馬春來 楊小軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院,楊凌 712100)

最初的蛋白質(zhì)營養(yǎng)理論認為,動物采食的蛋白質(zhì)被消化道中的蛋白酶和肽酶降解為游離氨基酸才能被機體直接吸收利用。但是,近幾年逐漸發(fā)現(xiàn)不同來源的飼料即使氨基酸組成相同,但機體對氨基酸的利用率仍存在差異,因此蛋白質(zhì)的利用并不完全取決于氨基酸。蛋白質(zhì)在動物腸腔內(nèi)經(jīng)過胰蛋白酶、糜蛋白酶、氨肽酶和羧肽酶等多種消化酶的降解后,最終的水解產(chǎn)物除了氨基酸還有大量的二肽與三肽,這些小肽可以被腸黏膜直接吸收進入血液被機體利用,與氨基酸吸收系統(tǒng)相比,小肽吸收系統(tǒng)耗能低且易飽和、吸收速度快是動物提高對飼糧蛋白質(zhì)利用的最佳方式[1]。因此,小肽的吸收與轉(zhuǎn)運在蛋白質(zhì)營養(yǎng)中占據(jù)了重要的位置,也成為了動物對蛋白質(zhì)消化吸收機制的研究熱點。

有研究發(fā)現(xiàn),用化學(xué)、微生物或酶處理方法將動物副產(chǎn)品和植物源中的蛋白質(zhì)進行預(yù)先處理后去飼喂幼齡動物,這種預(yù)先處理可以提高具有營養(yǎng)或生理調(diào)節(jié)功能的多肽的含量,而多肽在動物腸道中水解為小肽后被吸收利用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以提高幼齡動物的生產(chǎn)性能和飼料利用率,小肽促進幼齡動物生長的原因可能如下[2]:1)在動物的消化道中,小肽的吸收系統(tǒng)與氨基酸的吸收系統(tǒng)是獨立發(fā)揮作用的,而在腸道中小肽的吸收速率是大于等量的游離氨基酸的吸收速率;2)小腸中的細菌對小肽的分解速率低于等量的游離氨基酸,從而降低氨基酸在動物腸道的損失;3)與特定的氨基酸相比,特定的肽可以通過改善腸道形態(tài)及腸道的功能保護腸道健康;4)可提供功能性肽,增強機體抗氧化力和肌肉蛋白質(zhì)的沉積[3-4]。然而,小肽在動物腸道的吸收是通過小肽轉(zhuǎn)運載體的跨膜轉(zhuǎn)運實現(xiàn)的,這種跨膜轉(zhuǎn)運是動物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)運輸?shù)闹匾緩?。小肽轉(zhuǎn)運載體在機體小肽營養(yǎng)運輸中發(fā)揮著重要作用,此外其在調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)與腸道炎癥中也扮演重要的角色,因此,肽轉(zhuǎn)運蛋白成為了營養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、藥理學(xué)方面的研究熱點問題。

1 小肽轉(zhuǎn)運載體的生物學(xué)特征

飼料中的蛋白質(zhì)或多肽被動物采食后,經(jīng)過消化道酶水解成小肽或游離氨基酸被吸收利用,這一過程需要小肽轉(zhuǎn)運載體和氨基酸轉(zhuǎn)運載體的參與。

1.1 小肽轉(zhuǎn)運載體的種類

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的屬于質(zhì)子依賴型寡肽轉(zhuǎn)運載體(POT)家族的轉(zhuǎn)運載體有4種,分別為小肽轉(zhuǎn)運載體1(PepT1)、小肽轉(zhuǎn)運載體2(PepT2)、小肽組氨酸轉(zhuǎn)運載體1(PhT1)、小肽組氨酸轉(zhuǎn)運載體2(PhT2)。

1.2 小肽轉(zhuǎn)運載體的轉(zhuǎn)運機制

1.2.1 PepT1的轉(zhuǎn)運機制

單胃動物主要在小腸吸收小肽,包括3種吸收方式:1)小肽轉(zhuǎn)運發(fā)生在腸細胞膜上,通過PepT1與氫離子(H+)協(xié)同是二肽和三肽吸收的主要途徑[5](圖1)。小肽分子和H+通過PepT1一同轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi),為保持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài),H+則由細胞頂膜側(cè)的H+/鈉離子(Na+)交換途徑轉(zhuǎn)運至細胞外側(cè)。小肽以易化擴散的形式進入細胞后,會導(dǎo)致細胞內(nèi)pH降低,進而激活細胞膜上的H+/Na+交換通道,H+被釋放出細胞,細胞內(nèi)的pH又回歸至原水平。小肽轉(zhuǎn)運的主要驅(qū)動力來自于質(zhì)子的電化學(xué)梯度形成的能量。由PepT1轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)的小肽被細胞內(nèi)肽酶降解為游離氨基酸,再由氨基酸轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運至血液中,被機體吸收。2)依靠H+或鈣離子(Ca2+)主動轉(zhuǎn)運,需要消耗ATP。3)谷胱甘肽(GSH)轉(zhuǎn)運系統(tǒng),由于GSH在生物膜內(nèi)有抗氧化的功能,所以GSH轉(zhuǎn)運系統(tǒng)對機體而言具有特殊的生理意義。

Intestinal lumen:腸腔;PepT1:小肽轉(zhuǎn)運載體1 peptide transporter 1;Bacteria:細菌;di,tripeptides:二/三肽;NOD:模式識別受體 pattern recognition receptor;RICK:絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 serine/threonine protein kinase;NF-κB activation:核因子-κB活化;MAPK activation:絲裂原活化蛋白激酶活化;Hydrolysis:酶解;Amino acid:氨基酸;Amino acid transporters:氨基酸轉(zhuǎn)運載體;NHE3:鈉氫交換因子3 sodium-hydrogen exchange factor 3;fMLP: N-甲酰基-Leu-Met-Phe N-formyl Leu-Met-Phe;MDP: 胞壁酰二肽 muramyl dipeptide;Tri-DAP:促炎三肽 pro-inflammatory tripeptide;Na+:鈉離子 sodion;H+:氫離子 hydrion;K+:鉀離子 potassium;ATP:三磷酸腺苷 adenosine triphosphate。圖1 腸上皮細胞PepT1轉(zhuǎn)運不同肽的作用模式Fig.1 Action modes of intestinal epithelial PepT1 transport of different peptides[5-7]

動物機體對肽的吸收機制與氨基酸吸收機制完全不同,氨基酸轉(zhuǎn)運是通過Na+泵或非Na+泵轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行的,并以Na+泵耗能轉(zhuǎn)運方式為主。研究表明,肽與氨基酸的吸收存在2種獨立的轉(zhuǎn)運系統(tǒng),與氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)相比,肽轉(zhuǎn)運系統(tǒng)具有耗能低且不易飽和的特點[5]。

1.2.2 PepT2的轉(zhuǎn)運機制

PepT1和PepT2具有不同的功能和物理化學(xué)性質(zhì),PepT1是一種低親和力高容量轉(zhuǎn)運蛋白,可以從腸腔中高效的吸收二肽和三肽,而PepT2是二肽和三肽的高親和轉(zhuǎn)運蛋白。PepT1和PepT2對二肽和三肽或結(jié)構(gòu)相關(guān)的底物吸收伴隨著質(zhì)子的易位。PepT2由12個結(jié)構(gòu)域(TMDs)構(gòu)成,其中TM1～TM6構(gòu)成N端束,TM7～TM12構(gòu)成C端束,N端與C端面向細胞質(zhì)。細胞外側(cè)由來自N端的TM1和TM2及C端TM7和TM8來調(diào)節(jié)細胞外肽靠近結(jié)合位點,細胞內(nèi)側(cè)由TM4和TM5及TM10和TM11折疊調(diào)節(jié)細胞內(nèi)肽和質(zhì)子的釋放。哺乳動物PepT2的TM2是保守的組氨酸(His),TM1和TM7是天冬氨酸-精氨酸(Asp-Arg)鹽橋,質(zhì)子結(jié)合促進了PepT2由向內(nèi)開放的狀態(tài)向外定向,進而再重新定向的變化[8]。PepT2轉(zhuǎn)運中性或陰離子二肽時以2∶1的質(zhì)子與底物化學(xué)計量運輸,細胞外的pH在底物的結(jié)合親和力中起到至關(guān)重要的作用,較低的pH有利于陰離子化合物的結(jié)合,而陽離子化合物的結(jié)合隨著pH的升高而增加,不帶凈電荷的底物是轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合和轉(zhuǎn)運的首選[8]。

目前對于PhT1和PhT2的驅(qū)動力、傳輸方式、底物特異性沒有系統(tǒng)的分析,然而,觀察到的His轉(zhuǎn)運的pH依賴性和所使用的模型肽表明了與PepT1相似的轉(zhuǎn)運模式。

1.3 小肽轉(zhuǎn)運載體的表達組織

1.3.1PepT1的表達組織

PepT1主要在十二指腸、空腸、回腸和結(jié)腸的頂端表達[9]。PepT1在腎近端小管、膽管上皮中也有表達,在胰腺中也有發(fā)現(xiàn)[10-11]。PepT1在組織中的分布也證實了大量的二肽和三肽在腸腔中被廣泛吸收到腸細胞中,繼而被機體利用。在腸腔中PepT1的表達從小腸的近端到遠端逐漸增加,但是PepT1功能的發(fā)揮依賴于細胞膜上的H+/Na+離子泵(圖1),跨質(zhì)膜的pH梯度在腸道近端強于遠端,故PepT1的功能活性沿著腸道近端到遠端存在差異,Jappar等[12]評估了野生型小鼠(WT)和PepT1敲除小鼠小腸和大腸對二肽(Gly-Sar)的通透性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)十二指腸與空腸對二肽的通透性能力相當(dāng),顯著高于回腸和結(jié)腸。此外,在絨毛尖端檢測到更高的PepT1轉(zhuǎn)運蛋白的表達,而在杯狀細胞和下隱窩細胞中檢測不到[11]。PepT1的這種表達模式會使在近端腸腔區(qū)域和腸道絨毛尖端快速吸收食糜中的二肽和三肽。

1.3.2PepT2的表達組織

PepT2廣泛存在于各種組織中,Zwarycz等[9]研究發(fā)現(xiàn),PepT2在肉雞的腎臟和大腦中的高表達水平與哺乳動物的分布一致。在腎臟中,PepT2主要存在于近端小管的后段,而PepT1存在于近端小管的S1和其他曲段[13]。PepT2也在大腦中廣泛表達,包括大腦皮層、后腦和小腦。有研究證實,脈絡(luò)膜叢是血腦屏障的位置,PepT2在該屏障有所表達[14]。Takano等[15]研究發(fā)現(xiàn),PepT2在肺臟中也有所表達。此外,它還在人、豬、牛的乳腺中表達[16]。Sun等[17]發(fā)現(xiàn),PepT2在人和小鼠的脾臟中表達。

1.3.3PhT1和PhT2的表達組織

Bhardwaj等[18]應(yīng)用免疫組化分析顯示,在胃腸道和Caco-1細胞中觀察到人肽/His轉(zhuǎn)運蛋白(hPHT15,屬于POT家族,SLC4A2)mRNA的表達,而且在hPHT1-COS-7細胞中,hPHT1對His和肌肽的攝取在15 min內(nèi)與時間呈線性關(guān)系,并且發(fā)現(xiàn)有pH依賴性。在大腦中檢測到組氨酸轉(zhuǎn)運蛋白PhT1和PhT2,但其功能及重要性尚不清楚。Wang等[19]用體外切片和體內(nèi)藥代動力學(xué)方法研究PhT1對腦中1-His的轉(zhuǎn)運作用,與野生型小鼠相比,PhT1缺陷小鼠切片中1-His的攝取在腦實質(zhì)中減少50%,而在腦脊液中沒有,這些研究結(jié)果表明,PhT1可能在大腦His轉(zhuǎn)運中起到重要作用,從而對神經(jīng)肽調(diào)節(jié)和His/組胺穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生影響。Agu等[20]研究發(fā)現(xiàn),在人鼻上皮細胞中,PepT1、PepT2、PhT1和PhT2在mRNA水平上均有所表達。PhT1在眼睛和脾臟中表達[21],PhT2在肺臟、脾臟和胸腺中表達[22]。在小鼠和人脾臟巨噬細胞和淋巴細胞中檢測到PepT2、PhT1和PhT2的表達,而未檢測到PepT1的表達[17]。小肽轉(zhuǎn)運載體家族的組織分布見表1。

表1 小肽轉(zhuǎn)運載體家族組織分布Table 1 Tissue distribution of small peptide transporters family[9-22]

1.4 小肽轉(zhuǎn)運載體的結(jié)構(gòu)及同源性

PepT1有12個跨膜螺旋(TM1～12)(圖2)。TM1-6形成N端結(jié)構(gòu)域(NTD),TM7～12形成C端結(jié)構(gòu)域(CTD)。肽結(jié)合位點大約位于膜的中間,由NTD的TM1、2、4和5以及CTD的TM7、8和10的殘基排列[23]。哺乳動物的PepT1有1個由200個氨基酸殘基組成的細胞外結(jié)構(gòu)域(ECD),位于第9和第10結(jié)構(gòu)域之間[24]。

PKC:蛋白激酶C protein kinase C;PKA:蛋白激酶A protein kinase A;-NH2:氨基 amidogen;-COOH:羧基 carboxyl。圖2 PepT1轉(zhuǎn)運載體的跨膜結(jié)構(gòu)Fig.2 Transmembrane structure of PepT1 transporter[27]

人的PepT2包含729個氨基酸,涉及12個跨膜結(jié)構(gòu)域(TMDS)(圖3),在第9和第10結(jié)構(gòu)域包含1個大的細胞外環(huán)[25]。Terada等[26]研究發(fā)現(xiàn),hPepT2的His57、His121、Tyr56、Tyr64、Tyr167對其功能及底物結(jié)合至關(guān)重要,PepT1和PepT2有50%的氨基酸同源性,細胞內(nèi)和細胞外的氨基酸相比跨膜結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列更加具有多樣性。

essential for transport activity and substrate binding:對轉(zhuǎn)運活性和底物結(jié)合至關(guān)重要;loop:胞外環(huán);not responsible for substrate binding:對底物結(jié)合無責(zé)任;extracellular:細胞外域;membrane TMDs:膜結(jié)構(gòu)域;intracellular:細胞內(nèi)的;-NH2:氨基 amidogen;-COOH:羧基 carboxyl。圖3 PepT2的跨膜結(jié)構(gòu)Fig.3 Transmembrane structure of PepT2[8]

哺乳動物的轉(zhuǎn)運蛋白PhT1在大鼠組織中被鑒定出來,并在大鼠大腦cDNA文庫中被克隆出來。大鼠PhT1的cDNA全長2 751 bp,編碼572個氨基酸殘基,預(yù)測分子質(zhì)量為64.9 ku[21]。PhT2和PhT1具有47%的同源性,PhT2最初是在免疫細胞中克隆出來的,據(jù)報道是在轉(zhuǎn)染細胞中起溶酶體His轉(zhuǎn)運體的作用[7]。

1.5 小肽轉(zhuǎn)運載體的底物

圖4 PepT1與底物識別的二維特征及其底物模塊Fig.4 Two-dimensional features of PepT1 recognition with substrates and their substrate modules[28]

PepT2具有廣泛的底物特異性,可以吸收大小和電荷不同的二肽和三肽,可以轉(zhuǎn)運近400種二肽和8 000種三肽,盡管PepT2可以介導(dǎo)所有三肽和二肽的轉(zhuǎn)運,但是它們具有顯著不同的親和性,含有L-氨基酸殘基的肽比含有D-氨基酸殘基的肽具有更高的親和力[29]。PepT2還可以轉(zhuǎn)運具有藥理活性的擬肽藥物[30]。

目前,尚不清楚PhT1和PhT2是否可以運輸與PepT1和PepT2相同譜的二肽和三肽,但是可以將游離His作為底物,除此之外,POT家族還能夠識別和轉(zhuǎn)運擬肽和類肽藥物。

2 影響小肽轉(zhuǎn)運載體表達的因素

2.1 PepT1表達的調(diào)控

2.1.1 營養(yǎng)因素的調(diào)控

2.1.2 肽酶和信號因子的調(diào)控

細胞內(nèi)和全身氨基酸穩(wěn)態(tài)的變化對營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白的表達有顯著的影響。胞質(zhì)刷狀緣肽酶和肽轉(zhuǎn)運蛋白之間存在直接或間接的影響,Benner等[34]研究發(fā)現(xiàn),肽酶抑制劑(阿伐他汀、貝司他汀)誘導(dǎo)肽酶活性降低,胞漿中小肽積累,導(dǎo)致細胞內(nèi)氨基酸濃度降低和PepT1的表達和功能的下降。Rexhepaj等[35]使用Using Chamber技術(shù)發(fā)現(xiàn)在小鼠小腸組織中加入磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的抑制劑可以下調(diào)由Gly-Gly引起的跨膜電流,從而推斷PI3K可以調(diào)控小肽的轉(zhuǎn)運。通過在瓜蟾卵母細胞中與酪氨酸激酶[Janus激酶(JAK)2或JAK3]共表達肽轉(zhuǎn)運體PepT1和PepT2,發(fā)現(xiàn)JAK2或JAK3可以正向調(diào)控PepT1和PepT2的功能和表達,這2種激酶都參與JAK/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(JAK/STAT)信號通路[36]。

2.1.3 microRNA和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控

microRNA在哺乳動物小腸、大腸的分化、發(fā)育、免疫和屏障功能中發(fā)揮著許多作用[37-38]。Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn),PepT1的表達介導(dǎo)microRNA延絨毛軸的差異表達來調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài),PepT1敲除小鼠的空腸隱絨軸的microRNA顯著減少。Okamura等[39]研究表明,膽汁酸通過過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α,PPARα)的活性調(diào)節(jié)PepT1的表達,在攝食期間釋放的膽汁酸抑制PPARα,導(dǎo)致小鼠小腸中PepT1在夜間低表達,而在白天高表達,從而導(dǎo)致小腸中小肽的表達呈現(xiàn)晝夜節(jié)律的變化。

2.1.4 跨膜質(zhì)子的調(diào)控

細胞膜PepT1的轉(zhuǎn)運功能的發(fā)揮嚴格依賴于跨膜質(zhì)子濃度梯度,細胞外質(zhì)子濃度梯度為PepT1轉(zhuǎn)運二肽及三肽提供驅(qū)動力。PepT1在轉(zhuǎn)運小肽時會激活腸細胞膜上的Na+/H+交換蛋白(NHE)1、NHE2、NHE3。有研究表明,在哺乳動物腸上皮細胞中NHE3對PepT1功能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用[40],而PepT2功能的發(fā)揮依賴于腸上皮細胞上的NHE1、NHE2[41]。

2.1.5 激素的調(diào)控

激素可以調(diào)節(jié)小肽轉(zhuǎn)運載體的功能和表達。據(jù)報道,胰島素處理降低了非糖尿病雄性大鼠的腸道PepT1 mRNA的表達,但糖尿病雄性大鼠的腸道PepT1 mRNA表達被增加,同時胰島素處理后雌性大鼠和雄性大鼠腸道PepT1 mRNA表達是不同的,所以胰島素對PepT1的影響仍需進一步探究[42]。

2.1.6 發(fā)育階段和晝夜節(jié)律的調(diào)控

發(fā)育階段和晝夜規(guī)律也是影響PepT1表達的因素。動物在其孵化或出生階段及哺乳動物的斷奶期,腸道消化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能會發(fā)生改變,腸道中的小肽轉(zhuǎn)運載體也會發(fā)生相應(yīng)的變化。研究發(fā)現(xiàn),動物腸道的PepT1在胚胎期時已經(jīng)有所表達,出生后其表達水平會有所上升,但隨著年齡和個體發(fā)育,PepT1的表達水平會逐漸降低[43]。晝夜節(jié)律也參與了PepT1的轉(zhuǎn)錄和功能的調(diào)節(jié),有研究發(fā)現(xiàn),在光周期維持在12 h以上的大鼠中,PepT1的底物Gly-Sar在黑暗環(huán)境下的轉(zhuǎn)運增強[44]。

2.2 PepT2表達的調(diào)控

2.2.1 底物因素的調(diào)控

由于PepT2具有廣泛的底物特異性,能夠轉(zhuǎn)運400種二肽和8 000種三肽以及一些擬肽類化合物。底物是影響動物機體PepT2表達的關(guān)鍵因素之一。PepT2的底物對PepT2具有調(diào)控作用,且不同底物對PepT2的活性不同。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn),將Met-Met的細胞外濃度從20 μg/mL增加到160 μg/mL處理牛乳腺上皮細胞(BMECs)后,PepT2的表達會依賴性的增加。

2.2.2 激素的調(diào)控

PepT2的活性受激素,如胰島素、催乳素、表皮生長因子和甲狀腺激素等的影響。Zhou等[46]研究發(fā)現(xiàn),用不同濃度催乳素、氫化可的松以及胰島素處理增強了BMECs中PepT2的表達。此外,表皮生長因子(EGF)處理大鼠近端小管細胞系SKPT細胞時導(dǎo)致PepT2的表達和運輸活性呈現(xiàn)劑量依賴性的下降,EGF是通過降低SKPT細胞中PepT2的轉(zhuǎn)錄和mRNA的穩(wěn)定性來抑制PepT2的表達[47]。PepT2位于近端小管的遠端,它參與原代尿液中的肽的重吸收[8]。S?ndergaard等[48]研究發(fā)現(xiàn),用EGF處理豬腎細胞系LLC-PK2細胞增強了PepT2的肽轉(zhuǎn)運活性,并導(dǎo)致LLC-PK2細胞的總蛋白含量、堿性磷酸酶活性和細胞密度的上調(diào)。Lu等[49]研究表明,雄性大鼠甲狀腺切除后腎臟中PepT2 mRNA表達上調(diào),而用甲狀腺激素替代品處理后抑制了這種上調(diào)。

2.2.3 生理因素的調(diào)控

PepT2的表達受到動物生理狀態(tài)的調(diào)控,已被證實發(fā)育階段和年齡會調(diào)控動物機體PepT2的表達[8]。Alghamdi等[50]研究發(fā)現(xiàn),PepT2的表達受到衰老的調(diào)控,在老年大鼠腎臟中的PepT2的表達相較于青年和中年大鼠均有所增加,大鼠腎臟中PepT2的表達水平呈年齡依賴性。在肺臟組織中,PepT2在Ⅱ型細胞中表達,在分化過程中表達減少,在Ⅰ型樣細胞中幾乎不表達[15]。

2.2.4 疾病因素的調(diào)控

PepT2的表達也受到病理狀態(tài)的調(diào)控,有研究表明,在哺乳動物中,炎癥可以調(diào)控包括PepT2在內(nèi)的許多轉(zhuǎn)運蛋白的表達和轉(zhuǎn)運活性。Karimian等[51]研究表明,病毒炎癥會影響大鼠PepT2及其他藥物轉(zhuǎn)運蛋白在腎臟中的表達。在人前列腺上皮細胞RWPE-1中,腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和干擾素-γ(IFN-γ)下調(diào)了PepT2的mRNA水平,表明炎癥對前列腺上皮細胞中PepT2的表達有影響[52]。

2.2.5 細胞信號通路的調(diào)控

PI3K/蛋白激酶B(AKt)通路可以改變細胞生長、存活和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運[53]。Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn),PI3K和AKt的抑制顯著降低了PepT2的表達,同時發(fā)現(xiàn)BMECs中的多肽轉(zhuǎn)運受到PI3K/AKt信號通路的控制。Takano等[54]發(fā)現(xiàn),核因子-κB(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路可在H441細胞中調(diào)控由PepT2轉(zhuǎn)運的細菌多肽引起的先天免疫反應(yīng)。大量的研究證明,PepT2的表達受到很多蛋白因素的影響,但是細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)在多種因素刺激后如何進行的,以及哪些轉(zhuǎn)錄因子參與PepT2的調(diào)控尚不清楚。

目前國內(nèi)外對PhT1和PhT2蛋白調(diào)控因素的研究較少,所以對其調(diào)控因素尚不清楚。

3 PepT1調(diào)控動物腸道穩(wěn)態(tài)和腸道炎癥的研究進展

3.1 PepT1在維持腸道穩(wěn)態(tài)中的作用

PepT1在維持腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用。PepT1調(diào)控的作用機制如圖5所示,PepT1可轉(zhuǎn)運的底物多樣性導(dǎo)致其在動物腸道中不僅可以轉(zhuǎn)運小肽,也可以轉(zhuǎn)運腸道致病菌的產(chǎn)物細菌寡肽,從而使PepT1通過細菌-上皮之間的相互作用,調(diào)控腸道炎癥,在調(diào)控機體腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。Dalmasso等[55]研究發(fā)現(xiàn),細菌肽聚糖分解的促炎三肽(Tri-DAP)可以被PepT1轉(zhuǎn)運,轉(zhuǎn)運后的Tri-DAP會誘導(dǎo)NF-κB和MAPK的活化,從而導(dǎo)致促炎細胞因子白細胞介素-8(IL-8)的產(chǎn)生。細菌產(chǎn)物胞壁酰二肽(MDP)被證明也是PepT1的轉(zhuǎn)運底物,MDP在被PepT1轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)后激活細胞內(nèi)NOD2,從而誘導(dǎo)NF-κB和MAPK的活化[56]。另外,Ayyadurai等[57]研究發(fā)現(xiàn),與野生型小鼠相比,PepT1敲除小鼠在葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎中,體重減輕較低,直腸出血較少,且炎癥細胞因子的mRNA表達水平較低。細菌產(chǎn)物像促炎三肽Tri-DAP和MDP均會被PepT1轉(zhuǎn)運,從而調(diào)節(jié)促炎細胞因子的分泌,誘導(dǎo)腸道炎癥,從而影響腸道穩(wěn)態(tài)。

Bacteria attach to lipid rafts:細菌結(jié)合在脂筏;PepT1:小肽轉(zhuǎn)運載體1 proton-dependent oligopeptide transporter 1;Increased PepT1 mRNA and protein expression :增強PepT1的mRNA和蛋白的表達;Low NF-κB pathway activity: 降低NF-κB信號通路活性;Low MAPK pathway activity: 降低MAPK信號通路活性;Anti-inflammatory: 抗炎;fMLF:N-甲酰基-Met-Leu-Pro N-formyl-Met-Leu-Pro;MDP: 胞壁酰二肽 muramyl dipeptide;Tri-DAP:促炎三肽 pro-inflammatory tripeptide;NF-κB:核因子-κB nuclear factor-κB;MAPK:絲裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinase; KPV:α-促黑素細胞激素(α-MSH)的C端序列Lys-Pro-Val C-terminal sequence of alpha-melanocyte-stimulating hormone (alpha-MSH) Lys-Pro-Val;VPY:膳食大豆三肽Val-Pro-Tyr dietary soy tripeptide Val-Pro-Tyr;High NF-κB pathway activity: 增強NF-κB信號通路活性;High MAPK pathway activity: 增強MAPK信號通路活性;Macrophages:巨噬細胞;Proinflammatory cytokines:促炎細胞因子;Inflammation:炎癥。圖5 PepT1在腸道穩(wěn)態(tài)中的調(diào)控作用Fig.5 Regulatory role of PepT1 in intestinal homeostasis[5]

另外,腸致病菌會通過腸道脂筏特異性地附著在腸細胞上,誘導(dǎo)腸細胞脂筏中的PepT1的表達,而脂筏中PepT1的高表達反過來會抑制腸道致病菌與腸細胞上脂筏的特異性附著,從而表現(xiàn)出抗炎的作用[7,58]。此外,PepT1也可以轉(zhuǎn)運在生物活性寡肽像α-促黑素細胞激素(α-MSH)的C端序列Lys-Pro-Val(KPV)和膳食大豆三肽Val-Pro-Tyr(VPY)以及益生菌產(chǎn)物N-甲?；?Met-Leu-Pro(fMLF),在PepT1轉(zhuǎn)運這些生物活性成分后,會降低與腸道炎癥相關(guān)的NF-κB和MAPK的激活,從而抑制炎癥因子的表達,達到抗炎的作用,調(diào)控機體腸道穩(wěn)態(tài)[59-61]。

綜上所述,PepT1在腸道中轉(zhuǎn)運底物不同時發(fā)揮的作用也會不同,當(dāng)PepT1通過轉(zhuǎn)運具有抗炎活性的益生菌產(chǎn)物及寡肽,或者腸致病菌特異性地結(jié)合在腸細胞中脂筏上時,發(fā)現(xiàn)機體與腸道炎癥相關(guān)的NF-κB和MAPK的信號通路被抑制,從而在抗炎中發(fā)揮作用;當(dāng)PepT1轉(zhuǎn)運腸道中細菌產(chǎn)物(Tri-DAP和MDP)時,發(fā)現(xiàn)NF-κB和MAPK的信號通路被激活,誘導(dǎo)機體發(fā)生炎癥。PepT1通過轉(zhuǎn)運不同底物參與腸道的抗炎過程或者誘導(dǎo)機體發(fā)生腸道炎癥,從而在調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。

3.2 PepT1在調(diào)控腸道炎癥中的作用

3.2.1 對反芻動物腸道炎癥的調(diào)控作用

當(dāng)機體處于疾病或在外界條件刺激下腸道中的細菌大量繁殖或菌群失調(diào)的狀態(tài)下,腸道菌群會釋放大量的細菌寡肽產(chǎn)物MDP,PepT1不僅可以轉(zhuǎn)運二肽與三肽,同時可以將細菌寡肽產(chǎn)物MDP轉(zhuǎn)運入腸道細胞,從而引發(fā)機體發(fā)生腸道炎癥反應(yīng)(圖5)。MDP是肽聚糖的降解產(chǎn)物,是革蘭氏陰性菌細胞壁的一種成分[7]。嚴康[62]的研究表明,高精料瘤胃液能夠顯著上調(diào)原代瘤胃上皮細胞(BRECs)的PepT1的表達,這可能由于高精料組的大量細菌分解產(chǎn)生的細菌小肽的大量積累,導(dǎo)致瘤胃上皮細胞的PepT1對其的轉(zhuǎn)運增加,細胞內(nèi)的細菌小肽產(chǎn)物會激活炎癥信號通路,從而引發(fā)炎癥。

3.2.2 對水產(chǎn)動物腸道炎癥的調(diào)控作用

在高等動物中,細菌產(chǎn)物寡肽MDP會由PepT1轉(zhuǎn)運至腸細胞中,激活PepT1-NOD2-RICK信號通路,繼而通過NF-κB和MAPK這2條途徑激活轉(zhuǎn)錄因子,誘導(dǎo)腸細胞炎癥因子的表達,從而引起腸道炎癥(圖5)。唐建洲[63]采用生物信息技術(shù)對PepT1與小肽的結(jié)合模式進行模擬發(fā)現(xiàn),PepT1與小肽及MDP的結(jié)合是通過氨基酸殘基與之形成氫鍵實現(xiàn)的,草魚腹腔注射MDP后上調(diào)了腸道PepT1的表達,同時上調(diào)了各種炎癥因子的mRNA的表達水平,草魚中這種炎癥反應(yīng)也是通過PepT1-NOD2-RICK信號通路實現(xiàn)的。

3.2.3 對小鼠和人腸道炎癥的調(diào)控作用

雖然PepT1通常在結(jié)腸中的表達很低,但在結(jié)腸炎和短腸綜合征中,小腸和結(jié)腸中的PepT1的表達均會上調(diào),這種上調(diào)可能是由于疾病狀態(tài)下的炎癥因子和激素水平的變化會調(diào)控PepT1的表達和功能[64-65]。有研究表明,PepT1在結(jié)腸炎癥中呈現(xiàn)區(qū)域性表達,近端結(jié)腸低表達或者無表達,而在遠端結(jié)腸高表達,這種高表達會促進水和電解質(zhì)的吸收[66]。

POT家族成員的其他成員在機體發(fā)生炎癥后也會出現(xiàn)變化,先前的研究發(fā)現(xiàn),IBD患者的SLC15A4(PhT1)的表達出現(xiàn)上調(diào)[67]。Sun等[52]用TNF-α和IFN-γ處理前列腺癌癥細胞系PC-3時,PepT2的水平顯著升高。

4 小結(jié)與展望

近些年,對POT家族成員的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能及其在腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮的作用進行了初步了解。研究結(jié)果檢測到PepT1和PepT2在人類和動物的許多器官和組織中均有所表達,深入探討PepT1和PepT2的結(jié)構(gòu)、作用機制、影響因素及其調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)的作用機制,并且發(fā)現(xiàn)其在腸道炎癥中通過調(diào)控NF-κB和MAPK信號通路及與腸道微生物互作,在調(diào)控腸道健康中發(fā)揮著重要的作用,闡明其在小肽營養(yǎng)的深入研究及在生理藥理上有重大意義。

研究發(fā)現(xiàn),PhT1與PhT2在多種組織類型中表達,比如大腦、腸段、眼、脾臟、胸腺,然而對其結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及影響其轉(zhuǎn)運活性的因素方面的研究仍然很少,因此有必要進一步對這2種肽轉(zhuǎn)運載體進行深入研究,探究其在動物和人類疾病與健康中的功能。許多研究已經(jīng)證明,PepT1在腸道炎癥中發(fā)揮作用總伴隨著腸道微生物群的改變,這種改變可能是由于PepT1的缺失或過表達影響腸道吸收營養(yǎng)物質(zhì)的差異,導(dǎo)致微生物群的消化底物發(fā)生改變,從而改變其功能和組成。未來需要更深入地研究PepT1與腸道微生物群的關(guān)系,有助于鑒定宿主與微生物群之間的新的特異性相互作用,更好地理解PepT1調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)的作用機制。