近日发生在某知名高校的咖啡投放异物事件揭开了一个巨大的地下产业链——牛磺酸泡腾片。不少网络商家在销售相关产品时总是附上“女用”、“速效”等词汇以及一些低俗、露骨、诲淫的文字和图片描述（图1）。当然商家的宣传和商品的实际作用从来都不可同日而语，牛磺酸产品也不例外。
图1 网络上的一些牛磺酸泡腾片产品宣传材料。图片来源：上海电视台记者宣克炅。
牛磺酸的来源
牛磺酸是一种广义氨基酸，其分子式为NH2-CH2-CH2-SO3H（β-氨基乙磺酸）。牛磺酸并非必需氨基酸，可以通过生物途径由半胱氨酸和半胱胺合成（见图2，Kohlmeier, 2015）。同时牛磺酸也广泛存在于肉类中，包括畜类（200-400 ppm）、鱼类（300-700 ppm）、甲壳类（1500-2400 ppm）和牛乳（6 mg/l），在中国的一般饮食结构下（素食者除外），个人一天的摄入量大概为30-80毫克，足以支持一个成人日均30-40毫克牛磺酸的需要 (Zhao et al, 1998)。因此，额外以固体饮料的方式摄入牛磺酸对于非素食者并无必要；但过量摄入牛磺酸的副作用尚不明。
图2 牛磺酸合成路径
牛磺酸的功能
01
消化功能
牛磺酸是胆汁的必要组成部分，可以和胆汁酸脱水缩合，形成牛磺胆酸（图3，Ijare et al, 2010）。牛磺胆酸的具体作用机理目前没有定论，但实践中普遍发现肝病中频繁出现胆汁成分改变的情况。因此，牛磺胆酸/甘氨胆酸的比值（可以取样后用核磁共振法测得）被广泛用于肝病诊断。有部分研究表明牛磺酸摄入会促进胆汁分泌 (Kishida et al, 2003)，同时可能调节部分消化道菌群的活动水平[ii]和保护肝脏细胞 (Wu et al, 2022)。绝大部分胆汁中的牛磺酸都会被消化道重吸收，虽然日均分泌量在2克左右，实际经由粪便排出体外的牛磺酸仅50微克左右。这部分损失由食物摄入和生物合成补充。
图3 甘氨酸和牛磺酸脱水和胆汁酸缩合
02
肌肉调节功能
牛磺酸广泛存在于运动饮料中的一个主要原因是其可以缓解肌肉细胞损害，尤其是代谢过程加速后带来的氧化损害。例如Thirupathi (2018) 在小鼠模型的研究中证明：过度刺激肌肉细胞会显著增加膜电位（注：此处的“增加”指细胞内部的电势更低，以至于细胞膜两侧电压增高。一般细胞膜内部相比膜外带负电，因此细胞膜两侧之间能够产生一个电压，可以通过膜片钳/patch clamp electrode技术测得）、增加细胞中过氧化氢水平、过氧化磷脂水平、增加DNA损坏、同时在显微镜观察测得的肌肉纤维减少接近50%；在服用牛磺酸后，膜电位降低至略高于正常水平，过氧化氢、过氧化磷脂、DNA损坏和肌肉纤维的损坏均有所减轻（见图4）。其他动物研究也指向牛磺酸可能在耐力运动中增强肌肉细胞线粒体的催化效率，从而不仅减少了肌肉的氧化损坏，也有促进脂肪燃烧的作用。但是长期、低剂量地过量服用牛磺酸可能减损肌肉力量（握力/体重比），该损失对于阉割的小鼠尤其明显（图5，Barragan-Ceballos et al, 2021）。
图4 肌肉纤维的纤维图像。左上：对照；右上：高强度锻炼；左下：注射牛磺酸；右下：高强度锻炼+牛磺酸
图5 阉割公鼠的肌肉力量。从t=0开始注射牛磺酸。
03
泌尿功能
由于牛磺酸的氨基和磺酸基团可以同时带电：NH3+-CH2-CH2-SO3-，牛磺酸能够吸引细胞内的阴、阳离子，从而增加细胞内的渗透压，使水通过细胞膜渗透进入细胞。在身体缺水时，肾脏升支髓袢（Ascending loop of Henle）的皮质顶端有牛磺酸合成酶大量表达，因此水通过渗透作用由肾小管重吸收进入细胞并回归血液循环 (Reymond et al, 2000)。相应地，在血压较高或者牛磺酸过量时，肾小管内的Slc6A6蛋白大量表达，使得牛磺酸进入肾小管内，增加肾小管内的渗透压，从而阻止肾小管壁对水进行重吸收 (Matsell et al, 1997)；同时多余的牛磺酸随尿液排出。
04
神经调节功能
以上两项功能和所谓“催情”效果基本没有关联，真正可能为上述宣传背书的是牛磺酸的神经调节功能。牛磺酸是为数不多的能够穿越血脑屏障的分子之一，其跨越血脑屏障一般通过GAT2/BGT-1蛋白或者Slc6A6蛋白 (Takanaga, 2001)，因此牛磺酸可能对中枢神经系统产生影响。牛磺酸的主要作用是调节γ-氨基丁酸的和谷氨酸；同时牛磺酸调节细胞盐平衡的作用可能也对神经细胞的功能产生影响。
牛磺酸调节γ-氨基丁酸的效果比较广泛，但是以抑制性效果为主。Ye et al (1997)通过膜片钳法测得牛磺酸能够结合黑质网状部（拉丁文substantia nigra pars reticulata / SNR）的γ-氨基丁酸受体氯离子通道，从而抑制黑质网状部的神经元。（见图6. 注：神经细胞的激活需要细胞内带更少的负电，牛磺酸结合受体后带负电的氯离子进入细胞，因此神经元被抑制。）相似的效果在纹状体 (striatum)、前扣带回皮层 (anterior cingulate cortex) 和垂体的神经分泌细胞（分泌催乳激素/prolactin等）也有发现。注意到上述几个系统都调节人类行为的动机水平，尤其是黑质网状部向纹状体投射的多巴胺神经元负责调节人类行为的正向动机（图7）。因此牛磺酸对上述系统的抑制与其说有所谓“催情”作用，不如说具有反作用。同时，γ-氨基丁酸也能够经由Slc6A6等牛磺酸的通道蛋白进行跨膜运输，该运输机制广泛存在于视神经系统内。
图6 对黑质网状部的脑组织显微注射牛磺酸/甘氨酸/GABA/AMPA造成的膜电位变化。注射牛磺酸显著地抑制了黑质网状部的神经元同时覆盖了GABA的效果(C)。
图7 黑质-纹状体通路。图源网络。
牛磺酸和谷氨酸或N-甲基天冬氨酸 (N-methyl D-aspartate, NMDA) 的结合也具有类似的对动机水平的抑制效果。尤其纹状体的伏隔核 (nucleus accumbens, NAc) 中，通过微透析技术连续取样，发现了牛磺酸抑制谷氨酸分泌的迹象。由于伏隔核在酒精/毒品的戒断反应中高度激活，谷氨酸浓度显著提高，因此牛磺酸的抑制作用具有临床用于药物依赖的前景（图8，Dahchour, 2000）。同时，牛磺酸可以直接结合前额叶皮层的NMDA受体蛋白，从而抑制上述神经元的活动（图9，Chan, 2014）。
图8 小鼠在酒精戒断反应期间伏隔核的谷氨酸水平
图9 前额叶皮层的膜片钳实验，红色线表示注射牛磺酸，灰色为对照组。
此外牛磺酸可以直接通过调节细胞盐平衡的机制直接抑制大多数神经元：细胞内的牛磺酸可以增加细胞内的镁和钾离子，减少细胞内的钠离子浓度，因此神经元激活（需要钠离子向细胞内流动）的过程可能受到阻碍。
综上，牛磺酸对于神经系统的作用是非常广泛的，很难和所谓“催情”功能联系起来，甚至可能具有相反的功能。
牛磺酸有性别特异性吗？
先说结论：有。
2020年发表的一项研究 (Brown et al, 2020) 表明，使小鼠从出生开始长期服用过量牛磺酸（饮用水添加0.06%或0.12%牛磺酸），如果在对小鼠进行训练之前停止服用，则对雄性小鼠的空间记忆能力/空间学习能力的能力有负面影响，对雌性小鼠反而有正面影响（见图10）；如果在小鼠训练期间持续服用，则效果恰好相反（见图11）。此外，牛磺酸显著增加雌性小鼠中枢神经系统内三种主要神经递质（谷氨酸、多巴胺、5-羟色胺）的分泌水平，但对雄性没有明显影响。上述影响的具体机制尚不明。
图10 莫里斯隐藏平台实验。方法：在一个直径122厘米的水缸内注入含白色染料的水，在水下放置一个直径10厘米的圆形平台。在训练阶段，在圆形平台上方树立一根直杆，直杆上固定一个乒乓球，用于训练小鼠找到水下隐藏的平台。在测试阶段，小鼠从固定的出发点出发，通过录像方式测量其在水中游泳的路程，直到其找到隐藏的平台为止。路程越远（纵轴）即证明小鼠的空间记忆越差。
图11 在实验期间持续服用牛磺酸的莫里斯隐藏平台实验结果
结语
上述文献分析足以认定，所谓牛磺酸是“催情素”的说法纯属无稽之谈。至于为何商家仍然用如此低俗的手段进行宣传，当然是因为相关宣传指向的目的有市场需求。虽然一个社会的终极目标应该是消灭这样的市场需求，但是从现实的角度讲，即使从法理上消灭了市场，也很难在短期内消灭此市场需求，那么就只能把明面上的市场推向黑市。因此，与其让真正具有麻醉作用的药物占据此市场，短期内还是宁可让牛磺酸这样的产品在市场里面收割一些智商税罢。
