谷氨酰胺對(duì)腸道損傷藥理作用研究

林杰茹，常惠禮，馮正富，湯銳明，王馨，馮汩

消化道能夠接觸各種食物成分、抗原、共生微生物和病原體而保持良好的體內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡依賴于腸道建立的一個(gè)基本屏障，由位于基底膜上的上皮單層組成。腸上皮細(xì)胞與管腔微生物以及黏膜下免疫細(xì)胞相互作用維護(hù)了這個(gè)平衡。此外，腸上皮細(xì)胞具有較高的周轉(zhuǎn)率，屏障完整性依賴于上皮細(xì)胞的持續(xù)更新，同時(shí)也依賴于蛋白質(zhì)合成和蛋白質(zhì)水解之間的平衡。腸上皮細(xì)胞間的細(xì)胞旁通路在調(diào)節(jié)腸道通透性中起主要作用。其他因素也參與腸道屏障功能，包括由抗菌肽組成的粘液層和含有先天性和后天獲得性免疫細(xì)胞。所有這些因素都有助于調(diào)節(jié)受環(huán)境因素（飲食、應(yīng)激、毒素等）影響并在不同病理生理?xiàng)l件（腸道疾病和炎癥、急性損傷、肥胖等）下發(fā)生腸屏障損傷及腸道通透性的改變［1-3］。

谷氨酰胺是血漿中含量最豐富的氨基酸，參與多種代謝和生化過(guò)程。谷氨酰胺是分解代謝狀態(tài)下的一種條件必需氨基酸，也是腸細(xì)胞和免疫細(xì)胞等快速分裂細(xì)胞的優(yōu)先底物［4］。谷氨酰胺代謝不僅產(chǎn)生二氧化碳，還產(chǎn)生丙氨酸、瓜氨酸、谷氨酸、乳酸和其他有機(jī)酸。谷氨酰胺是嘌呤、嘧啶、核苷酸和核酸的重要前體。然而，谷氨酰胺酶的活性沿著小腸下降，在結(jié)腸中，谷氨酰胺被短鏈脂肪酸取代，尤其是作為主要燃料的丁酸鹽。

2 谷氨酰胺保護(hù)腸屏障的基礎(chǔ)研究

除了作為快速繁殖細(xì)胞優(yōu)先選擇的呼吸燃料和氮源的作用外，谷氨酰胺能夠通過(guò)調(diào)節(jié)腸粘膜的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激或先天性免疫反應(yīng)來(lái)維護(hù)和調(diào)節(jié)腸道通透性。谷氨酰胺似乎也會(huì)影響腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白功能及腸道微生物群的改變。

2.1 谷氨酰胺對(duì)腸代謝和腸內(nèi)菌群的影響

谷氨酰胺調(diào)節(jié)腸道表面的完整性和營(yíng)養(yǎng)機(jī)能。在急性胰腺炎豬中，腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)不僅與益生菌、精氨酸和谷氨酰胺聯(lián)合使用降低了腸道通透性、血漿內(nèi)毒素濃度和細(xì)菌移位，而且增加了腸粘膜厚度、絨毛高度和正常腸絨毛的百分比［5］。補(bǔ)充益生菌和谷氨酰胺的腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)改善了創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的腸道通透性，減少了細(xì)菌移位［6］。此外，最近的研究已經(jīng)證明谷氨酰胺預(yù)處理在腸梗阻、肝移植、結(jié)腸炎和缺血/再灌注的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭斜３帜c道完整性的有效性［7-10］。此外，在結(jié)腸炎中預(yù)防性使用谷氨酰胺比治療性應(yīng)用更能保護(hù)腸細(xì)胞［9］。

氨酰胺在維持腸道蛋白質(zhì)代謝在腸道穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)腸道屏障功能中起著關(guān)鍵作用。谷氨酰胺還可以通過(guò)改善蛋白質(zhì)代謝來(lái)維持腸道的完整性［11］，這表明維持蛋白質(zhì)合成是確保緊密連接系統(tǒng)效率的必要條件。

同時(shí)，對(duì)于特定的代謝過(guò)程和特定蛋白質(zhì)調(diào)控，谷氨酰胺似乎能夠調(diào)節(jié)多種代謝途徑。在細(xì)胞控制、凋亡或炎癥條件下，谷氨酰胺不同程度影響的蛋白質(zhì)參與蛋白質(zhì)的合成或降解［11］。谷氨酰胺調(diào)節(jié)的其他蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)腸道屏障功能、炎癥反應(yīng)或應(yīng)激反應(yīng)。在體外和體內(nèi)［12-14］研究中，補(bǔ)充谷氨酰胺后，腸道通透性和緊密連接恢復(fù)。事實(shí)上，腸上皮細(xì)胞中谷氨酰胺缺乏與閉鎖蛋白、緊密連接蛋白-1、表達(dá)減少相關(guān)，導(dǎo)致細(xì)胞旁通透性受損，而補(bǔ)充谷氨酰胺可維持或恢復(fù)其通透性。此外，谷氨酰胺還改善了受損動(dòng)物的腸屏障功能，如化療引起的粘膜炎大鼠［12］、斷奶仔豬［13］、應(yīng)激小鼠［14］和急性移植期間的小鼠［15］。

腸道微生物群在許多胃腸道和腸外疾病中發(fā)生改變，也通過(guò)不同的機(jī)制調(diào)節(jié)腸道屏障功能。體外數(shù)據(jù)表明谷氨酰胺可能影響細(xì)菌的氨基酸代謝［16］。在小鼠中，口服谷氨酰胺補(bǔ)充與根據(jù)腸段改變細(xì)菌群有關(guān)［17］。有趣的是，在超重和肥胖患者中，口服谷氨酰胺（30 g/天，連續(xù)14 天）通過(guò)降低硬壁菌與擬桿菌的比率來(lái)改變糞便微生物群［18］。然而，在這些研究中并沒(méi)有測(cè)量腸道通透性。谷氨酰胺誘導(dǎo)的微生物群改變是否有助于改善腸道屏障功能，尚需進(jìn)一步研究。

2.2 谷氨酰胺與炎癥/氧化反應(yīng)

炎癥反應(yīng)和氧化反應(yīng)參與了腸道屏障功能的調(diào)節(jié)，如促炎細(xì)胞因子或活性氧通過(guò)改變緊密連接誘導(dǎo)腸道通透性的增加［10，19］。研究表明，谷氨酰胺缺乏會(huì)促進(jìn)巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子［20］，而谷氨酰胺的補(bǔ)充限制了體外炎癥反應(yīng)。谷氨酰胺影響細(xì)胞因子產(chǎn)生是由多種細(xì)胞通路介導(dǎo)。這些調(diào)節(jié)途徑導(dǎo)致促炎性細(xì)胞因子的生成減少，粘附分子的表達(dá)減少，從而抑制腸道炎癥。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，谷氨酰胺在不同的腸損傷模型中保護(hù)腸粘膜屏障已被證明［12，20，21］。因此谷氨酰胺能夠有效的限制腸道炎癥，谷氨酰胺本身也能調(diào)節(jié)氧化反應(yīng)［20］，這些效應(yīng)可能間接地限制腸道通透性和腸屏障破壞。

3 谷氨酰胺保護(hù)腸損傷的臨床研究

谷氨酰胺的補(bǔ)充不僅改善了幾種實(shí)驗(yàn)性損傷條件下的腸屏障功能，而且在某些臨床情況下也產(chǎn)生效果。如補(bǔ)充谷氨酰胺限制了HIV 患者的腸道通透性，說(shuō)明谷氨酰胺改善了腸道吸收［22］。臨床研究顯示，谷氨酰胺可能對(duì)伴有腹瀉的腸易激綜合征患者有效果，這些患者常表現(xiàn)出腸道通透性增加和緊密連接蛋白表達(dá)改變［23］。腸道通透性過(guò)高可能導(dǎo)致腹瀉，同時(shí)也可能伴隨著腹痛。Zhou 等［24］報(bào)道腸易激綜合征患者結(jié)腸黏膜中micro-RNA29 的上調(diào)是 claudin-1 和 NF-kB 抑制因子減少導(dǎo)致腸通透性增加的原因。此前已經(jīng)證明，micro-RNA29 靶向谷氨酰胺合成酶mRNA，導(dǎo)致炎性腸病患者的小腸和結(jié)腸粘膜中谷氨酰胺合成酶的表達(dá)降低［25］，從而降低腸細(xì)胞從其他前體氨基酸產(chǎn)生內(nèi)源性谷氨酰胺的能力。一項(xiàng)體外研究中，谷氨酰胺增加了腸易激綜合征患者結(jié)腸粘膜緊密連接蛋白claudin-1 的表達(dá)，這可能意味著谷氨酰胺效應(yīng)依賴于緊密連接蛋白的表達(dá)，緊密連接蛋白的表達(dá)越低，谷氨酰胺的作用越高［26］。

盡管在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎模型中有很好的數(shù)據(jù)，但臨床研究未能證明谷氨酰胺補(bǔ)充對(duì)炎性腸病有任何有益的作用。此外，提供谷氨酰胺的更好的給藥方法仍有待確定，因?yàn)榭诜劝滨０费杆俦恍∧c吸收，而不會(huì)到達(dá)結(jié)腸。IBD 中已經(jīng)指出了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樾∧c和結(jié)腸黏膜中谷氨酰胺含量較低［20］。最近的一項(xiàng)研究報(bào)告了谷氨酰胺對(duì)Crohn′s 病患者腸道通透性的有益作用，但由于缺乏對(duì)照組，因此很難得出結(jié)論［27］。目前，關(guān)于補(bǔ)充谷氨酰胺誘導(dǎo)Crohn′s 病緩解的有效性和安全性缺乏證據(jù)［28］。

4 谷氨酰胺腸損傷的生物利用度

在組織器官中，谷氨酰胺要么是消費(fèi)者（在大多數(shù)器官、白細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中谷氨酰胺酶活性高），要么是谷氨酰胺輸出者（肌肉和大腦中谷氨酰胺合成酶活性高）［29］。谷氨酰胺是血漿中含量最高的氨基酸（約20%），在細(xì)胞內(nèi)液氨基酸庫(kù)中所占比例更大（約60%），同時(shí)在肌肉氨基酸庫(kù)中所占比例更高［30，31］。因此，在由癌癥、惡心或嘔吐、細(xì)胞損傷以及腸內(nèi)谷氨酰胺攝入不足引起的分解代謝狀態(tài)下，谷氨酰胺儲(chǔ)存庫(kù)可能需要提供谷氨酰胺來(lái)幫助抵抗和修復(fù)損傷。當(dāng)腸內(nèi)谷氨酰胺缺乏時(shí)，血漿通過(guò)滋養(yǎng)胃腸道，使得胃腸道能夠通過(guò)平衡谷氨酰胺吸收來(lái)獲得持續(xù)供應(yīng)的谷氨酰胺。

谷氨酰胺是FDA 公認(rèn)的安全補(bǔ)充劑［32］。正常飲食中谷氨酰胺的含量約為10 克/天，在高蛋白飲食中可能更高［33］。在分解代謝條件下，如化療和放療期間和之后，預(yù)計(jì)飲食中對(duì)谷氨酰胺的需求會(huì)增加，粘膜織和白細(xì)胞的利用率也會(huì)增加。在癌癥治療過(guò)程中，蛋白質(zhì)和/或谷氨酰胺不足會(huì)導(dǎo)致肌萎縮和淋巴減少，并發(fā)癥增多，生存率降低。每天10～20 g 的高蛋白飲食可以獲得足夠的谷氨酰胺，但是在損傷和應(yīng)激情況下，可能需要20～40 g［34］。

由于谷氨酰胺溶解度低，口服和腸內(nèi)補(bǔ)充需要懸浮液，雙糖可促進(jìn)其粘膜吸收，但不含雙糖的谷氨酰胺補(bǔ)充也被證明有益處［34，35］。含雙糖的谷氨酰胺混懸液為口腔粘膜、食道和腸道提供谷氨酰胺，這不僅是一種口感好而且更能有效。谷氨酰胺二糖結(jié)合可大幅促進(jìn)粘膜細(xì)胞對(duì)谷氨酰胺的吸收［36］。海藻糖是一種雙糖，它不僅促進(jìn)谷氨酰胺細(xì)胞進(jìn)入，而且具有蛋白質(zhì)穩(wěn)定特性，比蔗糖降解為葡萄糖的速度慢。與蔗糖相比，海藻糖在粘膜細(xì)胞谷氨酰胺吸收方面的優(yōu)勢(shì)包括：不經(jīng)口腔降解、在胃酸pH 值下穩(wěn)定，一旦被吸收，它就會(huì)被腎臟代謝，因此與蔗糖更快的降解和吸收相比，葡萄糖和胰島素的起伏。

5 總結(jié)

當(dāng)今的研究顯示出谷氨酰胺可以通過(guò)影響細(xì)胞間緊密連接和其他機(jī)制調(diào)節(jié)腸道通透性。補(bǔ)充谷氨酰胺不但可以改善腹部放療或化療引起的腸道損傷和腹瀉，還可增加心臟等正常組織中的谷胱甘肽含量［37，38］。同時(shí)，補(bǔ)充谷氨酰胺還可能降低腫瘤谷氨酰胺酶活性和腫瘤谷胱甘肽，可能會(huì)抑制腫瘤利用谷氨酰胺作為燃料，并使腫瘤更容易受到細(xì)胞內(nèi)化療代謝物的損害［39］。更深入的研究需要評(píng)估谷氨酰胺在臨床中的合理應(yīng)用，幫助改善整體營(yíng)養(yǎng)狀況、提高生存率和減少并發(fā)癥。