甜菜堿是一種天然物質(zhì)，廣泛分布在麥麩、小麥胚芽、菠菜、甜菜、微生物和水生無脊椎動物等動植物中，因為它看起來像甘氨酸，有三個額外的甲基，因此甜菜堿也被稱為三甲基甘氨酸。

甜菜堿與其他滲透保護(hù)劑相比，一方面能降低水分子溶解蛋白質(zhì)的能力，穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，甜菜堿可以增加細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)體積和含水量，以防止高滲條件下的脫水收縮。因此大量研究表明，小到細(xì)菌， 大到脊椎動物，細(xì)胞都需要吸收甜菜堿作為滲透保護(hù)劑，當(dāng)組織處于高參狀態(tài)時，可以補充額外甜菜堿來對抗?jié)B透壓力。

甜菜堿作為甲基供體在甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）的作用下，向同型半胱氨酸轉(zhuǎn)甲基生成蛋氨酸和二甲基甘氨酸。類似地，依賴維生素 B12 的蛋氨酸合成酶 (MS) 也可以催化同型半胱氨酸與從 5-甲基四氫葉酸供體獲得甲基形成蛋氨酸。這些過程儲存了蛋氨酸，解毒了同型半胱氨酸，是臨床治療疾病的基礎(chǔ)。

有報道稱高同型半胱氨酸可以誘導(dǎo)錯誤折疊的蛋白質(zhì)，最終導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，甜菜堿可以促進(jìn)同型半胱氨酸轉(zhuǎn)化成蛋氨酸，維持半胱氨酸水平，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。除了減輕應(yīng)激外，甜菜堿還抑制細(xì)胞凋亡。

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