劉玉婷，趙 寶，韓 蕊，秦貴信

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林省動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130118）

腸黏膜上皮細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收及腸道功能正常發(fā)揮過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。小腸黏膜上皮細(xì)胞與其他組織細(xì)胞不同，除維持自身結(jié)構(gòu)的完整和自我更新外，還承擔(dān)著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)等生理功能。而且小腸上皮細(xì)胞更新最為旺盛，皮膚細(xì)胞代謝周期為28～35 d，肝細(xì)胞在160 d以上，小腸上皮細(xì)胞平均每3～5 d就更新一次。由此可見，能量供給對(duì)于小腸黏膜上皮細(xì)胞尤為重要。一旦能源物質(zhì)的數(shù)量和類別滿足不了細(xì)胞增殖和代謝的需求，則會(huì)引起小腸上皮損傷和功能紊亂，影響腸道健康。

葡萄糖、氨基酸和脂肪酸均可作為細(xì)胞的能源供給物質(zhì)。然而，不同功能的細(xì)胞對(duì)能源物質(zhì)的利用存在差異和選擇性。如腦神經(jīng)細(xì)胞所需能量的85%～95%來(lái)源于葡萄糖的氧化，而腸黏膜上皮細(xì)胞更傾向于利用氨基酸而非葡萄糖。有學(xué)者認(rèn)為，能源物質(zhì)間可以相互轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化過(guò)程會(huì)出現(xiàn)能量損失的現(xiàn)象。因此，為細(xì)胞提供最適的能源底物才能既滿足其需求且能提高其利用效率。本文綜述了豬腸小腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)不同能源物質(zhì)的代謝、利用和需求特點(diǎn)，為更加深入全面地了解腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)能源物質(zhì)的需求特點(diǎn)及優(yōu)化豬的能量營(yíng)養(yǎng)配給提供更多的參考依據(jù)。

1 腸黏膜上皮細(xì)胞的構(gòu)成和生物學(xué)功能

小腸是由單層柱狀上皮細(xì)胞覆蓋的腸絨毛和隱窩組成，腸絨毛是小腸的功能單位，腸黏膜上皮細(xì)胞又是位于腸絨毛頂部最主要的功能型細(xì)胞。腸黏膜上皮細(xì)胞起源于隱窩細(xì)胞，隱窩底部的細(xì)胞不斷進(jìn)行有絲分裂，完成分裂后在其他細(xì)胞的推動(dòng)下逐漸移動(dòng)到小腸絨毛的頂部，直至脫落，這樣就完成了一次更新過(guò)程。腸黏膜上皮細(xì)胞主要由吸收細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、少量?jī)?nèi)分泌細(xì)胞和潘氏細(xì)胞組成，其中吸收細(xì)胞在腸絨毛上皮細(xì)胞中占95%，并發(fā)揮著主要作用。腸黏膜上皮細(xì)胞有多種生物學(xué)功能，它能夠直接參與腸道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收過(guò)程，又能阻止外來(lái)抗原的侵入，發(fā)揮屏障功能，也可以在腸黏膜免疫中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。腸黏膜上皮細(xì)胞在維持其高度有序的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能發(fā)揮的過(guò)程中，均需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量的供給。

2 腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用和需求特點(diǎn)

葡萄糖是哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)、繁殖及大量生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。日糧中的碳水化合物經(jīng)過(guò)胃腸道的消化分解形成葡萄糖，再通過(guò)耗能的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)被小腸黏膜上皮細(xì)胞吸收。研究表明，單糖和二糖在小腸內(nèi)的消化率幾乎為100%，但其中95%的葡萄糖會(huì)進(jìn)入肝門靜脈，一部分（10%～15%）會(huì)被肝臟吸收用來(lái)合成糖原和有限的代謝；另一部分（85%～90%）會(huì)進(jìn)入全身血液用于肝外組織（如心臟、大腦、骨骼肌和淋巴結(jié)）的代謝。未入肝門靜脈余下的5%葡萄糖會(huì)直接被小腸代謝，這部分葡萄糖可為小腸提供所需能量的5%～10%，同時(shí)葡萄糖代謝也為小腸細(xì)胞內(nèi)氨基酸和脂肪酸的合成提供了所需的還原型輔酶II（NADPH），對(duì)于維持細(xì)胞的生命活動(dòng)具有重要意義。

葡萄糖能否高效利用的關(guān)鍵限速步驟是葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，葡萄糖不能直接穿透細(xì)胞膜，需要借助質(zhì)膜中特定的轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入細(xì)胞。腸道內(nèi)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)載體主要包括位于小腸黏膜刷狀緣上的Na依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體（SGLT）和葡萄糖易化轉(zhuǎn)運(yùn)載體（GLUT）兩大類。其中SGLT1和GLUT2在腸黏膜上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的過(guò)程中起著重要的作用。SGLT-1是位于小腸黏膜細(xì)胞頂端且吸收葡萄糖和半乳糖的主要轉(zhuǎn)運(yùn)載體；GLUT-2是一種位于腸黏膜上皮細(xì)胞基底外側(cè)膜且具有高承載量的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體，可以通過(guò)它完成小腸上皮細(xì)胞向固有層轉(zhuǎn)運(yùn)大量葡萄糖的過(guò)程。研究顯示，不同濃度葡萄糖處理IPEC-J2，可在短時(shí)間內(nèi)影響SGLT1的mRNA表達(dá)量，當(dāng)葡萄糖濃度為75 mmol/L處理細(xì)胞40 min時(shí)，SGLT1的mRNA表達(dá)量最高，且可促進(jìn)細(xì)胞增殖。這說(shuō)明轉(zhuǎn)運(yùn)載體在葡萄糖吸收利用的過(guò)程中起重要作用，通過(guò)上調(diào)自身蛋白表達(dá)量協(xié)助營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高效進(jìn)入細(xì)胞。由于不同組織細(xì)胞對(duì)葡萄糖代謝需求不同，同類轉(zhuǎn)運(yùn)載體以其不同的類型發(fā)揮不同的功能。大腦中葡萄糖異化轉(zhuǎn)運(yùn)載體主要以GLUT1和GLUT3發(fā)揮功能，GLUT1能夠介導(dǎo)葡萄糖跨血腦屏障，從而被大量利用，即使在血糖濃度很低（正常值下限）時(shí)也可以輕松把葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到大腦。而肌肉中SGLT3和GLUT4為主要的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體，肌肉收縮可通過(guò)不同機(jī)制調(diào)節(jié)GLUT4的表達(dá)，從而促進(jìn)葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)?？梢姡D(zhuǎn)運(yùn)載體的特定作用對(duì)維持小腸黏膜上皮細(xì)胞的正常糖代謝起重要作用。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至腸黏膜上皮細(xì)胞后，通過(guò)氧化磷酸化和糖酵解途徑為細(xì)胞提供能量。當(dāng)氧氣充足時(shí)，葡萄糖糖酵解的中間代謝產(chǎn)物——丙酮酸會(huì)轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)后，徹底氧化產(chǎn)生32分子三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP），氧氣不足時(shí)，會(huì)通過(guò)糖酵解產(chǎn)能，但每分子僅產(chǎn)生2分子ATP，氧化磷酸化是正常狀態(tài)下腸上皮細(xì)胞中葡萄糖的主要供能方式。

綜上所述，小腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，兩類特異性且相互配合的載體起重要作用，SGLT1在細(xì)胞的游離面協(xié)助葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞，而GLUT2在細(xì)胞的基底面介導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至血液中。腸上皮細(xì)胞是葡萄糖的“轉(zhuǎn)運(yùn)站”，而不是葡萄糖的“焚燒場(chǎng)”，消化道中的葡萄糖必須經(jīng)過(guò)腸上皮細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)，而僅有很少一部分被腸上皮細(xì)胞利用，為腸上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)揮其生物學(xué)功能提供所需物質(zhì)和能量。

3 腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)氨基酸的利用和需求特點(diǎn)

在仔豬腸道發(fā)育過(guò)程中，氨基酸起著重要的作用。研究結(jié)果證明，日糧中的谷氨酰胺（Gln）、谷氨酸鹽和天冬氨酸鹽可共同為豬小腸黏膜提供80%以上的能量，是小腸黏膜的主要代謝燃料，而非葡萄糖。尤其是在促進(jìn)腸黏膜更新和保持腸道結(jié)構(gòu)等方面具有重要作用。Stoll等研究表明，幾乎100%的日糧中Gln在通過(guò)生長(zhǎng)豬小腸時(shí)都被消耗。Fleming等在空腸上皮細(xì)胞培養(yǎng)基中分別加入Gln、葡萄糖、丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽，發(fā)現(xiàn)腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)Gln氧化速度最快，且在Gln足量的情況下可節(jié)省葡萄糖的氧化。Gln和谷氨酸（Glu）在豬腸上皮細(xì)胞中氧化生成二氧化碳（CO）的量高于葡萄糖。以上研究均表明Gln和Glu在腸上皮細(xì)胞內(nèi)優(yōu)先且大量氧化。

Gln在腸道內(nèi)的大量氧化與其功能有關(guān)，它既是許多重要物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、嘌呤、嘧啶和核苷酸等）合成所需的前體，也是腸上皮細(xì)胞增殖的重要能源物質(zhì)。Gln的結(jié)構(gòu)決定了它能為其他氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸的合成提供氮源，Gln在谷氨酰胺酶的作用下生成Glu，然后在轉(zhuǎn)氨酶的作用下為生成丙氨酸、脯氨酸、精氨酸、鳥氨酸等提供底物；在嘌呤和嘧啶的合成過(guò)程中，Gln的分解產(chǎn)物作為前體物質(zhì)參與細(xì)胞合成DNA和RNA。整個(gè)過(guò)程中，Gln的分解作用占主要地位，而在肌肉、肝臟、大腦、肺和脂肪細(xì)胞中則相反，Gln的合成反應(yīng)占明顯優(yōu)勢(shì)。Gln的另一個(gè)重要作用則是能夠?yàn)榧?xì)胞生命活動(dòng)提供能量，Gln的結(jié)構(gòu)也決定它可以像葡萄糖一樣提供碳鏈，經(jīng)過(guò)氧化后釋放能量。在腸黏膜細(xì)胞中1 mol Gln 氧化后可生成2分子CO和9 mol ATP，不生成CO的其他3個(gè)碳參與了其他能量代謝。Gln為腸黏膜上皮細(xì)胞提供能量，主要是通過(guò)高度親和的Na依賴性載體系統(tǒng)進(jìn)入腸上皮細(xì)胞，正常生理?xiàng)l件下，這是Gln轉(zhuǎn)運(yùn)的主要途徑。特殊情況下，低親和性的非Na依賴性載體系統(tǒng)也起作用。Gln進(jìn)入腸黏膜細(xì)胞后，在線粒體中水解生成谷氨酸，經(jīng)三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為-酮戊二酸，氧化生成ATP，從而滿足腸內(nèi)ATP依賴的代謝途徑所需要的能量，包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及上皮細(xì)胞的增殖和遷移。Gln代謝過(guò)程中，谷氨酰胺代謝酶（谷氨酰胺分解酶和谷氨酰胺合成酶）起重要作用，這兩類酶扮演著特異性的角色，在腸黏膜上皮細(xì)胞內(nèi)的谷氨酰胺分解酶數(shù)量高于其他組織，而合成酶含量則非常低，這也支撐了Gln在腸道內(nèi)以分解代謝為主。

Glu和天冬氨酸（Asp）也是腸黏膜上皮細(xì)胞的重要能源物質(zhì)，同時(shí)Glu和Asp在腸道中主要通過(guò)轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)化為其他基底物質(zhì)，如谷胱甘肽、精氨酸和瓜氨酸等。Glu少量在胃內(nèi)被吸收，大部分（約95%）在腸道中被分解，而在其他組織中Glu的分解代謝較弱，如在肌肉組織中僅有15%被氧化分解，在肝臟中Glu表現(xiàn)為凈合成。在腸道中，Glu是通過(guò)高親和力的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入腸上皮細(xì)胞再轉(zhuǎn)運(yùn)到血液循環(huán)系統(tǒng)中，幾乎所有的Glu都是通過(guò)腸黏膜上的興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)子3（EAAT 3）轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)。Asp在腸道內(nèi)和-酮戊二酸通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用形成Glu和草酰乙酸，草酰乙酸在O充足時(shí)參與TCA循環(huán)，為組織細(xì)胞提供能量。與Gln相同，Glu和Asp均可作為合成嘌呤或嘧啶的前體物質(zhì)，也是主要通過(guò)氧化方式為細(xì)胞提供能量。

以上研究結(jié)果證明，氨基酸（Gln、Glu和Asp）在腸道內(nèi)的代謝量高于其他組織，它們既是合成嘌呤、嘧啶和核甘酸的前體物質(zhì)和必需底物，也是體內(nèi)循環(huán)代謝的中間物。由此判斷，氨基酸既是腸黏膜上皮細(xì)胞生命活動(dòng)優(yōu)先選擇的能量供體，也是主要的氮源和碳骨架，也就是說(shuō)氨基酸既是小腸黏膜上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)性需求物質(zhì)，也是重要的消耗性能源物質(zhì)。

4 腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)脂肪酸的利用和需求特點(diǎn)

脂肪酸也可作為腸上皮細(xì)胞的能源物質(zhì)，同時(shí)也能構(gòu)成細(xì)胞膜的脂質(zhì)部分，還是細(xì)胞內(nèi)部多種信號(hào)分子的組成物質(zhì)。脂肪酸進(jìn)入腸道細(xì)胞后，在胞漿中被活化，形成脂酰CoA后進(jìn)入線粒體中發(fā)生-氧化，也可為腸黏膜上皮細(xì)胞的增殖和分化提供部分營(yíng)養(yǎng)和能量。在腸上皮細(xì)胞中，中鏈脂肪酸（MCFA）可以直接快速供能，但大部分MCFA會(huì)直接經(jīng)門靜脈血輸送至肝臟，為機(jī)體提供能量。短鏈脂肪酸與中鏈脂肪酸功能類似，但基本都是作為結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要燃料，提供結(jié)腸上皮細(xì)胞所需能量的60%～70%，對(duì)維持結(jié)腸黏膜的正常代謝、調(diào)節(jié)結(jié)腸細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖必不可少。近年來(lái)也有研究發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸在空腸中也發(fā)揮一定作用，能夠促進(jìn)空腸上皮細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)。長(zhǎng)鏈脂肪酸也可被吸收進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞，但需要脂肪酸結(jié)合蛋白（FABP）把大部分長(zhǎng)鏈脂肪酸從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)到氧化的部位。小腸黏膜上皮細(xì)胞的代謝需要脂肪酸參與，但楊袁研究發(fā)現(xiàn)，低濃度不同鏈長(zhǎng)脂肪酸處理IPEC-J2 細(xì)胞后，會(huì)促進(jìn)腸黏膜上皮細(xì)胞的分化，隨著濃度和處理時(shí)間的增加，不同鏈長(zhǎng)脂肪酸會(huì)抑制細(xì)胞增殖，甚至誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。而在不同的組織細(xì)胞中，脂肪酸的需求量存在較大差異，心肌60%～70%的供能來(lái)自脂肪，脂肪能夠?yàn)槠涔┙o更長(zhǎng)期穩(wěn)定的能源。小腸黏膜上皮細(xì)胞的生命活動(dòng)雖然離不開脂肪酸，但對(duì)脂肪酸的需求量較低，適當(dāng)?shù)墓┙o量，可能會(huì)使腸黏膜上皮細(xì)胞的功能得到有效發(fā)揮。

5 小 結(jié)

綜上所述，豬小腸黏膜上皮細(xì)胞功能的正常發(fā)揮，離不開葡萄糖、氨基酸和脂肪酸，這些物質(zhì)為腸上皮細(xì)胞的各種生命活動(dòng)提供了營(yíng)養(yǎng)和能量，但在需求量和利用方式上與其他組織細(xì)胞相比存在較大差異。豬小腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)氨基酸利用的最多，尤其是Gln、Glu和Asp。研究已證明氨基酸既是小腸黏膜上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)性需求物質(zhì)，也是細(xì)胞的能量供體物質(zhì)，而葡萄糖不能儲(chǔ)存于細(xì)胞中，只能為細(xì)胞代謝過(guò)程提供瞬時(shí)且高效的能量；脂肪酸的需求較少，過(guò)高會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)面影響。據(jù)此，需要按細(xì)胞的能量需求和生物合成需求考慮其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求的差異性，同時(shí)結(jié)合細(xì)胞能量代謝和生物結(jié)構(gòu)合成過(guò)程中的需求，保障腸黏膜上皮細(xì)胞生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)供給平衡，避免能源物質(zhì)結(jié)構(gòu)性失衡影響細(xì)胞生物學(xué)功能的發(fā)揮。探討小腸黏膜上皮細(xì)胞代謝過(guò)程中能源物質(zhì)的需求，可為仔豬腸道健康發(fā)育和精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的日糧配制提供參考依據(jù)。