麥角硫因，不止於抗氧化！

另外，需要提及的是，麥角硫因的氧化還原標準電極電勢是在-0.6V左右，而谷胱甘肽的標準電極電位大概是-0.24V，所以，麥角硫因的標準電極電位相對而言更正一點。也就是說，從還原性的角度來看，麥角硫因比谷胱甘肽要弱一點。

麥角硫因的外觀是白色的晶體，屬於遇水即溶的一款原料。那麼，為什麼麥角硫因又是一個弱的還原劑？

這和它的特殊結構有關，雖然麥角硫因在人體的生理pH條件下是一個硫酮式的結構，但它其實還有一個互變異構，根據pH值的不同，它還可以變成硫醇式結構。硫醇式結構上面氫的解離常數大概在10-11左右，是一個非常弱的酸。所以，如果想拔掉這個氫，需要鹼性非常強，這也導致了麥角硫因和谷胱甘肽二者的差異性，後者的氫很容易掉，但前者的整個氫都很穩定，是一個很弱的酸。

麥角硫因和谷胱甘肽的差異性在於，谷胱甘肽也有硫醇式結構，硫醇上接的是烷基，但是麥角硫因的硫醇連接的是咪唑環。麥角硫因硫上的電荷密度低於傳統的烷基硫醇。這也就導致，谷胱甘肽在空氣里很容易被氧化，但麥角硫因在空氣中比較穩定。

此外，為什麼麥角硫因是一個強效抗氧化劑？因為麥角硫因的抗氧化機理比較獨特，它主要發生在硫酮式結構中，遇到活性氧之後被氧化脫掉變成三鉀基組氨酸，這也是它氧化中間很重要的一個過程。

值得一提的是，麥角硫因還對單線態氧有很強的捕獲作用，在光照時，極容易產生單線態氧，同時，麥角硫因還可以在谷胱甘肽的作用下再生，並有相應的再生途徑。

除此之外，由於麥角硫因的結構中包含咪唑環及硫，所以它很容易絡合二價金屬離子。事實上，很多帶咪唑環的原料，比如肌肽、三肽-1等，都有可以和金屬絡合。

作為分子來講，麥角硫因特殊的硫酮式結構，在天然產物里是非常少見的，所以對於化學家而言，它非常有意思。

第二，麥角硫因也是一個天然產物。

1909年，法國藥劑學家發現麥子上會感染麥角真菌，他在分離麥角真菌時，發現了一個白色晶體，並把晶體的結構也鑑定了出來。由於晶體源自麥角真菌，所以他起名叫麥角硫因，這即是麥角硫因的起源，是一種天然產物。

其實，麥角硫因在細菌、真菌中都可以合成。目前，麥角硫因的生物合成途徑共有3種。

第一，真核生物細菌里的耗氧途徑，通過以半胱氨酸和谷氨酸形成谷氨醯半胱氨酸，然後用組氨酸連接酶，在酶的作用下，合成麥角硫因，這是在細菌里的合成途徑。

第二，如果是在真菌里，也即蘑菇里，合成途徑會比細菌相對更簡單一點，主要還是組氨酸在甲硫氨酸酶的作用下，先上甲基，然後通過酶的作用，形成麥角硫因。

第三，上面兩個途徑其實都需要氧氣的參與，但在自然界裡，還有一種途徑是不需要氧氣參與的，從三甲基組氨酸一步到位變成麥角硫因，這是一個厭氧途徑，是不需要氧氣的。這個途徑比較古老，與這個途徑相關的酶均具有高度的保守性。在很多很古老的細菌裡面，相同類似功效的酶，核心的功能跟胺基酸序列高度保守。

麥角硫因這個物質可追溯到24億年前，在地球產生氧氣前，麥角硫因這一物質就出現了。但當時沒有氧氣，為什麼會存在這個物質呢？其實有一個假說，即麥角硫因其實是細菌為了抵擋其他的環境影響進化而來的。只是說有了氧氣，地球上產生了富氧環境，麥角硫因的生理作用慢慢變成了抗氧化作用。

比如說，從進化的角度來講，麥角硫因最初可能不是作為一個抗氧化劑來使用的，只是後來在進化、演化的過程中，它變成了一個抗氧化劑。

麥角硫因的獲得途徑，最傳統的方式是提取，即從各種各樣的蘑菇里直接提取，或者用蘑菇菌絲髮酵。然而從發酵密度來看，1升的發酵液產率大概僅能產生幾毫克麥角硫因，產率很低，純化成本較高，這也是麥角硫因價格比較昂貴的原因。

除提取外，還有一種是化學合成方式。由於麥角硫因是組氨酸的衍生物，天然組氨酸都是L型的，理論上來說，我們所謂的自然界中具有生理活性的物質都是L型結構。

麥角硫因的化學合成法，是用組氨酸甲酯，先上兩個甲基，然後上硫酮，最後再上一個甲基，這個過程中容易出現消旋反應。組氨酸是一個特別容易消旋的胺基酸，這也使得很難拿到一個單一構型的物質。

另外，現在用的比較多的獲取途徑是發酵。發酵過程中，一般使用的是大腸桿菌、酵母、谷氨酸棒桿菌等一系列菌。無論是在細菌，還是在真菌裡面的合成路徑，均通過基因控制或代謝工程等合成生物學手段，移植於細胞體內，用很簡單的原料，去合成麥角硫因。從產率上來看，目前行業內能做到克級的產率，但是相應的提純成本也比較高。

目前行業正在探索新一代的合成路徑，即用酶催化。此前，麥角硫因是在體內進行合成，而酶催化則是把這條合成路徑拿到了體外。

實際上，體外的酶催化是一個多酶催化的路徑，最短的合成路徑也需要2-3種酶的參與，同時涉及到了輔助因子。這也導致對反應條件的優化、對於酶改造的要求比較高。從目前來看，技術挑戰比較大，但通過酶催化合成麥角硫因，產率會很高，能夠做到幾十克，甚至上百克每升的產率，顯著提升物質的供給。

此外，麥角硫因還有一個特點，它有一個轉運載體。一般說來，一些物質要進行跨膜運輸，在沒有任何轉移載體的情況下，跨膜相對比較困難，特別是一些大分子。而有了轉運載體，就可以把這個物質轉移進去。麥角硫因的轉運載體最初叫OCTN1，其實，OCTN1編碼基因早已被熟知，OCTN1是該基因表達出來的蛋白。

為什麼被稱作OCTN1？這是因為研究這個基因表達的蛋白研究者，發現它可以轉運四乙胺類物質，而四乙胺是一個有機陽離子，所以就把這個基因編碼的蛋白稱為新型有機陽離子轉運體OCTN1。

在後來的研究中，我們發現OCTN1不僅能轉運四乙胺，還能轉運類似於組氨酸衍生物的結構，例如麥角硫因。你會發現，對於這類擁有三甲胺結構的物質，麥角硫因的轉運效率遠遠超過其他物質。如果將這些結構類似物篩選一遍，你會發現，OCTN1對麥角硫因的轉運效率是最高的，所以這是一個特異性的轉運載體。

此外，這個蛋白後來用OCTN1命名其實已經不準確了，更規範的命名是麥角硫因轉運體ETT。德國的科學家已經對它進行了非常多的研究，這個轉運載體其實在細胞體、在人體內各種不同組織分布還是非常廣泛的。

最後，麥角硫因作為一種原料，究竟有何作用？

麥角硫因不僅能被應用於化妝品領域，在膳食營養補充劑、食品添加劑等領域也具有非常好的功效。

麥角硫因最重要的一個功效是抗氧化，雖然它只能捕獲一部分自由基，但捕獲效率很高，而且自身又很穩定，不容易被氧化。另外，在分子尺度上，特別是在成纖維細胞等分子尺度上，它能夠抑制一些相關的信號通路。比如說，AP-1能夠促進一些信號通路，而Nrf2，則和激活抗氧化通路相關。在分子尺度上，已經有很多關於麥角硫因在皮膚學上的研究，所有和ROS相關的信號通路，麥角硫因都有相應的研究去證明它可以抑制，或者是促進相關信號通路的表達。

關於麥角硫因的抗氧化作用，它能夠抑制線粒體內超氧化物的數量，增加線粒體的數量，並提升線粒體的膜電位。本質上而言，均是為了防止線粒體在過量活性氧的作用下受到損傷，起到保護線粒體的作用。

另外，對於大家比較關心的sirt基因，一個去乙醯化酶的長壽蛋白，我們發現在細胞上，麥角硫因對sirt基因也有很明顯的提升作用。作為食品添加劑，在歐盟，麥角硫因已經獲批為一個新食品原料。在蘑菇里，麥角硫因的含量特別多，所以，吃蘑菇多的地方和人群人均壽命會增長，同時相關的神經退行性疾病也會下降。

值得一提的是，隨著年齡增加，麥角硫因在人體的含量會隨之下降。另外，很重要的一點，就是在一些神經退行性或認知下降時，麥角硫因在體內的含量是普遍下降的。所以，現在麥角硫因被認為和衰老、認知相關聯，它是一個生物信號分子。

另外，在心血管領域，經過大量的樣本分析，麥角硫因被證明可以降低心血管疾病的風險，這即是其在口服領域的應用。研究者通過對藥物進行分析，發現我們吃進去含麥角硫因的藥品，可以增加血液裡面麥角硫因的含量，但含量不會一直增加。這主要是因為，麥角硫因會以某種形式儲存在我們身體的一些器官，比如，肝臟或骨髓里。

當我們體內遇到氧化性危機時，我們會啟動某種機制表達它的轉運體轉運蛋白，讓麥角硫因向這些容易受氧化性損傷的器官富集，去抑制ROS對它的影響，所以我們把它叫做適應性的抗氧化行為。

最後，麥角硫因作為食品添加劑，可以防止食物變質。這通過蘋果實驗即可來證明，我們把蘋果一邊抹上麥角硫因，一邊不抹，你會發現麥角硫因抗氧化的效果非常明顯，在食品保鮮劑上具備應用潛力。

以上是我們對麥角硫因作為分子、物質、原料的分享，我們對它的研究還不是很充分，期待未來能與產業上下游共同探討其未解之謎。

整理：青禾