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谷氨酰胺对肠道损伤药理作用研究

更新时间:2021-01-14 08:23点击:

林杰茹 常惠礼 冯正富 汤锐明 王馨 冯汩
广州医科大学附属第六医院药学部/清远市人民医院药学部
摘    要:
肠粘膜上皮细胞、粘膜下免疫细胞和肠腔微生物群之间微妙而复杂的相互作用决定了黏膜的内环境平衡。肠道受到不良刺激情况下可能导致肠损伤,或者肠屏障的破坏,如腹部肿瘤的化疗和放疗、炎性肠病以及肠应激状态下反应,后者如创伤、休克、炎症。受损的上皮屏障和伴随的对肠道微生物群的过度免疫反应导致腹痛、腹泻和炎性肠病,同时肠屏障破坏所致的肠通透性增加可能是引发肠外组织与脏器损伤的因素。谷氨酰胺在营养中是一种真正的具有功能性的氨基酸。膳食或补充的谷氨酰胺通过调节参与细胞增殖、分化和凋亡、蛋白质周转、抗氧化性和免疫反应的基因和蛋白表达,对维持肠黏膜屏障具有重要作用。但谷氨酰胺作用的潜在机制在很大程度上仍然是未知的,因此,谷氨酰胺的重要作用不断激励研究人员在实验动物、基础和临床研究。本文回顾了肠屏障受损的机制及谷氨酰胺对肠道损伤药理作用,对于更好地理解谷氨酰胺的作用以及改善生物体内谷氨酰胺的营养利用是必要的。
 
关键词:
谷氨酰胺 肠屏障 损伤 药理
消化道能够接触各种食物成分、抗原、共生微生物和病原体而保持良好的体内动态平衡依赖于肠道建立的一个基本屏障,由位于基底膜上的上皮单层组成。肠上皮细胞与管腔微生物以及黏膜下免疫细胞相互作用维护了这个平衡。此外,肠上皮细胞具有较高的周转率,屏障完整性依赖于上皮细胞的持续更新,同时也依赖于蛋白质合成和蛋白质水解之间的平衡。肠上皮细胞间的细胞旁通路在调节肠道通透性中起主要作用。其他因素也参与肠道屏障功能,包括由抗菌肽组成的粘液层和含有先天性和后天获得性免疫细胞。所有这些因素都有助于调节受环境因素(饮食、应激、毒素等)影响并在不同病理生理条件(肠道疾病和炎症、急性损伤、肥胖等)下发生肠屏障损伤及肠道通透性的改变[1-3]。
 
谷氨酰胺是血浆中含量最丰富的氨基酸,参与多种代谢和生化过程。谷氨酰胺是分解代谢状态下的一种条件必需氨基酸,也是肠细胞和免疫细胞等快速分裂细胞的优先底物[4]。谷氨酰胺代谢不仅产生二氧化碳,还产生丙氨酸、瓜氨酸、谷氨酸、乳酸和其他有机酸。谷氨酰胺是嘌呤、嘧啶、核苷酸和核酸的重要前体。然而,谷氨酰胺酶的活性沿着小肠下降,在结肠中,谷氨酰胺被短链脂肪酸取代,尤其是作为主要燃料的丁酸盐。
 
2 谷氨酰胺保护肠屏障的基础研究
除了作为快速繁殖细胞优先选择的呼吸燃料和氮源的作用外,谷氨酰胺能够通过调节肠粘膜的炎症反应、氧化应激或先天性免疫反应来维护和调节肠道通透性。谷氨酰胺似乎也会影响肠上皮细胞间紧密连接蛋白功能及肠道微生物群的改变。
 
2.1 谷氨酰胺对肠代谢和肠内菌群的影响
谷氨酰胺调节肠道表面的完整性和营养机能。在急性胰腺炎猪中,肠内营养不仅与益生菌、精氨酸和谷氨酰胺联合使用降低了肠道通透性、血浆内毒素浓度和细菌移位,而且增加了肠粘膜厚度、绒毛高度和正常肠绒毛的百分比[5]。补充益生菌和谷氨酰胺的肠内营养改善了创伤性脑损伤大鼠的肠道通透性,减少了细菌移位[6]。此外,最近的研究已经证明谷氨酰胺预处理在肠梗阻、肝移植、结肠炎和缺血/再灌注的实验模型中保持肠道完整性的有效性[7-10]。此外,在结肠炎中预防性使用谷氨酰胺比治疗性应用更能保护肠细胞[9]。
 
氨酰胺在维持肠道蛋白质代谢在肠道稳态和调节肠道屏障功能中起着关键作用。谷氨酰胺还可以通过改善蛋白质代谢来维持肠道的完整性[11],这表明维持蛋白质合成是确保紧密连接系统效率的必要条件。
 
同时,对于特定的代谢过程和特定蛋白质调控,谷氨酰胺似乎能够调节多种代谢途径。在细胞控制、凋亡或炎症条件下,谷氨酰胺不同程度影响的蛋白质参与蛋白质的合成或降解[11]。谷氨酰胺调节的其他蛋白质参与调节肠道屏障功能、炎症反应或应激反应。在体外和体内[12-14]研究中,补充谷氨酰胺后,肠道通透性和紧密连接恢复。事实上,肠上皮细胞中谷氨酰胺缺乏与闭锁蛋白、紧密连接蛋白-1、表达减少相关,导致细胞旁通透性受损,而补充谷氨酰胺可维持或恢复其通透性。此外,谷氨酰胺还改善了受损动物的肠屏障功能,如化疗引起的粘膜炎大鼠[12]、断奶仔猪[13]、应激小鼠[14]和急性移植期间的小鼠[15]。
 
肠道微生物群在许多胃肠道和肠外疾病中发生改变,也通过不同的机制调节肠道屏障功能。体外数据表明谷氨酰胺可能影响细菌的氨基酸代谢[16]。在小鼠中,口服谷氨酰胺补充与根据肠段改变细菌群有关[17]。有趣的是,在超重和肥胖患者中,口服谷氨酰胺(30 g/天,连续14天)通过降低硬壁菌与拟杆菌的比率来改变粪便微生物群[18]。然而,在这些研究中并没有测量肠道通透性。谷氨酰胺诱导的微生物群改变是否有助于改善肠道屏障功能,尚需进一步研究。
 
2.2 谷氨酰胺与炎症/氧化反应
炎症反应和氧化反应参与了肠道屏障功能的调节,如促炎细胞因子或活性氧通过改变紧密连接诱导肠道通透性的增加[10,19]。研究表明,谷氨酰胺缺乏会促进巨噬细胞、淋巴细胞和肠上皮细胞产生细胞因子[20],而谷氨酰胺的补充限制了体外炎症反应。谷氨酰胺影响细胞因子产生是由多种细胞通路介导。这些调节途径导致促炎性细胞因子的生成减少,粘附分子的表达减少,从而抑制肠道炎症。动物实验中,谷氨酰胺在不同的肠损伤模型中保护肠粘膜屏障已被证明[12,20,21]。因此谷氨酰胺能够有效的限制肠道炎症,谷氨酰胺本身也能调节氧化反应[20],这些效应可能间接地限制肠道通透性和肠屏障破坏。
 
3 谷氨酰胺保护肠损伤的临床研究
谷氨酰胺的补充不仅改善了几种实验性损伤条件下的肠屏障功能,而且在某些临床情况下也产生效果。如补充谷氨酰胺限制了HIV患者的肠道通透性,说明谷氨酰胺改善了肠道吸收[22]。临床研究显示,谷氨酰胺可能对伴有腹泻的肠易激综合征患者有效果,这些患者常表现出肠道通透性增加和紧密连接蛋白表达改变[23]。肠道通透性过高可能导致腹泻,同时也可能伴随着腹痛。Zhou等[24]报道肠易激综合征患者结肠黏膜中micro-RNA29的上调是claudin-1和NF-k B抑制因子减少导致肠通透性增加的原因。此前已经证明,micro-RNA29靶向谷氨酰胺合成酶m RNA,导致炎性肠病患者的小肠和结肠粘膜中谷氨酰胺合成酶的表达降低[25],从而降低肠细胞从其他前体氨基酸产生内源性谷氨酰胺的能力。一项体外研究中,谷氨酰胺增加了肠易激综合征患者结肠粘膜紧密连接蛋白claudin-1的表达,这可能意味着谷氨酰胺效应依赖于紧密连接蛋白的表达,紧密连接蛋白的表达越低,谷氨酰胺的作用越高[26]。
 
尽管在实验性结肠炎模型中有很好的数据,但临床研究未能证明谷氨酰胺补充对炎性肠病有任何有益的作用。此外,提供谷氨酰胺的更好的给药方法仍有待确定,因为口服谷氨酰胺迅速被小肠吸收,而不会到达结肠。IBD中已经指出了这个问题,因为小肠和结肠黏膜中谷氨酰胺含量较低[20]。最近的一项研究报告了谷氨酰胺对Crohn′s病患者肠道通透性的有益作用,但由于缺乏对照组,因此很难得出结论[27]。目前,关于补充谷氨酰胺诱导Crohn′s病缓解的有效性和安全性缺乏证据[28]。
 
4 谷氨酰胺肠损伤的生物利用度
在组织器官中,谷氨酰胺要么是消费者(在大多数器官、白细胞和成纤维细胞中谷氨酰胺酶活性高),要么是谷氨酰胺输出者(肌肉和大脑中谷氨酰胺合成酶活性高)[29]。谷氨酰胺是血浆中含量最高的氨基酸(约20%),在细胞内液氨基酸库中所占比例更大(约60%),同时在肌肉氨基酸库中所占比例更高[30,31]。因此,在由癌症、恶心或呕吐、细胞损伤以及肠内谷氨酰胺摄入不足引起的分解代谢状态下,谷氨酰胺储存库可能需要提供谷氨酰胺来帮助抵抗和修复损伤。当肠内谷氨酰胺缺乏时,血浆通过滋养胃肠道,使得胃肠道能够通过平衡谷氨酰胺吸收来获得持续供应的谷氨酰胺。
 
谷氨酰胺是FDA公认的安全补充剂[32]。正常饮食中谷氨酰胺的含量约为10克/天,在高蛋白饮食中可能更高[33]。在分解代谢条件下,如化疗和放疗期间和之后,预计饮食中对谷氨酰胺的需求会增加,粘膜织和白细胞的利用率也会增加。在癌症治疗过程中,蛋白质和/或谷氨酰胺不足会导致肌萎缩和淋巴减少,并发症增多,生存率降低。每天10~20 g的高蛋白饮食可以获得足够的谷氨酰胺,但是在损伤和应激情况下,可能需要20~40 g[34]。
 
由于谷氨酰胺溶解度低,口服和肠内补充需要悬浮液,双糖可促进其粘膜吸收,但不含双糖的谷氨酰胺补充也被证明有益处[34,35]。含双糖的谷氨酰胺混悬液为口腔粘膜、食道和肠道提供谷氨酰胺,这不仅是一种口感好而且更能有效。谷氨酰胺二糖结合可大幅促进粘膜细胞对谷氨酰胺的吸收[36]。海藻糖是一种双糖,它不仅促进谷氨酰胺细胞进入,而且具有蛋白质稳定特性,比蔗糖降解为葡萄糖的速度慢。与蔗糖相比,海藻糖在粘膜细胞谷氨酰胺吸收方面的优势包括:不经口腔降解、在胃酸p H值下稳定,一旦被吸收,它就会被肾脏代谢,因此与蔗糖更快的降解和吸收相比,葡萄糖和胰岛素的起伏。
 
5 总结
当今的研究显示出谷氨酰胺可以通过影响细胞间紧密连接和其他机制调节肠道通透性。补充谷氨酰胺不但可以改善腹部放疗或化疗引起的肠道损伤和腹泻,还可增加心脏等正常组织中的谷胱甘肽含量[37,38]。同时,补充谷氨酰胺还可能降低肿瘤谷氨酰胺酶活性和肿瘤谷胱甘肽,可能会抑制肿瘤利用谷氨酰胺作为燃料,并使肿瘤更容易受到细胞内化疗代谢物的损害[39]。更深入的研究需要评估谷氨酰胺在临床中的合理应用,帮助改善整体营养状况、提高生存率和减少并发症。
 
参考文献
[1] Camilleri M. Leaky gut:mechanisms,measurement and clinical implications in humans[J]. Gut,2019,68(8):1516-1526.
 
[2] Baumgart DC,Dignass AU. Intestinal barrier function[J]. Curr Opin Clin Nutr Metab Care,2002,5(6):685-694.
 
[3] Ren Z,Guo C,Yu S,et al. Progress in Mycotoxins Affecting Intestinal Mucosal Barrier Function[J]. Int J Mol Sci,2019,20(11):2777.
 
[4] Yi D,Hou Y,Wang L,et al. L-Glutamine enhances enterocyte growth via activation of the mTOR signaling pathway independently of AMPK[J]. Amino Acids,2015,47(1):65-78.
 
[5] Zou XP,Chen M,Wei W,et al. Effects of enteral immunonutrition on the maintenance of gut barrier function and immune function in pigs with severe acute pancreatitis[J]. JPEN J Parenter Enteral Nutr,2010,34(5):554-566.
 
[6] Zhang X,Jiang X. Effects of enteral nutrition on the barrier function of the intestinal mucosa and dopamine receptor expression in rats with traumatic brain injury[J]. JPEN J Parenter Enteral Nutr,2015,39(1):114-123.
 
[7] Santos RG,Quirino IE,Viana ML,et al. Effects of nitric oxide synthase inhibition on glutamine action in a bacterial translocation model[J]. Br J Nutr 2014,111(1):93-100.
 
[8] Li Y,Chen Y,Zhang J,et al. Protective effect of glutamine-enriched early enteral nutrition on intestinal mucosal barrier injury after liver transplantation in rats[J]. Am J Surg,2010,199(1):35-42.
 
[9] Hou YC,Chu CC,Ko TL,et al. Effects of alanyl-glutamine dipeptide on the expression of colon-inflammatory mediators during the recovery phase of colitis induced by dextran sulfate sodium[J]. Eur J Nutr,2013;52(3):1089-1098.
 
[10] Mondello S,Galuppo M,Mazzon E,et al. Glutamine treatment attenuates the development of ischaemia/reperfusion injury of the gut[J]. Eur J Pharmacol,2010,643(2-3):304-315.
 
[11] Bertrand J,Goichon A,De′chelotte P,Co¨effier M. Regulation of intestinal protein metabolism by amino acids[J]. Amino Acids,2013,45(3):443-450.
 
[12] Beutheu S,Ouelaa W,Guerin C,et al. Glutamine supplementation,but not combined glutamine and arginine supplementation,improves gut barrier function during chemotherapy-induced intestinal mucositis in rats[J]. Clin Nutr,2014,33(4):694-701.
 
[13] Wang B,Wu Z,Ji Y,et al. L-Glutamine enhances tight junction integrity by activating CaMK kinase 2-AMP-activated protein kinase signaling in intestinal porcine epithelial cells[J]. J Nutr,2016,146(3):501-508.
 
[14] Ghouzali I,Lemaitre C,Bahlouli W,et al. Targeting immunoproteasome and glutamine supplementation prevent intestinal hyperpermeability[J]. Biochim Biophys Acta Gen Subj,2017,1861(1 Pt A):3278-3288.
 
[15] Noth R,Häsler R,Stüber E,et al. Oral glutamine supplementation improves intestinal permeability dysfunction in a murine acute graftvs.-host disease model[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2013,304:G646-G654.
 
[16] Dai ZL,Li XL,Xi PB,et al. L-Glutamine regulates amino acid utilization by intestinal bacteria[J]. Amino Acids,2013,45(3):501-512.
 
[17] Ren W,Duan J,Yin J,et al. Dietary L-glutamine supplementation modulates microbial community and activates innate immunity in the mouse intestine[J]. Amino Acids,2014,46(10):2403-2413.
 
[18] de Souza AZ,Zambom AZ,Abboud KY,et al. Oral supplementation with Lglutamine alters gut microbiota of obese and overweight adults:a pilot study[J]. Nutrition,2015,31(6):884-889.
 
[19] Wang A,Keita AV,Phan V,et al. Targeting mitochondria-derived reactive oxygen species to reduce epithelial barrier dysfunction and colitis[J]. Am J Pathol,2014,184(9):2516-2527.
 
[20] Coeffier M,Marion-Letellier R,Dechelotte P. Potential for amino acids supplementation during inflammatory bowel diseases[J]. Inflamm Bowel Dis,2010,16(3):518-524.
 
[21] Bertrand J,Marion-Letellier R,Azhar S,et al. Glutamine enema regulates colonic ubiquitinated-proteins but not proteasome activities during TNBSinduced colitis leading to increased mitochondrial activity[J]. Proteomics,2015,15(13):2198-2210.
 
[22] Leite RD,Lima NL,Leite CA,et al. Improvement of intestinal permeability with alanyl-glutamine in HIV patients:a randomized,double blinded,placebocontrolled clinical trial[J]. Arq Gastroenterol,2013,50(1):56-63.
 
[23] Bertiaux-Vandaёle N,Youmba SB,Belmonte L,et al. The expression and the cellular distribution of the tight junction proteins are altered in irritable bowel syndrome patients with differences according to the disease subtype[J]. Am J Gastroenterol,2011,106(12):2165-2173.
 
[24] Zhou Q,Costinean S,Croce CM,et al. MicroRNA 29 targets nuclear factorkappaB-repressing factor and Claudin 1 to increase intestinal permeability[J]. Gastroenterology,2015,148(1):158-169.e8.
 
[25] Zhou Q,Souba WW,Croce CM,Verne GN. MicroRNA-29a regulates intestinal membrane permeability in patients with irritable bowel syndrome[J]. Gut,2010,59(6):775-784.
 
[26] Bertrand J,Ghouzali I,Guérin C,et al. Glutamine restores tight junction protein claudin-1 expression in colonic mucosa of patients with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome[J]. JPEN J Parenter Enteral Nutr,2016,40(8):1170-1176.
 
[27] Benjamin J,Makharia G,Ahuja V,et al. Glutamine and whey protein improve intestinal permeability and morphology in patients with Crohn’s disease:a randomized controlled trial[J].Dig Dis Sci,2012,57(4):1000-1012.
 
[28] Akobeng AK,Elawad M,Gordon M. Glutamine for induction of remission in Crohn’s disease[J]. Cochrane Database Syst Rev,2016,2:CD007348.
 
[29] Anderson PM,Lalla RV. Glutamine for Amelioration of Radiation and Chemotherapy Associated Mucositis during Cancer Therapy[J]. Nutrients,2020,12(6):1675.
 
[30] Filho JC,Bergström J,Stehle P,Fürst P. Simultaneous measurements of free amino acid patterns ofplasma,muscle and erythrocytes in healthy human subjects[J]. Clin Nutr,1997,16(6):299-305.
 
[31] Souba WW,Klimberg VS,Plumley DA,et al. The role of glutamine in maintaining a healthy gut and supporting the metabolic response to injury and infection[J]. J Surg Res,1990,48(4):383-391.
 
[32] Yarom N,Hovan A,Bossi P,et al. Systematic review of natural and miscellaneous agents for the management of oral mucositis in cancer patients and clinical practice guidelines-part 1:Vitamins,minerals,and nutritional supplements[J]. Support Care Cancer,2019,27(10):3997-4010.
 
[33] Labow BI,Souba WW. Glutamine[J]. World J Surg,2000,24(12):1503-1513.
 
[34] Cockerham MB,Weinberger BB,Lerchie SB. Oral glutamine for the prevention of oral mucositis associated with high-dose paclitaxel and melphalan for autologous bone marrow transplantation[J]. Ann Pharmacother,2000,34(3):300-303.
 
[35] Schloerb PR,Skikne BS. Oral and parenteral glutamine in bone marrow transplantation:a randomized,double-blind study[J].JPEN J Parenter Enteral Nutr,1999,23(3):117-122.
 
[36] Peterson DE,Jones JB,Petit RG 2nd. Randomized,placebocontrolled trial of Saforis for prevention and treatment of oral mucositis in breast cancer patients receiving anthracyclinebased chemotherapy[J]. Cancer,2007,109(2):322-331.
 
[37] Pytlík R,Benes P,PatorkováM,et al. Standardized parenteral alanyl-glutamine dipeptide supplementation is not beneficial in autologous transplant patients:a randomized,double-blind,placebo controlled study[J]. Bone Marrow Transplant,2002,30(12):953-961.
 
[38] Anderson PM. Supportive care after chemotherapy and radiation with a swish and swallow glutamine+disaccharide nutritional supplement to reduce mucositis and improve enteral nutrition[C]. In Proceedings of the 46th Congress of The International Society of Paediatric Oncology(SIOP),Toronto,ON,Canada,October 2014.
 
[39] Kaufmann Y,Klimberg VS. Effect of glutamine on gut glutathione fractional release in the implanted tumor model[J]. Nutr Cancer,2007,59(2):199-206.

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