瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運分子機制的研究進展

呂小康 王 杰 刁其玉 張乃鋒

(中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點開放實驗室，北京100081)

瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運分子機制的研究進展

呂小康 王 杰 刁其玉 張乃鋒*

(中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點開放實驗室，北京100081)

瘤胃作為反芻動物特有的消化器官，對飼糧營養(yǎng)消化利用具有重要作用。近50年來，人們對瘤胃上皮細胞發(fā)育和物質(zhì)轉(zhuǎn)運做了大量研究，重點聚焦于瘤胃上皮細胞增殖分子機制及相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白調(diào)控通路的探索，如胰島素樣生長因子(IGF)和表皮生長因子(EGF)參與調(diào)控葡萄糖的轉(zhuǎn)運，鈉氫交換蛋白(NHE)、單羧酸轉(zhuǎn)運載體(MCTs)和G蛋白偶聯(lián)受體(GPR)參與瘤胃上皮細胞短鏈脂肪酸(SCFA)的轉(zhuǎn)運等。盡管如此，我們對于瘤胃發(fā)育的內(nèi)在機制了解非常有限，本文針對反芻動物瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運分子機制的研究進展進行了綜述，對于進一步理解瘤胃上皮細胞發(fā)育過程及建立最佳的反芻動物營養(yǎng)供給策略具有重要意義。

反芻動物；瘤胃上皮；細胞增殖；物質(zhì)轉(zhuǎn)運；分子機制

瘤胃是反芻動物特有的消化器官，食物進入瘤胃后在瘤胃微生物的作用下產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFA)，其中85%的SCFA被瘤胃上皮細胞直接吸收，并可為機體提供85%的代謝能[1]。進入瘤胃的氨、氨基酸、小肽、葡萄糖、無機離子等營養(yǎng)素絕大部分被瘤胃上皮細胞吸收。瘤胃上皮不僅具有吸收、物質(zhì)轉(zhuǎn)運等功能，也是瘤胃微生物附著、生長并進行微生物消化和代謝的部位。瘤胃內(nèi)棲息著大量的微生物群體，這些微生物可以利用氨、氨基酸、小肽作為氮源，揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids，VFA)作為碳源合成微生物蛋白，供宿主利用。由此可見，反芻動物瘤胃上皮及微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及生產(chǎn)性能的發(fā)揮影響巨大。葡萄糖與SCFA是反芻動物體內(nèi)重要的營養(yǎng)物質(zhì)，其轉(zhuǎn)運過程中涉及許多調(diào)控因子，這些調(diào)控因子也參與瘤胃上皮細胞的增殖調(diào)控。目前，國內(nèi)外許多學者都針對瘤胃上皮細胞增殖相關(guān)基因表達做了大量研究，主要包括胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)、表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)、鈉氫交換蛋白(sodium hydrogen exchanger,NHE)、單羧酸轉(zhuǎn)運載體(monocarboxylate transporters,MCTs)、G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPR)等，其中IGF、EGF參與葡萄糖的轉(zhuǎn)運，NHE、MCT、GPR與SCFA的轉(zhuǎn)運有關(guān)，目前研究主要集中于IGF、NHE和EGF，而在NHE和EGF的研究中，增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)可能是一個切入點。從飼糧營養(yǎng)水平和飼養(yǎng)制度影響MCT和GPR表達出發(fā)進行反芻動物瘤胃發(fā)育研究，可能是一個突破點。目前，相關(guān)綜述僅涉及調(diào)控瘤胃上皮細胞增殖的基因種類，對具體的分子機制還不清楚。本文對瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運的分子機制進行綜述，對于進一步理解瘤胃發(fā)育過程及建立最佳的反芻動物營養(yǎng)供給策略具有重要意義。

1 瘤胃上皮的結(jié)構(gòu)和功能特點

成年反芻動物瘤網(wǎng)胃占到整個消化道容積的70%左右，瘤胃壁由黏膜(瘤胃上皮)，漿膜和肌層構(gòu)成[1]。瘤胃上皮屬于復層結(jié)構(gòu)上皮，分為4層，由黏膜層向漿膜層依次分為基底層、棘狀細胞層、顆粒細胞層和角質(zhì)化細胞層?；讓蛹毎袚鑫干掀さ母屡c損傷修復。此外，基底層與棘狀細胞層含有大量線粒體，參與VFA代謝與生酮作用。顆粒細胞層之間有許多緊密的橋粒連接，其功能主要是阻止物質(zhì)以擴散方式進入瘤胃上皮。角質(zhì)化細胞層直接與瘤胃內(nèi)容物接觸，細胞內(nèi)含有大量角蛋白，是瘤胃內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境的屏障。瘤胃上皮多細胞結(jié)構(gòu)構(gòu)成瘤胃上皮屏障，調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，防止有毒物質(zhì)和微生物易位進入血液[2]。瘤胃上皮附著大量的微生物，包括細菌、原蟲、真菌和古細菌[3]，這些微生物與宿主的消化吸收、營養(yǎng)免疫息息相關(guān)。

新生反芻動物的瘤胃中是無菌的，但出生后1～2 d瘤胃內(nèi)便出現(xiàn)微生物，微生物的定植會引起宿主營養(yǎng)物質(zhì)消化代謝的變化。幼齡反芻動物從以消化母乳為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵暳蠟橹?，在這一過程中瘤胃微生物的種類與數(shù)量也隨之發(fā)生改變[4]。成熟的瘤胃和網(wǎng)胃正常情況下吸收的VFA占總量的75%左右[5]，VFA是成年反芻動物能量的主要來源。乙酸和丁酸在瘤胃上皮中生成酮體，丙酸則生成乳酸和葡萄糖。幼齡反芻動物與成年反芻動物相比，瘤胃發(fā)育不完善，瘤胃內(nèi)的優(yōu)勢菌群與成年反芻動物不同，瘤胃上皮細胞基底層與顆粒細胞層不具備生酮功能，此時，葡萄糖是其主要能量來源。然而，犢牛在30日齡時，瘤胃上皮細胞代謝的VFA已經(jīng)達到成年牛的40%。體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，羔羊從2日齡到6月齡對葡萄糖的利用率約降低90%，而對丁酸鹽和乳酸鹽的利用率卻逐漸升高[6]，這在體外也得到證實[5]。瘤胃上皮細胞中無瘤胃生酮酶，產(chǎn)生生酮酶的細胞應(yīng)該在具有大量的線粒體的基底層中[7]。反芻動物瘤胃上皮生酮作用主要依靠線粒體內(nèi)3-羥基-3-甲基-戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)合成酶(限速酶)、乙酰乙酰輔酶A(Acetoacetyl-CoA)硫解酶等[8]，HMG-CoA合成酶與Acetoacetyl-CoA硫解酶是瘤胃發(fā)育成熟的標志，HMG-CoA合成酶與Acetoacetyl-CoA硫解酶的mRNA表達水平在0～84日齡階段逐漸上升，84日齡即可達到成年反芻動物的水平。隨著年齡的變化，幼齡反芻動物從消化母乳逐漸轉(zhuǎn)變到消化飼草和飼料，瘤胃內(nèi)的微生物種類與數(shù)量也不斷變化，成年后最終趨于穩(wěn)定。

2 瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運分子機制

2.1 胰島素家族

胰島素家族包括IGF-1、IGF-2以及IGF-1受體(IGF-1R)、IGF-2受體(IGF-2R)和胰島素樣受體蛋白(IGF/InsR)3種受體，6種高親和力的結(jié)合蛋白[胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(IGFBP)1～6]等[9]。

IGF-1能夠促進DNA和RNA合成與細胞增殖，促進細胞從G1期進入S期[10]。IGF-1參與細胞增殖的調(diào)控，目前已知的IGF-1信號轉(zhuǎn)導途徑(如圖1所示)包括：磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT)信號轉(zhuǎn)導途徑(簡稱AKT信號轉(zhuǎn)導途徑)、Ras/Raf/絲裂原活化蛋白/胞外信號調(diào)節(jié)激酶的激酶(MEK)/胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)信號轉(zhuǎn)導途徑(簡稱ERK信號轉(zhuǎn)導途徑)、14-3-3蛋白/Raf-1信號轉(zhuǎn)導途徑。其中，AKT與ERK信號轉(zhuǎn)導途徑控制細胞的增殖。ERK信號轉(zhuǎn)導途徑通過加快細胞G1周期進程，促進細胞周期蛋白D1(cyclin D1)蛋白的表達來促進細胞增殖，而AKT信號轉(zhuǎn)導途徑則通過抑制cyclin D1的降解來促進細胞的增殖，14-3-3蛋白/Raf-1信號轉(zhuǎn)導途徑通過鈍化凋亡蛋白BAD來促進細胞增殖[11]。IGF-1通過與IGF1-R結(jié)合來發(fā)揮生理功能，研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1促進了山羊瘤胃上皮細胞ERK蛋白的磷酸化，用IGF-1處理瘤胃上皮細胞后，其cyclin D1蛋白的表達水平顯著高于對照組(未用IGF-1處理)[12]，這很好地印證了ERK信號轉(zhuǎn)導途徑的作用。

飼糧營養(yǎng)水平能夠影響IGF-1的表達，高營養(yǎng)水平飼糧能夠促進IGF-1和IGF-1R的表達，且IGF-1和IGF-1R的表達具有很好的一致性，cyclin D1和細胞周期蛋白依賴性激酶4(CDK4)蛋白表達量升高，通過加快細胞周期促進瘤胃上皮細胞的增殖[12]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧的直與支鏈淀粉比值不同也會影響瘤胃上皮細胞的IGF-1和IGF-1R的表達量[13]，猜測可能是飼糧的直/支鏈淀粉比值不同，其過瘤胃速率不同，導致VFA比例不同，進而影響了IGF-1和IGF-1R的表達量，但仍需要后續(xù)試驗進行驗證。

胰島素受體(InsR)通過將胰島素與IGF-2的信號介導入細胞內(nèi)，來影響細胞的增殖和分化過程。IGF-2與胰島素和InsR的a亞單位結(jié)合后，酪氨酸殘基上的b亞單位會自動發(fā)生磷酸化，通過酪氨酸的磷酸化將信號傳遞給胰島素受體底物-1(IRS-1)，進而使 PI3K和ERK激活，影響多種信號轉(zhuǎn)導通路[14]，進而影響細胞的增殖。目前在瘤胃上皮研究中，有關(guān)InsR的報道較少，侯明[15]研究表明異丁酸可以促進InsR的表達。IGF促進瘤胃上皮細胞增殖主要是通過對IGFBP家族的調(diào)控。對于IGFBP-3與IGFBP-5的研究較多，二者功能相反，IGFBP-3的表達上調(diào)能夠促進細胞的增殖[16]。飼糧能量水平、結(jié)構(gòu)與類型影響IGFBP-3的表達，高能量飼糧顯著提高IGFBP-3 mRNA的表達量[11]。Steele等[17]研究發(fā)現(xiàn)，谷物飼糧下調(diào)了IGFBP-3的表達，上調(diào)了IGFBP-5的表達，而翁秀秀[18]研究則表明谷物飼糧均上調(diào)了IGFBP-3與IGFBP-5的表達，促進了瘤胃上皮細胞的增殖，其原因尚不清楚。隨飼糧中性洗滌纖維(NDF)與淀粉(starch)比例的增加，IGFBP-5的表達量顯著降低，IGFBP-6的表達量升高，而IGFBP-3的表達量無顯著變化[19]。IGFBP-6與IGF-2結(jié)合，抑制細胞增殖，但具體機制仍需研究。此外，瘤胃內(nèi)丁酸含量的升高引起IGFBP-3的表達量下調(diào)，進而促進瘤胃上皮細胞的增殖[20]。飼養(yǎng)制度也能夠影響IGFBP-3與IGFBP-5的表達，28日齡斷奶促進了羔羊瘤胃發(fā)育和IGFBP-5的表達，可能與早期斷奶羔羊瘤胃內(nèi)SCFA含量高有關(guān)，也可能是羔羊早期斷奶后采食固體飼料促進了瘤胃發(fā)育，但IGFBP-3的表達與瘤胃乳頭發(fā)育呈正相關(guān)[21]，這與前人研究結(jié)果不一致，其機制尚待研究。

IGF-1參與葡萄糖轉(zhuǎn)運的調(diào)控，在非反芻動物上研究較多，在反芻動物上研究較少。目前已知有2種轉(zhuǎn)運蛋白參與葡萄糖的轉(zhuǎn)運，一種是鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白1(sodium/glucose cotransporter 1，SGLT1)，一種是葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(glucose transporter，GLUT)。任宏政[22]在人類癌癥的研究中發(fā)現(xiàn)，IGF-1能夠促進易化葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(facilitateal glucose transports protein，Glut)的表達。在葡萄糖轉(zhuǎn)運過程中，IGF-1結(jié)合于IGF-1R的信號通路，增強GLUT1的表達，能夠顯著增強葡萄糖的轉(zhuǎn)運能力[23]。但Ader等[24]在綿羊的研究中發(fā)現(xiàn)GLUT2對葡萄糖的轉(zhuǎn)運能力極低，在反芻動物上，IGF-1對葡萄糖的轉(zhuǎn)運影響尚未見報道。

2.2 EGF

EGF是一類強效促生長因子，其功能包括促進機體胃腸道的發(fā)育、修復損傷的黏膜組織、促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝。

IGF-1：胰島素樣生長因子 insulin-like growth factor；ERK：胞外信號調(diào)節(jié)激酶 extracellular signal-regulated kinase；PI3K：磷脂酰肌醇-3-激酶phosphatidylinositol 3-kinase；AKT：絲氨酸/蘇氨酸激酶 serine/threonine kinase；pERK：磷酸化胞外信號調(diào)節(jié)激酶 phosphorylated extracellular signal-regulated kinase；cyclin D1：細胞周期蛋白D1；proliferation：增殖。

圖1 IGF-1信號轉(zhuǎn)導途徑示意圖

Fig.1 The sketch map of signal transduction pathways of IGF-1[11-12]

EGF可以促進細胞的增殖，初乳中的EGF可以促進幼齡動物胃腸道的發(fā)育，促進腸壁細胞DNA、蛋白質(zhì)的合成。EGF具有促進人的結(jié)腸細胞增殖和促進細胞RNA和蛋白質(zhì)合成的作用[25]。體外研究證實EGF能夠促進瘤胃上皮細胞增殖[26]。Bedford等[27]研究發(fā)現(xiàn)EGF先與細胞膜表面的特異性受體結(jié)合，將細胞外的刺激信號傳入細胞內(nèi)，啟動轉(zhuǎn)錄因子，進行細胞增殖。EGF的受體為受體酪氨酸激酶(TPK)，另一部分受體為GPR，2種受體共同進行信號傳遞。受體TPK是EGF誘導細胞增殖的關(guān)鍵。TPK介導的主要信號轉(zhuǎn)導途徑是兩面神激酶(IAK)-信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)途徑和TPK-Ras-絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑，GPR介導的信號途徑是GPR-Ras-1/細胞周期蛋白42(cdc42)-c-Jun 氨基末端激酶(JNK)途徑和GPR-Ras-MAPK途徑[28]。Ras鳥核苷酸酶能夠?qū)⑿盘枏纳嫌畏肿觽鲗е料掠畏肿?，MAPK屬于蛋白激酶家族。張譯夫等[29]研究表明，在牦牛卵丘細胞中EGF能夠調(diào)節(jié)低氧誘導因子-α(HIF-α)、Bax和Bcl-2 mRNA的表達量，進而調(diào)控卵丘細胞的凋亡。Bax抑制細胞凋亡的發(fā)生，Bcl-2是一種抗凋蛋白，HIF-α通過抑制Bcl-2表達的信號途徑來促進神經(jīng)細胞凋亡。但在瘤胃中EGF能否通過提高HIF-α、Bax和Bcl-2 mRNA的表達量，進而調(diào)控瘤胃上皮細胞的凋亡尚未可知。EGF能夠促進豬小腸中PCNA的表達[30]，PCNA是一種周期蛋白，能夠促進DNA的合成，從而促進細胞增殖[31]，但在反芻動物瘤胃中是否有PCNA表達，EGF是否能夠通過促進PCNA表達來促進瘤胃上皮細胞增殖尚不清楚。EGF同樣與葡萄糖的轉(zhuǎn)運密切相關(guān)，SGLT1表達上調(diào)可以促進葡萄糖的轉(zhuǎn)運[32]，EGF可促進斷奶仔豬腸道中SGLT1的表達，進而促進葡萄糖的轉(zhuǎn)運[33]。已有研究證實瘤胃中存在SGLT1的表達且瘤胃中葡萄糖以SGLT1介導吸收[34]，但瘤胃中EGF對SGLT1表達的調(diào)控尚未見報道。

2.3 NHE

NHE存在于所有的真核生物細胞中，是一種跨膜蛋白，迄今為止，NHE家族共發(fā)現(xiàn)有10種構(gòu)型，分別命名為NHE-1～10。NHE具有調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的pH、穩(wěn)定細胞的容量、影響離子的轉(zhuǎn)運以及細胞的增殖與凋亡的功能。Na+與H+的等比例交換需要借助NHE，細胞外的Na+經(jīng)NHE與細胞內(nèi)的H+進行交換[35](如圖2所示)。通過NHE能夠調(diào)節(jié)細胞內(nèi)pH的動態(tài)平衡。研究發(fā)現(xiàn)，NHE之所以能夠調(diào)節(jié)細胞的增殖可能與其調(diào)控細胞周期有關(guān)，NHE-1的激活促使細胞快速通過G2/M期，而缺少NHE-1的細胞S期出現(xiàn)顯著延遲，細胞分裂停滯[36]。細胞中代謝酶的最適pH偏堿性，NHE活化會導致細胞內(nèi)偏堿性，使代謝酶的活性增強[37]，細胞增殖的關(guān)健因素如蛋白質(zhì)、DNA和RNA合成在pH偏堿時增加，引起細胞增殖活躍，Na+/H+ATP酶(Na+/H+ATPase)與細胞的增殖有關(guān)。目前，NHE-1在腫瘤的研究中較多，劉劍等[38]在體外研究中表明，NHE-1與食管癌KYSE-70細胞增殖有關(guān)。近幾年，NHE-1在反芻動物前胃中的研究成為了熱點，NHE-1在反芻動物瘤胃中高度表達[39]，反芻動物瘤胃上皮細胞通過NHE-1泵出H+導致細胞內(nèi)偏堿性，細胞內(nèi)偏堿性利于化學反應(yīng)的進行，細胞增殖加快。飼養(yǎng)方式會影響Na+/H+ATPase基因的表達，通過提高酶的活性加速細胞的增殖。飼糧中精料比例提高時，VFA含量提高，瘤胃液pH下降，VFA含量和pH調(diào)控NHE-1和NHE-3的表達[40]，但對NHE-2的表達無顯著影響，猜測可能是其他因素調(diào)控了NHE-2的表達[41]，具體原因還需要進一步探索。在大鼠上的研究表明，阻斷NHE-1后，PCNA的表達量顯著減少[42]，但在反芻動物瘤胃上皮細胞中，PCNA是否表達、NHE-1是否影響PCNA的表達尚待揭示。NHE-1調(diào)控瘤胃上皮細胞增殖的分子機制尚未完全清楚，有待于進一步研究。

NHE：鈉氫交換蛋白 sodium hydrogen exchanger；CA：碳酸酐酶 carbonic anhydrase；AE：陽陰離子交換蛋白 anion exchanger；D-3-HOB-：D-羥基丁酸的離子形式 ionizedD-3-hydroxybutyrate；lactate-：乳酸的離子形式；MCT1：單羧酸轉(zhuǎn)運載體1 monocarboxylate transporters-1；SCFA：短鏈脂肪酸 short chain fatty acids；HSCFA：短鏈脂肪酸的質(zhì)子化形式 protonated short chain fatty acids；SCFA-：短鏈脂肪酸的離子形式 ionized short chain fatty acids。

圖2 NHE與MCT轉(zhuǎn)運SCFA示意圖

Fig. 2 The sketch map of NHE and MCT transporting SCFA[35]

2.4 MCTs

MCTs屬于單羧酸轉(zhuǎn)運家族，是哺乳動物細胞膜上負責跨膜轉(zhuǎn)運的蛋白。迄今為止，單羧酸轉(zhuǎn)運家族共發(fā)現(xiàn)14個成員，只有MCT1、MCT2、MCT4具有單羧酸轉(zhuǎn)運功能[39]。目前對MCTs的研究集中在人類和單胃動物上，在人類腫瘤的研究中，正常的細胞由于大量的乳酸、丙酸等代謝產(chǎn)物積聚，抑制了細胞的增長，而腫瘤細胞則無此現(xiàn)象。Alves等[43]發(fā)現(xiàn)MCTs在腫瘤細胞中大量表達，其功能主要是參與乳酸等的轉(zhuǎn)運。MCTs促進腫瘤細胞增殖的具體分子機制可能與MCTs轉(zhuǎn)運乳酸和丙酮酸，防止乳酸在腫瘤細胞中積累，促進腫瘤細胞生存有關(guān)。

研究證實，在反芻動物瘤胃上皮中同樣存在MCT1和MCT4的表達[43]，MCT1主要位于瘤胃上皮的基底層和棘層細胞中，MCT4主要位于角質(zhì)層與顆粒層細胞中。MCT對于反芻動物瘤胃VFA的轉(zhuǎn)運來說尤為重要，VFA是反芻動物主要的能量來源。在瘤胃中VFA的吸收分2個過程:1)瘤胃中VFA通過上皮細胞膜而攝入；2)VFA在基底面通過上皮細胞膜而排出。VFA經(jīng)由不同的途徑進入瘤胃上皮細胞，瘤胃VFA的運輸模式如下：在低pH條件下，VFA與質(zhì)子耦合經(jīng)被動擴散穿過細胞膜。吸收率由角質(zhì)層頂膜處的pH決定，在高pH條件下離子共轉(zhuǎn)運載體MCT1以1∶1方式共轉(zhuǎn)運H+和單羧酸陰離子[44](如圖2所示)。SCFA能夠促進瘤胃發(fā)育已被廣泛證實[45]，提示SCFA可能通過特定的信號通路促進了MCT1的表達，進而促進瘤胃的發(fā)育。飼糧中精料比例由10%增加到35%時，山羊瘤胃上皮中MCT1、MCT4表達量顯著提高[46]。由于精料比例的提高，瘤胃內(nèi)pH下降、SCFA含量升高，體內(nèi)試驗表明pH與SCFA含量共同調(diào)控MCT1和MCT4的表達，但體外試驗顯示pH與SCFA含量對MCT4的表達無顯著影響[43]，因此飼糧對于MCT4表達的調(diào)控還有待于進一步研究。

2.5 GPR

GPR是當前研究生命活動最活躍的領(lǐng)域之一。GPR存在于細胞表面和GTP結(jié)合蛋白偶聯(lián)，與細胞外多種配體相結(jié)合從而調(diào)控多種生理反應(yīng)。VFA對于反芻動物來說是重要的能量來源，其中GPR41和GPR43是目前為止被證實的2種僅有的特異性SCFA的受體。孤兒G蛋白偶聯(lián)受體(尚未確定其特異性天然配體的G蛋白偶聯(lián)受體)GPR41和GPR43能被丙酸等SCFA激活[47]。GPR41和GPR43能夠感知消化道內(nèi)的脂肪酸，將小鼠GPR41基因敲除，小鼠腸道脂肪酸吸收減少，而去除腸道微生物，GPR41基因敲除的小鼠與正常小鼠體重無顯著差異，這說明GPR41調(diào)控作用通過腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生SCFA來激活[48]。GPR41和GPR43與MAPK信號途徑密切相關(guān)，MAPK包括了應(yīng)激活化蛋白激酶p38、蛋白激酶JNK和ERK。MAPK是一條重要的信號傳導通路，調(diào)控細胞的分化、增殖，主要負責磷酸化和下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-XL的表達。研究發(fā)現(xiàn)，MCT1與GPR41和GPR43的表達部位相吻合[49]，GPR41和GPR43可能通過類似的通路來調(diào)節(jié)MCT1，提示GPR41和GPR43可能通過對MCT1的調(diào)控來發(fā)揮功能。此外，GPR41影響細胞周期，參與細胞由G1期向S期轉(zhuǎn)變過程[50]。近幾年，GPR41和GPR43成為了反芻動物瘤胃發(fā)育方面的研究熱點，瘤胃上皮也有GPR41和GPR43的表達，最新研究發(fā)現(xiàn)，GPR43存在于牛的瘤胃上皮，而不是胰島，瘤胃中產(chǎn)生VFA，GPR41和GPR43可感知VFA，為VFA作為信號分子直接介導瘤胃上皮細胞增殖提供了理論依據(jù)[51]。

近幾年，飼糧因素對GPR41和GPR43表達的影響引起了人們的廣泛關(guān)注，高精料飼糧促進丁酸產(chǎn)生且促進了GPR43的表達，進而促進瘤胃上皮細胞的增殖[24]。丁酸是基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)因子，猜想丁酸可能活化了MAPK，通過下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-XL的表達進而促進細胞增殖，高精料飼糧促進GPR43的表達機制還需進一步研究證實。目前，GPR41和GPR43對瘤胃上皮細胞增殖的具體調(diào)控機制尚待揭示，且飼糧營養(yǎng)水平和飼養(yǎng)制度對于GPR41和GPR43表達的影響研究甚少，這對于反芻動物瘤胃發(fā)育研究來說，是一個很好的出發(fā)點。

3 小 結(jié)

近10年，瘤胃發(fā)育一直是反芻動物營養(yǎng)研究的熱點，目前研究主要集中于IGF、NHE、EGF、MCTs和GPR調(diào)控瘤胃上皮細胞增殖和物質(zhì)轉(zhuǎn)運的分子機制，大量的研究也表明飼糧營養(yǎng)水平和飼養(yǎng)制度能夠影響上述基因的表達。在IGF的研究中，IGFBP家族對于上皮細胞增殖的調(diào)控是一個值得研究的點。在NHE和EGF的研究中，PCNA是否在反芻動物瘤胃上皮細胞中表達，EGF與NHE-1是否影響PCNA的表達尚待揭示。在反芻動物上，對GPR的研究才剛剛開始，GPR41和GPR43具體的調(diào)控機制尚不清楚，從飼糧營養(yǎng)水平和飼養(yǎng)制度影響GPR41和GPR43的表達出發(fā)進行反芻動物瘤胃發(fā)育研究，可能是一個突破點。目前對MCTs的研究主要集中在單胃動物上，其調(diào)控細胞增殖的具體機制尚未完全清楚，且反芻動物是否與單胃動物具有相同的調(diào)控機制還有待揭示。MCTs在反芻動物體內(nèi)與SCFA的轉(zhuǎn)運密切相關(guān)，SCFA又是反芻動物的主要能量來源，研究也證明SCFA能夠促進瘤胃上皮細胞的增殖，所以從MCTs作為切入點，深入地研究SCFA在瘤胃上皮細胞的轉(zhuǎn)運及促進瘤胃上皮細胞增殖的機制對反芻動物營養(yǎng)研究具有重要的意義。

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*Corresponding author, professor, E-mail: zhangnaifeng@caas.cn

(責任編輯 菅景穎)

Molecular Mechanisms of Ruminal Epithelial Cell Proliferation and Substance Transportation

LYU Xiaokang WANG Jie DIAO Qiyu ZHANG Naifeng*

(KeyLaboratoryofFeedBiotechnologyoftheMinistryofAgriculture,FeedResearchInstituteofChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

The rumen is a critical organ mediating nutrient uptake and use in ruminants. A considerable research has been focused on the development of ruminal epithelium and substance transportation in nearly a half century. Many transporters and regulators associated with the ruminal epithelial cell proliferation and their metabolic pathway were explored, such as insulin-like growth factor and epidermal growth factor were associated with glucose transporters, and Na+/H+exchanger protein, mono-carboxylate transporter family and G protein-coupled receptor were associated with short chain fatty acid transportation. However, hitherto the molecular mechanisms involved in the rumen development remain unclear. In this paper, the molecular mechanisms of ruminal epithelial cell proliferation and substance transportation were reviewed. It is important to further understand the process of rumen epithelium development and establish the best ruminant nutrition supply strategy.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2017, 29(8)：2657-2664]

ruminants; ruminal epithelium; cell proliferation; substance transportation; molecular mechanism

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.08.007

2017-01-12

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303143)；國家肉羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-39)

呂小康(1994—)，男，山西長治人，碩士研究生，研究方向為動物營養(yǎng)與飼料科學。E-mail： 13121991399@163.com

*通信作者：張乃鋒，研究員，碩士生導師，E-mail: zhangnaifeng@caas.cn

S823

A

1006-267X(2017)08-2657-08