血管內皮生長因子C及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用及機制

汪駿峰 張楓琳 江青艷 王松波

(華南農業大學動物科學學院,廣東省動物營養調控重點實驗室,廣州 510642)

斷奶仔豬對飼糧消化吸收效率較低,不能充分利用飼糧的營養物質,存在飼料資源浪費等問題。因此,提高動物對飼糧脂肪的利用效率,不僅能夠緩解飼料原料的缺乏,還可以促進動物的生長發育,從而實現養殖業降本增效的目的。研究動物腸道脂肪消化吸收的生理調控過程,提高動物腸道對脂肪的消化吸收能力,以此提高飼料的利用效率對于養殖業的可持續發展具有重要的意義。最近研究發現,血管內皮生長因子C(vascular endothelial growth factor C,VEGFC)及其受體血管內皮生長因子受體3(vascular endothelial growth factor receptor 3,VEGFR3)參與調控了動物腸道對脂肪的消化吸收,并且主要介導了乳糜微粒進入乳糜管(乳糜管是腸管和腸系膜中的一條淋巴管)的生理過程。因此,本文在介紹動物腸道脂肪消化吸收的過程和VEGFC及其受體表達和功能的基礎上,論述了VEGFC及其受體對乳糜管結構和小腸內淋巴內皮細胞(lymphatic endothelial cells,LECs)連接方式以及機體乳糜微粒進入乳糜管的調控作用與機制,為深入了解VEGFC及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用及機制,并為提高動物腸道的脂肪消化吸收效率、促進生長發育、實現動物養殖的降本增效提供參考依據。

1 動物腸道脂肪消化吸收過程

飼糧脂肪在小腸被消化后,形成的脂肪酸(以長鏈脂肪酸為主)會被小腸上皮細胞表面的載體蛋白白細胞分化抗原36(cluster of differentiation 36,CD36)和脂肪酸轉運蛋白4(fatty acid transport protein 4,FATP4)轉運進入小腸上皮細胞內。脂質消化產物經腸細胞吸收后被單?；视王；D移酶(monoacylglycerol acyltransferases,MGATs)、二?；视王；D移酶(diacylglycerol acyltransferases,DGATs)和?；o酶A重新酯化并組裝成甘油三酯(triglyceride,TG),腸道脂質與載脂蛋白B-48(apoB-48)一起包裝成前乳糜微粒(Pre-CM)或儲存在細胞內(脂滴)。微粒體甘油三酯轉運蛋白(microsomal triglyceride transfer protein,MTTP)介導脂質包裝形成乳糜微粒(chylomicron,CM),后者通過乳糜微粒前轉運囊泡(pre-chylomicron transport vesicle,PCTV)經內質網轉運到高爾基體成熟。成熟的乳糜微粒隨后通過LECs之間的紐扣狀連接方式進入乳糜管,經淋巴管回流到靜脈和心臟,再通過血液循環運輸到全身各組織器官[1]。腸道對脂肪的消化吸收過程如圖1所示[2-4]。

Intestinal lumen:腸腔;Long-chain fatty acids:長鏈脂肪酸;Enterocyte:腸上皮細胞;CD36:白細胞分化抗原36 cluster of differentiation 36;FATP4:脂肪酸轉運蛋白4 fatty acid transport protein 4;FA:脂肪酸 fatty acid;CM:乳糜微粒 chylomicron;Golgi:高爾基體;ER:內質網 endoplasmic reticulum;TG:甘油三酯 triglyceride;LECs:淋巴內皮細胞 lymphatic endothelial cells;Button junctions:紐扣狀連接;Lacteal lumen:乳糜管管腔。

2 影響腸道對脂肪消化產物吸收效率的關鍵因素——乳糜微粒進入乳糜管

小腸上皮細胞對飼糧脂肪酸的攝取、腸上皮細胞內甘油三酯和乳糜微粒的合成以及乳糜微粒進入乳糜管等生理過程均會影響動物腸道對飼糧脂肪的消化吸收。其中,乳糜微粒進入乳糜管的生理過程是影響脂肪消化吸收效率的關鍵因素。一直以來,乳糜微粒被認為是通過胞吐作用從小腸上皮細胞中排出,并通過淋巴系統運輸至血液中[1],但是目前已有的研究表明,小腸上皮細胞中的乳糜微粒進入乳糜管這一過程依賴于淋巴管上淋巴內皮細胞之間的連接方式[5]。當LECs之間的連接方式為不連續的紐扣狀的連接時,小腸上皮細胞中的乳糜微粒會通過紐扣狀連接方式進入乳糜管;當LECs之間的連接方式由不連續的紐扣狀連接轉變為連續的拉鏈狀連接時,乳糜微粒則會被阻止進入乳糜管。同時近期研究發現,VEGFC及其受體參與調控了乳糜微粒進入乳糜管的生理過程,進而調控腸道對脂肪的消化吸收[6-7]。

3 VEGFC及其受體的分布

VEGFC是血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)家族成員之一,VEGF家族還包括VEGFA、VEGFB、VEGFD、胚盤生長因子(placental growth factor,PLGF)和2個外源性亞型VEGFE和VEGFF[8]。VEGF家族的受體包括3個跨膜酪氨酸激酶受體,分別是血管內皮生長因子受體1(vascular endothelial growth factor receptor 1,VEGFR1)、血管內皮生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)和VEGFR3,以及2種神經菌毛素(neuropilin,NRP),分別是NRP1和NRP2。不同的VEGF與其受體結合會產生不同的生理功能,以共同維持生理穩態,其中VEGFC主要和其受體VEGFR2/3結合,參與調節淋巴管系統的穩態[9]、淋巴管的發育和生長[10-11]、血管生成[12]以及小腸淋巴管的脂質轉運[7],而VEGFR3是機體腸道中主要表達的VEGF受體[13-14]。

VEGFC及其受體在機體內廣泛分布。VEGFC在動物的骨骼肌、心肌和腸道等組織器官中均有表達[15],而VEGFC的受體VEGFR3在淋巴內皮細胞[16]、成骨細胞[17]、神經元祖細胞[18]和巨噬細胞[19]等中高度表達。本文重點論述在腸道中高表達的VEGFC及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用。

已有研究發現,VEGFC在乳糜管周圍的平滑肌細胞(smooth muscle cells,SMCs)中廣泛表達[7],并且可以誘導腸道淋巴管周圍的SMCs收縮[20-22],從而有效地排出腸絨毛中的脂肪[23]。此外,在SMCs中VEGFC的高度表達能夠維持乳糜管的完整性和脂肪轉運功能,而此過程其受體VEGFR3也參與調控[7]。另外,小腸絨毛上的巨噬細胞[24]和腸道基質細胞[25]也可以通過分泌VEGFC來參與調控乳糜管的完整性以及影響LECs的連接方式,進而影響腸道對脂肪的消化吸收。這些結果表明,VEGFC及其受體在腸道中高度表達,同時主要通過調控乳糜微粒進入乳糜管這一生理過程來參與影響動物腸道對脂肪消化產物的吸收。

4 VEGFC及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用

4.1 VEGFC對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用

VEGFC對動物腸道脂肪消化吸收具有重要的調控作用。研究表明,與野生型小鼠相比,特異性敲除小鼠腸道淋巴管中的VEGFC會降低高脂飼喂小鼠血清中膽固醇含量,提高糞便中膽固醇和脂肪酸含量,進而降低體內的總脂肪量和脂肪百分比[7]。此外,在最近的研究中,Hippo-Yap/TAZ信號通路已被證明可以調節LECs的增殖和穩態[26-28],Hippo-Yap/TAZ信號通路的末端轉錄調控因子被認為是介導淋巴管生成過程中的相對靶基因[26]。研究還發現,特異性敲除飼喂高脂飼糧小鼠腸道基質細胞中的轉錄調控因子后,VEGFC的mRNA表達量顯著降低,小鼠體重和血清中甘油三酯含量也均顯著降低,因此敲除小鼠腸道基質細胞中的轉錄調控因子會導致脂質吸收障礙,這表明VEGFC的減少是引起乳糜管功能受損的關鍵,進而影響腸道脂肪轉運[25]。另外的研究發現,在肥胖小鼠中VEGFC的過表達可以促進小鼠乳糜管的增殖和生長,進而促進體內脂肪的消化吸收,降低胰島素敏感性,加速肥胖誘導的胰島素抵抗和脂質代謝異常[29]。綜上所述,VEGFC對于機體腸道對脂肪的消化吸收具有重要調控作用。

4.2 VEGFR3對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用

VEGFC的受體VEGFR3對動物腸道對脂肪的消化吸收也具有重要的調控作用。據報道,與野生型小鼠相比,特異性敲除LECs中VEGFR3的小鼠糞便中甘油三酯和游離脂肪酸的峰值含量分別降低了39%和24%,這表明此時腸道對脂肪的消化吸收出現缺陷[24]。此外,小鼠腸道中VEGFR3結構域失活突變后,小腸中脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL)活性被抑制,同時小鼠腸道中VEGFR3的缺失導致其血清中甘油三酯和膽固醇含量降低,糞便中甘油三酯、1,2-二?；视秃陀坞x脂肪酸含量升高,這表明VEGFR3參與了腸道對脂肪的消化吸收[30]。以上結果均說明,VEGFR3參與調控了動物腸道對脂肪的消化吸收過程。

此外,VEGFR3信號在人的腸道脂質吸收過程中也具有重要作用,因個人遺傳或原發性淋巴水腫等原因導致人體中VEGFR3的缺失或表達降低均會影響人體中淋巴管的發育,使淋巴管發育延緩[31],這反映了腸道淋巴管未能充分運輸乳糜微粒[32]。

5 VEGFC及其受體調控動物腸道脂肪消化吸收的機制

VEGFC及其受體對于動物腸道的脂肪消化吸收具有重要調控作用,可能涉及的機制包括VEGFC及其受體調控乳糜管的結構和LECs之間的連接方式2個方面,VEGFC及VEGFR3調控脂質消化吸收的相關信號通路如圖2所示。

VEGFC:血管內皮生長因子C vascular endothelial growth factor C;VEGFR3:血管內皮生長因子受體3 vascular endothelial growth factor receptor 3;Microbe and microbial products:微生物及微生物產物;Lacteal:乳糜管;Blood capillary:毛細血管;Epithelial cell:上皮細胞;MyD88:髓樣分化因子88 myeloid differentiation factor 88;TLR:Toll樣受體 Toll-like receptor;Macrophage:巨噬細胞;LEC:淋巴內皮細胞 lymphatic endothelial cell;Button-like junction:紐扣狀連接;TEAD:轉錄增強締合域 transcriptional enhanced association domain;PDGFRβ:血小板衍生生長因子受體β polatelet-derived growth factor receptor β;IntSCs:腸間質細胞 intestinal stromal cells。

5.1 VEGFC及其受體可調控乳糜管的結構

乳糜管的結構能夠影響腸道的脂肪消化吸收,VEGFC及其受體VEGFR3參與調控乳糜管的結構。研究發現,乳糜管結構完整性的維持受到鄰近基質細胞的多種關鍵信號的調控[20],其中分布在乳糜管周圍的細胞所分泌的VEGFC發揮著重要作用。已有研究表明,特異性敲除成年小鼠腸道淋巴管的VEGFC后,淋巴管逐漸萎縮,乳糜管厚度變薄、長度變短,LECs數量減少[7];與之類似,特異性敲除小鼠LECs中的VEGFC和VEGFR3后,小鼠空腸和回腸中的絕對乳糜管和相對乳糜管長度變短[33],LECs數量減少[24]。同時有報道發現,通過阻斷VEGFC-VEGFR3信號通路,可顯著逆轉小鼠乳糜管LECs數量過度增加、LECs結構過度發芽與過度分支等乳糜管異常的表型[14]。另外也有研究報道,VEGFC與VEGFR3結合通過磷脂酰肌醇-3-羥激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信號通路和磷酸化內皮型一氧化氮合酶Ser1177發揮腸道對脂肪消化吸收的調控作用,并且小鼠腸道中VEGFR3結構域失活突變后,引起其小腸上皮細胞中甘油三酯的積累和糞便中脂肪酸的含量增加,該結果說明VEGFC與VEGFR3結合會影響乳糜管的通透性,同時介導甘油三酯從小腸上皮細胞向乳糜管的轉運[30]。以上結果均表明,VEGFC及其受體通過影響乳糜管的結構完整性來調控腸道的脂肪消化吸收。

5.2 VEGFC及其受體可調控LECs的連接方式

LECs之間的連接結構能夠影響動物腸道對脂肪的消化吸收,VEGFC及其受體VEGFR3參與調控LECs之間的連接方式。已有研究表明,乳糜管中LECs之間的連接結構能夠影響乳糜管對乳糜微粒的攝取,當LECs之間的連接方式為不連續紐扣狀的連接時,小腸上皮細胞中的乳糜微粒會進入乳糜管;當LECs之間的連接方式由不連續的紐扣狀連接轉變為連續的拉鏈狀連接時,乳糜微粒進入乳糜管這一過程受阻[5]。研究發現,VEGFC及其受體的缺失會通過影響LECs之間的連接結構進而影響腸道的脂肪消化吸收。例如,特異性敲除小鼠LECs中的VEGFC后,LECs之間紐扣狀的連接比例降低,拉鏈狀連接比例升高,此外特異性敲除小鼠LECs中的VEGFR3后表型與特異性敲除小鼠LECs中的VEGFC相似,由此可見特異性敲除VEGFC及其受體均會導致腸道脂肪轉運受阻[24]。研究還發現,通過阻斷VEGFC-VEGFR3信號通路,小鼠LECs之間的連接模式從紐扣狀連接到拉鏈狀連接的轉換被阻斷[25]。以上結果表明,動物體內VEGFC和受體的缺失均會影響LECs之間的連接結構,進而影響腸道對脂肪的消化吸收。

此外,VEGFC-VEGFR3信號通路上下游信號和腸道微生物的變化均會影響到LECs之間的連接結構。研究表明,VEGFC通過其受體VEGFR2和VEGFR3促進小鼠乳糜管中血管內皮細胞特異性Delta樣配體4(Delta-like ligand 4,DLL4)的表達和激活Notch信號通路,從而維持LECs的發育;乳糜管中DLL4的缺失會導致乳糜管的結構被破壞、腸絨毛長度變短以及引起LECs之間的連接方式由紐扣狀向拉鏈狀的轉變,進而導致乳糜微粒攝取和腸道脂肪運輸效率降低,由此表明DLL4/Notch信號通路作用于VEGFR3和VEGFR2的下游,從而維持乳糜管的完整性[6]。另外有研究發現,巨噬細胞能感知腸道微生物的變化進而引起細胞上特定Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)與髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)結合,進而促進絨毛巨噬細胞分泌VEGFC,并與LECs上的VEGFC受體VEGFR3相結合,從而促進脂肪從LECs之間的紐扣狀結構進入乳糜管,提高腸道脂肪消化吸收效率;因此,在VEGFC促進乳糜管結構完整性的過程中TLR-MyD88復合物對腸道微生物組分變化的感應是其關鍵的上游信號[24]。以上結果表明,動物體內VEGFC-VEGFR3上游信號通路和腸道微生物的變化均會影響LECs之間的連接結構,進而影響腸道對脂肪的消化吸收。

6 小結與展望

本文介紹了動物腸道對脂肪的消化吸收過程和VEGFC及其受體在腸道周圍細胞的表達分布,綜述了VEGFC及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用及機制,并初步探討了其對LECs連接方式和乳糜管結構完整性的調節機制,為深入了解VEGFC及其受體對動物腸道脂肪消化吸收的調控作用提供了參考。目前,困擾養殖業的關鍵問題是斷奶仔豬對脂肪的吸收效率偏低,造成仔豬生長發育受限。最新研究報道,VEGFC及其受體的阻斷會影響腸道脂質消化吸收,這提示我們在生產中是否可以通過控制VEGFC及其受體的表達來調控動物腸道對脂肪的消化吸收。同時,后續研究中可以在飼糧中添加激動劑/抑制劑或者營養素等調控VEGFC及其受體的表達,進而調控動物腸道對脂肪的消化吸收。因此,未來需要更加系統和深入地研究VEGFC及其受體對動物腸道對脂肪消化吸收的調控及機制,以其改善養殖業面臨的動物對脂肪消化吸收效率低的問題,從而促進動物的生長發育。