硫胺素

硫胺素（INN:thiamine），也被拼為thiamin，或稱維生素B1，是一種維生素，為人類與動物必需的微量營養素。它存在於食物材料中，也可透過商業合成，作為膳食補充劑或是藥物使用。

含有硫胺素的食物有全穀物、莢果以及某些肉類與魚類。

人體對於硫胺素補充劑通常有良好的耐受性。當經由注射方式重複給藥時，可能會發生過敏反應，包括過敏性休克。硫胺素已列入世界衛生組織基本藥物標準清單之中。目前市面上已有其通用名藥物（學名藥）販售，且在某些國家被歸類為非處方膳食補充劑。

定義
硫胺素是維生素B族中的一種，也被稱為維生素B1。

缺乏症
由硫胺素缺乏所引起的著名疾病有腳氣病、韋尼克-高沙可夫症候群、視神經病變 (optic neuropathy)、利氏病、非洲季節性共濟失調（或稱奈及利亞季節性共濟失調)）以及。硫胺素缺乏而出現的症狀有倦怠、體重減輕、易怒與意識混亂。

在西方國家，慢性酒精中毒是一種導致缺乏症的風險因素。

生物功能
目前已知有五種天然的硫胺素磷酸衍生物： (ThMP)、硫胺素焦磷酸 (TPP)、 (ThTP)、(AThDP) 以及 (AThTP)。其中表徵最透徹的形式是TPP，它是糖類與氨基酸分解代謝中的一種輔因子。雖然其輔因子作用已廣為人知，但硫胺素及其衍生物的非輔因子作用，可能是透過與不使用該機制（輔因子機制）的蛋白質結合來實現。除作為細胞將硫胺素轉化為二磷酸及三磷酸形式的過程中間體外，目前尚未發現其單磷酸形式具有其他生理作用。

傳統生物化學認為TPP的合成是由硫胺二磷酸激酶催化"硫胺 + ATP → TPP + AMP"。然而近期研究揭示，細胞內合成TPP的首選底物其實是UTP (尿苷三磷酸) 而非ATP，酵素對UTP的親和力約高出10倍。

TPP的生化活性源於其分子結構能形成偶極體活性狀態。使它能像"化學剪刀"般精準地攻擊並轉移二碳單位，特別是負alpha-酮酸 (2-oxoacids) 的脫氫作用（包括脫羧及與輔因子A結合）。

TPP在碳水化合物代謝中扮演"轉運站"的角色，支援以下重要酵素：

*能量產生：位於線粒體的丙酮酸脫氫酶 (PDH) 銜接糖解作用與三羧酸循環（檸檬酸循環），而alpha-酮戊二酸脫氫酶 (OGDH) 則是循環中的限速步驟。兩者共同確保細胞能產生充足的能量貨幣ATP。

硫胺三磷酸(ThTP)
ThTP與哺乳動物及其他動物神經元中的氯離子通道活化有關，但目前對其具體機制尚未完全了解。它在大腸桿菌中被認為與應對氨基酸匱乏 (amino acid starvation) 的反應有關。
*腺苷硫胺三磷酸 (AThTP)：存在於大腸桿菌中，並會在碳源匱乏 (carbon starvation) 時大量累積。AThTP在這種細菌中可能佔總硫胺含量的20%之多。此外，它也以較少量存在於酵母、高等植物的根部以及動物組織中。對於哺乳期女性，硫胺素會被輸送至母乳中，即使這會導致母親自身出現硫胺蘇缺乏症。

硫胺素不僅對線粒體膜的發育非常重要，對突觸膜的功能也同樣重要。另有研究指出，硫胺素缺乏會阻礙嬰兒的大腦發育，並可能是導致嬰兒猝死症的原因之一。

膳食建議量
美國國家醫學院（1998年）規定14歲以上男女的建議攝取量 (RDA) 分別為每日1.1與1.2毫克。孕期與哺乳期女性需增加至1.4毫克（一般產前維生素約含1.5毫克）。1歲以下嬰兒的適足攝取量 (AI) 為0.2–0.3毫克，1–13歲兒童則隨年齡增長由0.5增至0.9毫克。

由於目前尚無攝取高劑量後對人體產生不良反應的數據，美國與歐盟均未設定耐受最高攝取量 (UL)。

食物來源
硫胺存在於多種加工與全穀類食物中，包括小扁豆、豌豆、全穀物、豬肉以及堅果。

營養強化
由於食品加工過程會降低原料中的維生素含量，部分國家要求或是建議對小麥、稻米或是玉米等穀物食品進行營養強化。截至2022年2月，全球共有59個國家（主要分佈於北非與撒哈拉以南非洲）強制要求在小麥、稻米或玉米中添加硫胺素或硝酸硫胺素，規定的添加量介於2.0至10.0毫克/公斤之間。另有18個國家實施自願性強化計畫。例如印度政府建議在與中添加3.5毫克/公斤的硫胺素。

合成
生物合成
:

生物合成硫胺素主要發生於細菌、部分原生動物、植物及真菌中。其構造中的噻唑與嘧啶部分是分別合成後，再由結合成硫胺素單磷酸 (ThMP)。

*嘧啶環：由磷酸甲基嘧啶合酶 (ThiC) 催化。起始原料 5-胺基咪唑核苷酸，經自由基中間體重排反應形成。
*噻唑環：由噻唑合酶催化。最終前體包括1-去氧-D-木酮糖-5-磷酸、2-亞胺基乙酸及硫載體蛋白 (ThiS)，並需ThiG蛋白協助在活性位點進行組裝。
*最終組裝：噻唑中間體經脫羧後，與磷酸甲基嘧啶衍生物反應形成ThMP。此路徑受核糖開關調節。當細胞內硫胺素充足時，TPP核糖開關會結合至mRNA上阻止翻譯，避免資源浪費。這是目前已知唯一同時存在於真核與原核生物中的核糖開關。

實驗室合成
:

科學家在1936年的首次全合成中，以3-乙氧基丙酸乙酯為原料，經甲酸乙酯處理後得到二羰基中間體，隨後與乙醯胺反應形成取代的嘧啶。接著透過親核芳香取代反應將其羥基轉化為氨基：首先使用三氯氧磷轉化為氯代衍生物，再經氨處理。隨後，利用氫溴酸將乙氧基轉化為溴代衍生物。在最後階段，透過與 4-甲基-5-(2-羥乙基)噻唑進行烷基化反應，最終生成硫胺素（以二溴化物鹽的形式存在）。

工業合成
默克藥廠將1936年的實驗室規模合成法改進，讓其於1937能在紐澤西州的拉韋進行硫胺素的商業化生產。隨後便出現具競爭力的生產製程。開發更高效的二胺（有兩個氨基的有機化合物）合成路徑至今仍是業界關注的重點。

硫胺素製造已在歐洲經濟區（EEA）依據REACH法規（Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals）註冊後展開。目前該地區每年生產或進口的總量介於100至1,000噸之間。

合成模擬物
許多維生素B1模擬物，例如、以及都是硫胺素的合成衍生物。這些物質大多於1950與1960年代在日本研發，目的為開發出比傳統硫胺素吸收率更高的形式。其中部分已在某些國家獲准作為藥品或非處方膳食補充劑，用於治療糖尿病神經病變或其他健康狀況。

吸收、代謝與排泄
吸收
食物中的硫胺素磷酸酯在小腸上部經鹼性磷酸酶水解。低濃度時透過載體介導的主動運輸吸收，高濃度則兼具被動擴散。它被輸送至大腦、心臟、肝臟等高代謝需求器官，並透過SLC19A2與SLC19A3基因編碼的轉運蛋白進入細胞。鎂離子對其分佈非常重要，缺乏鎂會加重硫胺素缺乏症。在反芻動物的腸道細菌能合成硫胺素與硫胺素酶。當乳牛過度餵食穀物而導致亞急性瘤胃酸中毒時，會促使細菌釋放更多硫胺素酶，引發缺乏症。研究也指出，咀嚼包裹在檳榔葉中的檳榔片或茶葉，可能透過單寧機制降低硫胺素的吸收。此外，減重手術會嚴重干擾維生素吸收，根據統合分析的結果，顯示約27%接受此類手術的患者會出現維生素B1缺乏。

歷史
硫胺素是第一種被分離出的水溶性維生素。他在海軍艦艇上進行實驗，發現將純白米飲食改為包含大麥、肉類、乳製品及蔬菜的混合飲食後，在經歷九個月的航程中幾乎將艦上官兵的腳氣病消除。然而，他當時錯誤地將功勞歸於蛋白質攝取的增加。直到米糠及大麥麩皮中的抗腳氣病因子於1905年被證實後，高木才獲得表彰並被封為男爵，人稱"大麥男爵" 。克里斯蒂安·艾克曼最終於1929年獲頒諾貝爾生理醫學獎。

東京帝國大學的鈴木梅太郎於1910年從米糠中分離出硫胺素化合物，命名為Aberic acid（後改名為Orizanin），惜因德文翻譯失誤而未能在國際上獲得關注。波蘭生化學家卡西米爾·芬克於1911年分離出抗神經炎物質，因其含有胺基而創造"vitamine"（維他命）一字。

荷蘭化學家與W.F. 多納斯（Willem Frederik Donath）於1926年首次取得此物質結晶。美國化學家於1934年確定其結構，並將其命名為"Thiamine"（取自含硫"thio-" 與"vitamin"的組合）。威廉斯團隊隨後於1936年完成全合成。

於牛津大學服務的透過鴿子實驗觀察到，缺乏硫胺素會導致嚴重的角弓反張（頭部後縮），但在投藥後30分鐘內即可痊癒。由於鴿子腦部並無器質性病變，他因而提出"生化損傷"的概念。兩位德國生物化學家卡爾·洛曼（Karl Lohmann, 生卒年份1898–1978年）與菲利普·舒斯特（Philipp Schuster）於1937年證實TPP是丙酮酸氧化脫羧反應中不可或缺的輔因子，正式揭開其在能量代謝中的作用機制。

引用文獻
氨基嘧啶
維生素B族
輔酶
伯醇
噻唑
世界衛生組織基本藥物
RTT
陽離子

评论 (0)