膳食類胡蘿卜素和脂溶性維生素的腸道吸收機(jī)制研究進(jìn)展：重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

張育昆，陳祉晴，張俊林，周樂松，林燕平，曹 庸，劉曉娟

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642）

類胡蘿卜素是一類四萜類化合物及其衍生物的總稱，廣泛存在于顏色鮮艷的果蔬中。類胡蘿卜素具有抗氧化、抗炎、增強(qiáng)免疫力、預(yù)防白內(nèi)障等功效，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為純碳?xì)浠衔锏暮}卜素類（如β-胡蘿卜素、番茄紅素）和具有含氧基團(tuán)的葉黃素類（如葉黃素、玉米黃質(zhì)）[1-2]。諸多類胡蘿卜素可作為VA原，在體內(nèi)代謝后補(bǔ)充VA。由于類胡蘿卜素和脂溶性維生素（carotenoids and fat-soluble vitamin，C&FSV）含有異戊二烯長(zhǎng)鏈、異戊二烯＋環(huán)狀結(jié)構(gòu)或環(huán)戊烷多氫菲結(jié)構(gòu)（表1），其正辛醇-水分配系數(shù)大于8，屬于高度親脂性食品成分，因此C&FSV因具有相似的腸道吸收機(jī)制而備受關(guān)注[3]。

表1 常見類胡蘿卜素及脂溶性維生素的骨架結(jié)構(gòu)Table 1 Skeleton structures of common carotenoids and fat-soluble vitamins

早期研究中假定部分C&FSV（如β-胡蘿卜素、VE、VD）的吸收通過小腸細(xì)胞刷狀緣膜的簡(jiǎn)單擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)[4]，然而該假說無法解釋膳食C&FSV的個(gè)體吸收差異性[5]、吸收位點(diǎn)差異性[6]和類胡蘿卜素與脂溶性維生素彼此之間的競(jìng)爭(zhēng)吸收[7]等一系列問題。因此除簡(jiǎn)單擴(kuò)散以外，可能還存在由特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與的C&FSV腸道吸收途徑。21世紀(jì)初，不同團(tuán)隊(duì)繼續(xù)探索C&FSV的吸收機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了幾種對(duì)于C&FSV在腸道吸收中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[8-11]。

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要定位于小腸，介導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取、信號(hào)傳導(dǎo)等過程。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與C&FSV相互制約，一方面，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的高效表達(dá)有利于C&FSV的吸收；另一方面，C&FSV在小腸上皮細(xì)胞內(nèi)通過酶的作用發(fā)生一系列生化反應(yīng)，產(chǎn)生相關(guān)信號(hào)分子并通過多種反饋機(jī)制影響膜頂端轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)活性，進(jìn)而影響C&FSV的吸收過程。此外，其他膳食成分或機(jī)體自身因素也能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)?；诖?，本文綜述了C&FSV的消化和吸收過程，重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)下的腸細(xì)胞頂端轉(zhuǎn)運(yùn)、胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)代謝、腸細(xì)胞基底外側(cè)膜分泌整個(gè)吸收過程的最新研究進(jìn)展，同時(shí)對(duì)C&FSV轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控進(jìn)行了全面匯總，以期推動(dòng)脂溶性活性物的腸道吸收機(jī)制發(fā)展，更好地發(fā)揮其健康效應(yīng)。

1 C&FSV的消化過程

食物基質(zhì)中的類胡蘿卜素主要以晶體、脂質(zhì)-類胡蘿卜素復(fù)合物和蛋白質(zhì)-類胡蘿卜素復(fù)合物的形式存在[12]；脂溶性維生素既有游離態(tài)形式，也有維生素衍生物或維生素原的形式，如視黃醇衍生物的視黃酯、膽鈣化醇原的7-脫氫膽固醇。研究表明，C&FSV被吸收前通常經(jīng)過水解階段[13]，如葉黃素酯可能被膽固醇酯酶水解為游離葉黃素[14]，棕櫚酸視黃酯[15]和蝦青素酯[16]被水解為游離態(tài)才被吸收，Caco-2細(xì)胞優(yōu)先攝取β-隱黃質(zhì)而不是β-隱黃質(zhì)酯[17]。因此，C&FSV的游離態(tài)可能是腸細(xì)胞吸收的主要形態(tài)。

在胃腸道中，由于類胡蘿卜素-蛋白復(fù)合物、纖維素和植物細(xì)胞壁對(duì)胃腸道消化存在抗性，且C&FSV本身具有較強(qiáng)的親脂性，其在胃腸道的水性環(huán)境中較難從食物特別是植物組織中充分釋放。同時(shí)植物組織中所含脂質(zhì)較少，進(jìn)一步抑制了C&FSV由食物基質(zhì)進(jìn)入混合膠束的能力。因此，一般情況下植物食品中的C&FSV生物利用度相對(duì)較低[18]。

在被腸細(xì)胞吸收前，C&FSV需要先經(jīng)過漫長(zhǎng)的消化過程[4]。食物先在加工及口腔階段進(jìn)行機(jī)械處理和熱處理[19]；而后在胃機(jī)械運(yùn)動(dòng)、酶作用及乳化作用下繼續(xù)消化[20]；進(jìn)入十二指腸后，胰酶進(jìn)一步消化脂類物質(zhì)，C&FSV從脂滴中釋放并進(jìn)入由游離脂肪酸、磷脂、膽固醇、膽鹽等形成的混合膠束中[21]；混合膠束穿過腸細(xì)胞表面用于阻擋細(xì)菌、微生物和有害物質(zhì)的黏液層，擴(kuò)散到小腸上皮細(xì)胞膜表面?；旌夏z束到達(dá)小腸上皮細(xì)胞表面后，其中的脂肪酸在酸性條件下發(fā)生質(zhì)子化，從膠束中脫落，膠束解離，其中結(jié)合的C&FSV得以釋放[22]（圖1）。

圖1 C&FSV的腸道消化過程Fig. 1 Intestinal digestion process of C&FSV

2 腸細(xì)胞對(duì)C&FSV的吸收

在小腸上皮細(xì)胞頂端，C&FSV在B類I型清道夫受體（scavenger receptor class B type I，SR-BI）、白細(xì)胞分化抗原36（cluster determinant 36，CD36）和尼曼-匹克C1型類似蛋白1（Niemann-Pick C1 like 1，NPC1L1）等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)下攝取或排出；類胡蘿卜素的胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)還是個(gè)“黑匣子”，直接轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白證據(jù)不多；在腸細(xì)胞基底側(cè)，C&FSV可經(jīng)過載脂蛋白（apolipoprotein，Apo）B依賴性的乳糜微粒途徑和ATP結(jié)合盒（ATP binding cassette，ABC）A1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）分泌途徑進(jìn)入淋巴系統(tǒng)。

乳糜微粒包含甘油三酯、膽固醇酯、磷脂和Apo，可攜帶C&FSV進(jìn)入人體內(nèi)環(huán)境。乳糜微粒分泌途徑是曾經(jīng)C&FSV體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)研究的主要方向。

2.1 腸細(xì)胞的頂端轉(zhuǎn)運(yùn)

C&FSV存在與脂質(zhì)或膽固醇相似的異戊二烯結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)SR-BI、CD36和NPC1L1等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在小腸中不僅有助于膽固醇或長(zhǎng)鏈脂肪酸的吸收，而且有助于部分C&FSV的吸收。

2.1.1 B類I型清道夫受體

SR-BI是一個(gè)分子質(zhì)量為82 kDa的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由1 個(gè)高度糖基化的胞外結(jié)構(gòu)域（extracellular domain，ECD）、2 個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TMD）和2 個(gè)細(xì)胞質(zhì)N端和C端尾部組成[23]，被發(fā)現(xiàn)于多種組織（如肝臟、睪丸、小腸）的細(xì)胞膜中，在腸道中主要表達(dá)于十二指腸到結(jié)腸段[24]。胞外的大結(jié)構(gòu)域含有結(jié)構(gòu)為三螺旋束的配體識(shí)別結(jié)構(gòu)，2 個(gè)TMD都含有甘氨酸二聚化基序（glycine dimerization motifs，GDM），其中的C端TMD還具有亮氨酸拉鏈配體（leucine zipper motif，LZM）（圖2A）[23]；SR-BI能促進(jìn)游離膽固醇或膽固醇酯的轉(zhuǎn)運(yùn)，也能促進(jìn)磷脂、甘油三酯水解產(chǎn)物，顯現(xiàn)出對(duì)底物結(jié)合的弱特異性[21]。這種弱特異性為探究SR-BI促進(jìn)C&FSV的腸道吸收提供了可行性。

圖2 C&FSV跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structures of transmembrane transporters for C&FSV

2005—2014年，Reboul團(tuán)隊(duì)通過Caco-2細(xì)胞模型、HEK細(xì)胞轉(zhuǎn)染模型、小鼠腸外植體模型、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過表達(dá)/抑制/敲除模型等多種體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)方法，確定了SR-BI對(duì)類胡蘿卜素中的葉黃素[25]、VA原類胡蘿卜素（如α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)）[11]、番茄紅素[26]、六氫番茄紅素和八氫番茄紅素[27]的腸細(xì)胞吸收起促進(jìn)作用。同為類胡蘿卜素的蝦青素也被證明其腸細(xì)胞頂端轉(zhuǎn)運(yùn)受SR-BI調(diào)控[28]。此外，Reboul團(tuán)隊(duì)還證實(shí)了脂溶性維生素中VD[29]、VE[30]、VK[31]的腸道吸收受SR-BI的調(diào)節(jié)，并發(fā)現(xiàn)SR-BI對(duì)Caco-2細(xì)胞吸收膠束狀態(tài)下的VA無顯著作用[21]。

SR-BI在小腸細(xì)胞中遠(yuǎn)不止具有上述介導(dǎo)脂溶性物質(zhì)吸收的作用。首先，SR-BI對(duì)于多種配體具有親和力，如磷脂、天然修飾的脂蛋白、糖基化終產(chǎn)物[32]，因此其與人腸道形成的混合膠束具有結(jié)合位點(diǎn)，能促進(jìn)混合膠束內(nèi)脂溶性物質(zhì)的釋放和吸收；其次，SR-BI是膽固醇傳感器，其產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)可以調(diào)節(jié)腸細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的膽固醇運(yùn)輸過程[33]，由于C&FSV也為高度親脂性物質(zhì)，該過程可能會(huì)對(duì)C&FSV的吸收產(chǎn)生影響；然后，SR-BI能調(diào)節(jié)含Apo的乳糜微粒的產(chǎn)生[34]；最后，SR-BI也會(huì)促進(jìn)部分物質(zhì)的頂端排出，關(guān)于頂端排出部分的內(nèi)容在后面講述。這些研究為進(jìn)一步明確C&FSV的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)吸收過程提供了重要思路。

2.1.2 白細(xì)胞分化抗原36

CD36是一個(gè)分子質(zhì)量為88 kDa的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[35]，由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)構(gòu)成，在十二指腸和空腸的刷狀緣膜高度表達(dá)[21]。胞外區(qū)含有多個(gè)糖基化位點(diǎn)，能與一系列配體如脂蛋白、糖基化終產(chǎn)物、磷脂等發(fā)生結(jié)合作用，是識(shí)別和結(jié)合物質(zhì)信息的關(guān)鍵區(qū)域；跨膜區(qū)充當(dāng)內(nèi)部隧道，能將轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)[36]；胞內(nèi)區(qū)含有CD36的C、N末端，二者均含有易發(fā)生棕櫚酰化修飾的半胱氨酸殘基，能將CD36固定于細(xì)胞膜表面的脂筏結(jié)構(gòu)[37]。CD36位于小腸上皮細(xì)胞頂端膜的囊泡結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)由小窩蛋白-1促進(jìn)形成。囊泡內(nèi)包含CD36、PKCζ和LPC（圖2B）。CD36與SR-BI共享30%的序列同源性[32]，屬于B類清道夫家族中的BI受體[37]，在長(zhǎng)鏈脂肪酸的腸道攝取中起關(guān)鍵作用[38]，同時(shí)也顯示出廣泛的底物特異性，因此和SR-BI相似，也能參與C&FSV的吸收[21]。

2005年，van Bennekum等[39]通過體外COS-7細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和小鼠小腸刷狀緣膜囊泡實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了CD36參與β-胡蘿卜素的吸收；2011年，Moussa等[38]通過3T3-L1細(xì)胞和脂肪組織培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)番茄紅素和葉黃素的吸收受CD36介導(dǎo)；21世紀(jì)10年代，Reboul團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CD36對(duì)VD[29]、VE[24]、VK[31]和VA原類胡蘿卜素[11]都有促進(jìn)腸道吸收的作用，但對(duì)八氫番茄紅素和六氫番茄紅素未起作用[21]；2021—2022年，本課題組通過聯(lián)用HEK細(xì)胞模型、小腸刷狀緣膜囊泡模型、在體單向腸灌流模型和小鼠模型，采用表面等離子共振技術(shù)和分子對(duì)接技術(shù)，確定了CD36對(duì)蝦青素吸收具有促進(jìn)作用[40]。

CD36除了作為脂質(zhì)傳感器調(diào)控人體對(duì)脂肪的吸收[41]，也能通過內(nèi)化和降解參與乳糜微粒的形成過程，調(diào)節(jié)乳糜微粒的分泌[36]，還可以與人體內(nèi)形成的混合膠束位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)混合膠束內(nèi)的脂溶性物質(zhì)釋放和吸收[32]。因此，CD36對(duì)C&FSV的促進(jìn)吸收作用可能是多方面的。

2.1.3 尼曼-匹克C1型類似蛋白1

NPC1L1是一個(gè)分子質(zhì)量為135 kDa[42]的跨膜蛋白，由胞外區(qū)域和跨膜區(qū)域構(gòu)成，在哺乳動(dòng)物空腸的刷狀緣膜有高度表達(dá)[43]。NPC1L1的胞外區(qū)域被認(rèn)為具有三大管腔結(jié)構(gòu)域，分別為NTD、MLD、CTD，其中NTD已被證明可以直接體外結(jié)合膽固醇，中間結(jié)構(gòu)域具有NPC1L1抑制劑伊澤提米貝的結(jié)合位點(diǎn)（圖2C）。近年來，研究人員通過冷凍電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)人NPC1L1蛋白中不含NTD，這可能因?yàn)槠渚哂休^高靈活性；TMD包括嵌入在膜中的13 個(gè)TM，其中TM3至TM7構(gòu)成SSD，TM9至TM13構(gòu)成SSDL[44]。

NPC1L1是小腸中固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[21]，因此NPC1L1可能對(duì)結(jié)構(gòu)相似的C&FSV具有吸收促進(jìn)作用。研究人員發(fā)現(xiàn)膽鈣化醇[29]和生育酚[24]的腸道吸收受到NPC1L1的介導(dǎo)作用，但番茄紅素[26]、六氫番茄紅素和八氫番茄紅素[27]沒有類似的現(xiàn)象。2005年，During等[9]證實(shí)α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素和β-隱黃質(zhì)受NPC1L1的作用促進(jìn)吸收。2012年，Sato等[45]明確了類胡蘿卜素中的葉黃素受NPC1L1作用，能夠促進(jìn)腸道吸收。2015年，Lai Yujiao等[46]發(fā)現(xiàn)NPC1L1是VK腸道吸收的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。2019年，Manabe等[47]證實(shí)管藻黃素受NPC1L1的調(diào)控，并且明確了管藻黃素與NPC1L1的N端結(jié)構(gòu)域相結(jié)合。

2.1.4 其他可能參與C&FSV吸收的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

借鑒SR-BI、CD36和NPC1L1對(duì)C&FSV腸道吸收的發(fā)現(xiàn)思路，當(dāng)前有一個(gè)蛋白質(zhì)可能展現(xiàn)出對(duì)C&FSV吸收促進(jìn)的潛力。FABP4是脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中唯一一個(gè)在小腸上皮細(xì)胞頂端膜表達(dá)的蛋白質(zhì)，最早被認(rèn)為在小腸中發(fā)揮作用[36]。FABP4同時(shí)含有脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和脂酰輔酶A合成酶基序，因此其在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能上一直存在爭(zhēng)議[48]。當(dāng)前的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)ABP4在甘油三酯吸收中不起主要作用，但是由于伊澤提米貝能降低該蛋白質(zhì)的表達(dá)活性[49]，該蛋白有可能在腸道膽固醇吸收中起到相應(yīng)的作用。由于NPC1L1是膽固醇吸收的主要蛋白質(zhì)，若能證明FABP4促進(jìn)膽固醇吸收，則可進(jìn)一步嘗試推導(dǎo)FABP4對(duì)C&FSV的腸道吸收作用。

2.1.5 具有頂端排出功能的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

部分細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白承擔(dān)小腸刷狀緣膜端的排出功能，從而避免腸道細(xì)胞對(duì)C&FSV的過量吸收，如SR-BI可以介導(dǎo)胞內(nèi)VE、VD和VK的腸細(xì)胞頂端外排，提示SR-BI可能具有對(duì)脂溶性維生素胞內(nèi)濃度的潛在調(diào)節(jié)作用，也可能具有限制脂溶性維生素吸收的作用[21,24]。

ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族是脂類代謝相關(guān)細(xì)胞中最為龐大的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族，包含100多位成員。其能夠以ATP為能源物質(zhì)，將脂類、固醇和蛋白通過跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞脚懦鲶w外，功能涉及到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和有毒物質(zhì)的外排[50]。ABC蛋白家族含有7 個(gè)亞族，分別為ABCA～ABCG，每個(gè)亞族又包含多個(gè)成員[51]。ABC家族中的許多蛋白質(zhì)已被證明具有頂端外排C&FSV的作用，如ABCB1蛋白已被證實(shí)能分別介導(dǎo)VD[52]和VK[53]的頂端外排；ABCG5/ABCG8異源二聚體介導(dǎo)VD的頂端外排[54]。ABCG5/ABCG8異源二聚體在腸細(xì)胞中表達(dá)，當(dāng)該二聚體缺乏時(shí)，細(xì)胞和組織中的甾醇積累和脂肪酸攝取會(huì)增加[51]，且已有研究表明，ABCG5的基因多態(tài)性對(duì)于葉黃素的吸收有影響[55]，因此ABCG5/ABCG8二聚體對(duì)高度親脂性食品成分的吸收過程展現(xiàn)出一定作用。

2.2 胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)代謝

2.2.1 胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)

視黃醇結(jié)合蛋白2（retinol-binding protein 2，RBP2）是FABPs家族的成員，具有由10 個(gè)反向平行的β-折疊鏈組成的β-筒形結(jié)構(gòu)，2 個(gè)短α-螺旋結(jié)構(gòu)覆蓋在桶形結(jié)構(gòu)的開口端（圖3）。RBP2能夠在胞漿結(jié)合視黃醛和視黃醇，起到重要的類VA促進(jìn)代謝作用[56]。作為少數(shù)已經(jīng)確定在人腸細(xì)胞中能轉(zhuǎn)運(yùn)VA并起到關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，借鑒RBP2的研究歷程，對(duì)于確定其他人腸道C&FSV的胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有一定參考意義。

圖3 RBP2的結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of RBP2

RBP2的發(fā)現(xiàn)是基于當(dāng)時(shí)尋找能結(jié)合某個(gè)維生素的胞內(nèi)蛋白質(zhì)為背景，由Ong等[57]在20世紀(jì)80年代得到。Ong團(tuán)隊(duì)通過經(jīng)典柱色譜法，人為添加視黃醇后純化出RBP2，并結(jié)合吸收光譜和熒光激發(fā)光譜證實(shí)視黃醇與RBP2的疏水區(qū)域結(jié)合。由于視黃醇在RBP2的純化過程中始終與RBP2結(jié)合，故推斷視黃醇是RBP2的內(nèi)源性配體[57]。后續(xù)進(jìn)行的免疫反應(yīng)性檢測(cè)證實(shí)了RBP2在促進(jìn)腸上皮細(xì)胞吸收和代謝視黃醇及其衍生物方面起著關(guān)鍵作用[58]。在隨后20 年間，針對(duì)RBP2的研究逐漸聚焦于視黃醇的代謝過程作用[59-60]，21世紀(jì)的RBP2研究逐步轉(zhuǎn)向視黃醇結(jié)合蛋白對(duì)腸道單?；视偷奈照{(diào)節(jié)以及其在維持腸道免疫、肥胖疾病等方面發(fā)揮的作用。最新的研究方向指向RBP2如何調(diào)控視黃醇及其衍生物和膳食脂肪的吸收[56]。

除了RBP2，當(dāng)前并沒有完全明確的人腸道C&FSV胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，僅有根據(jù)配體特異性、蛋白質(zhì)性質(zhì)等推測(cè)的可能蛋白質(zhì)。如在人視網(wǎng)膜發(fā)現(xiàn)的葉黃素結(jié)合蛋白（human retinal lutein-binding protein，HR-LBP）[61-62]和紫苑蛋白[63]、載脂后的類胡蘿卜素膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SRBI、CD36、NPC1L1）[22]、脂肪酸結(jié)合蛋白（fatty acid binding protein，F(xiàn)ABP）[64]、肝臟的Sec14p-like蛋白（包括TAP1、2和3）[62]、大鼠腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)VD代謝物結(jié)合蛋白（cytosolic vitamin D metabolite binding protein，cDBP）[42]等。

2.2.2 細(xì)胞內(nèi)代謝

C&FSV的胞內(nèi)代謝機(jī)制總體而言還處于“黑匣子”狀態(tài)，類胡蘿卜素的代謝途徑有相對(duì)清晰的通路，脂溶性維生素除了VA，其他脂溶性維生素的細(xì)胞內(nèi)代謝機(jī)制尚不明確。下面主要介紹類胡蘿卜素的細(xì)胞內(nèi)代謝過程。

類胡蘿卜素經(jīng)各種途徑由腸道轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)后，有3 種可能的代謝命運(yùn)：1）類胡蘿卜素被細(xì)胞質(zhì)的β-胡蘿卜素加氧酶（β-carotene oxygenase，BCO）1加氧裂解為視黃醛，繼續(xù)被其他酶代謝為視黃醇及其衍生物，如視黃醛、視黃酸、視黃酯，最終以視黃酯的形式在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被包裝為乳糜微粒，即先代謝為視黃醇酯再進(jìn)入細(xì)胞產(chǎn)生的乳糜微粒中；2）類胡蘿卜素在線粒體內(nèi)被BCO2加氧裂解為類胡蘿卜素氧化裂解產(chǎn)物（apocarotenoids）；3）類胡蘿卜素直接在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被包裝進(jìn)乳糜微粒中。

2.2.2.1 類胡蘿卜素裂解雙加氧酶

類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（carotenoid cleavage dioxygenases，CCDs）包括BCO1和BCO2。CCDs具有一個(gè)半圓頂蓋覆蓋的七葉螺旋槳的折疊區(qū)，襯有疏水性氨基酸殘基的長(zhǎng)隧道，并可通過長(zhǎng)隧道抵達(dá)酶的活性中心。BCO1是一種細(xì)胞質(zhì)酶，主要對(duì)具有β-紫羅酮環(huán)的類胡蘿卜素的C15、C15’雙鍵進(jìn)行切割，也可以將番茄紅素切割為開環(huán)VA，前者是人體產(chǎn)生VA的關(guān)鍵途徑，后者用于在嚴(yán)重缺乏VA時(shí)維持類VA信號(hào)傳導(dǎo)[65]。BCO2是一種在線粒體內(nèi)膜表達(dá)的酶，具有廣泛的底物特異性，能催化包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)、玉米黃質(zhì)、葉黃素和蝦青素在內(nèi)的眾多類胡蘿卜素，反應(yīng)位點(diǎn)為各種化學(xué)紫羅酮環(huán)附近的C9與C10之間的雙鍵[65]，能調(diào)節(jié)類胡蘿卜素的穩(wěn)態(tài)，也能參與產(chǎn)生VA[66]。

2.2.2.2 類胡蘿卜素經(jīng)BCO1途徑的代謝

類胡蘿卜素進(jìn)入細(xì)胞中，在細(xì)胞質(zhì)BCO1的催化下斷開C15和C15’之間的雙鍵，產(chǎn)生視黃醛。視黃醛可以被視黃醛脫氫酶（retinal dehydrogenases，RDHs）氧化為視黃酸[65]，也可以被視黃醛還原酶（retinal reductase，RalRs）還原為視黃醇[56]。視黃醇可進(jìn)一步被卵磷脂∶視黃醇?；D(zhuǎn)移酶（lecithin: retinol acyl transferase，LRAT）轉(zhuǎn)化為視黃酯[56]。視黃酯與其他膳食脂質(zhì)一起在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被包裝進(jìn)乳糜微粒，便可進(jìn)行后續(xù)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

視黃酸與視黃酸受體（retinoic acid receptors，RARs）結(jié)合后，會(huì)與維甲酸X受體（retinoid X receptors，RXR）結(jié)合，調(diào)節(jié)腸道特異性同源框（intestine-specific homeobox，ISX）的表達(dá)，進(jìn)而影響B(tài)CO1和SR-BI的轉(zhuǎn)錄[65]。在視黃醇形成視黃酸導(dǎo)致ISX響應(yīng)的過程中，LRAT起到很重要的調(diào)控作用。這可能是因?yàn)長(zhǎng)RAT能夠?qū)⒍嘤嗟囊朁S醇轉(zhuǎn)化為視黃酯，從而減少了視黃酸的形成[67]。

2.2.2.3 類胡蘿卜素經(jīng)BCO2途徑的胞內(nèi)代謝

類胡蘿卜素在線粒體被BCO2加氧裂解紫羅酮環(huán)旁的C9’與C10’之間的雙鍵，產(chǎn)生長(zhǎng)鏈（C的個(gè)數(shù)大于20）的類胡蘿卜素氧化裂解產(chǎn)物。當(dāng)前已在小鼠組織中充分證明存在通過BCO2產(chǎn)生的類胡蘿卜素氧化裂解產(chǎn)物，如不對(duì)稱的類胡蘿卜素β-隱黃質(zhì)通過BCO1和BCO2逐步加工產(chǎn)生VA的過程中，涉及到β-apo-10’-視黃醛中間體[68]。玉米黃質(zhì)和葉黃素也會(huì)產(chǎn)生類胡蘿卜素氧化裂解產(chǎn)物[69]。若BCO2基因被敲除，則可能導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)的類胡蘿卜素（如蝦青素）積累[70]。最新研究表明BCO2會(huì)催化小鼠體內(nèi)β-胡蘿卜素C9與C10之間的雙鍵氧化裂解，生成β-紫羅酮環(huán)和10,10’-apocarotene-二醛[71]。

綜上所述，BCO1和BCO2可以通過化學(xué)途徑將類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為更小的分子，從而達(dá)到補(bǔ)充VA、維持VA相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)等目的。但仍需要進(jìn)一步研究以闡明這些產(chǎn)物在哺乳動(dòng)物中的代謝過程及其生理學(xué)作用。

2.3 腸細(xì)胞基底外側(cè)膜的分泌

2.3.1 ApoB依賴性的乳糜微粒分泌途徑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（microsomal triglyceride transport protein，MTP）向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)膜蛋白ApoB48添加甘油三酯、膽固醇酯和磷脂產(chǎn)生初始乳糜微粒。初始乳糜微粒轉(zhuǎn)移至高爾基體，獲得ApoA1，同時(shí)ApoB48進(jìn)行糖基化，便形成成熟的乳糜微粒。形成乳糜微粒時(shí)，必須存在兩親性表面脂質(zhì)（磷脂和膽固醇）和中性核心脂質(zhì)（三酰基甘油和膽固醇酯）[65]。

在新的基底側(cè)分泌途徑被發(fā)現(xiàn)前，乳糜微粒分泌途徑是C&FSV體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)研究的主要方向[72]。目前一般觀點(diǎn)認(rèn)為VA、VE、VD、VK1和類胡蘿卜素都能通過乳糜微粒途徑進(jìn)行基底側(cè)分泌[4]。隨著研究的推移，發(fā)現(xiàn)VA主要以視黃酯的形式在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中摻入到初始乳糜微粒中[65]，而VE主要以游離形式在高爾基體中摻入到成熟的乳糜微粒中[73]。

2.3.2 ABCA1介導(dǎo)的HDL分泌途徑

除了乳糜微粒分泌途徑，ABCA1介導(dǎo)的HDL分泌途徑近年來也備受關(guān)注。ABCA1是ABC家族中的一員，其包含2 個(gè)ECD、2 個(gè)TMD、2 個(gè)胞內(nèi)的NBD和1 個(gè)胞內(nèi)蛋白質(zhì)識(shí)別位點(diǎn)的RD，是一種腸細(xì)胞基底側(cè)外排蛋白[74]（圖2D）。

ABCA1在空腸和回腸中高度表達(dá)[75]，并多以二聚體或四聚體的形式在細(xì)胞質(zhì)膜的基底側(cè)表達(dá)。ABCA1蛋白二聚體和兩個(gè)ApoA1結(jié)合能產(chǎn)生HDL，隨后ABCA1蛋白二聚體變?yōu)閮蓚€(gè)ABCA1蛋白單體。ABCA1蛋白同時(shí)也充當(dāng)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其酶活性能將磷脂從細(xì)胞膜內(nèi)轉(zhuǎn)移到膜外，從而完成胞內(nèi)物質(zhì)的外排[74]。當(dāng)前已發(fā)現(xiàn)游離視黃醇[24]、VE[24]、玉米黃質(zhì)和葉黃素[40]參與ABCA1介導(dǎo)的HDL分泌途徑，但是視黃酯的外排不參與[76]。

ABCG1蛋白也是ABC家族中的一員，當(dāng)前研究表明ABCG1主要在大腦、肝和巨噬細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，且ABCG1和ABCA1能通過協(xié)同作用促進(jìn)膽固醇的排出[51]。ABCG1參與VE外排[77]的現(xiàn)象與ABCA1能通過ABCG1有效促進(jìn)膽固醇外排的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相印證[74]。ABCA1介導(dǎo)膽固醇外排的具體分子機(jī)制仍存在爭(zhēng)議[78]，但ABCA1和ABCG1在介導(dǎo)胞內(nèi)物質(zhì)外排時(shí)具有協(xié)同作用的可能性是存在的，即ABCA1和ABCG1可能協(xié)同參與VE的外排。

腸上皮細(xì)胞吸收C&FSV的機(jī)制尚未完全探明，但一些關(guān)鍵蛋白和關(guān)鍵過程已有所報(bào)道，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)下的C&FSV腸道吸收Fig. 4 Transporter-mediated intestinal absorption of C&FSV

3 C&FSV轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)控

C&FSV中轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)調(diào)節(jié)主要依賴于兩個(gè)部分：1）膳食組分或藥物與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合直接調(diào)節(jié)或與核受體作用間接調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)活性；2）宿主因素如宿主的某些病癥、腸道產(chǎn)生的膽鹽和多種激素通過各種作用在機(jī)體內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)活性（圖5）。

圖5 C&FSV轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)控可能涉及的關(guān)鍵因子和調(diào)節(jié)通路Fig. 5 Possible key factors and regulatory pathways involved in the regulation of C&FSV transporters

3.1 膳食成分

膳食VA或類胡蘿卜素在小腸上皮細(xì)胞中可被轉(zhuǎn)化為視黃酸，視黃酸能夠誘導(dǎo)核內(nèi)的腸道特異性同源框ISX的表達(dá)，從而抑制BCO1和SR-BI的活性表達(dá)，起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用[79]。同為脂溶性維生素的VE對(duì)機(jī)體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)調(diào)節(jié)主要以下調(diào)為主。在Caco-2細(xì)胞中，VE可通過SREBP2、LXRα和膽固醇合成基因下調(diào)ABCA1和ABCG1的表達(dá)活性[80]。

由于脂肪酸能調(diào)節(jié)PPARα等受體[81]，攝入脂肪被認(rèn)為具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性的潛力。科學(xué)研究的重點(diǎn)主要是不同脂肪酸對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)影響以及調(diào)節(jié)機(jī)制。研究表明，大鼠刷狀緣膜中的油酸可以抑制CD36的表達(dá)活性[82]；二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）在倉(cāng)鼠模型中能夠上調(diào)SR-BI和ABCA1的表達(dá)活性[83]；EPA和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）在不同細(xì)胞中能下調(diào)NPC1L1[84]和ABCA1[85]的表達(dá)活性；花生四烯酸（arachidonic acid，ARA）、二十二碳五烯酸（docosapentaenoic acid，DPA）、DHA對(duì)ABCA1起下調(diào)作用[86]。中鏈甘油三酯也能下調(diào)SR-BI的表達(dá)活性[87]。部分物質(zhì)如EPA在不同模型中對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)節(jié)并不相同，一方面轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)不同，調(diào)控靶點(diǎn)也不同；另一方面細(xì)胞模型與動(dòng)物模型中的小腸上皮細(xì)胞存在差異。同屬于脂質(zhì)的固醇類物質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)節(jié)也有所研究。在小鼠腸道中，膽固醇下調(diào)了NPC1L1[88]的表達(dá)活性，Caco-2細(xì)胞和人小腸上皮細(xì)胞中，25-羥基膽固醇[89]和谷甾醇[90]也表現(xiàn)出類似的調(diào)節(jié)作用，這可能是由于SREBP2的存在。植物甾醇在Caco-2細(xì)胞中通過27-羥基膽固醇和LXRα抑制ABCA1的表達(dá)作用[91]。

多酚類物質(zhì)對(duì)SR-BI、CD36和NPC1L1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)作用是近10 年逐步興起的研究熱點(diǎn)。過去20 年間，基于多酚與類胡蘿卜素的協(xié)同吸收[92]、C&FSV吸收的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白依賴性[4]、多酚類物質(zhì)與胞內(nèi)信號(hào)受體存在聯(lián)系[93]、胞內(nèi)信號(hào)受體對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)活性調(diào)節(jié)機(jī)制[94]等認(rèn)知基礎(chǔ)，多酚對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)活性調(diào)節(jié)機(jī)制愈發(fā)受到重視。近20 年，相關(guān)研究主要聚焦于不同多酚物質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)影響以及調(diào)節(jié)機(jī)制。橄欖油多酚通過PPARs（包括PPARα、PPARγ、PPARδ）促進(jìn)SR-BI、ABCA1和CD36的表達(dá)[95]；姜黃素可以通過抑制SREBP2下調(diào)倉(cāng)鼠腸道中NPC1L1的表達(dá)[96]。最近5 年，研究發(fā)現(xiàn)柑橘類黃酮[97]和包括表沒食子兒茶素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、黃腐酚、橙皮素、橙皮苷、花青素、姜黃素、槲皮素在內(nèi)的多酚物質(zhì)[98]對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性表達(dá)具有促進(jìn)作用，并提出柑橘類黃酮可能通過PPARγ途徑促進(jìn)SR-BI的表達(dá)。2019年，Kobayashi[99]發(fā)現(xiàn)木犀草素既可直接與NPC1L1結(jié)合，也可以通過SREBP2抑制NPC1L1的表達(dá)。2020年，Su Tao等[100]發(fā)現(xiàn)芹菜素可下調(diào)小鼠中的CD36表達(dá)活性。2021年，Pang Juan等[101]發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可下調(diào)NPC1L1的表達(dá)活性，這可能與LXR受體有關(guān)?；谇笆龆喾訉?duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)活性調(diào)節(jié)作用，Lokhande等[102]發(fā)現(xiàn)山柰酚、槲皮素是PPARγ的激動(dòng)劑，推測(cè)山柰酚具有促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的潛力。

生物堿也可能具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的功效。吳茱萸堿可以通過與ABCA1的直接結(jié)合升高ABCA1的穩(wěn)定性和表達(dá)水平[103]；胡椒堿能夠上調(diào)肝細(xì)胞的SR-BI和小腸細(xì)胞ABCG8的表達(dá)活性[104]，同時(shí)下調(diào)小腸細(xì)胞NPC1L1的表達(dá)活性[105]；荷葉堿能顯著下調(diào)NPC1L1的表達(dá)活性并改善大鼠的血脂異常[106]；小檗堿對(duì)肝脂代謝的調(diào)節(jié)可能部分由于其通過FXR抑制了腸道CD36的表達(dá)[107-108]。

藥物對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的調(diào)節(jié)已進(jìn)入科學(xué)研究的應(yīng)用階段，有效抑制蛋白表達(dá)活性的藥物有助于控制其吸收量。伊澤提米貝最早在Caco-2細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)可能通過RARγ、SREBP1、SREBP2、LXRβ下調(diào)SR-BI、NPC1L1和ABCA1的表達(dá)活性[9]，但近年來伊澤提米貝多用作NPC1L1的特異性抑制劑[109]，因?yàn)橐翝商崦棕惪膳cNPC1L1直接結(jié)合[44]。奧利司他通過靶向NPC1L1[110]抑制該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，其作用甚至強(qiáng)于伊澤提米貝。但是當(dāng)處理時(shí)間超過48 h后，奧利司他可以通過NPC1L1增加膽固醇的細(xì)胞攝入。培馬貝特在最近的研究中表現(xiàn)出對(duì)SR-BI和NPC1L1的抑制作用[111]；格列苯脲可以抑制ABCA1蛋白的表達(dá)[112]；BLT-1（blocks lipid transport-1）可下調(diào)SR-BI的表達(dá)活性[28]，BLT-4（blocks lipid transport-4）可以下調(diào)ABCA1的表達(dá)活性[112]。同樣可下調(diào)ABCA1的表達(dá)活性的還有他汀類藥物[113]。奧貝膽酸可上調(diào)ABCA1等多個(gè)ABC家族成員的表達(dá)活性[114]。SSO（sulfo-N-succinimidyl oleate）可顯著抑制心肌CD36的表達(dá)活性[115]。

3.2 宿主因素

宿主的某些病癥、腸道產(chǎn)生的膽鹽和多種激素對(duì)腸細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)也具有調(diào)節(jié)作用。當(dāng)機(jī)體膽汁分泌不足時(shí)，小腸SR-BI的表達(dá)可能會(huì)降低[116]。胰島素抵抗患者不能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為能量，容易導(dǎo)致代謝綜合征和2型糖尿病。具有胰島素抵抗的倉(cāng)鼠腸道中SR-BI轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)量增加[117]。與胰島素抵抗相反，研究者近年來發(fā)現(xiàn)胰島素可以提高SR-BI的轉(zhuǎn)運(yùn)表達(dá)，并明確了有關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制[118]，由此明確了胰島素是調(diào)節(jié)SR-BI的信號(hào)分子之一。雌激素減少會(huì)導(dǎo)致腸CD36的表達(dá)升高[119]。當(dāng)雄激素受體受到拮抗時(shí)，CD36的表達(dá)量會(huì)增加[120]。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文全面介紹了C&FSV的消化吸收機(jī)制及其所涉及的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與調(diào)節(jié)相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)活性的因素，明確了膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SR-BI、CD36、NPC1L1、ABCA1、ABCB1、ABCG5/G8）在細(xì)胞膜吸收C&FSV時(shí)起到的重要介導(dǎo)作用，闡明了RBP2蛋白、裂解酶BCO1、裂解酶BCO2在類胡蘿卜素胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及催化反應(yīng)中所起的關(guān)鍵性作用，提出了幾種可能的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白?？傮w而言，C&FSV的腸道吸收機(jī)制研究在過去20 年間取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍然有許多尚不明確的地方，譬如是否存在特異性轉(zhuǎn)運(yùn)某種類胡蘿卜素或脂溶性維生素的腸道膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白？VA以外的其他脂溶性維生素的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過程和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制具體是什么？除了RBP2，C&FSV的胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有哪些？它們的具體作用是什么？ABCA1/G1能否介導(dǎo)除VE、葉黃素、玉米黃質(zhì)以外的其余C&FSV的基底側(cè)分泌？這些問題的揭示將推動(dòng)C&FSV乃至脂溶性物質(zhì)的腸道吸收研究進(jìn)展，從而更好地發(fā)揮其健康效應(yīng)。