谷氨酰胺對腸道損傷藥理作用研究

林杰茹，?；荻Y，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動態平衡依賴于腸道建立的一個基本屏障，由位于基底膜上的上皮單層組成。腸上皮細胞與管腔微生物以及黏膜下免疫細胞相互作用維護了這個平衡。此外，腸上皮細胞具有較高的周轉率，屏障完整性依賴于上皮細胞的持續更新，同時也依賴于蛋白質合成和蛋白質水解之間的平衡。腸上皮細胞間的細胞旁通路在調節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胞。所有這些因素都有助于調節受環境因素（飲食、應激、毒素等）影響并在不同病理生理條件（腸道疾病和炎癥、急性損傷、肥胖等）下發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程。谷氨酰胺是分解代謝狀態下的一種條件必需氨基酸，也是腸細胞和免疫細胞等快速分裂細胞的優先底物［4］。谷氨酰胺代謝不僅產生二氧化碳，還產生丙氨酸、瓜氨酸、谷氨酸、乳酸和其他有機酸。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 谷氨酰胺保護腸屏障的基礎研究

除了作為快速繁殖細胞優先選擇的呼吸燃料和氮源的作用外，谷氨酰胺能夠通過調節腸粘膜的炎癥反應、氧化應激或先天性免疫反應來維護和調節腸道通透性。谷氨酰胺似乎也會影響腸上皮細胞間緊密連接蛋白功能及腸道微生物群的改變。

2.1 谷氨酰胺對腸代謝和腸內菌群的影響

谷氨酰胺調節腸道表面的完整性和營養機能。在急性胰腺炎豬中，腸內營養不僅與益生菌、精氨酸和谷氨酰胺聯合使用降低了腸道通透性、血漿內毒素濃度和細菌移位，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］。補充益生菌和谷氨酰胺的腸內營養改善了創傷性腦損傷大鼠的腸道通透性，減少了細菌移位［6］。此外，最近的研究已經證明谷氨酰胺預處理在腸梗阻、肝移植、結腸炎和缺血/再灌注的實驗模型中保持腸道完整性的有效性［7-10］。此外，在結腸炎中預防性使用谷氨酰胺比治療性應用更能保護腸細胞［9］。

氨酰胺在維持腸道蛋白質代謝在腸道穩態和調節腸道屏障功能中起著關鍵作用。谷氨酰胺還可以通過改善蛋白質代謝來維持腸道的完整性［11］，這表明維持蛋白質合成是確保緊密連接系統效率的必要條件。

同時，對于特定的代謝過程和特定蛋白質調控，谷氨酰胺似乎能夠調節多種代謝途徑。在細胞控制、凋亡或炎癥條件下，谷氨酰胺不同程度影響的蛋白質參與蛋白質的合成或降解［11］。谷氨酰胺調節的其他蛋白質參與調節腸道屏障功能、炎癥反應或應激反應。在體外和體內［12-14］研究中，補充谷氨酰胺后，腸道通透性和緊密連接恢復。事實上，腸上皮細胞中谷氨酰胺缺乏與閉鎖蛋白、緊密連接蛋白-1、表達減少相關，導致細胞旁通透性受損，而補充谷氨酰胺可維持或恢復其通透性。此外，谷氨酰胺還改善了受損動物的腸屏障功能，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生改變，也通過不同的機制調節腸道屏障功能。體外數據表明谷氨酰胺可能影響細菌的氨基酸代謝［16］。在小鼠中，口服谷氨酰胺補充與根據腸段改變細菌群有關［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14 天）通過降低硬壁菌與擬桿菌的比率來改變糞便微生物群［18］。然而，在這些研究中并沒有測量腸道通透性。谷氨酰胺誘導的微生物群改變是否有助于改善腸道屏障功能，尚需進一步研究。

2.2 谷氨酰胺與炎癥/氧化反應

炎癥反應和氧化反應參與了腸道屏障功能的調節，如促炎細胞因子或活性氧通過改變緊密連接誘導腸道通透性的增加［10，19］。研究表明，谷氨酰胺缺乏會促進巨噬細胞、淋巴細胞和腸上皮細胞產生細胞因子［20］，而谷氨酰胺的補充限制了體外炎癥反應。谷氨酰胺影響細胞因子產生是由多種細胞通路介導。這些調節途徑導致促炎性細胞因子的生成減少，粘附分子的表達減少，從而抑制腸道炎癥。動物實驗中，谷氨酰胺在不同的腸損傷模型中保護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節氧化反應［20］，這些效應可能間接地限制腸道通透性和腸屏障破壞。

3 谷氨酰胺保護腸損傷的臨床研究

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

盡管在實驗性結腸炎模型中有很好的數據，但臨床研究未能證明谷氨酰胺補充對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，因為口服谷氨酰胺迅速被小腸吸收，而不會到達結腸。IBD 中已經指出了這個問題，因為小腸和結腸黏膜中谷氨酰胺含量較低［20］。最近的一項研究報告了谷氨酰胺對Crohn′s 病患者腸道通透性的有益作用，但由于缺乏對照組，因此很難得出結論［27］。目前，關于補充谷氨酰胺誘導Crohn′s 病緩解的有效性和安全性缺乏證據［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者（在大多數器官、白細胞和成纖維細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%），在細胞內液氨基酸庫中所占比例更大（約60%），同時在肌肉氨基酸庫中所占比例更高［30，31］。因此，在由癌癥、惡心或嘔吐、細胞損傷以及腸內谷氨酰胺攝入不足引起的分解代謝狀態下，谷氨酰胺儲存庫可能需要提供谷氨酰胺來幫助抵抗和修復損傷。當腸內谷氨酰胺缺乏時，血漿通過滋養胃腸道，使得胃腸道能夠通過平衡谷氨酰胺吸收來獲得持續供應的谷氨酰胺。

谷氨酰胺是FDA 公認的安全補充劑［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，預計飲食中對谷氨酰胺的需求會增加，粘膜織和白細胞的利用率也會增加。在癌癥治療過程中，蛋白質和/或谷氨酰胺不足會導致肌萎縮和淋巴減少，并發癥增多，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，口服和腸內補充需要懸浮液，雙糖可促進其粘膜吸收，但不含雙糖的谷氨酰胺補充也被證明有益處［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。谷氨酰胺二糖結合可大幅促進粘膜細胞對谷氨酰胺的吸收［36］。海藻糖是一種雙糖，它不僅促進谷氨酰胺細胞進入，而且具有蛋白質穩定特性，比蔗糖降解為葡萄糖的速度慢。與蔗糖相比，海藻糖在粘膜細胞谷氨酰胺吸收方面的優勢包括：不經口腔降解、在胃酸pH 值下穩定，一旦被吸收，它就會被腎臟代謝，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

當今的研究顯示出谷氨酰胺可以通過影響細胞間緊密連接和其他機制調節腸道通透性。補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，補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，可能會抑制腫瘤利用谷氨酰胺作為燃料，并使腫瘤更容易受到細胞內化療代謝物的損害［39］。更深入的研究需要評估谷氨酰胺在臨床中的合理應用，幫助改善整體營養狀況、提高生存率和減少并發癥。