徐運杰

（1.山東和美集團有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團股份有限公司，湖南 株洲 412000）

腸道的某些能力完勝所有其他器官，甚至可以與大腦媲美，有自己獨立的神經系統(tǒng)，經常被稱為“第二大腦”；腸道有大量內分泌細胞，內含有20多種激素，特別是人體95%的血清素都存在于腸道內；腸內免疫細胞占身體免疫系統(tǒng)的絕大部分，當意外攝入致病食物或水時，能夠識別并消滅特定的致病微生物；腸道可以編碼大量信息，通過大量神經束和血液循環(huán)與大腦聯(lián)絡，這種雙向聯(lián)系對腸道功能狀態(tài)有重要作用。

由于腸道化學感覺系統(tǒng)可以控制全身的代謝過程，因此人們對其產生了極大的興趣。不同的動物有不同的消化系統(tǒng)，無論是單胃動物還是多胃動物，其不同的消化系統(tǒng)意味著可以使用不同類型的飼料，如豬必須吃更容易消化的食物，但牛和羊可以吃更難消化的干草和牧草。因此，不同物種之間的腸內營養(yǎng)化學感覺機制和化學傳感器沿腸道的分布存在明差異。即便如此，在所有物種中，腸道都能感覺到食糜中的營養(yǎng)成分，從而將營養(yǎng)信息傳遞給身體的其他部位，在新陳代謝中起著關鍵作用。當營養(yǎng)素存在于腸腔時，會引起大量激素的釋放，這些激素會影響腸道運動、饑餓、不適和飽腹感，這些都是常見的食后反應。腸上皮是腸腔外部和內部環(huán)境之間的一個界面，含有表達化學傳感器的特殊細胞，這些細胞充當腸內容物的“哨兵”。提高單位飼料中動物蛋白的產量是影響動物蛋白生產的經濟和環(huán)境可持續(xù)性的重要問題。因此，找到這些代謝過程的控制開關具有重要價值。

1 上皮細胞在黏膜完整性中的作用

上皮屏障功能包括物理屏障和化學屏障。腸上皮由覆蓋絨毛的吸收型腸細胞（占上皮黏膜的90%）、分泌黏液的杯狀細胞、分泌抗菌肽和各種生長因子調節(jié)隱窩內環(huán)境的潘氏細胞以及分泌激素的腸內分泌細胞等4種主要不同功能細胞類型組成的單層黏膜上皮，每3～7 d 更新1 次，由位于隱窩底部附近的干細胞分化產生[1-2]。腸內分泌細胞是一種特殊的黏膜上皮細胞，稀疏分布于腸黏膜，占上皮細胞總數的比例＜1%，但構成了體內最大的內分泌器官之一，主要集中在十二指腸和直腸近端，在腸腔內外環(huán)境之間起著重要的溝通橋梁作用，調節(jié)胃腸和代謝功能。按部位和產生的激素分類，至少有20種已知的腸內分泌細胞亞型[3]。每一種都與胃腸功能的特定方面有關，主要胃腸激素、細胞類型、在胃腸道中的位置及其功能見附表。小腸內分泌細胞的周轉時間與小腸的腸細胞和杯狀細胞相似，而結腸內分泌細胞具有獨特的成熟和遷移調控機制，周轉時間要長得多。腸內分泌細胞有不同的形狀，大多數呈燒瓶狀，有些在結腸有很長的基部突起，但其頂膜都在一個小區(qū)域內到達管腔。

附表 主要胃腸激素、細胞類型、在胃腸道中的位置及其功能

從十二指腸和腸嗜鉻（EC）細胞系分離的含5-羥色胺的EC細胞中表達了許多化學受體[4]。腸道L細胞含有大的分泌顆粒，這些大分泌顆粒能夠釋放GLP-1、GLP-2 和PYY 等腸肽激素，也表達多種營養(yǎng)受體[5]。這表明腸內分泌細胞在腸道化學感覺中具有重要作用。刷狀細胞（也稱為簇狀細胞或空泡細胞），最初由電子顯微鏡觀察到，以其獨特的形態(tài)而區(qū)別開來，有長的根和稀疏的微絨毛。在刷狀細胞中尚未發(fā)現分泌顆粒，但一些免疫組織化學法研究表明，刷狀細胞是腸上皮內源性阿片類物質和前列腺素（PG）的來源[2,6]。味覺信號蛋白在刷狀細胞中表達，包括味蛋白、1型味覺受體（T1R）、和瞬時受體電位M5（TRPM5）。

2 腸黏膜屏障功能的化學感覺

2.1 十二指腸防御機制中的化學感覺

十二指腸是小腸的第一部分，具有檢測胃酸的特殊的酸感覺機制，胃酸具有殺死攝入的微生物的生理功能，但對前腸黏膜也有很強的傷害。增強十二指腸的“防御機制”（即防止酸誘導損傷的生理功能）的時效性要與進食后進入十二指腸腔的峰值酸相一致。胃竇推進的胃酸使食后胃腔pH 降低到2，十二指腸中和胃酸使pH迅速升高到7。十二指腸防御機制包括黏膜前、黏膜和黏膜下因子。膜碳酸酐酶促進管腔酸（H+）和碳酸氫鹽反應轉化為二氧化碳，擴散到上皮細胞。細胞內的二氧化碳被胞漿碳酸酐酶轉化為H+和碳酸氫鹽，后者分泌到內腔。因此，碳酸氫鹽的分泌和二氧化碳的吸收相當于H+在黏膜上皮細胞中的凈吸收。吸收的H+使上皮細胞酸化，然后由Na+/H+交換器-1（NHE1）通過基底外側排出。上皮下H+激活傳入神經上的瞬時受體電位V1（TRPV1），隨后釋放血管活性介質，從而增加黏膜血流量，增加的血流量為上皮細胞提供碳酸氫鹽，促進碳酸氫鹽和粘液的分泌[7]。因此，高腐蝕性的管腔鹽酸轉化為酸當量的二氧化碳，可被十二指腸粘膜安全吸收，引發(fā)保護性反應，如黏膜血流量增加，從而輸送碳酸氫鹽并從黏膜中清除酸，碳酸氫鹽分泌到管腔中，局部中和來自胃的鹽酸。

2.2 十二指腸屏障功能中的氨基酸感覺

谷氨酸（L-Glu）是食品中主要的游離氨基酸之一，是小腸上皮細胞的主要能量來源。谷氨酸激活腸黏膜中表達的幾種受體，如代謝型谷氨酸受體（mGluR）、鈣敏感受體（CaSR）和鮮味受體（T1R1和T1R3的異二聚體）[8-9]。腸腔營養(yǎng)素（如L-Glu）可以增強前腸的防御機制。腔內灌注L-Glu 10 mM，通過PG 合成和傳入神經通路增加了大鼠腸黏膜的細胞內pH（pHi）和黏液的分泌，這些作用被mGluR4 激動劑所模擬，并被mGluR4 頡頏劑所抑制，表明L-Glu對腸黏膜pHi和黏液分泌的作用主要由mGluR4 所介導[7]。D-Glu、L-Asp、L-Ala 或L-Leu 對腸黏膜pHi 和黏液分泌的影響不明顯，進一步表明L-Glu/mGluR4 信號轉導在黏膜防御因子調控中的特殊生理作用。另一方面，腔內灌注CaSR 激動劑如高Ca2+（4 mm）溶液或精胺（1 mm），降低了腸黏膜pHi，但增加了黏液分泌、碳酸氫鹽分泌和血流量。這些反應類似于酸灌注，但不同于L-Glu 灌注，表明CaSR 不太可能有助于腸腔L-Glu 的保護作用。另外，L-Glu（10 mmol·L-1）與嘌呤5'-肌苷單磷酸（IMP）0.1 mmol·L-1聯(lián)合灌注協(xié)同增加了十二指腸碳酸氫鹽的分泌[7,10]。此外，單用L-Asp和L-Leu可使碳酸氫鹽分泌速率最低，而與IMP聯(lián)合灌注可顯著提高碳酸氫鹽分泌速率。這些結果表明鮮味受體T1R1/T1R3的協(xié)同激活通過提高碳酸氫鹽的分泌速率增強了十二指腸黏膜保護因子。

腸腔碳水化合物刺激腸內分泌細胞釋放胃腸激素，如GLP-1、GLP-2和葡萄糖依賴性促胰島素多肽（GIP）。GLP-2 受體頡頏劑可抑制腸腔L-Glu/IMP 誘發(fā)的碳酸氫鹽分泌，而GIP 受體頡頏劑或GLP-1 受體頡頏劑則無作用，結果支持了GLP-2介導L-Glu/IMP 誘發(fā)的分泌反應的假說。此外，L-Glu/IMP聯(lián)合灌注顯著增加GLP-2的釋放，隨后GLP-1的釋放，但不改變GIP的釋放。這些數據表明，T1R1/T1R3誘導的碳酸氫鹽分泌是由GLP-2介導的。GLP-2受體在腸神經元上表達[11]。血管活性腸肽（VIP）是十二指腸細胞通過上皮VIP 受體分泌碳酸氫鹽的激活劑，VIP受體頡頏劑和一氧化氮合酶（NOS）抑制劑可抑制L-Glu/IMP 誘發(fā)的碳酸氫鹽分泌，但阿托品不能。腸腔L-Glu/IMP聯(lián)合灌流增加了門靜脈中VIP的濃度以及腸腔中亞硝酸鹽和硝酸鹽（NOx）的釋放，但兩者均被GLP-2受體頡頏劑所抑制[11]。

T1R1/T1R3 位于小鼠和人的十二指腸L 細胞[5,12]。但在大鼠空腸中，T1R1/T1R3 在刷狀細胞樣的孤細胞和腸細胞的頂膜中共同表達[13]。Wang等研究發(fā)現，在與大鼠十二指腸絨毛腸內分泌細胞形態(tài)相似的孤立上皮細胞中檢測到T1R1和T1R3的免疫反應性，結果表明化學感覺功能具有節(jié)段異質性[10]。盡管十二指腸的L 細胞相對下腸要少，但是GLP-2 是調節(jié)十二指腸黏膜防御的重要信號分子之一。十二指腸營養(yǎng)感覺在調節(jié)防御機制和通過釋放腸促胰島素GLP-1 控制葡萄糖代謝方面發(fā)揮重要作用。此外，雞、貓和魚缺乏甜味受體的T1R2 成分，除大熊貓外，T1R1/T1R3 異二聚體在所有哺乳動物基因組中都有功能存在[14-15]。

2.3 十二指腸屏障功能中的膽汁酸感覺

膽汁酸也是食后十二指腸的主要管腔成分。離體試驗表明，?；悄懰崮苎杆僬T導GLP-1 的釋放，由此提出了一種表面膽汁酸感覺器的假設[16]。除核受體法尼樣X受體（FXR）外，跨膜膽汁酸受體GPBAR1（G 蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1）或G 蛋白偶聯(lián)受體131（GPR131）也被認為是膽汁酸表面感覺器的候選受體。為了驗證管腔膽汁酸誘導GLP 釋放的假設，Inoue等將GPR131配體灌注到小鼠十二指腸腔內，以碳酸氫鹽分泌和相關激素釋放到門靜脈作為讀數，結果表明，GPR131 配體顯著增強了L-Glu/IMP 誘發(fā)的碳酸氫鹽分泌和GLP-2 釋放[17]。由于GPR131 的激活增加了細胞內的環(huán)磷酸腺苷（cAMP），并增強了葡萄糖誘導的GLP-1 釋放，管腔膽汁酸可以通過一個互補的cAMP 途徑放大L 細胞中的營養(yǎng)感覺信號[18]。釋放的GLP-2、GLP-1、GIP 等生物活性肽被絲氨酸蛋白酶二肽基肽酶IV（DPPIV）快速降解。DPPIV 存在兩種形式，一種細胞外膜結合酶和一種分泌蛋白[19]。靜脈注射DPPIV 抑制劑增強了L-Glu/IMP 和GPR131 激動劑誘發(fā)的碳酸氫鹽分泌，由GLP-2 受體頡頏劑阻斷，結果表明，DPPIV抑制通過GLP-2信號途徑增強了管腔L-Glu/IMP 和GPR131 激動劑的保護作用。這些研究表明，GLP-2的保護作用和DPPIV抑制劑對十二指腸黏膜防御機制的調節(jié)作用。管腔氨基酸可激活L 細胞上的1 型味覺受體（T1R），通過增加細胞內Ca2+濃度（[Ca2+]i）釋放GLP-2，隨后激活含血管活性腸肽或NO合酶的腸肌間神經元上的GLP-2 受體，增加VIP 和NO 釋放，然后增加碳酸氫鹽分泌（黑色箭頭）。管腔膽汁酸可能激活L 細胞上的膽汁酸受體TGR5，增加細胞內的環(huán)磷酸腺苷（cAMP），但對GLP-2 的釋放幾乎沒有影響（黑色虛線箭頭）。TGR5 的激活可能會放大氨基酸-T1Rs-[Ca2+]i途徑的作用，然后增強GLP-2的釋放，從而增強碳酸氫鹽的分泌。抑制DPPIV 可削弱GLP-2 的降解，增強GLP-2 對碳酸氫鹽分泌的影響。

3 G蛋白偶聯(lián)受體在營養(yǎng)感覺中的作用

腸內分泌細胞通過兩種化學感覺途徑對脂類、蛋白質和碳水化合物等日糧營養(yǎng)成分進行感知，一種是通過接收其他細胞感覺營養(yǎng)物質的信號，即間接感覺，另一種是通過內分泌細胞自身的直接感覺。當腸內分泌細胞受到刺激時，無論是通過間接或直接的激活，細胞內Ca2+的增加都會引發(fā)腸肽激素從基底外側的分泌小泡中釋放，以旁分泌或內分泌方式移動，影響其目標細胞。大多數腸內分泌細胞都有一個頂端表面，與胃腸腔及其各種營養(yǎng)成分直接接觸，從而使這些細胞能夠直接感知腸腔的營養(yǎng)成分。G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）被認為是一種可能的化學傳感器，參與腸內分泌細胞對營養(yǎng)物質的直接感知，從而導致腸肽激素的分泌。GPCR是一大類膜蛋白受體的統(tǒng)稱，這類受體的共同點是其立體結構中都有7個跨膜α 螺旋，且其肽鏈的C端和連接第5 個和第6 個跨膜螺旋的胞內環(huán)上都有G 蛋白（鳥苷酸結合蛋白）的結合位點。

3.1 脂肪酸G蛋白偶聯(lián)受體

大部分脂肪是以長鏈三酰甘油酯的形式食用，被分解成單甘酯和長鏈脂肪酸（LCFA）。LCFA的受體是G 蛋白偶聯(lián)受體GPR40 和GPR120，這兩種受體的轉錄物都在腸道中被發(fā)現。其中GPR120是一種主要的脂肪酸GPCR，參與調節(jié)激素分泌以對日糧脂質作出反應，在脂肪酸誘導的GLP-1 分泌中具有重要作用[20-21]。GPR119 是一種新近發(fā)現的脂肪酸GPCR，在結腸中高度表達，該受體的內源配體包括油酰乙醇酰胺（OEA）。結腸中的SCFA 受體是G 蛋白偶聯(lián)受體GPR41（也叫FFAR3）和GPR43（也叫FFAR2），其中GPR41 在SCFA 誘導結腸L 細胞分泌PYY 中具有重要作用，而GPR43 可能在GLP-1的分泌中發(fā)揮更大作用[22]。

3.2 蛋白質G蛋白偶聯(lián)受體

蛋白質經過機械消化和酶分解后，產生寡肽和游離氨基酸。胃泌素由G細胞分泌，促進壁細胞分泌鹽酸，激活主細胞分泌胃蛋白酶原。CCK 由腸I細胞分泌，調節(jié)胃排空和胰酶分泌。與胃泌素和CCK 分泌有關的化學感受器包括蛋白胨受體GPR92/93 和一些G 蛋白偶聯(lián)受體C 家族（GPRC），包括細胞外鈣敏感受體（CaSR）、鮮味異二聚體受體T1R1+T1R3（GPRC6A）和代謝型谷氨酸受體（mGluR）。芳香族氨基酸L-苯丙氨酸和L-色氨酸與CaSR 的結合比其他氨基酸更為緊密；脂肪族和堿性L-氨基酸對GPRC6A更有效；鮮味受體由T1R亞基T1R1+T1R3 組成，與幾種呈鮮味L-氨基酸結合，但不與芳香AA 結合[23]。胃和腸黏膜中這些受體或其信號元件的鑒定表明，這些受體在化學感覺和激素分泌中起作用。

3.3 葡萄糖G蛋白偶聯(lián)受體

已知化學感知管腔葡萄糖的內分泌細胞是GIP分泌K細胞、GLP-1/2和PYY分泌L細胞以及5-羥色胺分泌腸嗜鉻細胞。GIP和GLP-1都是腸促胰島素激素，能促進胰島素分泌，以調控血糖濃度；GLP-2 與GLP-1 來源于同一種前胰高血糖素肽，通常與腸內營養(yǎng)作用和屏障功能有關，但也與抑制食物攝入和胃運動有關；5-羥色胺對管腔和病理刺激有分泌運動反射[24]。研究最多的葡萄糖GPCR敏感機制是甜味受體，其異二聚體GPCR 亞基是T1R2+T1R3，對葡萄糖刺激的腸肽激素分泌具有特異性作用[25]。另外，一些非GPCR 機制與這些腸內分泌細胞直接感覺葡萄糖有關，包括鈉葡萄糖轉運蛋白1（SGLT1）、GLUT2和ATP敏感性鉀通道。

4 腸黏膜代謝的主要能量來源

歸根結底，腸道營養(yǎng)吸收是能源供應的首要環(huán)節(jié)。在分子水平上，腸內的化學感覺通過改變營養(yǎng)素轉運載體的表達或活性來控制營養(yǎng)素的吸收，最終調節(jié)能量供應。腸道是一個代謝活躍和高度分泌的器官，上皮黏膜每3～7 d 完全更新1 次，并伴隨大量腸肽的分泌，需要大量的蛋白質合成和能量消耗。腸道除了滿足自身的能量需求外，還必須將富含能量的分子輸送到全身循環(huán)，供身體其他部位使用。葡萄糖和谷氨酸是黏膜代謝的主要能量來源。利用谷氨酸作為能量來源，腸道能夠以丙氨酸或乳酸的形式將富含能量的碳骨骼輸送到全身循環(huán)。

5 小 結

總之，管腔化學感受是腸黏膜持續(xù)感受管腔環(huán)境和營養(yǎng)的重要上皮功能。G蛋白偶聯(lián)受體在腸腔化學感受和胃腸激素分泌的調節(jié)中起非常重要的作用。激素，如GLP-2，通過介導釋放VIP，對調節(jié)關鍵的十二指腸防御機制如碳酸氫鹽分泌具有重要作用?；瘜W感受系統(tǒng)的功能障礙可能與胃蛋白酶分泌引起的前腸黏膜損傷有關。因此，深入理解腸黏膜屏障的化學感覺機制和G蛋白偶聯(lián)受體在營養(yǎng)感覺中的作用具有重要的實踐意義：可以通過營養(yǎng)源和營養(yǎng)素的優(yōu)化與平衡，調控腸肽激素的釋放，從而改善腸道健康；有助于新飼料添加劑（如膽汁酸鹽）的研發(fā)和應用，靶向改善腸道健康，提高飼料利用率和經濟效益。葡萄糖和谷氨酸是腸道的主要能量來源，通過合理添加葡萄糖和谷氨酸鹽，早期刺激營養(yǎng)吸收可以減少仔豬斷奶后腸道疾病的發(fā)生率。