谷氨酰胺與腸道缺血/再灌注損傷

顧元博(綜述)，賀 德 (審校)

(1．廣東醫(yī)學(xué)院研究生院，廣東湛江524003;2．深圳市寶安區(qū)人民醫(yī)院普外科，廣東深圳518101)

近年來(lái)，隨著對(duì)腸黏膜屏障的深入了解，腸道微生態(tài)對(duì)維持機(jī)體健康狀態(tài)的作用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，甚至有部分學(xué)者將其稱為“被遺忘的器官”［1，2］。生理情況下，消化道的血流量約占心排血量的1/4。在發(fā)生嚴(yán)重創(chuàng)傷、燒傷、失血性休克、腸梗阻、膽管梗阻、急性胰腺炎、蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良、長(zhǎng)期應(yīng)用廣譜抗生素或免疫抑制劑、電離輻射等［3］的情況下，機(jī)體為維持其他重要臟器的血液供應(yīng)，將全身血液重新分布，外周血管收縮以保證心、腦等重要臟器的血液供應(yīng)，即通過(guò)神經(jīng)-內(nèi)分泌調(diào)節(jié)使消化道血供減少，導(dǎo)致胃腸道發(fā)生缺血性改變，經(jīng)常會(huì)造成腸道的缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)損傷。而黏膜細(xì)胞對(duì)缺氧的耐受性是最差的，缺血缺氧早期即可出現(xiàn)消化道黏膜的屏障功能破壞。大量研究證明，正常腸道常駐菌由于缺血缺氧引起腸黏膜屏障損傷的情況下可以穿過(guò)腸道黏膜屏障進(jìn)入腸以外組織，到達(dá)腸系膜淋巴結(jié)、肝、脾、肺、腎等臟器和體循環(huán)內(nèi)成為內(nèi)源性感染源，這種腸內(nèi)細(xì)菌向腸外組織遷移的現(xiàn)象稱為細(xì)菌移位［4］。谷氨酰胺(glutamine，Gln)是血液循環(huán)和組織內(nèi)游離氨基酸池中含量最高的氨基酸，是應(yīng)激狀態(tài)下小腸黏膜細(xì)胞唯一能量來(lái)源和腸道修復(fù)最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［5］。Gln可以降低腸道通透性和減輕細(xì)菌移位水平，從而在維護(hù)腸道黏膜屏障的完整性上產(chǎn)生積極的影響［6］。基于此原因，人們?cè)贕ln對(duì)腸黏膜屏障的影響上進(jìn)行了大量研究。現(xiàn)就近年來(lái)對(duì)Gln在外科營(yíng)養(yǎng)中的研究及其對(duì)腸道I/R的影響予以綜述。

1 Gln的正常生理作用及其在腸道中的代謝

Gln約占血中總氨基酸的20%，健康成人血漿Gln濃度接近于700 μmol/L，Gln既可參與嘧啶、嘌呤、谷胱甘肽(glutathione，GSH)等多種重要生物活性分子的合成，又能被氧化為腸黏膜細(xì)胞和其他增生活躍細(xì)胞(如免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞)的主要能量來(lái)源［7］。腸道是Gln吸收和代謝的主要器官，也是利用Gln最多的部位［8］，但是腸黏膜本身既不能產(chǎn)生亦無(wú)法儲(chǔ)存Gln。Gln的來(lái)源主要依靠?jī)?nèi)源性和外源性兩條途徑。其中以內(nèi)源性途徑最為重要，這條途徑主要來(lái)自肌肉和肺泡，在這些組織的細(xì)胞中含有豐富的Gln合成酶，合成大量的Gln并釋放入血，為腸黏膜上皮和淋巴細(xì)胞提供內(nèi)源性Gln。外源性Gln主要來(lái)自食物中的蛋白［9］。正常情況下，腸道不會(huì)發(fā)生Gln缺乏。在應(yīng)激狀態(tài)，經(jīng)飲食攝入量和體內(nèi)合成量就不能維持其在體內(nèi)的貯備和血液中濃度，因此，Gln又被稱為“條件必需氨基酸”［10］。

2 Gln與腸道I/R

2．1 Gln對(duì)腸道I/R時(shí)通透性的影響 腸黏膜屏障是機(jī)體最重要的免疫防御屏障，將機(jī)體與腸道內(nèi)的外源性物質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)。腸黏膜具有屏障功能最重要的解剖基礎(chǔ)是腸上皮細(xì)胞間具有完整的緊密連接，封閉了細(xì)胞旁間隙，使得腸上皮細(xì)胞僅對(duì)離子、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)選擇性通過(guò)。小腸I/R時(shí)產(chǎn)生大量氧自由基，而致腸黏膜通透性增高，小腸黏膜損傷，同時(shí)降低 Na+-K+-ATP酶活性，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)吸收障礙［11］。在組織I/R損傷時(shí)腸黏膜組織中的黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)活性明顯增高，黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)是組織I/R損傷時(shí)氧自由基產(chǎn)生的最主要來(lái)源，腸組織I/R后產(chǎn)生大量的氧自由基，使生物膜中的多不飽和脂肪酸過(guò)氧化，導(dǎo)致生物膜中多不飽和脂肪酸含量明顯減少，細(xì)胞膜的液態(tài)性、流動(dòng)性和通透性發(fā)生改變。同時(shí)，組織病理學(xué)上出現(xiàn)黏膜固有層上皮細(xì)胞變性、壞死、脫落，腸絨毛水腫和間隙增寬，表明腸黏膜機(jī)械性破壞是腸道屏障損傷的重要因素［12-14］。缺血小腸黏膜的髓過(guò)氧化物酶活性增高，GSH含量減少及超氧化物歧化酶活性降低均可增加氧自由基的生成［15］?？寡趸瘎?duì)I/R引起的腸道損傷在體外實(shí)驗(yàn)研究中有肯定的保護(hù)作用［16，17］。GSH是細(xì)胞內(nèi)主要的抗氧化劑，其主要功能是保護(hù)細(xì)胞免受氧自由基和內(nèi)、外源性毒性物質(zhì)的損害。GSH對(duì)自由基有較強(qiáng)的清除能力，I/R時(shí)腸組織中GSH含量明顯減少，對(duì)自由基的清除發(fā)生障礙。因此，一方面，由于腸黏膜組織中黃嘌呤氧化酶量升高，使氧自由基產(chǎn)生增多;另一方面，GSH含量減少，使生成的氧自由基不能及時(shí)清除。于是這些活性氧簇成分與細(xì)胞膜上的多不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，結(jié)果導(dǎo)致腸組織細(xì)胞損傷進(jìn)一步加劇。在完全胃腸外營(yíng)養(yǎng)期間，Gln是GSH生物合成的限速因素，Gln能夠增加線粒體GSH過(guò)氧化物酶活性［18］，提高靜息狀態(tài)下血漿GSH的含量，在消化道受到I/R損傷時(shí)，更好地保存肝臟GSH含量，從而保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受氧自由基損害［19，20］。

緊密連接蛋白o(hù)ccludin是脊椎動(dòng)物的上皮細(xì)胞緊密連接的成分。Gln缺乏能夠通過(guò)減少活性緊密連接蛋白o(hù)ccludin表達(dá)影響緊密連接的完整性，進(jìn)而增加腸上皮屏障通透性，而在補(bǔ)充Gln后，緊密連接蛋白o(hù)ccludin逐漸向細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)移，定位于膜尖端的緊密連接處，形成完整的緊密連接，提示補(bǔ)充Gln是維護(hù)腸緊密連接完整性，降低腸上皮屏障通透性的有效手段［21］。Demirkan 等［22］應(yīng)用 Gln 治療腸道I/R大鼠動(dòng)物模型，觀察腸道組織病理學(xué)改變，發(fā)現(xiàn)Gln處理組可明顯減低血漿內(nèi)毒素水平，提示Gln對(duì)腸黏膜屏障有保護(hù)作用。此外，Pontell等［23］最新的研究顯示，腸道I/R后，腸道蠕動(dòng)減弱，引起腸道的縱行肌肉嚴(yán)重?fù)p傷，這可能有助于加重腸道屏障的破壞作用，導(dǎo)致細(xì)菌移位的發(fā)生。

2．2 Gln對(duì)腸道I/R時(shí)免疫功能的影響 腸道除作為消化和吸收的重要器官外，其免疫系統(tǒng)也很復(fù)雜。研究證實(shí)，Gln可參與腸道有關(guān)的各種淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、分泌型免疫球蛋白等重要能量來(lái)源的組合分解，從而降低細(xì)菌對(duì)腸道細(xì)胞的黏附，間接維持腸道黏膜的屏障作用，保護(hù)細(xì)胞免疫功能［19］。

腸道相關(guān)淋巴組織(gut-associated lymphatic tissue，GALT)在腸道免疫保護(hù)的作用備受重視，GALT是腸道固有層等產(chǎn)生分泌型IgA(S-IgA)的一個(gè)重要調(diào)節(jié)中心，是誘導(dǎo)對(duì)外抗原引起免疫反應(yīng)的關(guān)鍵部位;GALT中抗原遞呈是S-IgA分泌細(xì)胞分泌抗原特異性IgA進(jìn)入腸道的重要前提。故GALT是細(xì)菌、毒素、食物抗原和潛在有害生物構(gòu)成的重要屏障。Gln是GALT的重要營(yíng)養(yǎng)素，研究發(fā)現(xiàn)［24］，機(jī)體嚴(yán)重感染時(shí)GALT代謝增強(qiáng)，Gln利用和消耗大大增加，而此時(shí)體內(nèi)Gln含量常不足，故外源性補(bǔ)充Gln對(duì)維持GALT功能，保證腸道局部免疫功能維持，減少腸道細(xì)菌和毒素移位有重要作用。

I/R損傷會(huì)增加腸道細(xì)胞間黏附分子1的表達(dá)，這可能與中性粒細(xì)胞的遷移、聚集和活化有關(guān)［10］。補(bǔ)充Gln的全腸外營(yíng)養(yǎng)可通過(guò)增加腸道黏膜免疫IgA水平，維持適當(dāng)?shù)哪c道內(nèi)IgA刺激細(xì)胞因子環(huán)境，降低細(xì)胞間黏附分子1表達(dá)和減少中性粒細(xì)胞聚集，增強(qiáng)腸道對(duì)低灌注的耐受等途徑實(shí)現(xiàn)，從而明顯降低小鼠腸道I/R后的病死率［25］。

腸外補(bǔ)充Gln對(duì)改善危重癥患者預(yù)后有重要作用，但有研究發(fā)現(xiàn)［26］，腸外營(yíng)養(yǎng)可降低 IgA、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)4及IL-10的水平，而增加細(xì)胞間黏附分子1的表達(dá)及淋巴細(xì)胞聚集，補(bǔ)充Gln可以使細(xì)胞間黏附分子1和IL-4表達(dá)恢復(fù)正常。Coeffier等［27］利用人腸黏膜細(xì)胞觀察了Gln對(duì)炎性反應(yīng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Gln可降低IL-1誘導(dǎo)前炎性細(xì)胞因子(IL-6)的產(chǎn)生，而增加抗炎因子IL-10的產(chǎn)生。這些結(jié)果提示腸道補(bǔ)充Gln可調(diào)節(jié)小腸黏膜的炎性反應(yīng)。

2．3 Gln對(duì)腸道I/R時(shí)腸黏膜凋亡的影響 正常小腸黏膜上皮是一種動(dòng)態(tài)的上皮，3～8 d更新一次，其本身就存在自發(fā)性凋亡，以清除衰老細(xì)胞。其屏障功能的完整性和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性主要依賴腸黏膜細(xì)胞凋亡和增殖之間的穩(wěn)態(tài)平衡。Mandir等［28］研究表明，隱窩是腸上皮細(xì)胞增殖的場(chǎng)所，在增殖過(guò)程中利用凋亡機(jī)制來(lái)去除增殖過(guò)多的細(xì)胞以及發(fā)生畸變的細(xì)胞，而在絨毛上部是成熟細(xì)胞與衰老細(xì)胞交替帶，通過(guò)凋亡來(lái)去除老化細(xì)胞。

Gln是一些快速代謝細(xì)胞的重要能源物質(zhì)，具有多種功能，如促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖、保護(hù)機(jī)體細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷和減少細(xì)胞凋亡等。在誘導(dǎo)膿毒癥及敗血癥的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蠼o予單一Gln靜脈注射，結(jié)果顯示Gln可通過(guò)調(diào)節(jié)炎性介質(zhì)，如增加IL-10水平，減少中性粒細(xì)胞趨化因子1和IL-6水平，從而減輕腸道上皮細(xì)胞凋亡，有利于膿毒癥及敗血癥的治療［29］。

熱休克蛋白家族成員中的血紅素加氧酶1是一種廣泛存在的抗氧化防御酶，有顯著的抗細(xì)胞凋亡作用。Umeda等［30］對(duì)失血性休克大鼠模型用Gln預(yù)處理，觀察發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、caspase-3、細(xì)胞間黏附分子1表達(dá)降低，細(xì)胞素合成抑制因子IL-10和抑制細(xì)胞凋亡的Bcl-2基因表達(dá)增加，回腸黏膜炎癥明顯改善，細(xì)胞凋亡減少，因此提出Gln對(duì)失血性休克時(shí)腸道黏膜的保護(hù)機(jī)制可能是通過(guò)增加腸道血紅素加氧酶1的水平實(shí)現(xiàn)的。

Gln有促進(jìn)細(xì)胞增殖和抗細(xì)胞凋亡的雙重功效。Gln可與表皮生長(zhǎng)因子、重組人生長(zhǎng)激素協(xié)同發(fā)揮促小腸黏膜增殖作用［19，24］，還能激活絲裂原蛋白激酶［26］。但細(xì)胞增殖、分化是一個(gè)較長(zhǎng)期的過(guò)程(約60 h)，腸上皮干細(xì)胞經(jīng)過(guò)多次分裂才能逐漸分化為成熟的黏膜細(xì)胞。所以，Gln無(wú)法通過(guò)增殖途徑對(duì)I/R引起的腸黏膜損傷起到保護(hù)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

腸道I/R是休克損傷的共同通路。腸道I/R時(shí)引起腸黏膜上皮細(xì)胞凋亡，腸道黏膜糜爛和破壞，菌群失調(diào)，加之促炎性細(xì)胞因子的大量分泌和腸道通透性的增加，引起腸道細(xì)菌易位［31］。Gln作為腸上皮細(xì)胞重要的能量來(lái)源，是腸黏膜細(xì)胞不可缺少的能源物質(zhì)，支持氨基酸的生物合成，又是淋巴細(xì)胞合成的原料。目前其分子水平機(jī)制雖然尚未完全清楚，但多數(shù)研究表明在應(yīng)激狀態(tài)下補(bǔ)充Gln可抑制炎性因子的表達(dá)、提高腸黏膜屏障功能和免疫細(xì)胞功能，調(diào)節(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞的增殖與凋亡。因此，歐洲腸外營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)指出，Gln是重癥患者的必需氨基酸［32，33］。臨床上，各種危重患者不可避免地出現(xiàn)腸黏膜屏障功能的損傷，導(dǎo)致腸黏膜屏障功能損傷、免疫功能降低及腸上皮細(xì)胞凋亡增加。尋找腸黏膜保護(hù)的方法不能通過(guò)某一種或幾種物質(zhì)，隨著人們對(duì)腸黏膜屏障損傷機(jī)制的深入了解，物質(zhì)間的聯(lián)合作用對(duì)腸黏膜屏障功能的影響將會(huì)是今后的研究熱點(diǎn)。

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