胃腸營(yíng)養(yǎng)化學(xué)感應(yīng)及其生理效應(yīng)

譚碧娥 印遇龍

(中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)中心，農(nóng)業(yè)部中南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，長(zhǎng)沙 410125)

胃腸道不僅僅是消化和吸收的器官，同時(shí)也是味覺(jué)感應(yīng)器官，被看作是化學(xué)傳感接口，負(fù)責(zé)生成和傳遞胃腸道管腔環(huán)境信息到大腦和身體的其余部分［1］。早在 1964 年，Mclntyre 等［2］發(fā)現(xiàn)口服葡萄糖比靜脈注射更能有效地提高血漿胰島素水平，胃腸道在感應(yīng)和傳導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)信號(hào)中的積極作用就被證實(shí)。對(duì)胃腸道信號(hào)在調(diào)控激素分泌、攝食和胃腸蠕動(dòng)等生理活動(dòng)中的作用的不斷認(rèn)知，激起了對(duì)胃腸道如何感應(yīng)營(yíng)養(yǎng)信息的研究熱潮。近幾年的研究表明，胃腸道黏膜上存在味覺(jué)受體細(xì)胞，通過(guò)味覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和信息傳遞來(lái)感受胃腸道內(nèi)含物［3］。胃腸道識(shí)別到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或非營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后，啟動(dòng)調(diào)控消化、吸收、采食和代謝的級(jí)聯(lián)過(guò)程或者啟動(dòng)拒食、中和和排出有害物質(zhì)等防御過(guò)程。

1 胃腸營(yíng)養(yǎng)化學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)

胃腸道內(nèi)分泌細(xì)胞(enteroendocrine cells，EECs)是腸腔黏膜上特化的上皮細(xì)胞，所占比例不到整個(gè)腸腔上皮細(xì)胞的1%，但構(gòu)成了體內(nèi)最大的內(nèi)分泌器官。EECs被認(rèn)為是胃腸腔內(nèi)的初級(jí)化學(xué)感應(yīng)器，能整合胃腸腔信息，釋放信號(hào)分子，激活神經(jīng)纖維或其他靶目標(biāo)，進(jìn)而響應(yīng)腸腔內(nèi)容物［4］。神經(jīng)元是管腔化學(xué)傳感系統(tǒng)的組成部分，包括外在傳入神經(jīng)元和內(nèi)在神經(jīng)元，能檢測(cè)到管腔內(nèi)容物，產(chǎn)生反射作用，影響胃腸蠕動(dòng)、血流量以及水和電解質(zhì)的分泌［5］。管腔感應(yīng)器是黏膜化學(xué)傳感系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)與特定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合，激發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。目前鑒定的腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)器大部分集中于EECs，位于EECs膜的管腔側(cè)，感應(yīng)系統(tǒng)涉及膜表面溶質(zhì)載體(solute carrier transporters，SLC)和 G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptors，GPCRs)的利用以及細(xì)胞內(nèi)受體結(jié)合和代謝的需要。

1.1 營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)受體

腸道刷狀緣膜表達(dá)有豐富的SLC，充當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、離子和藥物吸收的門(mén)戶。已報(bào)道的SLC轉(zhuǎn)運(yùn)載體基因有362個(gè)，分為47個(gè)家族［6］。SLC的輸送方式主要包括依賴于細(xì)胞膜內(nèi)外電位差的促進(jìn)擴(kuò)散和借助于細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差的二次性能動(dòng)輸送。例如，單糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括鈉/葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)載體(sodium-coupled glucose transporter，SGLT)(如SGLT1)和葡萄糖協(xié)助擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)載體(facilitativeglucose transporter，GLUT)(如 GLUT1、GLUT2和 GLUT5)。作為 Na+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體，SGLT1轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖時(shí)與Na+協(xié)同，位于上皮細(xì)胞基底膜的Na+-K+-ATP酶維持細(xì)胞內(nèi)外Na+濃度梯度，SGLT1順濃度差將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞的同時(shí)將葡萄糖逆濃度差協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)入上皮細(xì)胞［7］。越來(lái)越多的研究證明，轉(zhuǎn)運(yùn)載體自身充當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的感應(yīng)器，監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝變化，而且充當(dāng)生電性或代謝性的轉(zhuǎn)運(yùn)感受體，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用［8-9］。

近年來(lái)，許多GPCRs被證實(shí)可作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳感器，且其基因在腸道中有表達(dá)［10］。GPCRs所介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路主要包括腺苷-3'，5'-環(huán)化一磷酸(cAMP)信號(hào)通路和磷脂酰肌醇信號(hào)通路。GPCRs存在多種配基，使這些受體更具有多樣性和敏感性，不僅影響配基的親和力和效能，還能引起下游的信號(hào)傳導(dǎo)［11］。細(xì)胞內(nèi)蛋白相互作用以及細(xì)胞外構(gòu)象和膜極性的改變能進(jìn)一步調(diào)節(jié)受體活性［12］。味覺(jué)受體家族Tas1和Tas2是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)的重要的 GPCRs。Tas1家族由T1R1、T1R2和T1R3組成，以異源二聚體的形式發(fā)揮作用，T1R2和T1R3結(jié)合形成甜味受體，T1R1和T1R3一起作為鮮味受體可以感應(yīng)谷氨酸;Tas2家族包括約30個(gè)成員，是苦味受體。最近鑒定出氨基酸受體G蛋白偶聯(lián)受體C組6A(GPRC6A)，其基因在整個(gè)腸腔都有表達(dá)［13］，但研究還很少。此外，腸腔內(nèi)分泌細(xì)胞含有豐富的感應(yīng)脂類(lèi)物質(zhì)的GPCRs，包括 GPR40(FFAR1)、GPR41(FFAR3)、GPR43(FFAR2)、GPR84 和 GPR120 等［14-15］。GPR40 和GPR120結(jié)合中長(zhǎng)鏈游離脂肪酸，而 GPR43和GPR41結(jié)合短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)。

1.2 營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)信號(hào)途徑

胃腸道營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)存在3種不同模型:1)EECs味覺(jué)受體信號(hào)影響腸促胰島素釋放，這反過(guò)來(lái)又影響腸上皮細(xì)胞(enterocytes，EC)中轉(zhuǎn)運(yùn)載體的基因表達(dá)或膜的有效性。2)EECs或EC中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)偶聯(lián)的生電性轉(zhuǎn)運(yùn)模式。3)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與代謝性轉(zhuǎn)運(yùn)受體結(jié)合，導(dǎo)致EECs促胰島素釋放或EC中基因表達(dá)的變化［16］。這類(lèi)似于舌頭上皮味覺(jué)受體作用模式，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)器(腸道味覺(jué)受體)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)效應(yīng)器(肽類(lèi)激素)和作用靶點(diǎn)(如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體基因表達(dá)或EC刷狀膜緣營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用)有清晰的區(qū)別。

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與味覺(jué)受體結(jié)合，活化α-味導(dǎo)素(α-gustducin，Gg)，從而激活胞內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase，AC)，產(chǎn)生 cAMP，進(jìn)而激活蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)，關(guān)閉 K+通道，抑制K+外流，引起細(xì)胞膜的去極化，開(kāi)啟L型電壓依賴性Ca2+通道(L-type voltage-sensitive Ca2+channel，L-VSCCs)，導(dǎo)致胞外 Ca2+內(nèi)流，胞質(zhì)內(nèi)游離的Ca2+濃度(［Ca2+］i)上升，引起神經(jīng)遞質(zhì)釋放［17］。在磷脂酰肌醇信號(hào)通路中胞外信號(hào)分子與細(xì)胞表面GPCRs結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C(phospholipase C，PLC)，使質(zhì)膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)2個(gè)第二信使。IP3的增多導(dǎo)致胞內(nèi)鈣庫(kù)膜上的IP3-門(mén)控Ca2+通道開(kāi)放，儲(chǔ)備的 Ca2+釋放，［Ca2+］i上升，激活瞬時(shí)受體電位離子通道蛋白5(transient receptor potential cation channel subfamily M member 5，TRPM5)，從而促進(jìn)膜的去極化。DAG則激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)和蛋白激酶D(protein kinase D，PKD)，它們通過(guò)磷酸化修飾 K+通道，關(guān)閉K+通道，從而引起味細(xì)胞膜的去極化和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放［18］。

2 胃腸主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的感應(yīng)

2.1 碳水化合物

腸道碳水化合物與很多生理反應(yīng)相關(guān)，包括細(xì)胞內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)、刺激腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌和激活腸神經(jīng)元。這些生理反應(yīng)的信號(hào)通路見(jiàn)圖1［19］。飼糧中復(fù)雜的碳水化合物首先被唾液淀粉酶和胰淀粉酶降解，隨后被刷狀緣酶分解成葡萄糖、半乳糖和果糖。葡萄糖通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸在基頂膜被EC吸收:Na+-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)載體SGLT1驅(qū)動(dòng)葡萄糖的吸收，而基底外側(cè)的Na+-K+-ATP酶維持著Na+梯度［20］?；淄鈧?cè)葡萄糖流出由胃腸腔上端GLUT2介導(dǎo)，餐后GLUT2短暫富集于基頂膜表面，使葡萄糖在腸腔高糖條件下能主動(dòng)吸收。葡萄糖濃度在30～50 mmol時(shí)，刷狀膜緣SGLT1活性達(dá)到飽和，GLUT2能短暫地插入到頂端，GLUT2的導(dǎo)入可以節(jié)約能量，防止由SGLT1產(chǎn)生的Na+梯度不必要的降低。人工合成甜味劑通過(guò)提高刷狀膜緣GLUT2基因的表達(dá)，使幾分鐘之內(nèi)葡萄糖吸收率倍增［21］。

圖1 腸內(nèi)分泌細(xì)胞碳水化合物的感應(yīng)Fig.1 Carbohydrate sensing in enteroendocrine cells［19］

糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體不僅是腸道味覺(jué)受體信號(hào)的靶點(diǎn)，而且充當(dāng)生電性或代謝性的轉(zhuǎn)運(yùn)受體在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)中發(fā)揮積極的作用。SGLT家族感受糖的途徑涉及產(chǎn)生微小的去極化離子電流，葡萄糖經(jīng)SGLT1(Na+與葡萄糖偶聯(lián)比為2∶1)或SGLT2(Na+與葡萄糖偶聯(lián)比為1∶1)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，產(chǎn)生微小的向內(nèi)的 Na+電流［22］。SGLT1生電性轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖或葡萄糖結(jié)合SGLT3，使膜去極化，引起 Ca2+通過(guò)電壓門(mén)控鈣離子通道(Ca2+V)流入。對(duì)于人類(lèi)，SGLT3不轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖，但能產(chǎn)生強(qiáng)大的 Na+電流［8］，說(shuō)明SGLT3作為葡萄糖感應(yīng)器直接引起膜的去極化。鼠SGLT3b(mSGLT3b)特征介于SGLT1和人SGLT3(hSGLT3)之間，也能轉(zhuǎn)運(yùn)糖，呈現(xiàn)電荷運(yùn)動(dòng)，但與糖的親和力較低，Na+與葡萄糖偶聯(lián)比為 2.6∶1.0［23］。SGLT1 可以作用于 EECs，調(diào)控激素分泌，Na+生電性共向轉(zhuǎn)運(yùn)偶聯(lián)葡萄糖進(jìn)入，通過(guò)膜去極化、生電活動(dòng)和Ca2+進(jìn)入引起血糖樣肽 1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)釋放［20］。去極化和 Ca2+流入可導(dǎo)致代謝依賴的ATP敏感性 K+通道(KATP)關(guān)閉［20］，與胰腺 β 細(xì)胞中葡萄糖代謝調(diào)節(jié)胰島素分泌類(lèi)似［24］。SGLT1作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)器的另一個(gè)可能的作用位點(diǎn)是EC自身，SGLT1介導(dǎo)的頂膜去極化和Ca2+迅速流入［25］，可能導(dǎo)致細(xì)胞骨架成分磷酸化，確保頂端GLUT2插入，從而達(dá)到更大的轉(zhuǎn)運(yùn)容量。

在高糖濃度(＞30 mmol)情況下，甜味受體T1R2/T1R3作為葡萄糖感應(yīng)器，控制頂端GLUT2的表達(dá)，從而提高葡萄糖的吸收能力。腸腔葡萄糖可以激活 EECs的 T1R2和 T1R3，通過(guò) Gg和PLCβ2的激活以及TRPM5介導(dǎo)的膜去極化而提高細(xì)胞內(nèi)［Ca2+］i，引起去極化，導(dǎo)致 GLP-1和腸抑胃 肽 (gastric inhibitory polypeptide，GIP)釋放［26］。EECs激素通過(guò)上調(diào) SGLT1表達(dá)和促進(jìn)EC頂端GLUT2分泌而影響葡萄糖吸收。因此，高糖飼糧和甜味劑能上調(diào)Gg和T1R3依賴的SGLT1表達(dá)［27］。腸道表達(dá)甜味受體和激素也與糖誘導(dǎo)GLUT2從基底外側(cè)運(yùn)輸?shù)剿罹壞び嘘P(guān)［21］，甜味受體對(duì)EC轉(zhuǎn)運(yùn)載體的作用認(rèn)為是細(xì)胞自主行為，沒(méi)有EECs激素的參與。

除了通過(guò)表面受體或直接偶聯(lián)糖吸收引起膜去極化感應(yīng)細(xì)胞外碳水化合物外，一些細(xì)胞響應(yīng)能量供應(yīng)改變而呈現(xiàn)代謝率的變化。葡萄糖和果糖分別由GLUT1、GLUT2和GLUT5跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，代謝產(chǎn)生ATP，同時(shí)消耗腺苷二磷酸(MgADP)，導(dǎo)致KATP通道關(guān)閉，從而促進(jìn)膜去極化和對(duì)進(jìn)一步刺激的感知。果糖產(chǎn)生很多代謝性影響，包括刺激GLP-1分泌和升高血壓。在GLUT5敲除的小鼠中，果糖誘導(dǎo)高血壓的作用消失［28］，小腸中果糖誘導(dǎo)鈉吸收的下游介質(zhì)包括離子轉(zhuǎn)運(yùn)載體NHE3(sodium/proton exchanger isoform 3)和PAT1(H+/amino acid transporter 1)，不過(guò)通路相關(guān)果糖感應(yīng)器還未鑒定［29］。

2.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)可分解成多種化合物，包括二肽、三肽和氨基酸混合物。這些消化產(chǎn)物需要大量的黏膜細(xì)胞刷狀緣和基底膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，具有不同底物特性和離子依賴性。刷狀緣上的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體(B0、B0，+、X-AG、IMINO、ASC、y+和 b0，+)主要負(fù)責(zé)從腸腔中吸收各種氨基酸，而基底膜上氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體(A、N、y+L、asc和L)則用來(lái)加速氨基酸在腸細(xì)胞和體內(nèi)循環(huán)間的轉(zhuǎn)移［9］。當(dāng)腸腔中氨基酸的濃度低于上皮細(xì)胞或毛細(xì)管中氨基酸的濃度，其吸收轉(zhuǎn)運(yùn)需要依靠Na+的勢(shì)能與Na+偶聯(lián)，細(xì)胞內(nèi)高Na+濃度依靠Na+/K+泵轉(zhuǎn)出，維持細(xì)胞內(nèi)外Na+平衡［30］。蛋白質(zhì)感應(yīng)機(jī)制與糖類(lèi)似，通過(guò)表達(dá)和激活GPCRs促進(jìn)胃腸激素的釋放;氨基酸和二肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體作為生電性轉(zhuǎn)運(yùn)感受體，誘導(dǎo)膜去極化和激素分泌;通過(guò)味覺(jué)受體T1R1/T1R3介導(dǎo)脂肪族氨基酸感應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)(圖2)［19］。

圖2 腸內(nèi)分泌細(xì)胞蛋白質(zhì)的感應(yīng)Fig.2 Protein sensing in enteroendocrine cells［19］

氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體可以自身充當(dāng)氨基酸的感應(yīng)器，大部分氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體位于質(zhì)膜，同時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)外的氨基酸濃度。氨基酸刺激可以轉(zhuǎn)換成化學(xué)信號(hào)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白構(gòu)象的改變，有些氨基酸與轉(zhuǎn)運(yùn)載體的簡(jiǎn)單結(jié)合也可以引起信號(hào)傳導(dǎo);氨基酸依賴Na+、K+、H+或其他氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)而逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，這種偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)引起細(xì)胞內(nèi)主動(dòng)變化，傳導(dǎo)這種刺激，最終啟動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)［9］。H+驅(qū)動(dòng)的小肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體PepT1和PepT2(SLC15A1和SLC15A2)以及大量的Na+偶聯(lián)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體是產(chǎn)生電的。ATA2、PepT1和/或 PepT2，轉(zhuǎn)運(yùn)某些氨基酸離子(如谷氨酸)或二/三肽，電化學(xué)梯度下降使膜去極化，通過(guò)Ca2+V和腸內(nèi)分泌激素的分泌，引起 Ca2+的進(jìn)入(圖2)［19］。如在鼠 EECs細(xì)胞系中谷氨酰胺結(jié)合Na+依賴型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體SLC38A2誘導(dǎo)GLP-1釋放。谷氨酰胺刺激GLUTag細(xì)胞和結(jié)腸原代細(xì)胞GLP-1的釋放也有生電的組分，與轉(zhuǎn)運(yùn)載體 ATA2(SNAT2、SLC38A2)和 B0AT1(SLC6A19)活性有關(guān)［31-32］。肉水解產(chǎn)物刺激GLUTag、NCI-H716和STC-1細(xì)胞系激素釋放，部分的被電壓門(mén)控Ca2+通道阻塞劑異博定抑制［33］，說(shuō)明肽和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體與膜去極化有關(guān)。

已發(fā)現(xiàn)很多GPCRs能感應(yīng)小肽或氨基酸。GPR93的激活可動(dòng)員 Gq、Gs、Gi和 G12/13介導(dǎo)的信號(hào)通路［34］。GPR93作用類(lèi)似于味覺(jué)受體，與蛋白胨連接，促進(jìn)I細(xì)胞或STC-1細(xì)胞膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)的基因表達(dá)和釋放［33］，盡管STC-1細(xì)胞內(nèi)源的受體水平不足以介導(dǎo)很強(qiáng)的反應(yīng)。其他的GPCRs偶聯(lián)途徑通過(guò)Gq途徑響應(yīng)氨基酸，提升細(xì)胞內(nèi)Ca2+和蛋白激酶C的水平，或調(diào)節(jié)cAMP水平，可能作用于下游蛋白cAMP活化的鳥(niǎo)嘌呤交換因子(Epac2)和蛋白激酶A(PKA)。鈣敏感受體(calcium-sensing receptor，CaSR)在整個(gè)腸道上皮細(xì)胞和CCK表達(dá)的細(xì)胞中有表達(dá)［35-36］，能感應(yīng)很多氨基酸，尤其是芳香性化合物，如苯丙氨酸。鼠十二指腸原代細(xì)胞培養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)CaSR與芳香族氨基酸刺激CCK釋放和細(xì)胞內(nèi)Ca2+代謝有關(guān)。CaSR結(jié)合磷脂酰肌醇途徑，提高細(xì)胞內(nèi) Ca2+水平［37］。

味覺(jué)受體T1R1/T1R3能感應(yīng)系列脂肪族氨基酸，包括鮮味氨基酸谷氨酸［38］，但不能感應(yīng)芳香族氨基酸［39］。T1R1/T1R3 通過(guò) Gg，激活 PLCβ2，產(chǎn)生DAG和IP3，IP3與IP3R3結(jié)合，使胞內(nèi)儲(chǔ)存的Ca2+被釋放出來(lái)，進(jìn)而激活TRPM5通道，Na+流入細(xì)胞內(nèi)，最終導(dǎo)致膜去極化和神經(jīng)遞質(zhì)釋放(圖2)［19］。盡管 T1R1和 T1R3在整個(gè)管腔一些離散的細(xì)胞類(lèi)型中均有表達(dá)，包括內(nèi)分泌細(xì)胞，但腸道這個(gè)受體唯一的功能性反應(yīng)是調(diào)控GLUT2和 PepT1 的轉(zhuǎn)運(yùn)［21］。

2.3 脂肪

腸道脂肪被脂肪酶分解成甘油三酯(TAG)、脂肪酸(FAs)后吸收。在 EC內(nèi)，F(xiàn)As并入到TAG、磷脂和膽固醇酯，與載脂蛋白一起形成乳糜微粒從EC分泌進(jìn)入血液循環(huán)。乳糜微粒的形成可能引起腸內(nèi)分泌細(xì)胞脂質(zhì)刺激。脂類(lèi)對(duì)EECs激素分泌和阻抑胃排空作用證實(shí)了腸道脂肪感應(yīng)器的存在［40］，但對(duì)脂肪感應(yīng)器的準(zhǔn)確細(xì)胞定位還不清楚。這些生理反應(yīng)的信號(hào)通路見(jiàn)圖3。

脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CD36已證實(shí)是味覺(jué)乳頭中的傳感器，能通過(guò)PLCβ2和TRPM5途徑引起儲(chǔ)存的 Ca2+釋放和膜的去極化［41］。研究發(fā)現(xiàn)，CD36在十二指腸和空腸刷狀膜緣也有表達(dá)，可能發(fā)揮相似的作用。LCFA與CD36結(jié)合后引起Src-PTKs的磷酸化作用，活化PLC途徑，產(chǎn)生IP3，使Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中釋放出來(lái);同時(shí)，使得鈣池調(diào)控鈣離子通道(SOC)打開(kāi)，細(xì)胞外的Ca2+流入。Ca2+濃度的增加會(huì)激活TRPM5通道，引起脂質(zhì)味覺(jué)細(xì)胞去極化，分泌神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺(5-HT)和去甲腎上腺素(NA)，然后將味覺(jué)刺激信號(hào)傳遞到大腦。CD36不僅作為長(zhǎng)鏈脂肪酸(long chain fatty acid，LCFA)的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，而且可能作為GPR120的共受體，借此可以誘使和轉(zhuǎn)運(yùn)LCFA至低親和力受體GPR120［42］，缺乏CD36的小鼠油酰乙醇胺(oleylethanolamide，OEA)生成及其誘導(dǎo)的飽感降低［43］。

圖3 腸內(nèi)分泌細(xì)胞脂肪的感應(yīng)Fig.3 Lipid sensing in enteroendocrine cells［19］

已經(jīng)鑒定出許多 GPCRs，包括 FFAR1-3和GPR120，能夠響應(yīng)脂類(lèi)物質(zhì)，參與介導(dǎo)脂質(zhì)誘導(dǎo)的腸內(nèi)分泌細(xì)胞激素釋放［44］。這些受體與Gq偶聯(lián)引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放和PKC的激發(fā)，激活胞吐作用的其他關(guān)鍵信號(hào)分子［45］;或調(diào)節(jié)cAMP途徑(Gs和Gi)，cAMP和其下游效應(yīng)蛋白Epac2和PKA，都可能參與胞吐機(jī)制。LCFA與GPR120受體結(jié)合，引發(fā)GPR120與Gq/11偶聯(lián)，激活PLC-β，分解PIP2生成IP3及DAG，IP3引發(fā)胞內(nèi)鈣信號(hào)，從而調(diào)控GLP-1的釋放。SCFA是FFAR2和FFAR3的激活劑，在腸道末端含量高。GPR43與5-HT共定位于肥大細(xì)胞，而不是內(nèi)分泌細(xì)胞［46］。GPR43優(yōu)先結(jié)合2～3碳的SCFA，通過(guò)Gq-磷酯酰肌醇途徑提高細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度或通過(guò)G蛋白亞基Gi/o途徑降低細(xì)胞內(nèi)cAMP，而GPR41僅偶聯(lián)Gi/o，優(yōu)先利用3～5碳長(zhǎng)度脂肪酸［47］。SCFA 可能通過(guò)這些途徑調(diào)控GLP-1的釋放。GPR119本身對(duì)游離脂肪酸(FFA)不敏感，但可感應(yīng)脂類(lèi)衍生物，尤其是 OEA 和溶血磷脂膽堿(LPC)［48］，這些是不是GPR119的配基還存在爭(zhēng)議。GPR119與FFA受體一樣，在腸道L細(xì)胞和K細(xì)胞中含量豐富［15］，研究發(fā)現(xiàn)合成的GPR119配體能提高小鼠血漿 GLP-1和GIP濃度［49］，補(bǔ)充 OEA能降低大鼠采食量［50］。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化刺激小腸OEA的產(chǎn)生，其餐后水平局部可以提高0.1 nmol/g以上［51］。同時(shí)，局部OEA水平的提高能否有效地刺激 GPR119 還不清楚［48］。

3 腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)與激素調(diào)節(jié)

胃腸道除了作為消化器官外，也是重要的內(nèi)分泌器官。腸道味覺(jué)受體細(xì)胞受到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)刺激，能夠分泌多種代謝相關(guān)激素，包括L細(xì)胞分泌的胰高血糖素樣肽(GLPs)、K細(xì)胞分泌的GIP、I細(xì)胞分泌的CCK、G細(xì)胞分泌的胃泌素以及P細(xì)胞或X細(xì)胞分泌的饑餓激素等。

研究證實(shí)許多激素分泌可依賴于經(jīng)SGLT1吸收的葡萄糖。自從發(fā)現(xiàn)通過(guò)GLP-1和GIP這2種腸道酵素促進(jìn)胰島素分泌的腸泌素效應(yīng)(incretin effect)，葡萄糖感應(yīng)對(duì)EECs激素釋放的作用研究備受關(guān)注。甜味劑如葡萄糖、蔗糖和三氯蔗糖以劑量依賴方式促進(jìn)腸道內(nèi)分泌細(xì)胞株NCI-H716釋放 GLP-1［52］。葡 萄 糖 誘 導(dǎo) GLUTag 細(xì) 胞 和NCI-H716細(xì)胞分泌GLP-1需要KATP通道關(guān)閉［7，53］，在鼠小腸原代培養(yǎng)細(xì)胞中，葡萄糖誘導(dǎo)GIP分泌依賴于KATP通道活性［20］。腸道GLP-1的釋放需要SGLT-1的參與［21］，SGLT活性和腸上皮內(nèi)分泌細(xì)胞葡萄糖感應(yīng)的關(guān)系在GLP-1分泌細(xì)胞系GLUTag中得到證實(shí)［7］。SGLT1在調(diào)控GLP-1釋放中的作用存在爭(zhēng)議，因?yàn)槔脗鹘y(tǒng)的抗體技術(shù)很難在腸上皮內(nèi)分泌細(xì)胞中檢測(cè)到SGLT1蛋白，同樣在結(jié)腸SGLT1表達(dá)很低，而明顯存在葡萄糖誘導(dǎo)的通路。味覺(jué)受體在葡萄糖引起的激素釋放中有非常重要的作用［52］。腸內(nèi)分泌細(xì)胞模型包括 STC-1、GLUTag、HuTu-80 和 NCI-H716 都表達(dá)有多種味覺(jué)信號(hào)蛋白，能分泌多種胃腸肽［4，54］。STC-1細(xì)胞中，苦味配基有效地刺激了CCK的釋放［17］;給缺乏Gg或甜味受體T1R3的小鼠飼喂糖或甜味劑，沒(méi)有促進(jìn)GLP-1和 GIP的分泌和SGLT1 表達(dá)［27，52］。

蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物是CCK分泌的最強(qiáng)刺激因子。STC-1細(xì)胞表達(dá)有甜味和苦味受體以及Gg，感應(yīng)來(lái)源于蛋白質(zhì)的苦味物質(zhì)，引起“鈣火花”(Ca2+spikes)和 CCK 釋放。Choi等［34］證實(shí)了STC-1細(xì)胞中GPR93表達(dá)量提高能增加CCK的mRNA表達(dá)和分泌。蛋白質(zhì)也可以通過(guò)CaSR，識(shí)別芳香族氨基酸色氨酸和苯丙氨酸，引起腸道的飽感［55］。蛋白質(zhì)刺激L細(xì)胞分泌GLP-1的機(jī)制可能是電壓門(mén)控的Ca2+通道、Na+-K+-2Cl-同向轉(zhuǎn)運(yùn)體、促離子型1-氨基丁酸(GABA)受體、Na+偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)體所致的細(xì)胞膜去極化。谷氨酰胺在原代培養(yǎng)的鼠結(jié)腸細(xì)胞和GLUTag細(xì)胞中高效地刺激了GLP-1的分泌，在某種程度上是通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)cAMP含量發(fā)揮作用的［32］，與氨基酸敏感受體介導(dǎo)的作用不同。在NCI-H716細(xì)胞中，四肽通過(guò)2-氨基乙基二苯硼酸酯(2-APB)敏感的Ca2+動(dòng)員依賴的途徑刺激GLP-1釋放，可能伴隨有鈣池調(diào)控Ca2+通道的打開(kāi)［56］。

脂類(lèi)物質(zhì)能有效地刺激內(nèi)分泌細(xì)胞分泌CCK、GLP1、胃泌酸調(diào)節(jié)素、酪酪肽(peptide YY，PYY)、和腸抑素等。脂肪酸必須至少包含12個(gè)碳原子才能激活I(lǐng)細(xì)胞，刺激 CCK的釋放［57］，同樣，只有長(zhǎng)鏈脂肪酸才能引起腸道的飽感［55］。脂類(lèi)物質(zhì)刺激激素分泌的機(jī)制可能與脂肪酸敏感的GPCRs有關(guān)。敲除FFAR1，降低了體內(nèi)GLP-1和GIP對(duì)高脂飼糧的反應(yīng)［58］，體外亞油酸刺激CCK的分泌作用和I細(xì)胞Ca2+反應(yīng)削弱［14］。GPR120對(duì) GLP-1 和 CCK 分 泌 非 常 重 要［45］，Hirasawa等［45］采用 siRNA技術(shù)下調(diào) GPR120在 STC-1細(xì)胞的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸誘導(dǎo)的STC-1細(xì)胞分泌GLP-1的作用被顯著抑制。此外，從基因敲除的模型中得到OEA和NOPE(N-oleoyl-phosphatidylethanolamine)可能通過(guò)激活過(guò)氧化物酶體增殖激活受體α(PPARα)影響飽感，細(xì)胞內(nèi)LCFA水平升高可直接激活非典型的PKC引起GLP-1的釋放［59］。

4 腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)與攝食調(diào)控

在控制攝食中EC充當(dāng)能量流量感應(yīng)器，腸道通過(guò)味覺(jué)受體細(xì)胞感受腸腔內(nèi)容物，調(diào)控激素分泌，激活小腸-大腦神經(jīng)通路，從而調(diào)控食物攝取。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)刺激胃腸道味覺(jué)細(xì)胞時(shí)，引起［Ca2+］i的升高，釋放 CCK、PYY 和 GLP-1，從而激活迷走神經(jīng)和相應(yīng)的靶細(xì)胞(如激活胰腺的β細(xì)胞釋放胰島素)［60］，胃腸激素也可以隨血液循環(huán)作用于大腦中樞。蛋白質(zhì)和脂肪是強(qiáng)大的內(nèi)源性CCK釋放的刺激物，比碳水化合物能更有效地引起短期的飽感。CCK通過(guò)迷走反射途徑減慢胃運(yùn)動(dòng)，延緩胃排空，通過(guò)迷走神經(jīng)向腦內(nèi)傳遞飽感，引起攝食抑制，離斷膈下迷走神經(jīng)可消除CCK的攝食抑制作用［61］。CCK還可通過(guò)與迷走神經(jīng)上低親和狀態(tài)的 CCK-1受體結(jié)合發(fā)揮作用［62］。與CCK一樣，GLP-1也是通過(guò)激活迷走傳入神經(jīng)元減少食物攝入;而PYY是直接作用于下丘腦弓狀核誘導(dǎo)飽感［63］。

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝信號(hào)也被認(rèn)為參與攝食調(diào)控。血液氨基酸濃度的升高能直接被下丘腦的特定部位監(jiān)測(cè)到，腦室內(nèi)補(bǔ)充亮氨酸或飼糧亮氨酸水平提高能促進(jìn)葡萄糖和膽固醇的代謝，降低采食量［64］。能量消耗和糖異生作用產(chǎn)生葡萄糖，都認(rèn)為能介導(dǎo)蛋白質(zhì)和氨基酸調(diào)控?cái)z食［54］。細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)因子mTOR(mammalian target of rapamycin)和AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)在機(jī)體能量平衡和采食調(diào)控中發(fā)揮重要作用［65］。mTOR是生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)信號(hào)的整合器，營(yíng)養(yǎng)刺激通過(guò)不同的細(xì)胞膜受體或靶蛋白將信號(hào)傳導(dǎo)至mTOR，作用于其下游效應(yīng)器，調(diào)節(jié)下丘腦中食欲肽的表達(dá)［66］。AMPK作為細(xì)胞內(nèi)的能量感受器，能將能量信號(hào)在下丘腦中整合，通過(guò)調(diào)控?cái)z食平衡機(jī)體能量［65］。

5 腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)與黏膜防御

5.1 十二指腸酸/CO2化學(xué)感應(yīng)與黏膜防御

由于胃酸和分泌的HCO-3，十二指腸黏膜長(zhǎng)期暴露于酸性和高CO2分壓環(huán)境下，腸腔pH在2～7迅速變化，因此，黏膜通過(guò)感應(yīng)腸腔pH迅速調(diào)節(jié)其防御系統(tǒng)［67］，其感應(yīng)歸因于水溶性和膜結(jié)合的碳酸酐酶(CA)催化的H+和CO2的多種轉(zhuǎn)換。上皮碳酸氫鹽和黏液的分泌、細(xì)胞內(nèi)pH調(diào)節(jié)以及黏膜血液流量對(duì)管腔酸化均有反應(yīng)［68-69］。酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)酸化，分泌的H+經(jīng)Na+/H+交換蛋白跨過(guò)上皮細(xì)胞基底膜，辣椒素敏感傳入神經(jīng)上瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1(TRPV1)被上皮下H+短暫激活，血管活性介質(zhì)如降鈣素基因相關(guān)肽和NO釋放，黏膜血流量和黏液分泌增加，緊接著環(huán)氧合酶依賴的黏液和HCO3-分泌延遲［67，70］。

H+敏感的GPCRs也參與酸感應(yīng)，包括主動(dòng)脈4型G蛋白偶聯(lián)受體(GPR4)、卵巢癌G蛋白偶聯(lián)受體1(OGR1)、T細(xì)胞死亡相關(guān)受體8(TDAG8)和G蛋白偶聯(lián)受體2A(G2A)［71］。這些 GPCRs也能被磷脂激活，而低pH誘導(dǎo)的GPCRs激活能被磷脂阻抑。H+敏感的GPCRs在傳入神經(jīng)元以及脈管系統(tǒng)和免疫細(xì)胞中有表達(dá)［72］，說(shuō)明能參與胃腸道黏膜防御以及抗酸毒癥和抗炎。另一個(gè)pH敏感的胃腸化學(xué)感應(yīng)器是刷狀緣胞外酶相關(guān)的信號(hào)系統(tǒng)，包括ATP-P2Y受體信號(hào)。在中性條件下，上皮細(xì)胞釋放的ATP在胞外迅速降解成腺苷，進(jìn)一步降解成次黃苷。一旦胃酸使得pH降低，隨著腸道堿性磷酸酶(IAP)活性降低，表面ATP濃度增加，刺激基頂膜P2Y1受體，促進(jìn)HCO3-分泌。HCO3-提高表面pH，接近IAP的最佳pH，IAP活性恢復(fù)，降解 ATP，從而終止 ATP-P2Y 信號(hào)［73］。這說(shuō)明IAP充當(dāng)pH感應(yīng)器，調(diào)節(jié)表面ATP濃度，形成負(fù)反饋環(huán)。

5.2 谷氨酸感應(yīng)和黏膜防御

谷氨酸是飼糧蛋白質(zhì)中主要的氨基酸，在胃腸道上層存在谷氨酸感應(yīng)途徑。在蛋白質(zhì)被胃和胰腺分泌的酶消化前谷氨酸可以發(fā)起蛋白質(zhì)攝取信號(hào)。20種氨基酸中僅谷氨酸激活大鼠胃?jìng)魅肷窠?jīng)，釋放5-HT和NO［74］。人攝食蛋白質(zhì)后空腸腔谷氨酸濃度約為 2.6 mmol/L，回腸約為7.3 mmol/L［74］，如此高的谷氨酸濃度足以發(fā)揮黏膜防御功能，因?yàn)楣嘧? mmol/L的谷氨酸顯著提高了十二指腸黏膜內(nèi)pH(pHi)和黏液凝膠層厚度［75］。L-谷氨酸可以保護(hù)黏膜免受酸誘導(dǎo)的損傷。利用體內(nèi)原位碘化丙啶(PI)染色方法，發(fā)現(xiàn)灌注pH 1.8的酸溶液逐漸地提高了十二指腸上皮細(xì)胞PI陽(yáng)性細(xì)胞核也就是損傷細(xì)胞，而灌注L-谷氨酸抑制了這種損傷作用。谷氨酸提高十二指腸黏膜防御能力和減輕酸誘導(dǎo)的上皮損傷提示管腔谷氨酸信號(hào)是黏膜酸暴露和蛋白質(zhì)消化的前提和首要條件。

管腔味覺(jué)受體參與黏膜對(duì)管腔氨基酸尤其是谷氨酸的生理性反應(yīng)［75］。胃和十二指腸黏膜L-谷氨酸可能的受體包括T1R1和T1R3、代謝性谷氨酸受體代謝性谷氨酸受體1(mGluR1)和代謝性谷氨酸受體4(mGluR4)以及CaSR，而沒(méi)有T1R2。因?yàn)檫@些受體是GPCRs，其途徑涉及磷脂酶C的激活。采用磷脂酶C抑制劑U73122預(yù)處理，抑制了L-谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)堿化和黏液分泌，進(jìn)一步說(shuō)明了十二指腸黏膜L-谷氨酸受體的參與［75］。谷氨酸提高腸道黏膜防御功能可能通過(guò)激活mGluR4、T1R1、T1R3、辣椒素敏感的傳入神經(jīng)以及環(huán)氧化酶(COX)途徑，保護(hù)黏膜免受管腔酸損傷。

6 小結(jié)

胃腸道味覺(jué)受體細(xì)胞能感應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)刺激，啟動(dòng)營(yíng)養(yǎng)信號(hào)，釋放激素和神經(jīng)遞質(zhì)作用于靶細(xì)胞和迷走神經(jīng)，激活傳入神經(jīng)纖維，將信號(hào)傳入神經(jīng)中樞進(jìn)行加工處理，產(chǎn)生反射作用調(diào)控腸道生理功能，進(jìn)而調(diào)控一系列相關(guān)的生理活動(dòng)［18］。胃腸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)在消化功能的調(diào)控和對(duì)有害物質(zhì)的防控中發(fā)揮重要作用，但具體的信號(hào)傳遞途徑還有待進(jìn)一步研究。鑒定新的營(yíng)養(yǎng)感受體，深入研究營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)信號(hào)途徑，有助于揭示腸道消化吸收功能的調(diào)節(jié)過(guò)程，開(kāi)發(fā)新的營(yíng)養(yǎng)添加劑，提高動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率和腸道健康水平;鑒定新的治療和預(yù)防黏膜損傷和內(nèi)臟感覺(jué)分子靶點(diǎn)，為糖尿病、肥胖、腸道代謝紊亂等營(yíng)養(yǎng)代謝失衡疾病的調(diào)控提供依據(jù)。

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