郭焱芳,張 彬

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)

谷氨酰胺(glutamine,Gln)是動(dòng)物血液中含量最豐富的一種游離氨基酸,約占全血中總氨基酸的20%。Gln是蛋白質(zhì)和肽的組分,具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫機(jī)能,為特定器官組織甚至細(xì)胞代謝提供原料和能量以及維持機(jī)體酸堿平衡等重要作用。近年來(lái),隨著對(duì)疾病、應(yīng)激狀態(tài)下營(yíng)養(yǎng)生理的深入研究,以及其對(duì)維持腸黏膜結(jié)構(gòu)功能、調(diào)節(jié)腸道免疫功能,谷氨酰胺逐漸成為各領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文綜述了谷氨酰胺對(duì)腸道免疫功能影響的研究。

1 谷氨酰胺的生理作用

Gln是脂肪族的中性氨基酸,含有 2個(gè)氨基即一個(gè)α氨基和一個(gè)易水解的末端酰胺基,這一化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了其特殊的生理功能。Gln是蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸等生物分子合成的重要前體,是體內(nèi)許多生化代謝途徑的中間體,是組織間氮流動(dòng)的重要載體;作為一種生糖氨基酸,Gln是肝糖原異生的重要底物,是肝捕捉氨的主要載體和終末產(chǎn)物;通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體酸堿平衡,Gln還可防止代謝性酸中毒以保護(hù)機(jī)體。此外,Gln是腸黏膜上皮細(xì)胞和其他快速增殖、分化細(xì)胞如血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等的主要能源物質(zhì),對(duì)提高腸道免疫力、增強(qiáng)腸道免疫組織細(xì)胞抗氧化性損傷和改善創(chuàng)傷后免疫功能抑制有著重要的作用[1],并對(duì)維持機(jī)體腸道結(jié)構(gòu)和功能完整性具有不可替代的作用。

2 谷氨酰胺在腸道中的代謝

Gln是一種“條件性必需氨基酸”,其代謝吸收和利用主要在腸道,對(duì)谷氨酰胺利用最多的是小腸絨毛的上皮,尤以空腸細(xì)胞的Gln酶活性最高。Souba W W等報(bào)道小腸表皮細(xì)胞絨毛攝取了絕大多數(shù)的Gln[2],但哺乳仔豬和斷奶仔豬體內(nèi)20%～25%參與循環(huán)的Gln被小腸占有利用[3]。Stoll B等發(fā)現(xiàn),小腸黏膜上的代謝是小腸利用日糧必需氨基酸的第一個(gè)環(huán)節(jié)[4]。正常生理?xiàng)l件下,谷氨酰胺主要通過(guò)高親和的Na+依賴性載體系統(tǒng)進(jìn)入腸上皮細(xì)胞,但在電解質(zhì)紊亂的情況下,低親和性的非Na+依賴性載體系統(tǒng)也起作用。Gln通過(guò)腸上皮細(xì)胞后,線粒體膜上的磷依賴性Gln酶將其水解成谷氨酸和氨。這些產(chǎn)物,一部分通過(guò)α-酮戊二酸進(jìn)入三羧酸循環(huán),在胞液中經(jīng)谷-丙轉(zhuǎn)氨酶或谷氨酸脫氫酶作用后生成α酮戊二酸氧化生成ATP[5],為腸上皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞的分裂、增殖提供能量;一部分用來(lái)合成其他氨基酸、嘌呤、嘧啶,或者轉(zhuǎn)化為其他活性物質(zhì),或者成為肝臟合成尿素和糖異生的前體。

3 腸道的免疫功能

腸道是機(jī)體消化和吸收的重要器官,目前還被認(rèn)為是體內(nèi)最大的免疫器官。腸道免疫系統(tǒng)由腸上皮細(xì)胞、腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞、固有層淋巴細(xì)胞、集合淋巴小結(jié)和腸系膜淋巴結(jié)等腸道組織及腸道漿細(xì)胞分泌型免疫球蛋白A構(gòu)成。腸道免疫系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌、毒素、食物抗原和潛在的有害生物肽構(gòu)成了生理的、機(jī)械的和免疫的屏障機(jī)制[6]。正常腸道對(duì)細(xì)菌的屏障作用依賴于特異及非特異(胃酸、腸蠕動(dòng)、黏液、消化酶、正常菌群)因素。許多特異性細(xì)胞(包括巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞)參與腸道免疫,但起關(guān)鍵作用的是腸道漿細(xì)胞。漿細(xì)胞可分泌免疫球蛋白(IgA),IgA通過(guò)腸上皮細(xì)胞或在細(xì)胞間隙內(nèi)與上皮細(xì)胞產(chǎn)生的分泌片段結(jié)合形成SIgA,這是腸道最豐富的分泌型免疫球蛋白,它的產(chǎn)生是腸道免疫的關(guān)鍵。S-IgA釋放入腸腔,能抵抗蛋白溶解酶的作用,從而保護(hù)腸黏膜被消化,S-IgA與細(xì)菌結(jié)合有效地阻止細(xì)菌粘附于腸黏膜蛋白,選擇性包被革蘭陰性菌,與相應(yīng)的抗原結(jié)合形成抗原抗體復(fù)合物,刺激腸道黏液分泌,并加速黏液層流動(dòng),有效地防止細(xì)菌粘附,抑制細(xì)菌增殖,并且其在穿胞過(guò)程中對(duì)于已潛入細(xì)胞內(nèi)的病毒同樣具有中和作用,另外,S-IgA在腸壁固有層包繞入侵細(xì)菌后,向上皮基底層移動(dòng)和分泌成分段結(jié)合,清除壁內(nèi)細(xì)菌并轉(zhuǎn)移至腸腔,從而構(gòu)成腸黏膜立體防御體系[7-8]。

4 谷氨酰胺對(duì)腸道黏膜免疫的調(diào)節(jié)

Gln是腸道黏膜代謝的能量和原料來(lái)源,對(duì)維持腸道結(jié)構(gòu)完整性和免疫系統(tǒng)正常功能有著非常重要的作用。若Gln缺乏,可使腸道黏膜萎縮、絨毛變稀變矮,屏障功能下降。在病理狀態(tài)下,補(bǔ)充Gln可顯著降低腸黏膜通透性、維護(hù)腸黏膜結(jié)構(gòu),增強(qiáng)腸道免疫功能,減少細(xì)菌易位。此外,Gln可促使淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分裂和分化增殖,減少炎癥因子的釋放,提高S-IgA水平,從而保護(hù)腸道的免疫功能。

4.1 對(duì)小腸黏膜的保護(hù)作用 Gln是小腸黏膜的主要能源,是多胺、谷胱甘肽等維持黏膜功能和結(jié)構(gòu)完整的重要成分物質(zhì)的前體。因此,在創(chuàng)傷等應(yīng)激狀態(tài)下,給機(jī)體Gln營(yíng)養(yǎng)支持可維持腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能完整性,減少骨骼肌蛋白質(zhì)分解,從而改善氮平衡,降低應(yīng)激代謝反應(yīng),增強(qiáng)機(jī)能免疫力機(jī)能。因此,谷氨酰胺能夠有效防止多種因素引起的腸黏膜萎縮,能夠改善正常機(jī)體的胃腸黏膜結(jié)構(gòu),對(duì)腸黏膜的保護(hù)起著非常重要的作用。在全胃腸外營(yíng)養(yǎng)(TPN)、嚴(yán)重創(chuàng)傷、燒傷、大手術(shù)及一些胃腸道疾病等應(yīng)激狀態(tài)下,機(jī)體持續(xù)高分解代謝率,血液Gln利用率升高,很容易導(dǎo)致腸黏膜萎縮,免疫功能下降。TPN溶液中加入Gln可促進(jìn)腸黏膜隱窩細(xì)胞分化,可使腸黏膜的厚度、重量、DNA 含量、絨毛高度均明顯增加,減輕黏膜萎縮。人類治療中,接受靜脈營(yíng)養(yǎng)患者,在靜脈營(yíng)養(yǎng)中加入Gln雙肽可預(yù)防小腸黏膜通透性的進(jìn)一步增加和保護(hù)小腸黏膜結(jié)構(gòu)的完整性[9]。孫欣等報(bào)道Gln聯(lián)合腸外營(yíng)養(yǎng)比單用腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)更能促進(jìn)大鼠結(jié)腸的代償[10]。李金敏等給潰瘍性結(jié)腸炎所致小鼠提供Gln治療,結(jié)果表明Gln對(duì)腸黏膜病理?yè)p傷有一定的修復(fù)作用[11]。趙玉蓉等研究發(fā)現(xiàn),日糧中添加1%Gln能顯著改善斷奶仔豬小腸各段的黏膜形態(tài)(P＜0.01),能增加十二指腸、空腸、回腸絨毛高度,降低其隱窩深度,且能顯著影響斷奶仔豬腸道微生態(tài)菌群,顯著降低腸道內(nèi)容物中有害菌數(shù)量,增加有益菌數(shù)[12]。

4.2 對(duì)免疫細(xì)胞功能的影響 Gln作為核酸生物合成的前體和主要能源,可促使淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分裂和分化增殖,增加細(xì)胞因子TNF、IL-1等的產(chǎn)生,對(duì)免疫細(xì)胞的功能具重要的作用。淋巴細(xì)胞中富含高活性的Gln酶,且受到免疫刺激時(shí),酶的活性增加。Gln是淋巴細(xì)胞增殖所必須的,在斷奶仔豬日糧中添加1%Gln可明顯提高空腸中段淋巴結(jié)T淋巴細(xì)胞在體外的增殖率,且明顯提高了淋巴結(jié)DNA含量。谷氨酰胺能提高早期斷奶仔豬淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率和特異OVA抗體效價(jià)從而提高仔豬免疫性能[13]。周榮艷等體外試驗(yàn)表明,Gln和丙氨酰谷氨酰胺可刺激體外原代培養(yǎng)的仔豬腸系膜淋巴細(xì)胞增殖[14]。Gln也是嗜中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞生長(zhǎng)和殺菌功能的重要底物,可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的噬菌作用。Gln能增強(qiáng)腸壁集合淋巴結(jié)及腸系膜淋巴結(jié)免疫功能 ,增強(qiáng)其對(duì)腸內(nèi)病原菌的反應(yīng)能力。Gln也能直接影響巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的殺菌能力;巨噬細(xì)胞的吞噬功能依賴Gln的濃度;Gln還影響吞噬活性和巨噬細(xì)胞白細(xì)胞介素-1的產(chǎn)生。袁媛報(bào)道,靜脈注射G可抑制膿毒癥小鼠腹腔巨噬細(xì)胞釋放TNF-α和IL-6,并且降低血清中TNF-α水平[15]。谷俊朝等研究發(fā)現(xiàn),谷氨酰胺通過(guò)降低腸黏膜內(nèi)ICAM-I的表達(dá),減少中性粒細(xì)胞與腸黏膜內(nèi)皮細(xì)胞的粘附與激活,從而減輕炎癥反應(yīng)而保護(hù)腸黏膜屏障功能[16]。此外,Gln缺乏能明顯降低腸腔中S-IgA含量,同時(shí)還能嚴(yán)重影響腸黏膜固有層和腸系膜淋巴結(jié)細(xì)胞的增殖和功能,進(jìn)一步降低腸道的免疫功能。趙玉蓉等研究表明,添加1%Gln仔豬空腸黏液中S-IgA的含量比對(duì)照組增加30.1%,充分證明Gln在腸道免疫中的重要作用[12]。

4.3 減少細(xì)菌易位 腸內(nèi)包含一個(gè)微生物生態(tài)系統(tǒng),微生物的活動(dòng)對(duì)于腸道免疫系統(tǒng)的功能有重要作用,平衡的微生物群對(duì)腸黏膜系統(tǒng)的健康發(fā)展有重要作用。在病理狀態(tài)下,細(xì)菌及其毒素可以易位至腸道外,而進(jìn)入體循環(huán),該過(guò)程稱為細(xì)菌易位。細(xì)菌易位可造成毒性介質(zhì)或細(xì)胞因子釋放,腸道細(xì)菌通過(guò)腸黏膜到達(dá)腸系膜淋巴結(jié),并進(jìn)一步侵犯遠(yuǎn)端臟器引起免疫屏障損傷。腸內(nèi)細(xì)菌有豐富的免疫刺激分子,如果細(xì)菌大量穿透機(jī)體,可以引發(fā)免疫病理反應(yīng),這些特殊反應(yīng)被認(rèn)為是作為阻止細(xì)菌穿透機(jī)體的免疫屏障。研究發(fā)現(xiàn)在SPF小鼠正常腸道內(nèi)菌群中有分泌型IgA(S-IgA),S-IgA最主要的保護(hù)作用是阻止細(xì)菌對(duì)腸上皮細(xì)胞表面的粘附,S-IgA的這種功能是其他免疫球蛋白的7～10倍[17]。Gln可能是通過(guò)促進(jìn)S-IgA的分泌來(lái)完成減少細(xì)菌易位功能,其具體機(jī)制和生理過(guò)程有待進(jìn)一步研究。

5 前景展望

胃腸道是機(jī)體應(yīng)激時(shí)的中心器官,腸道免疫功能也越來(lái)越受到重視。目前,多數(shù)學(xué)者熱衷于研究應(yīng)激、病理狀態(tài)下的免疫功能障礙,但是對(duì)于其作用機(jī)制研究不夠深入。谷氨酰胺作為小腸黏膜細(xì)胞的重要能源物質(zhì),對(duì)胃腸道的結(jié)構(gòu)、功能保護(hù)具有其他氨基酸不可替代的作用。大量研究表明,Gln缺乏會(huì)導(dǎo)致腸黏膜受損、免疫功能下降;補(bǔ)充Gln能夠有效減輕免疫抑制。但是對(duì)于谷氨酰胺對(duì)免疫調(diào)節(jié)的作用機(jī)制尚不完全清楚,其作為胃腸道黏膜細(xì)胞的能源物質(zhì)、免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)以及腸外營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充物質(zhì)等的機(jī)體需要量及最佳代謝平衡需要量等有待深入研究。

[1]李生和,范光麗,王鈺,等.日糧中添加谷氨酰胺對(duì)肉仔雞法氏囊發(fā)育的影響[J].中國(guó)獸醫(yī)雜志,2006,42(11):14-16.

[2]Souba W W,Herskowitr K,Salloum K M,et al.Gut glutamine metabolism[J].JPEN,1990,14(4):45.

[3]Wu G,Meier S A,Knabe D A.Dietary glutamine supplementation prevents jejunal atrophy in weaned pigs[J].J Nutr,1996,126:2578-2584.

[4]Stoll B,Henry J,Reeds P J,et al.Catabolish dominates the firstpass intestinal metabolism of dietary essential amino acidsin milk protein-fed piglets[J].Nutrition,1998,128:606-614.

[5]王書平,劉俊華.谷氨酰胺體內(nèi)代謝過(guò)程及其調(diào)控機(jī)制[J].畜牧與飼料科學(xué),2009(4):28-29.

[6]Calder P C.Glutamine and the immune system[J].Clin Nutrition,1994,13:2-8.

[7]Schmucker D L.Intestinal mucosal immunosenescence in rats[J].Ex perimental Ger,2002,37(2-3):197-203.

[8]Eckmann L,Kagnoff M F,Fierer J.Intestinal epithelial cells as watchdogs for the natural immune system[J].Trends in Micro biology,1995,3(3):118-120.

[9]Li J,Langkanmp-Henken B,Suzuki K,et al.Glutamine prevents parenteral nutrition-inducde increases in intestinal permeability[J].JPEN,1994,18(4):303.

[10]孫欣,林方才,苗迎春.谷氨酰胺聯(lián)合腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)對(duì)短腸綜合征大鼠模型與腸黏膜的影響[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志,2009(1):43-44.

[11]李金敏,賈海燕,王俊杰,等.谷氨酰胺對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸損傷的影響[J].中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志,2009,25(2):268-272.

[12]趙玉蓉,王紅權(quán),賀建華,等.谷氨酰胺對(duì)斷奶仔豬腸道微生物和小腸黏膜形態(tài)的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009(4):158-161.

[13]Andrew J.Compartmentalization of the mucosal immune responses to commensal intestinal bacteria[J].Ann N Y Acad Sci,2004(1029):36-43.

[14]尹兆正,鄒曉庭,錢利純,等.谷氨酰胺對(duì)斷奶仔豬免疫功能的影響[J].中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào),2005(5):536-538.

[15]周榮艷,彭健.谷氨酰胺二肽對(duì)斷奶仔豬腸道免疫的影響[J].中國(guó)飼料,2006(12):23-25.

[16]袁媛,王學(xué)敏,梁夢(mèng)凡,等.谷氨酰胺對(duì)膿毒癥小鼠腹腔巨噬細(xì)胞細(xì)胞因子分泌的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2008(7):822-826.

[17]谷俊朝,周曉娜,王鉅,等.谷氨酰胺對(duì)重癥急性胰腺炎大鼠腸道損傷影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華肝膽外科雜志,2006(11):757-760.