消化道上皮單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(MCT1)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能的調(diào)控機(jī)理

董賢文 付 琳 張 麗 周 鵬 任航行 王高富

(重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

消化道具備良好的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收功能是家畜高效養(yǎng)殖的重要基礎(chǔ)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要以自由擴(kuò)散、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲作用等方式通過(guò)消化道壁，而后進(jìn)入血液和淋巴循環(huán)系統(tǒng)供機(jī)體利用。

碳水化合物是動(dòng)物日糧的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其含量達(dá)總營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)量的一半以上[1]。大部分碳水化合物在單胃動(dòng)物后腸和反芻動(dòng)物瘤胃中經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生大量單羧酸(含有2～4 個(gè)碳原子和1 個(gè)羰基端的有機(jī)酸)供機(jī)體利用，如揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid，VFAs)、β-羥基丁酸、乙酰乙酸和乳酸等[2]。其中VFAs 作為重要的能量物質(zhì)，可為單胃動(dòng)物提供15%～20%的能量，為反芻動(dòng)物提供75%的能量[3]。此外，單羧酸還具有促進(jìn)消化道上皮細(xì)胞分化與增殖，抗炎癥以及參與營(yíng)養(yǎng)代謝調(diào)控等生理作用[3-5]。

單羧酸發(fā)揮上述生理作用的首要前提是經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。由于消化道上皮腔面存在鈉氫交換蛋白，細(xì)胞中的H＋被泵出形成低pH 環(huán)境，單羧酸在此處主要以未解離形式存在，未解離的單羧酸多通過(guò)自由擴(kuò)散進(jìn)入消化道上皮細(xì)胞，少部分通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入[6]。由于消化道上皮細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)pH 為中性，單羧酸解離為H＋和陰離子難以通過(guò)自由擴(kuò)散穿過(guò)細(xì)胞壁，細(xì)胞質(zhì)中單羧酸主要通過(guò)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體MCT1(monocarboxylate transporter，MCT1)以主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)方式進(jìn)入血液[7-8]。因此，MCT1 作為單羧酸的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，在單羧酸從細(xì)胞質(zhì)外排進(jìn)入血液進(jìn)而行使生物學(xué)功能的過(guò)程中起到十分關(guān)鍵的作用[9-10]?；诖?，本文重點(diǎn)對(duì)MCT1 的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)、在動(dòng)物消化道上皮的表達(dá)分布特點(diǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)吸收過(guò)程及其調(diào)控機(jī)理進(jìn)行綜述。以期為MTC1 的功能調(diào)控研究提供參考。

1 MCT1 基因與蛋白結(jié)構(gòu)

MCT 家族是哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜上一類重要的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。目前MCT 家族已發(fā)現(xiàn)14 個(gè)成員，其中僅有MCT1～4 亞型具有離子的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。4 種亞型間具有底物差異性和組織分布特異性，其他成員可介導(dǎo)激素、氨基酸、小肽等物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。MCT1 是最早被發(fā)現(xiàn)的MCT 家族成員，1992年P(guān)oole 等[11]在小鼠紅細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)了一種參與乳酸吸收的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，進(jìn)一步研究了該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底物、動(dòng)力學(xué)等特性以及抑制劑篩選。1994年Garcia 等[12]首次在倉(cāng)鼠和人類中提取純化得到該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，并正式命名為MCT1，其中人類MCT1 基因位于1 號(hào)染色體短臂的13 區(qū)帶附近，長(zhǎng)度約44 kb，由5 個(gè)外顯子和4 個(gè)內(nèi)含子組成[13]。MCT1 基因含有基因啟動(dòng)子刺激蛋白(specificy protein，SP1)、活化因子蛋白(activity protein，AP1)、NF-κB 等轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，其編碼蛋白含有約500 個(gè)氨基酸[13]。在家畜動(dòng)物研究上，Ritzhaupt 等[14]研究了豬結(jié)腸中MCT1 的基因、蛋白表達(dá)以及吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)豬MCT1 基因核苷酸序列與人的同源性為92%。Kirat 等[15]研究了MCT1 在小牛消化道中MCT1 的表達(dá)分布與功能特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)牛MCT1 基因核苷酸序列與人的同源性為86%，蛋白質(zhì)氨基酸序列與人的同源性為88%。MCT1 基因在各物種中的序列同源性較高，說(shuō)明其進(jìn)化中功能具有保守性。

蛋白水解研究結(jié)果表明，MCT1 的二級(jí)結(jié)構(gòu)由位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的N-端、C-端和12 個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域(transmembrane domain，TM)組成，其中TM 片段6 ～7之間有一個(gè)大的細(xì)胞內(nèi)環(huán)(圖1)。MCT1 的三維結(jié)構(gòu)存在閉合(暴露細(xì)胞質(zhì)底物結(jié)合位點(diǎn))和開(kāi)放(暴露細(xì)胞外底物結(jié)合位點(diǎn))兩種構(gòu)象(圖2)。第38 位點(diǎn)的賴氨酸殘基位于通道蛋白中央，研究認(rèn)為其對(duì)MCT1 物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)起關(guān)鍵作用[17]。

圖1 MCT1 蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)[16]Fig.1 The secondary structure of MCT1 protein[16]

圖2 MCT1 蛋白3D 結(jié)構(gòu)[16]Fig.2 The 3D structure of MCT1 protein[16]

2 MCT1 在消化道的分布特點(diǎn)和定位

2.1 MCT1 在消化道的分布特點(diǎn)

MCT1 在消化道、大腦、肝臟、腎臟和肌肉等多種組織中廣泛表達(dá)，其中消化道是MCT1 高表達(dá)組織之一。研究表明MCT1 在胃腸道各段均有表達(dá)(圖3)，但存在明顯的時(shí)空分布差異[15]。MCT1 在犢牛整個(gè)消化道均表達(dá)，其在空腸和回腸中的表達(dá)量最高，顯著高于結(jié)腸和直腸的表達(dá)量，在十二指腸表達(dá)量最低[18]。MCT1 mRNA 在豬大腸中的表達(dá)量比小腸高20 余倍，MCT1 蛋白在十二指腸、空腸、回腸中表達(dá)量極低，這與大腸是單胃動(dòng)物消化道微生物發(fā)酵的主要場(chǎng)所有關(guān)[19]。成年反芻動(dòng)物消化道中前胃MCT1 表達(dá)量高于后腸，且前胃中瘤胃的MCT1 表達(dá)量最高。Kirat等[16]研究發(fā)現(xiàn)山羊MCT1 蛋白表達(dá)量由高到低依次為瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、盲腸、結(jié)腸、皺胃和小腸。瘤胃中以瘤胃腹囊MCT1 表達(dá)量最高，其次是瘤胃前庭、后背盲囊、瘤胃背囊[20]。瘤胃、網(wǎng)胃和瓣胃上皮屬于復(fù)層扁平上皮，由4 層種類和功能不同的細(xì)胞組成，由瘤胃上皮頂端向基地側(cè)依次為角質(zhì)層、顆粒層、棘狀層和基底層；角質(zhì)層由死亡的角質(zhì)化細(xì)胞組成，顆粒層含有緊密連接蛋白，棘狀層和基底層分布有線粒體，可將VFAs 代謝成酮體[21]。Graham 等[22]研究發(fā)現(xiàn)MCT1主要分布在成年反芻動(dòng)物瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃的棘狀層和基底層細(xì)胞中。消化道上皮細(xì)胞屬于極性細(xì)胞，細(xì)胞膜由緊密連接蛋白分為頂端膜和基底側(cè)膜，二者膜蛋白的種類和組成具有顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)MCT1 在單層柱狀上皮的頂端膜和基底側(cè)膜中均有分布，Welter等[19]研究發(fā)現(xiàn)豬結(jié)腸上皮的頂膜和基底膜都有MCT1表達(dá)分布，Kirat 等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)犢牛與成年山羊盲腸、結(jié)腸中MCT1 蛋白在上皮細(xì)胞頂端膜及基底側(cè)膜均有分布，但以基底側(cè)膜為主。而在復(fù)層扁平上皮，MCT1 主要分布于棘層和基底層細(xì)胞基底側(cè)膜上[23]。由此可見(jiàn)，MCT1 的細(xì)胞分布特點(diǎn)與將消化道上皮細(xì)胞中的單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)入血液的功能特點(diǎn)相吻合，MCT1在消化道上皮的分布特點(diǎn)滿足了其吸收轉(zhuǎn)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要。

圖3 MCT1 在小牛胃腸道的mRNA 表達(dá)[15]Fig.3 mRNA expression of MCT1 in gastrointestinal tract of calf[15]

2.2 MCT1 基于CD147 蛋白的細(xì)胞膜定位

細(xì)胞膜蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體中翻譯合成，在高爾基體中裝配加工后分別通過(guò)細(xì)胞頂端膜和基底側(cè)膜分選信號(hào)途徑特異性運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞表面。Pfannkuche等[24]研究發(fā)現(xiàn)MCT3 和MCT4 主要依賴于基底側(cè)膜分選信號(hào)通路特異性定位到細(xì)胞基底側(cè)膜表達(dá)，而MCT1 不依賴基底側(cè)膜分選信號(hào)通路，而是通過(guò)CD147 蛋白輔助運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞基底側(cè)膜表達(dá)。CD147 是一種廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞漿膜上的29 kDa 跨膜糖蛋白，與免疫球蛋白具有較高的同源性，又稱為細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導(dǎo)物。Wilson 等[25]發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞中共同轉(zhuǎn)染MCT1 和CD147 較單獨(dú)轉(zhuǎn)染MCT1 顯著提高了腸道細(xì)胞對(duì)乳酸的吸收速率和細(xì)胞膜MCT1 的表達(dá)量。通過(guò)免疫共沉淀技術(shù)發(fā)現(xiàn)不同細(xì)胞系中MCT1 與CD147 蛋白相互集聚分布于細(xì)胞膜上[25-26]。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)CD147 是一種單跨膜糖蛋白，N 端位于細(xì)胞外，C 端位于細(xì)胞質(zhì)，單個(gè)CD147 通過(guò)其細(xì)胞質(zhì)中C 段與單個(gè)MCT1 細(xì)胞質(zhì)中的C 端和N 端連接(圖4)。同時(shí)CD147 的C 端與另一個(gè)CD147 的C 端相連，形成二聚體。因此，CD147 蛋白是MCT1 定位細(xì)胞膜行使單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)的核心調(diào)控因子[27]。

圖4 MCT1 與CD147 的結(jié)合方式[16]Fig.4 The combination mode of MCT1 and CD147[16]

3 MCT1 轉(zhuǎn)運(yùn)單羧酸的機(jī)制

MCT1 作為主動(dòng)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力來(lái)自細(xì)胞外H＋濃度梯度。隨著培養(yǎng)基中pH值由7.5 降至5.5，Caco-2 細(xì)胞對(duì)γ-羥基丁酸和乳酸的吸收速度顯著提高，而培養(yǎng)基中的Na＋對(duì)上述底物的吸收速度無(wú)顯著影響[28]。Kirat 等[15]研究也發(fā)現(xiàn)隨著瘤胃上皮細(xì)胞培養(yǎng)基中pH 下降，丁酸、乙酸的吸收速度增加，但當(dāng)pH 值降到5.5 以下，其對(duì)MCT1 的吸收能力無(wú)顯著影響。Yan 等[29]報(bào)道培養(yǎng)基pH 降低，可促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞中MCT1 基因的表達(dá)。Ritzhaupt等[30]提出細(xì)胞外pH 不是影響MCT1 吸收功能的根本因素，其根本因素是細(xì)胞內(nèi)外的pH 梯度，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)外pH 值相等，或者細(xì)胞外pH 值高于細(xì)胞內(nèi)時(shí)，腸道上皮細(xì)胞中MCT1 對(duì)乳酸的轉(zhuǎn)運(yùn)功能均較弱，僅當(dāng)細(xì)胞外pH 值低于細(xì)胞內(nèi)pH 值時(shí)MCT1 對(duì)乳酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力最強(qiáng)。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)MCT1 是通過(guò)H＋偶聯(lián)方式同向轉(zhuǎn)運(yùn)單羧酸[31]。MCT1 的H＋共轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要基于膜通道蛋白的“搖臂開(kāi)關(guān)”(Rocher switch)理論[16]。該蛋白C-端的6 個(gè)跨膜區(qū)域與N-端的6 個(gè)跨膜區(qū)域組成2 個(gè)搖臂，通過(guò)相應(yīng)交替的位于通道中底物集合位點(diǎn)，專一接合細(xì)胞外或細(xì)胞質(zhì)中的底物。當(dāng)細(xì)胞外H＋較少時(shí)，MCT1 細(xì)胞外通道口處于閉合狀態(tài)，底物結(jié)合位點(diǎn)Lys38 被埋于通道中(Lys38 不帶電荷)，MCT1 處于沒(méi)有轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)功能的靜息狀態(tài)。細(xì)胞外H＋增多使Lys38 質(zhì)子化，MCT1 細(xì)胞外通道口打開(kāi)，Lys38 底物結(jié)合位點(diǎn)暴露并結(jié)合單羧酸陰離子，進(jìn)而將單羧酸傳遞給天冬酰胺和精氨酸電子對(duì)(Asp302-和Arg306＋)，此時(shí)Lys38 去質(zhì)子化MCT1 恢復(fù)到閉合狀態(tài)，并使Asp302-和Arg306＋暴露于細(xì)胞質(zhì)釋放單羧酸[32]。MCT1 協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子和單羧酸陰離子時(shí)存在先后順序，即H＋先與MCT1 結(jié)合，引起MCT1 構(gòu)象變化，而后MCT1 再與單羧酸陰離子結(jié)合，同向轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜釋放。

圖5 MCT1 的乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[19]Fig.5 The lactic acid transport of MCT1[19]

另外有研究發(fā)現(xiàn)MCT1 可能介導(dǎo)瘤胃上皮基底膜VFAs 與HCO3-的交換轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。Dengler 等[33]通過(guò)在瘤胃上皮細(xì)胞培養(yǎng)基中添加或不添加HCO3-，發(fā)現(xiàn)添加HCO3-可促進(jìn)瘤胃上皮對(duì)乙酸和丁酸的轉(zhuǎn)運(yùn)速度，隨著培養(yǎng)基中HCO3-濃度增加，VFAs 轉(zhuǎn)運(yùn)速度增加，添加MCT1 抑制劑后乙酸的外排速度顯著下降，因此認(rèn)為瘤胃基底膜上存在VFA 與HCO3-的交換轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，并且認(rèn)為MCT1 參與了乙酸的該轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[34]。但其具體轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

4 消化道MCT1 的影響因素及調(diào)控機(jī)理

4.1 年齡對(duì)消化道MCT1 的影響

年齡對(duì)消化道MCT1 影響的研究主要集中在反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育上。Koho 等[21]研究發(fā)現(xiàn)初生羔羊瘤胃中MCT1 表達(dá)量極低，在2 周齡時(shí)瘤胃MCT1 表達(dá)量顯著升高，十二指腸中MCT1 表達(dá)量在初生時(shí)最高，而后顯著下降。Pfannkuche 等[24]研究發(fā)現(xiàn)年齡對(duì)MCT1的亞細(xì)胞定位存在影響，通過(guò)比較出生后24 h 屠宰和4日齡屠宰的犢牛，發(fā)現(xiàn)初生犢牛MCT1 表達(dá)量較低，且主要分布于瘤胃基底層細(xì)胞的頂膜，而4 d 后MCT1表達(dá)量升高，且主要分布于基底層細(xì)胞基底側(cè)膜。

4.2 日糧對(duì)消化道MCT1 的影響

動(dòng)物飼糧的營(yíng)養(yǎng)組成和結(jié)構(gòu)對(duì)消化道上皮MCT1表達(dá)和轉(zhuǎn)運(yùn)功能有重要影響，在單胃動(dòng)物方面的研究表明飼喂纖維類飼料可促進(jìn)后腸道微生物發(fā)酵，增加后腸MCT1 表達(dá)量，Kirat 等[35]發(fā)現(xiàn)飼喂果膠后小鼠各段腸道MCT1 蛋白表達(dá)量顯著升高，盲腸和結(jié)腸升高幅度最大，而后將小鼠結(jié)腸采樣后進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)果膠飼喂小鼠結(jié)腸細(xì)胞對(duì)乙酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力顯著高于對(duì)照組小鼠，推測(cè)果膠可作為小鼠腸道微生物發(fā)酵底物，產(chǎn)生更多的VFAs，從而促進(jìn)MCT1 的表達(dá)和轉(zhuǎn)運(yùn)功能。Villodre 等[36]研究了豬腸道微生物代謝對(duì)MCT1表達(dá)的影響發(fā)現(xiàn)，高蛋白日糧減少豬結(jié)腸MCT1 的表達(dá)。MCT1 表達(dá)量與消化道內(nèi)乳酸含量呈正相關(guān)，與NH3和腐胺含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

日糧與MCT1 更多的研究集中于反芻動(dòng)物瘤胃上，補(bǔ)飼精料以及提高精補(bǔ)料飼喂量可提高反芻動(dòng)物瘤胃上皮MCT1 基因與蛋白表達(dá)量[37]。增加日糧中谷物飼料的比例也可提高反芻動(dòng)物瘤胃中MCT1 表達(dá)量[21，38-39]。因此，研究者希望通過(guò)日糧調(diào)控犢牛瘤胃中MCT1 表達(dá)，促進(jìn)瘤胃健康發(fā)育。Laarman 等[40]比較了代乳料＋干草與代乳料＋干草＋開(kāi)食料對(duì)13～50日齡犢牛瘤胃上皮MCT1 表達(dá)的影響，試驗(yàn)中兩組牛能量攝入相近，結(jié)果表明固體開(kāi)食料顯著提高瘤胃VFAs產(chǎn)量，增加MCT1 表達(dá)量，并且提出VFAs 可以提高瘤胃中MCT1 的表達(dá)。然而，F(xiàn)laga 等[41]研究了流體飼料(母乳和人工乳)對(duì)5 ～26日齡犢牛瘤胃上皮MCT1的影響，認(rèn)為流體飼料直接進(jìn)入犢牛皺胃，對(duì)瘤胃的刺激較少，結(jié)果顯示母乳比人工乳更能促進(jìn)瘤胃MCT1表達(dá)，并認(rèn)為母乳中富含的生物活性物質(zhì)可能是促進(jìn)瘤胃MCT1 表達(dá)的重要因素。Pfannkuche 等[24]的研究也發(fā)現(xiàn)初乳能夠增加瘤胃上皮MCT1 表達(dá)分布，并提出VFAs 不是啟動(dòng)MCT1 轉(zhuǎn)錄表達(dá)的唯一因子，飼料中的生物活性物質(zhì)、激素以及機(jī)體生理狀態(tài)等均能影響消化道上皮中MCT1 的表達(dá)和功能。

4.3 VFAs 對(duì)消化道MCT1 的影響及調(diào)控

研究表明MCT1 不僅能轉(zhuǎn)運(yùn)消化道中VFAs，反之VFAs 可以調(diào)控MCT1 的表達(dá)和功能。Cuff 等[42]研究了VFAs 對(duì)體外培養(yǎng)的人結(jié)腸粘膜細(xì)胞中MCT1 表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著丁酸鈉濃度(0 ～5 mmol·L-1)和處理時(shí)間(0、6、12、24、48、72 h)的增加，MCT1 基因與蛋白表達(dá)量均顯著升高，而乙酸和丙酸對(duì)MCT1 無(wú)調(diào)控作用。利用放射性標(biāo)記方法發(fā)現(xiàn)丁酸吸收的最大速度顯著增加，然而米氏常數(shù)沒(méi)有變化，說(shuō)明丁酸鈉吸收的增加并不是通過(guò)改變其與MCT1 的親和力，而是通過(guò)增加細(xì)胞膜上MCT1 的表達(dá)豐度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)丁酸可誘導(dǎo)MCT1 轉(zhuǎn)錄，延長(zhǎng)MCT1 mRNA 的半衰期[42]。研究發(fā)現(xiàn)丁酸可作為內(nèi)源性配體與細(xì)胞表面短鏈脂肪酸受體GPR41 結(jié)合并激活下游細(xì)胞信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)代謝[43]。Borthakur 等[44]研究發(fā)現(xiàn)利用G 蛋白偶聯(lián)受體抑制劑處理腸道上皮培養(yǎng)基后丁酸的吸收速率顯著下降，利用轉(zhuǎn)染抑制GPR41 受體表達(dá)后顯著降低了MCT 蛋白在細(xì)胞頂膜的表達(dá)量。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)胞培養(yǎng)基中丁酸作用時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞質(zhì)中環(huán)磷酸腺苷 ( cyclic adenosine monophosphere，cAMP)濃度降低，而通過(guò)cAMP 促進(jìn)劑提高細(xì)胞內(nèi)cAMP 含量可抑制MCT1 的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，提示cAMP 是丁酸調(diào)控MCT1 轉(zhuǎn)錄表達(dá)的一個(gè)重要信號(hào)分子。Borthakur 等[45]發(fā)現(xiàn)丁酸可以激活Cacao2 和HT-29 細(xì)胞系中MCT1 啟動(dòng)子區(qū)域，NF-κB 信號(hào)途徑抑制劑可顯著抑制丁酸對(duì)MCT1 啟動(dòng)子的上調(diào)作用。同時(shí)丁酸處理可以促進(jìn)Caco2 細(xì)胞質(zhì)中NF-κB 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子進(jìn)入細(xì)胞核，而丙酸、乙酸則無(wú)此效果，說(shuō)明丁酸可通過(guò)NF-κB 途徑促進(jìn)MCT1 表達(dá)。

4.4 腸道炎癥及促炎因子對(duì)消化道MCT1 的影響及調(diào)控

炎癥是NF-κB 信號(hào)途徑的主要影響因素，研究發(fā)現(xiàn)腸道炎癥及促炎因子對(duì)MCT1 的表達(dá)和功能具有調(diào)控作用。Borthakur 等[46]通過(guò)研究腸道上皮細(xì)胞感染致病性大腸桿菌和非致病性大腸桿菌發(fā)現(xiàn)，僅致病性大腸桿菌可抑制丁酸的吸收速度和MCT1 的表達(dá)量。Thibault 等[47]通過(guò)外源藥物誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生腸炎，發(fā)現(xiàn)腸炎小鼠盲腸、結(jié)腸上皮中MCT1 基因及其蛋白表達(dá)量顯著下降。而腸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)基中加入γ 干擾素(γ-interferon，IFN-γ)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)后顯著抑制MCT1 基因表達(dá)，以及丁酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。而加入NF-κB 信號(hào)通路阻斷劑對(duì)促炎因子抑制MCT1 的作用無(wú)顯著影響[48]，說(shuō)明促炎因子不是通過(guò)該通路影響MCT1 的表達(dá)。Thibault 等[49]研究顯示炎癥腸粘膜中丁酸鹽氧化率降低，其原因與炎癥引起MCT1 表達(dá)量下調(diào)導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞胞內(nèi)丁酸鹽濃度降低有關(guān)；而MCT-1 表達(dá)量下調(diào)表明與WNT/β-catenin 通路活性降低有關(guān)。Harris等[50]研究表明WNT/β-catenin 通路具有氧化應(yīng)激調(diào)控作用，從而介導(dǎo)炎癥調(diào)控的功能。因此，WNT/βcatenin 通路調(diào)控MCT-1 基因表達(dá)可能是炎癥調(diào)控的潛在機(jī)制。

4.5 激素對(duì)消化道MCT1 的影響及調(diào)控

生長(zhǎng)抑素是一種抗炎癥和抗腹瀉激素，并且能夠抑制促炎因子的分泌[51-52]。Saksena 等[53]研究報(bào)道生長(zhǎng)抑素(somatostatin，SST)可促進(jìn)MCT1 和CD147在Caco2 細(xì)胞膜的表達(dá)，Caco2 細(xì)胞系中添加SST 可顯著提高60%～70%的丁酸吸收量，且對(duì)基底膜側(cè)丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)能力的促進(jìn)作用更強(qiáng)，采用生長(zhǎng)抑素類似物seglitide 同樣可激活生長(zhǎng)抑素受體2(somatostatin，receptor 2 SSTR2))，促進(jìn)Caco2 細(xì)胞對(duì)丁酸的轉(zhuǎn)運(yùn)。p38MAPK 阻斷劑可抑制生長(zhǎng)抑素促進(jìn)Caco2 細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)丁酸的能力，而Erk1/2 阻斷劑對(duì)該途徑無(wú)抑制效果。生長(zhǎng)抑素可通過(guò)p38MAPK 途徑促進(jìn)MCT1 對(duì)丁酸的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)[54]。瘦素可顯著促進(jìn)MCT 介導(dǎo)的丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)速率，一方面瘦素可增加Caco 細(xì)胞內(nèi)MCT1 蛋白量而不影響CD147 表達(dá)，另一方面可促進(jìn)CD147/MCT1 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜[55-56]。性激素也已被證實(shí)具有MCT1 調(diào)控作用。Enoki 等[57]發(fā)現(xiàn)小鼠睪酮分泌的增加可以促進(jìn)骨骼肌中MCT1 蛋白的表達(dá)。此外，Aveseh 等[58]通過(guò)抑制人MC4-L2 乳腺癌-同源BALB/c 小鼠中雌激素相關(guān)受體α 的表達(dá)，降低MCT1 的表達(dá)，表明雌激素具有調(diào)控MCT1 活性的功能。Cao等[59]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)女性的性激素，雌二醇、孕酮和黃體生成激素，具有下調(diào)MCT1 mRNA 的表達(dá)和降低其膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能的作用。因此，通過(guò)研究不同激素水平及類型對(duì)MCT1 的調(diào)控具有重要意義。

5 結(jié)論與展望

MCT1 是一種H＋同向共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其表達(dá)分布存在種間及組織間差異，主要分布于單胃動(dòng)物后腸和反芻動(dòng)物前胃和后腸上皮細(xì)胞基底側(cè)膜上，負(fù)責(zé)消化道中VFAs、酮體、乳酸等單羧酸消化產(chǎn)物的吸收入血。MCT1 的正確定位表達(dá)需要分子伴侶蛋白CD147 的輔助。動(dòng)物年齡、飼糧組成和營(yíng)養(yǎng)水平均可影響消化道中MCT1 的表達(dá)量和吸收轉(zhuǎn)運(yùn)功能。MCT1 的轉(zhuǎn)運(yùn)底物丁酸可以通過(guò)GPR109A/cAMP/NF-κB 信號(hào)通路促進(jìn)消化道MCT1 的細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄與表達(dá)水平。消化道炎癥及促炎因子TNF-a、IFN-r 等可抑制MCT1 的表達(dá)和物質(zhì)吸收功能，而激素生長(zhǎng)抑素、瘦素等可能通過(guò)p30MAPK 信號(hào)通路促進(jìn)MCT1 的表達(dá)。因此，有必要加強(qiáng)MCT1 表達(dá)和功能相關(guān)的調(diào)控研究，并基于此研發(fā)MCT1 的外源調(diào)控劑，從而推動(dòng)家畜尤其是反芻動(dòng)物的高效生產(chǎn)。