被业内所推崇。

3.2植物富集法

植物富集法是通过植物组织的应激代谢来富集GABA。通常植物体内富集的GABA含量较低，分离提纯很难。例如经过富集处理的GABA茶中GABA的质量分数仅有0.401%,发芽的糙米中GABA的质量分数仅有0.042%,因此植物富集法不适用于大规模生产GABA,只适用于GABA富集产品的开发，例如米类、豆类、麦类等粮食及其他经济作物在经过富集后，可以直接加工成食品、功能性饮料以及牲畜的饲料厲一等。该生产方法只需分离纯化GABA,，就可以满足当今消费者的需求，也是粮食深加工的一个潜在领域。

3.3微生物发酵法

微生物发酵法是利用微生物体内的GAD将L-Glu或其盐脱竣转化成GABA。该方法具有专一性高、设备简单、环保、成本低、生产菌种多样且易获得等优点，适用于大规模产业化生产。常见的能够产生GABA的菌种如表2所示，大肠杆菌发酵液中的GABA质量浓度最高达到了297 g/L,乳酸菌发酵液中GABA质量浓度达到了76.36g/L,而酿酒酵母、红曲霉、屎肠球菌GABA的产量很低，所以目前常用的GABA生产菌种是大肠杆菌和乳酸菌。卫生部公布的食品新资源目录中，生产GABA的菌种是乳酸菌，因此大肠杆菌仅能作为饲料级GABA的生产菌种。

4研究

γ－氨基丁酸Ａ受体相关蛋白研究进展

γ－氨基丁酸Ａ受体相关蛋白是一种高度保守的蛋白，广泛存在于微生物、植物和动物等生物体中，可以与Ｂｃｌ－２、ＡＴＧ１３、ＮＳＦ、ＤＤＸ４７、ＢＮＩ３Ｌ、ＡＴＧ４Ｂ和ＵＬＫ1等多种蛋白发生互作，在促进γ－氨基丁酸Ａ受体聚集和定位，以及调节细胞自噬、凋亡、免疫应答和肿瘤等生物学过程中发挥着重要作用，从分子生物学特性、互作蛋白及生物学功能等方面概述了γ－氨基丁酸Ａ受体相关蛋白的研究进展。

鱼类养殖研究

GABA对鱼类生长的影响

目前，大多数研究表明，饲料中添加GABA能够提高饲料效率并对鱼类生长起到促进作用。同种鱼类在饲养周期相近的情况下，处于不同的生长阶段所需要的GABA最适添加量也不同；大规格的鱼需要添加GABA较多，小规格的鱼则需要添加的GABA相对较少。陈秀梅在40.55 g的建鲤饲料中添加90 mg/kg GABA，发现能促进其生长，但添加60 mg/kg的GABA对建鲤生长无影响，可能原因是由于饲料中添加GABA的量不足而导致促生长作用未能表现。GABA对不同鱼类生长效果的影响具有一定的差异性，可能与鱼的自身种类、机体体质和其饲料组成以及其生存环境等各种方面都具有一定关系；鱼的体质以及其生存环境不同会导致鱼体对需求GABA的量产生一定差异；不同饲料原料配比对内源GABA的合成会产生一定影响，导致鱼对饲料中GABA的需求量也发生相应改变。

GABA对鱼类抗氧化能力的影响

鱼类在养殖过程中极易受到水环境变化、饲料改变及饲养管理不善等方面的影响而产生应激反应，而任何应激均伴有氧化应激的发生。鱼类在处于长期不良胁迫的条件下其机体内原有的氧化还原平衡状态极易受到破坏，致使机体产生氧化应激，从而影响各组织器官功能的正常行使，最终使得机体生长发育缓慢、免疫能力下降、发病率升高以及饲料转化率低等。由应激造成的生长抑制和健康受损问题一直困扰着养殖业，是集约化水产养殖的瓶颈问题之一。因此，GABA的抗氧化功能自20世纪90年代以来受到越来越多研究学者的重视。徐贺研究发现，当饲料中添加54~90 mg/kg GABA时，建鲤血清和肝胰脏超氧化物歧化酶（SOD）水平显著提高，从而提高机体抗氧化能力。吴凡研究发现，随着饲料中GABA含量增加，肝脏谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、SOD、总抗氧化能力（T-AOC）活性显著增加，在100 mg/kg的添加剂量时最高；而丙二醛（MDA）则是先降低后增加，在100 mg/kg的添加剂量时最高，保护机体免受自由基的侵害；但饲料中GABA含量超过100 mg/kg后，肝脑GPx、SOD、T-AOC活性下降，而MDA含量增加，表明表明饲料中添加适量的GABA能提高草鱼幼鱼的抗氧化性能，过量则会使抗氧化能力降低^[4]。

同样，缺氧也属于氧化应激的一种常见应激，鱼类缺氧的常见原因是由于组织器官供氧的减少和组织利用氧时发生了障碍。魏智清等通过在水中添加0.3%的GABA使泥鳅的抗氧化应激能力明显提升；谈永萍等通过在水中添加0.15%的GABA来增强高体鳑鲏的抗缺氧能力。研究证明，当机体处于缺氧缺血状态下，胞外抑制性氨基酸GABA是增加的。

GABA对鱼类免疫力的影响

鱼类免疫机能低下会导致机体产生一系列不良反应，对机体产生较大危害，导致机体生长发育缓慢、繁殖能力下降以及发病率增高和死亡率上升等后果。因此，如何增强鱼类免疫能力对现代鱼类的健康养殖具有重要意义。闫峰宾等研究发现，在水中添加50 mg/L GABA可以有效缓解鲫的一些应激敏感指标（如葡萄糖、皮质醇以及电解质等）含量变化，从而减缓应激对鱼类机体的损伤，令机体具有一定的抗运输应激作用；但添加100 mg/L GABA对皮质醇的降低程度并不明显，这表明适量的GABA就已经可以抑制运输应激所导致的血清皮质醇上升程度，但GABA添加过量则会通过负反馈进而起到相反作用。徐贺研究发现，建鲤的脾脏和头肾中溶菌酶（LZM）活性和NO含量均随着GABA添加量增加而呈上升趋势，当GABA的添加范围在36~108 mg/kg，LZM活性显著高于对照组，添加54~108 mg/kg GABA时，NO水平都高于对照组，表明GABA可以增加建鲤头肾和脾脏LZM活性和NO含量，提高建鲤的免疫力