徐運杰

（1.山東和美集團(tuán)有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412000）

胃腸道（GI）中的營養(yǎng)感應(yīng)是由專門的分化上皮細(xì)胞完成的，這些上皮細(xì)胞在食后加工處理和消化吸收過程中能感應(yīng)到胃和腸腔中的營養(yǎng)素。營養(yǎng)感知的過程也被稱為“品嘗”，因為它實際上是指哺乳動物的味覺細(xì)胞從口腔開始對宿主所攝營養(yǎng)的化學(xué)感應(yīng)。事實上，一些在口腔中調(diào)節(jié)味覺功能的分子機制也在小腸中起作用。腸內(nèi)分泌（EE）細(xì)胞是特殊腸細(xì)胞，來源于干細(xì)胞的4種不同的上皮細(xì)胞系之一，干細(xì)胞位于黏膜內(nèi)層，稱為隱窩[1-2]。腸內(nèi)分泌細(xì)胞占腸黏膜上皮細(xì)胞總數(shù)的比例＜1%，但其代表了體內(nèi)最大的內(nèi)分泌“器官”或系統(tǒng)。這些細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上都很特殊，其具有開放型的形態(tài)，頂端的刷狀邊緣表面延伸到腸腔，并與營養(yǎng)物質(zhì)接觸，基底外側(cè)面對質(zhì)膜，當(dāng)細(xì)胞被激活時，腸肽激素從細(xì)胞內(nèi)分泌顆粒釋放到血液中。

1 腸內(nèi)分泌細(xì)胞的營養(yǎng)感應(yīng)

EE細(xì)胞作為黏膜壁內(nèi)的關(guān)鍵營養(yǎng)感應(yīng)器，能夠識別腸腔中的糖、脂肪酸、氨基酸和肽。因此，EE細(xì)胞在協(xié)調(diào)管腔營養(yǎng)物質(zhì)的識別與激素和神經(jīng)遞質(zhì)的分泌方面起著中心作用，這些激素和神經(jīng)遞質(zhì)反過來調(diào)節(jié)腸道的生理功能，如運動、液體分泌和血液流動。EE細(xì)胞不同于其他上皮細(xì)胞，如胃壁細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞。EE細(xì)胞有20多種不同的細(xì)胞類型，其腸道位置和分泌的激素類型各不相同[3]。腸內(nèi)營養(yǎng)感知過程的一個重要生理因素是激活作為內(nèi)在和外在神經(jīng)回路一部分的傳入神經(jīng)末梢。這些位于黏膜壁的神經(jīng)末梢能夠表達(dá)多種腸道激素如膽囊收縮素（CCK）、胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）、肽（YY）的受體，以及在EE細(xì)胞和生理功能（如血流和分泌）之間形成旁分泌聯(lián)系的神經(jīng)遞質(zhì)。腸內(nèi)EE細(xì)胞營養(yǎng)感應(yīng)的一個具體例子是對管腔葡萄糖的反應(yīng)。葡萄糖通過主要在吸收腸上皮細(xì)胞表達(dá)的鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白1（SGLT1）從腸中吸收。研究表明，腸腔內(nèi)的葡萄糖和非代謝性葡萄糖類似物的存在使SGLT1轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)上調(diào)[3]。葡萄糖增加腸細(xì)胞SGLT1表達(dá)的機制被認(rèn)為與EE細(xì)胞有關(guān)，因為EE細(xì)胞也表達(dá)味蕾中存在的相同的味覺受體（T1R2+T1R3）。葡萄糖還激活EE細(xì)胞釋放腸促胰島素激素，如葡萄糖依賴性促胰島素肽（GIP）、GLP-1和GLP-2，參與胰島素分泌和外周葡萄糖攝取。研究認(rèn)為，EE細(xì)胞中味覺受體T1R的葡萄糖依賴性激活觸發(fā)了腸肽激素的釋放，最終導(dǎo)致SGLT1表達(dá)和葡萄糖攝取增加。管腔葡萄糖還可以激活EE細(xì)胞釋放5-羥色胺（5-HT）或血清素，通過與迷走神經(jīng)傳入回路的相互作用調(diào)節(jié)胃排空、胰腺外分泌和腸液分泌[3-4]。

2 胰高血糖素樣肽的分泌

GLP-1和GLP-2來源于一個前胰高血糖素（又叫胰高血糖素原）基因。胰高血糖素原基因以一個包含6個外顯子和5個內(nèi)含子的2 kb轉(zhuǎn)錄本的形式表達(dá)，表達(dá)的原發(fā)部位有3個，分別是胰島α細(xì)胞、回腸和結(jié)腸遠(yuǎn)端的腸內(nèi)分泌“L”細(xì)胞以及大腦孤束核區(qū)的腸內(nèi)分泌“L”細(xì)胞。GLP分泌的一個關(guān)鍵特征是由160個氨基酸組成的胰高血糖素原前體肽的組織特異性翻譯后處理。動物采食后，組織特異性地調(diào)節(jié)胰高血糖素原的加工和分泌非常顯著，即腸內(nèi)GLP-1和GLP-2的分泌受到刺激，而胰高血糖素的分泌受到有效抑制。在胰腺α細(xì)胞中，前胰高血糖素肽主要被加工成胰高血糖素，而在腸L細(xì)胞和大腦區(qū)域，前胰高血糖素肽主要被加工成GLP-1和GLP-2。前體肽中的前胰高血糖素樣肽片段由堿性氨基酸組成，這些氨基酸是細(xì)胞內(nèi)肽酶（PC）的裂解位點。因此，這種前胰高血糖素樣肽片段的終產(chǎn)物（即GLP-1、GLP-2和胰高血糖素）的差異分泌是通過在大腦和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的選定細(xì)胞群中差異表達(dá)激素原轉(zhuǎn)化酶來實現(xiàn)的，其中的兩種酶，PC1/3和PC2，分別在腸L細(xì)胞和胰腺α細(xì)胞中表達(dá)。PC1/3負(fù)責(zé)胰高血糖素原C末端區(qū)域的裂解，在L細(xì)胞中形成GLP-1和GLP-2，而PC2負(fù)責(zé)胰高血糖素原N末端的裂解，在胰腺α細(xì)胞中形成胰高血糖素[5-6]。

采食或腸內(nèi)營養(yǎng)注入是GLP-1和GLP-2分泌的主要刺激因素。腸內(nèi)喂養(yǎng)對刺激GLP分泌的關(guān)鍵作用首次在狗身上得到證實[7]。研究表明，十二指腸內(nèi)葡萄糖輸注可使胰高血糖素樣免疫反應(yīng)的循環(huán)濃度增加100%，而靜脈葡萄糖輸注則無影響。這一觀察結(jié)果引出了腸促胰島素效應(yīng)的概念，其描述了口服或腸內(nèi)食物注入后，由于體液因素（稱為腸促胰島素）引起的腸相關(guān)胰島素分泌增強。隨后在動物和人類的研究報告證實了腸內(nèi)營養(yǎng)刺激對GLP-1和GLP-2分泌的重要性[8-9]。Burrin等用新生仔豬研究表明，液體飼料比固體食物更能刺激相關(guān)胃腸激素的分泌[10]。在人體內(nèi)的研究表明，碳水化合物和脂肪比蛋白質(zhì)更能促進(jìn)GLP的分泌。在豬體內(nèi)，GLP-1分泌的增加更多的是由脂肪而不是葡萄糖刺激。回腸灌注研究表明，GLP-1的分泌是通過SGLT1轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運葡萄糖、半乳糖和3-O-甲基葡萄糖，而不是由果糖、甘露糖、木糖或2-脫氧葡萄糖來刺激。體內(nèi)和細(xì)胞培養(yǎng)的研究表明，單不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸更能刺激GLP-1的分泌。盡管體內(nèi)研究表明蛋白質(zhì)和氨基酸是很弱的促分泌劑，但用嚙齒動物研究表明，回腸灌流蛋白胨可刺激GLP-1分泌。其他的內(nèi)源性管腔因子如膽汁酸也可以誘導(dǎo)GLP-1的分泌。

3 膽汁酸與關(guān)鍵內(nèi)分泌和代謝信號通路之間的關(guān)系

3.1 膽汁酸的生理作用

膽汁酸（BA）作為信號分子的概念是一個相對較新的發(fā)展，因為以前認(rèn)為膽汁酸的關(guān)鍵生理作用主要是脂肪的消化吸收和膽固醇的排泄[11]。膽汁酸是由肝細(xì)胞中的膽固醇合成的兩親分子。鵝去氧膽酸（CDCA）和膽酸是人和豬等許多物種的膽汁酸的主要成分。在肝臟內(nèi)，膽汁酸與?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合，形成帶負(fù)電荷的分子，一旦在肝細(xì)胞中合成和結(jié)合，膽汁酸就被輸送到膽管中，在消化過程中完全電離，在小腸的pH下高度溶解。結(jié)合膽汁酸在膽管和小腸中的腔濃度較高，因為其不能滲透到膽道膽管細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞的頂端膜和細(xì)胞旁連接處。

膽汁酸一旦分泌到腸道，其核心功能是溶解膳食脂質(zhì)，促進(jìn)其在消化道的消化吸收。大多數(shù)分泌到腸道的膽汁酸在小腸或回腸的遠(yuǎn)端被重新吸收，并通過門靜脈血液循環(huán)再回流到肝臟，稱為腸肝循環(huán)。在成人體內(nèi)，膽汁酸含量約為2 g，每天經(jīng)腸肝循環(huán)12次。每天分泌到腸內(nèi)的膽汁酸，約95%的經(jīng)門靜脈血液循環(huán)再回流到肝臟，而剩下的5%經(jīng)糞便排出，這是膽固醇排泄的主要途徑。在小腸的消化過程中，結(jié)合膽汁酸會被腸腔細(xì)菌解偶聯(lián)，轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸。結(jié)合膽汁酸解偶聯(lián)始于小腸遠(yuǎn)端，因此回腸末端常呈現(xiàn)結(jié)合膽汁酸和非結(jié)合膽汁酸的混合物。結(jié)合膽汁酸在近端小腸中很難被吸收，但在回腸中被頂端的鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白有效地吸收。膽汁酸一旦被回腸上皮細(xì)胞吸收，便與細(xì)胞溶質(zhì)回腸脂質(zhì)結(jié)合蛋白結(jié)合，并由有機溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白（OST）OSTα-OSTβ通過基底外側(cè)膜進(jìn)入門靜脈循環(huán)[12]。

3.2 膽汁酸的受體和信號通路

Parks等和Wang等研究，發(fā)現(xiàn)膽汁酸是核受體法尼樣X受體（FXR）的天然配體，膽汁酸作為信號分子的觀點被確立[13-14]。FXR是核受體超家族的成員，在肝、腸、腎和腎上腺中高度表達(dá)。最有效的天然FXR配體是CDCA，但其他膽汁酸（即膽酸、石膽酸和脫氧膽酸）也能激活FXR。許多研究表明，F(xiàn)XR是膽汁酸的主要感受器，參與膽汁酸代謝的各個方面，包括膽汁酸在肝臟和腸中的合成、運輸、解毒和排泄。膽汁酸的合成受到嚴(yán)格的調(diào)控，因為破壞會導(dǎo)致肝膽代謝紊亂，如膽汁淤積和纖維化。因此，通過直接激活FXR來調(diào)節(jié)膽汁酸的合成是一個中心調(diào)控機制。FXR激活能夠潛在抑制膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）的表達(dá)，其是膽汁酸合成中的限速酶，通過調(diào)節(jié)膽汁酸合成、攝取和輸出相關(guān)基因的表達(dá)來維持肝細(xì)胞膽汁酸穩(wěn)態(tài)。

另一個FXR信號通路是抑制肝膽汁酸合成的負(fù)反饋機制，涉及成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）19。用小鼠研究表明，F(xiàn)XR能夠刺激腸FGF15及其人類同源FGF19的轉(zhuǎn)錄，F(xiàn)GF19是分泌因子，能夠抑制CYP7A1在離體肝細(xì)胞和小鼠中的表達(dá)[15]。Kim等研究表明，肝（FxrL）或腸（FxrIE）中的組織特異性FXR基因敲除增加了膽汁酸池的體積[16]。然而，用FXR選擇性激動劑GW4064治療能顯著抑制FxrL小鼠的CYP7A1，而對FxrIE小鼠則沒有。這表明CYP7A1的抑制主要是由FXR在腸道而不是肝臟的激活所介導(dǎo)的。研究證實，小鼠腸道FGF15的選擇性激活對肝臟有保護(hù)作用，防止膽汁淤積[17]。通過FXR誘導(dǎo)腸FGF19分泌主要發(fā)生在回腸遠(yuǎn)端的上皮細(xì)胞中，因為這是膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白表達(dá)最高的地方[12]。

關(guān)于FXR-FGF19軸在腸上皮細(xì)胞中的組織特異性定位和分子調(diào)控知之甚少，值得進(jìn)一步研究。FGF19的受體是FGF受體4（FGFR4），在肝臟中豐富，缺乏FGFR4的小鼠膽汁酸池增加。通過FGFR4激活細(xì)胞內(nèi)FGF19信號還需要輔助受體β-Klotho的參與，而這種輔助受體的組織特異性表達(dá)是FGF19反應(yīng)性的重要決定因素[18]。用膽甾胺（消膽胺）治療導(dǎo)致血清7α-羥基膽固醇-4-EN-3-One（C4，即CYP7A1活性的標(biāo)志物）升高和FGF19水平降低，而CDCA治療使血漿FGF19升高和血清C4降低[19]。Jain等研究發(fā)現(xiàn)，全腸外營養(yǎng)（TPN）顯著降低了仔豬循環(huán)FGF19的濃度（P＜0.05），表明腸腔膽汁酸刺激對維持TPN新生仔豬循環(huán)FGF19分泌的重要性[20]。FGF19是一種新的腸因子，通過膽汁酸激活腸內(nèi)FXR而誘導(dǎo)分泌，在膽汁酸合成的反饋抑制中起到腸肝信號的作用。

另一個主要的膽汁酸受體是G蛋白偶聯(lián)膜受體（GPCR）TGR5，也稱為G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1（GPBAR1）或GPR131[21-22]。TGR5是一種細(xì)胞表面膽汁酸受體，是GPCR類視紫紅質(zhì)亞家族的一員。最初被認(rèn)為是一個孤立的GPCR，TGR5最近重新歸類為GPCRs41膽汁酸受體亞類。人TGR5被多種膽汁酸激活，石膽酸是最有效的天然激動劑，而其他結(jié)合和非結(jié)合膽汁酸也能激活TGR5，包括脫氧膽酸、CDCA和膽酸。TGR5受體mRNA在膽囊中轉(zhuǎn)錄最多，在棕色脂肪組織、肝臟和腸道中轉(zhuǎn)錄較少。廣泛的組織表達(dá)譜和在哺乳動物中高度保守的事實表明，TGR5在生理和代謝中具有重要作用。TGR5在膽道、膽囊和胃腸組織中的高表達(dá)表明其在膽汁酸信號和腸道功能中的重要性。也有研究表明，TGR5在膽囊充盈和收縮中起重要作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)TGR5在腸上皮內(nèi)的原代腸內(nèi)分泌細(xì)胞中表達(dá)，在腸內(nèi)分泌細(xì)胞系中高表達(dá)。此外，Reimann等和Parker等研究表明，膽汁酸能夠激活腸內(nèi)分泌細(xì)胞中的環(huán)磷酸腺苷（cAMP）和鈣信號，從而觸發(fā)GLP-1和GLP-2分泌進(jìn)入門靜脈[24-25]。結(jié)合膽汁酸通過頂端鈉依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白（ASBT）轉(zhuǎn)運到回腸上皮細(xì)胞，并結(jié)合細(xì)胞內(nèi)回腸脂質(zhì)結(jié)合蛋白（ILBP），然后通過有機溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白（OST）轉(zhuǎn)運到門靜脈。Thomas等研究表明，TGR5受體作為膽汁酸誘導(dǎo)GLP-1分泌的分子機制非常重要[26]。

4 膽汁酸的代謝作用

膽汁酸刺激腸內(nèi)不同上皮細(xì)胞分泌FGF19和GLP-1，產(chǎn)生內(nèi)分泌信號，在體內(nèi)具有多種代謝作用。腸腔膽汁酸對FGF19分泌以及GLP-1和GLP-2分泌具有差異激活作用，F(xiàn)GF19作用的靶點主要是肝臟和腸肝膽汁酸分泌的負(fù)反饋，GLP-1和GLP-2作用的靶點分別是胰腺β細(xì)胞和胃腸黏膜。如前所述，腸內(nèi)FGF19分泌的主要作用是調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸穩(wěn)態(tài)，但FGF19的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出膽汁酸穩(wěn)態(tài)。

FGF19對葡萄糖、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)代謝有重要的調(diào)節(jié)作用[18,22]。FGF19在小鼠體內(nèi)的過度表達(dá)降低了脂肪和血清甘油三酯，提高了代謝率和血糖控制[27-28]。同樣，F(xiàn)GFR4基因敲除小鼠表現(xiàn)出葡萄糖不耐受、血脂異常和肥胖增加，這些表型似乎是由肝臟FGFR4的表達(dá)所決定[29]。在老鼠身的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF19作為一種平行但獨立的內(nèi)分泌激素，與胰島素一起控制肝臟葡萄糖和蛋白質(zhì)代謝，F(xiàn)GF19在抑制糖異生的同時，誘導(dǎo)了肝糖原和蛋白質(zhì)的合成，這些代謝效應(yīng)是通過細(xì)胞內(nèi)信號途徑介導(dǎo)的，這些信號途徑與胰島素控制的信號途徑是分開的[30]。FGF19對肝臟脂質(zhì)代謝的影響知之甚少，但可能增加脂肪酸氧化并抑制甘油三酯合成，兩種結(jié)果均可減少肝脂肪變性。

膽汁酸對EE細(xì)胞分泌GLP的誘導(dǎo)具有多種代謝作用。然而，大多數(shù)研究都集中在膽汁酸誘導(dǎo)的GLP-1分泌上，因為這對糖尿病和肥胖癥的治療具有重大意義。GLP-1是餐后促胰島素分泌的主導(dǎo)激素，可刺激胰島素分泌，增加血糖清除率和胰島素敏感性，減少胰高血糖素分泌和肝糖原異生，減少胃排空和降低食欲[31-32]。GLP-1受體位于肝臟、胰腺和腸黏膜等這些組織的細(xì)胞內(nèi)，也存在于可能在腸道和大腦之間的神經(jīng)反射中發(fā)揮作用的神經(jīng)中。增強GLP-1分泌和生物學(xué)功能可以治療和控制2型糖尿病[33]。此外，這些腸激素的生物活性由二肽基肽酶-4（DPP-4）的活性調(diào)控。

Thomas等報道，可以通過口服膽汁酸增加GLP-1的分泌，防止代謝功能障礙和葡萄糖不耐受[26]。膽汁酸螯合劑是為了限制膽汁酸介導(dǎo)的脂類和膽固醇在腸道中的吸收而開發(fā)的，其中包括膽甾胺和鞘氨醇等藥物[34]。對動物和人類糖尿病患者的研究表明，膽汁酸單獨或與DDP-4抑制劑聯(lián)合應(yīng)用可改善血糖和胰島素敏感性，增加胰腺β細(xì)胞質(zhì)量，增加GLP-1分泌[34]。膽汁酸螯合劑治療改善血糖，是通過膽汁酸誘導(dǎo)TGR5和增加GLP-1分泌來介導(dǎo)的。肥胖者或嚙齒動物在胃旁路術(shù)（RYGB）或袖狀胃切除術(shù)后血糖和胰島素敏感性的改善和食欲的抑制與腸促胰島素激素如GLP-1的分泌增加有關(guān)[15,35]。目前還不清楚減肥手術(shù)的代謝作用是否涉及腸FXR-FGF19軸的激活，但Pournaras等和Ryan等研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者在RYGB手術(shù)后不久血清FGF19濃度升高[36-37]。

以上的討論主要集中在膽汁酸誘導(dǎo)的FGF19和GLP-1對肝臟和胃腸道外周組織代謝的內(nèi)分泌作用上。然而，腸腔中膽汁酸所觸發(fā)的多種生理作用不僅涉及FGF19或GLP-1，還涉及腸內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的其他腸道激素，包括GLP-2和肽YY。研究發(fā)現(xiàn)，豬腸外膽汁酸輸注后血漿GLP-2濃度的升高與腸道生長有關(guān)[38]。破壞腸道膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白（OSTα）也導(dǎo)致腸長度、重量和絨毛形態(tài)的增加[39]。這些研究結(jié)果表明，肝腸循環(huán)的喪失和糞便中膽汁酸的積累，導(dǎo)致GLP-2分泌增加，觸發(fā)了小腸內(nèi)的營養(yǎng)作用。但是膽汁酸的營養(yǎng)作用是否由TGR5介導(dǎo)的GLP-2分泌增加來解釋有待進(jìn)一步研究。

5小 結(jié)

隨著營養(yǎng)感應(yīng)分子基礎(chǔ)的成熟，消化生理學(xué)領(lǐng)域的研究迅速擴(kuò)展。新的細(xì)胞受體對腸道特殊營養(yǎng)物質(zhì)和分泌因子的感應(yīng)機制的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為一個非常活躍的研究領(lǐng)域。腸FXR-FGF19信號通路的深入研究揭示了一種新的腸因子FGF19在調(diào)節(jié)膽汁酸平衡和調(diào)控糖脂代謝中發(fā)揮的作用。TGR5是EE細(xì)胞內(nèi)膽汁酸感應(yīng)與腸促胰島素激素分泌之間的分子聯(lián)系，這一發(fā)現(xiàn)將膽汁酸列入了營養(yǎng)物質(zhì)清單。雖然這些信號通路生物學(xué)的大部分信息都來自于對嚙齒動物和人類的研究，但是這些途徑的生物學(xué)功能對豬的健康和生長具有重要的影響。這將在新生和斷奶仔豬的營養(yǎng)方面有許多潛在的應(yīng)用價值，因為豬從出生到斷奶這段時期，日糧的成分和營養(yǎng)質(zhì)量以及胃腸生理的成熟和發(fā)展都發(fā)生了深刻的變化。幼豬在生理上適應(yīng)這些變化的程度決定了其未來的生存、健康和生長速度。在斷奶期和保育期日糧中添加商品膽汁酸鹽或DPP-4抑制劑促進(jìn)GLP-2的分泌和提高GLP-2的生物活性，有利于增加腸道的生長、提高消化能力和降低腹瀉率。另外，天然TGR5激動劑也可以調(diào)節(jié)斷奶仔豬GLP-2的分泌。理清腸道膽汁酸感應(yīng)與關(guān)鍵的內(nèi)分泌和代謝信號通路之間的關(guān)系，有助于商品膽汁酸鹽在養(yǎng)豬業(yè)的合理應(yīng)用和新飼料添加劑的研發(fā)。