腸道葡萄糖轉運體的研究進展

何莞嫣，粟靈皓，宋 卓，王 征

（湖南農業大學，湖南 長沙 401028）

葡萄糖是大部分哺乳動物生命活動與細胞能量代謝的主要原料，它在體內的轉運與調控是一系列復雜的過程，并且受到多種因素的影響。機體血液中葡萄糖主要來源于消化道的吸收和非糖物質的轉化，再經過血液循環系統被運輸到全身各組織和器官，為它們提供能量和動力。由于葡萄糖是一種極性分子，所以它不能以自由擴散的途徑來通過細胞脂質雙層膜結構，只能以主動運輸和易化擴散的方式通過細胞膜。葡萄糖轉運體可以根據其轉運的方式分為兩個家族：SGLTs（sodium dependent glucose transporter）和 GLUTs（facihated glucose transporter）。

1 葡萄糖轉運體結構和組織特異性

1.1 Na+-葡萄糖共轉運載體

SGLTs有大約450個成員，分為6種亞基類型，不同的亞型對底物的親和度和動力學特征都不一樣，因而在整個葡萄糖穩態系統中扮演著不同的角色。SGLT-1的結構最具代表性，它是一種高親和力的轉運體，負責D-葡萄糖和D-半乳糖的吸收[1]。不同物種的SGLT-1同源性較高，大小為662～665個氨基酸，人類的SGLT-1由14個跨膜α螺旋組成[2]，即 MS1～MS14，它的N 末端在 MS1細胞外，C末端位于MS14細胞質邊緣。SGLT-1的結構中存在螺旋內鹽橋[3]，它的存在能減少細胞膜上跨膜區不利的自由能變化。在腸道葡萄糖轉運過程中，SGLT-1分別需要與2個Na+和1個葡萄糖分子偶聯，Kanai等研究結果顯示，在克隆SGLT-1表達過程中得到的2個Na+的Hill系數是不一致的，即SGLT-1有2個不同親和力的Na+特異性結合位點[4]。在隨后對葡萄糖轉運過程中穩態SGLT-1的研究，也肯定了Na+與載體特異性位點的結合能增強載體對葡萄糖的親和力。

1.2 易化葡萄糖轉運載體

GLUTs的成員較少，包括GLUT-1～GLUT-12以及Na+-肌醇協同轉運體（HMIT）[5]，它們的分工十分明確[6-7]，負責葡萄糖轉運的是GLUT-1～GLUT-4，而參與果糖運輸的則主要是GLUT-5、GLUT-7、GLUT-9和GLUT-11。研究表明，GLUTs在結構上都有12個螺旋跨膜區（M1～M12），其氨基和羧基末端均位于細胞質一側，而長度和序列在不同GLUT載體中有所不同。在GLUT的結構中含有螺旋組成的膜內水溶性孔道，這些螺旋內的氫鍵又可以組成氨基酸側鏈，進而為葡萄糖的轉運提供特異性結合位置，另一部分螺旋則負責完成葡萄糖在脂質雙分子層兩側的結合與轉位。在理論上，可用Km值的高低來評價GLUT轉運體對葡萄糖的親和力的強弱。有研究表明，GLUT-3的親和力最強，即使在血糖濃度較低時也能轉運葡萄糖，而GLUT-2的葡萄糖親和力最弱，其作用是在血糖濃度較高時幫助肝臟和胰腺β細胞及時作出應答反應，并且在小腸組織中負責和SGLTs相互協作完成葡萄糖的吸收和轉運[8]。

2 腸道葡萄糖轉運體的跨膜機制

腸道主要通過兩條途徑來吸收葡萄糖：（1）腸粘膜上的SGLT-1主動運輸葡萄糖；（2）GLUT順濃度梯度的易化擴散。葡萄糖從小腸腔內進入血液循環必須通過SGLTs和GLUTs兩類特異性載體相互配合才能實現。細胞內外Na+濃度梯度的產生，導致細胞外高濃度的Na+容易與SGLT-1載體上帶負電荷的位點結合，提高轉運載體對葡萄糖的親和力，從而與葡萄糖結合形成Na+-載體-葡萄糖復合物，然后順應Na+濃度梯度進入小腸上皮細胞。載體在細胞內與Na+和葡萄糖分離，還原到原始狀態，重新暴露其特異性結合位點，準備進入下一個轉運循環，為了維持細胞內外的Na+濃度水平（細胞內 10～20 mmol/L，細胞外 140 mmol/L），在葡萄糖運輸中進入細胞內的Na+會被細胞側基底膜的鈉鉀泵[9]送回到細胞外。隨著越來越多的葡萄糖被運輸進來，在細胞內積累到一定程度后，葡萄糖就會由高濃度向低濃度擴散，即通過GLUT-2經易化擴散轉運至細胞間隙進入血液循環[10-11]。

3 幾種主要食物多酚對腸道葡萄糖轉運體的影響

葡萄糖在腸道的吸收與代謝機制相當復雜，多種因素參與其調控過程，比如腸道菌群、相關代謝酶、葡萄糖轉運體等。但是科研人員關注最多的還是關于腸道葡萄糖轉運體的研究。葡萄糖轉運體在腸道的跨膜轉運機制中負擔了約75%葡萄糖的轉運，在維持機體血糖穩態方面起著關鍵作用[12]。根據葡萄糖在腸道的轉運機制，大量關于天然膳食多酚的研究證明，綠原酸、阿魏酸、咖啡酸、丹寧酸[13]、槲皮素[14]、茶兒茶素[15-17]和柚皮素[18]均能抑制SGLT-1的轉運，槲皮素、楊梅素、芹菜素和兒茶素能抑制GLUT-2的轉運[19-20]，其中槲皮素對腸道葡萄糖的轉運調控最為明顯。有關槲皮素在Caco-2細胞模型中的轉運研究表明，SGLT-1和GLUT-2可能同時參與了槲皮苷的跨膜轉運過程，槲皮素以苷元形式與葡萄糖競爭結合SGLT-1[21]，從根源上減少了葡萄糖的吸收，進而維持餐后機體血糖的穩定。研究還指出，槲皮素對GLUT-2可以產生強烈的抑制作用，在腸腔內可以抑制GLUT-2對葡萄糖的胞內攝取，進入細胞后則進一步發揮對基底側GLUT-2的抑制作用[22-23]。還有研究表明，不依賴SGLT-1轉運的表沒食子兒茶素沒食子酸酯也能抑制SGLT-1轉運葡萄糖[24]，其機理與槲皮素類似。

4 腸道葡萄糖轉運體表達的調控

4.1 晝夜規律

有研究表明，上午 10∶00～11∶00 大鼠空腸中SGLT-1 mRNA 的表達量是下午 14∶00～17∶00 期間的8倍，嚙齒動物的生活習性是夜間進食，隨著食物的吸收代謝，SGLT-1的活動也會提高，但是報告指出，下午15∶00左右在大鼠并未進食的情況下，大鼠空腸中SGLT-1的mRNA和蛋白水平均高于夜間[25]，這也證明了小腸SGLT-l的表達明顯受到晝夜節律的調節。

4.2 飲食

飲食中多種成分都會直接或者間接調控SGLT-1的活性或者表達量，如下調食物中Na+水平可以降低SGLT-l的表達。根據Barfull等[26]報道，喂養Na+含量較低的飼料，會導致雞腸道轉運α-甲基-D-葡萄糖減少，回腸和直腸分別減少42%和51%，并且強調這些變化都是可逆轉的。飲食中碳水化合物的含量也是影響小腸中SGLT-1表達的重要因素。在正常飼料中添加較高濃度的D-葡萄糖或其類似物，用以飼養小鼠或者大鼠，試驗結果顯示其小腸組織中SGLT-1的水平提高了2～3倍[27]，但只有長期的高水平攝入D-葡萄糖才會對轉運體產生顯著影響[28-29]。小腸中碳水化合物的含量與相應的酶和轉運蛋白活性成正相關[30]，這個理論適用于大多數動物機體。飲食中的碳水化合物也能影響人體中腸道SGLT-1的表達[1]。

4.3 發育階段

哺乳動物出生后依賴乳類物質生存，在這個階段中，己糖和氨基酸攝取能力強，SGLT-1在腸道中的表達也較強，在斷奶階段時，SGLT-1的表達明顯減少[2]。在大鼠的研究中，斷奶后和成年的大鼠空腸中SGLT-1的蛋白水平要顯著低于哺乳期[31]。Barfull等[26]在研究中還比較了2日齡和5周齡的雞腸道中SGLT-1的mRNA和蛋白水平的表達，結果顯示mRNA的表達存在顯著差異，而在蛋白水平上，2日齡的表達要明顯高于5周齡，這暗示著年齡對SGLT-1的調控主要表現在轉錄后階段。

4.4 生理情況

在不同的生理情況下，葡萄糖轉運體的表達會在各種因素的影響下發生變化。如糖尿病患者被檢查出空腸SGLT-1和GLUT-2的mRNA水平遠遠高于正常人[32]。有研究指出，增加細胞培養液中葡萄糖的濃度會導致細胞膜上GLUT的表達降低[33]。也有報道證實，在相同的生理情況下，不同時段的葡萄糖載體會發生不一樣的變化，例如機體在缺氧缺血的前期，體內代謝由有氧方式轉為無氧酵解，需要大量的葡萄糖來提供能源，因此，GLUT-1和GLUT-3會響應機體的號召，增加轉運以滿足機體的要求。但如果機體長期處于缺血、缺氧狀態，GLUT的表達會發生回降，甚至表達很低。

4.5 生理激素

有多種激素參與人的生命活動，有的是自身分泌，有的則是由外界攝入，這些激素中又有一部分參與了對葡萄糖轉運載體的調控。根據相關文獻報道，表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）會使腸道刷狀緣膜的表面積增加，并通過增加頂膜上SGLT-l的數量，來提高兔空腸葡萄糖吸收的最大速度[34]，同時也會上調GLUT-1的表達。激素的調控主要體現在機體應激大量耗能，通過提高葡萄糖代謝來上調轉運載體的表達。

5 結語

腸道葡萄糖轉運體是機體葡萄糖吸收代謝的重要因素，也是天然食物酚類化合物調節血糖穩態，預防高血糖發生的重要作用靶點。機體中多種病理或生理變化都在一定程度上影響腸道葡萄糖轉運體的表達，對其進行系統且深入的研究有助于探討葡萄糖代謝引發的相關疾病。近年來的研究表明，多種食物多酚能在一定程度上抑制腸道葡萄糖的轉運，從而維持機體血糖穩態，如綠原酸、槲皮素、茶兒茶素等。相關動物試驗也表明，腸道葡萄糖的表達水平受多種因素影響。因此，研究腸道葡萄糖穩態的調控具有重要意義，是開發天然降糖產物的一項重要內容。

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