谷氨酰胺與腸道缺血/再灌注損傷

顧元博(綜述)，賀 德 (審校)

(1．廣東醫學院研究生院，廣東湛江524003;2．深圳市寶安區人民醫院普外科，廣東深圳518101)

近年來，隨著對腸黏膜屏障的深入了解，腸道微生態對維持機體健康狀態的作用越來越受到人們的關注，甚至有部分學者將其稱為“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。在發生嚴重創傷、燒傷、失血性休克、腸梗阻、膽管梗阻、急性胰腺炎、蛋白質營養不良、長期應用廣譜抗生素或免疫抑制劑、電離輻射等［3］的情況下，機體為維持其他重要臟器的血液供應，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，即通過神經-內分泌調節使消化道血供減少，導致胃腸道發生缺血性改變，經常會造成腸道的缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)損傷。而黏膜細胞對缺氧的耐受性是最差的，缺血缺氧早期即可出現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腸道黏膜屏障進入腸以外組織，到達腸系膜淋巴結、肝、脾、肺、腎等臟器和體循環內成為內源性感染源，這種腸內細菌向腸外組織遷移的現象稱為細菌移位［4］。谷氨酰胺(glutamine，Gln)是血液循環和組織內游離氨基酸池中含量最高的氨基酸，是應激狀態下小腸黏膜細胞唯一能量來源和腸道修復最重要的營養物質［5］。Gln可以降低腸道通透性和減輕細菌移位水平，從而在維護腸道黏膜屏障的完整性上產生積極的影響［6］。基于此原因，人們在Gln對腸黏膜屏障的影響上進行了大量研究。現就近年來對Gln在外科營養中的研究及其對腸道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胞和其他增生活躍細胞(如免疫細胞、成纖維細胞)的主要能量來源［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生亦無法儲存Gln。Gln的來源主要依靠內源性和外源性兩條途徑。其中以內源性途徑最為重要，這條途徑主要來自肌肉和肺泡，在這些組織的細胞中含有豐富的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胞提供內源性Gln。外源性Gln主要來自食物中的蛋白［9］。正常情況下，腸道不會發生Gln缺乏。在應激狀態，經飲食攝入量和體內合成量就不能維持其在體內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對腸道I/R時通透性的影響 腸黏膜屏障是機體最重要的免疫防御屏障，將機體與腸道內的外源性物質隔離開來。腸黏膜具有屏障功能最重要的解剖基礎是腸上皮細胞間具有完整的緊密連接，封閉了細胞旁間隙，使得腸上皮細胞僅對離子、氨基酸等營養物質選擇性通過。小腸I/R時產生大量氧自由基，而致腸黏膜通透性增高，小腸黏膜損傷，同時降低 Na+-K+-ATP酶活性，使營養物質吸收障礙［11］。在組織I/R損傷時腸黏膜組織中的黃嘌呤氧化酶系統活性明顯增高，黃嘌呤氧化酶系統是組織I/R損傷時氧自由基產生的最主要來源，腸組織I/R后產生大量的氧自由基，使生物膜中的多不飽和脂肪酸過氧化，導致生物膜中多不飽和脂肪酸含量明顯減少，細胞膜的液態性、流動性和通透性發生改變。同時，組織病理學上出現黏膜固有層上皮細胞變性、壞死、脫落，腸絨毛水腫和間隙增寬，表明腸黏膜機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］。抗氧化劑對I/R引起的腸道損傷在體外實驗研究中有肯定的保護作用［16，17］。GSH是細胞內主要的抗氧化劑，其主要功能是保護細胞免受氧自由基和內、外源性毒性物質的損害。GSH對自由基有較強的清除能力，I/R時腸組織中GSH含量明顯減少，對自由基的清除發生障礙。因此，一方面，由于腸黏膜組織中黃嘌呤氧化酶量升高，使氧自由基產生增多;另一方面，GSH含量減少，使生成的氧自由基不能及時清除。于是這些活性氧簇成分與細胞膜上的多不飽和脂肪酸發生脂質過氧化，結果導致腸組織細胞損傷進一步加劇。在完全胃腸外營養期間，Gln是GSH生物合成的限速因素，Gln能夠增加線粒體GSH過氧化物酶活性［18］，提高靜息狀態下血漿GSH的含量，在消化道受到I/R損傷時，更好地保存肝臟GSH含量，從而保護腸上皮細胞免受氧自由基損害［19，20］。

緊密連接蛋白occludin是脊椎動物的上皮細胞緊密連接的成分。Gln缺乏能夠通過減少活性緊密連接蛋白occludin表達影響緊密連接的完整性，進而增加腸上皮屏障通透性，而在補充Gln后，緊密連接蛋白occludin逐漸向細胞膜上轉移，定位于膜尖端的緊密連接處，形成完整的緊密連接，提示補充Gln是維護腸緊密連接完整性，降低腸上皮屏障通透性的有效手段［21］。Demirkan 等［22］應用 Gln 治療腸道I/R大鼠動物模型，觀察腸道組織病理學改變，發現Gln處理組可明顯減低血漿內毒素水平，提示Gln對腸黏膜屏障有保護作用。此外，Pontell等［23］最新的研究顯示，腸道I/R后，腸道蠕動減弱，引起腸道的縱行肌肉嚴重損傷，這可能有助于加重腸道屏障的破壞作用，導致細菌移位的發生。

2．2 Gln對腸道I/R時免疫功能的影響 腸道除作為消化和吸收的重要器官外，其免疫系統也很復雜。研究證實，Gln可參與腸道有關的各種淋巴細胞、巨噬細胞、分泌型免疫球蛋白等重要能量來源的組合分解，從而降低細菌對腸道細胞的黏附，間接維持腸道黏膜的屏障作用，保護細胞免疫功能［19］。

腸道相關淋巴組織(gut-associated lymphatic tissue，GALT)在腸道免疫保護的作用備受重視，GALT是腸道固有層等產生分泌型IgA(S-IgA)的一個重要調節中心，是誘導對外抗原引起免疫反應的關鍵部位;GALT中抗原遞呈是S-IgA分泌細胞分泌抗原特異性IgA進入腸道的重要前提。故GALT是細菌、毒素、食物抗原和潛在有害生物構成的重要屏障。Gln是GALT的重要營養素，研究發現［24］，機體嚴重感染時GALT代謝增強，Gln利用和消耗大大增加，而此時體內Gln含量常不足，故外源性補充Gln對維持GALT功能，保證腸道局部免疫功能維持，減少腸道細菌和毒素移位有重要作用。

I/R損傷會增加腸道細胞間黏附分子1的表達，這可能與中性粒細胞的遷移、聚集和活化有關［10］。補充Gln的全腸外營養可通過增加腸道黏膜免疫IgA水平，維持適當的腸道內IgA刺激細胞因子環境，降低細胞間黏附分子1表達和減少中性粒細胞聚集，增強腸道對低灌注的耐受等途徑實現，從而明顯降低小鼠腸道I/R后的病死率［25］。

腸外補充Gln對改善危重癥患者預后有重要作用，但有研究發現［26］，腸外營養可降低 IgA、白細胞介素(interleukin，IL)4及IL-10的水平，而增加細胞間黏附分子1的表達及淋巴細胞聚集，補充Gln可以使細胞間黏附分子1和IL-4表達恢復正常。Coeffier等［27］利用人腸黏膜細胞觀察了Gln對炎性反應的影響，結果發現Gln可降低IL-1誘導前炎性細胞因子(IL-6)的產生，而增加抗炎因子IL-10的產生。這些結果提示腸道補充Gln可調節小腸黏膜的炎性反應。

2．3 Gln對腸道I/R時腸黏膜凋亡的影響 正常小腸黏膜上皮是一種動態的上皮，3～8 d更新一次，其本身就存在自發性凋亡，以清除衰老細胞。其屏障功能的完整性和內環境的穩定性主要依賴腸黏膜細胞凋亡和增殖之間的穩態平衡。Mandir等［28］研究表明，隱窩是腸上皮細胞增殖的場所，在增殖過程中利用凋亡機制來去除增殖過多的細胞以及發生畸變的細胞，而在絨毛上部是成熟細胞與衰老細胞交替帶，通過凋亡來去除老化細胞。

Gln是一些快速代謝細胞的重要能源物質，具有多種功能，如促進免疫細胞增殖、保護機體細胞免受氧化應激損傷和減少細胞凋亡等。在誘導膿毒癥及敗血癥的實驗模型后給予單一Gln靜脈注射，結果顯示Gln可通過調節炎性介質，如增加IL-10水平，減少中性粒細胞趨化因子1和IL-6水平，從而減輕腸道上皮細胞凋亡，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，有顯著的抗細胞凋亡作用。Umeda等［30］對失血性休克大鼠模型用Gln預處理，觀察發現腫瘤壞死因子α、誘導型一氧化氮合酶、caspase-3、細胞間黏附分子1表達降低，細胞素合成抑制因子IL-10和抑制細胞凋亡的Bcl-2基因表達增加，回腸黏膜炎癥明顯改善，細胞凋亡減少，因此提出Gln對失血性休克時腸道黏膜的保護機制可能是通過增加腸道血紅素加氧酶1的水平實現的。

Gln有促進細胞增殖和抗細胞凋亡的雙重功效。Gln可與表皮生長因子、重組人生長激素協同發揮促小腸黏膜增殖作用［19，24］，還能激活絲裂原蛋白激酶［26］。但細胞增殖、分化是一個較長期的過程(約60 h)，腸上皮干細胞經過多次分裂才能逐漸分化為成熟的黏膜細胞。所以，Gln無法通過增殖途徑對I/R引起的腸黏膜損傷起到保護作用。

3 結語

腸道I/R是休克損傷的共同通路。腸道I/R時引起腸黏膜上皮細胞凋亡，腸道黏膜糜爛和破壞，菌群失調，加之促炎性細胞因子的大量分泌和腸道通透性的增加，引起腸道細菌易位［31］。Gln作為腸上皮細胞重要的能量來源，是腸黏膜細胞不可缺少的能源物質，支持氨基酸的生物合成，又是淋巴細胞合成的原料。目前其分子水平機制雖然尚未完全清楚，但多數研究表明在應激狀態下補充Gln可抑制炎性因子的表達、提高腸黏膜屏障功能和免疫細胞功能，調節腸黏膜上皮細胞的增殖與凋亡。因此，歐洲腸外營養學會指出，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腸黏膜屏障功能的損傷，導致腸黏膜屏障功能損傷、免疫功能降低及腸上皮細胞凋亡增加。尋找腸黏膜保護的方法不能通過某一種或幾種物質，隨著人們對腸黏膜屏障損傷機制的深入了解，物質間的聯合作用對腸黏膜屏障功能的影響將會是今后的研究熱點。

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