介绍
糖原是哺乳动物体内碳水化合物的主要储存形式，在全身能量稳态调控中占据核心地位。作为动物细胞的储能多糖，糖原与植物中的淀粉功能同源，均由葡萄糖聚合而成，但糖原具有更高的分支度，使其能够被快速动员，灵活应对机体的能量需求波动。糖原主要合成并储存于肝脏与骨骼肌中，同时在脑、肾、红细胞等组织中少量分布，不同组织的糖原承担着差异化的生理功能。
图一 糖原
糖原的合成代谢：糖原生成
糖原的合成途径称为糖原生成，发生于胞质中，主要在肝脏和骨骼肌中进行，是一个依赖能量输入的生化过程。整个合成通路可分为葡萄糖活化、糖链起始与延伸、分支结构形成三个关键阶段。
首先是葡萄糖的活化阶段。进入细胞的葡萄糖先在己糖激酶（肌肉）或葡糖激酶（肝脏）的作用下磷酸化，生成葡萄糖 - 6 - 磷酸；随后经磷酸葡萄糖变位酶催化，异构为葡萄糖-1-磷酸。葡萄糖-1-磷酸与尿苷三磷酸（UTP）在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶的作用下生成活化的葡萄糖供体UDP - 葡萄糖，同时释放焦磷酸。
其次是糖链的起始与延伸。糖原合酶只能延长已有的糖链，无法从头催化合成，因此糖原合成依赖引物启动。后续研究证实，糖原蛋白是糖原合成的核心起始蛋白：该蛋白酪氨酸残基的羟基可作为葡萄糖受体，在糖原起始合酶的作用下结合第一个 UDP - 葡萄糖分子，随后糖原蛋白自身可继续添加数个葡萄糖残基，形成短链寡糖引物。糖原合酶以 UDP - 葡萄糖为底物，通过 α-1,4 - 糖苷键不断将葡萄糖残基添加到糖链的非还原端，使糖链逐步延长。
最后是分支结构的形成。当糖链长度达到至少 11 个葡萄糖残基时，分支酶（淀粉 - 1,4→1,6 转葡糖苷酶）发挥作用，从糖链非还原端转移一段含 5~8 个葡萄糖残基的片段，通过 α-1,6 - 糖苷键连接到糖链的另一个位置，形成新的分支。分支的存在不仅使糖原分子具有高度可溶性，还大幅增加了非还原端的数量，使糖原合酶与糖原磷酸化酶的作用位点显著增多，极大提升了糖原合成与分解的速率。人体总糖原储存的能量可达 600 kcal，远高于线性葡聚糖的储能效率。
糖原的分解代谢：糖原分解
糖原的分解通过系列酶促反应将糖原降解为葡萄糖 - 1 - 磷酸与少量游离葡萄糖，其代谢去向因组织酶谱的差异而不同。糖原分解的起始步骤由糖原磷酸化酶催化。从糖原的非还原端依次水解 α-1,4 - 糖苷键，通过磷酸解反应生成葡萄糖 - 1 - 磷酸。这一过程持续进行，直到距离分支点（α-1,6 - 糖苷键）仅剩 4 个葡萄糖残基时，糖原磷酸化酶无法继续作用，此时形成的结构被称为极限糊精。
极限糊精的进一步降解依赖脱支酶。脱支酶是一种双功能酶，同时具有寡糖 - 1,4→1,4 葡聚糖转移酶和淀粉 - 1,6 - 葡糖苷酶两种活性：前者将分支外侧的 3~4 个葡萄糖残基转移到另一条糖链的末端，重新形成 α-1,4 - 糖苷键；后者则水解剩下的 α-1,6 - 糖苷键，释放出一分子游离葡萄糖。经脱支酶作用后，糖链恢复为线性结构，可再次被糖原磷酸化酶降解，如此循环往复。
糖原分解的产物中，葡萄糖 - 1 - 磷酸与游离葡萄糖的比例约为 8:1。葡萄糖 - 1 - 磷酸在磷酸葡萄糖变位酶作用下转化为葡萄糖 - 6 - 磷酸，在肝脏、肾脏和肠道中，葡萄糖 - 6 - 磷酸酶可将葡萄糖 - 6 - 磷酸水解为游离葡萄糖，释放入血以维持血糖；而在肌肉和脑组织中，因缺乏该酶，葡萄糖 - 6 - 磷酸直接进入糖酵解途径，为细胞供能。值得注意的是，尽管肌肉没有葡萄糖 - 6 - 磷酸酶，但仍有约 8%~10% 的糖原分解产物为游离葡萄糖，这部分葡萄糖全部来自脱支酶的淀粉 - 1,6 - 葡糖苷酶活性。
糖原代谢的激素调控
糖原代谢处于精密的激素调控之下，机体通过胰岛素与胰高血糖素的拮抗作用，协同调控合成与分解通路的关键酶，实现能量储存与动员的动态平衡。进食后，血液中葡萄糖浓度升高，胰腺 β 细胞分泌胰岛素增加。胰岛素作用于肝细胞，激活糖原合酶、抑制糖原磷酸化酶，促进肝脏摄取葡萄糖并合成糖原，使血糖回落。在这一进食状态下，肝脏从血液中摄取的葡萄糖量多于释放量，糖原储备逐步增加。
糖原贮积病的分类与特征
庞贝病由溶酶体酸性葡糖苷酶缺陷引起，导致糖原在溶酶体内异常累积，病情严重，常因心力衰竭致死。科里病为脱支酶缺陷所致，患者体内累积分支结构异常的多糖，可同时累及肝脏与肌肉。安德森病因分支酶缺陷导致糖原分支异常，患者多在婴儿期因心脏或肝脏衰竭死亡。
麦卡德尔病是骨骼肌糖原磷酸化酶缺陷导致的肌肉型糖原贮积病，患者肌肉中糖原含量异常升高，可达肌重的 2.5%~4.1%，主要表现为运动耐量下降，运动后血液乳酸水平不升高。赫氏病为肝脏磷酸化酶缺陷，以肝糖原累积、空腹低血糖为主要特征。Tarui 病由磷酸果糖激酶缺陷引起，除运动耐量下降、肌糖原增高外，还伴随溶血性贫血。此外，性连锁遗传的磷酸化酶激酶缺陷病也以肝糖原累积、低血糖倾向为主要表现[1]。
图二 糖原贮积病
参考文献
[1] AKRAM M, ASIF H M, et al. Glycogen metabolism and glycogen storage diseases: A review[J]. JOURNAL OF MEDICINAL PLANTS RESEARCH, 2011, 5(20): 4980-4983.