腸堿性磷酸酶在腸屏障中作用的研究進展

1、·綜述·腸堿性磷酸酶在腸屏障中作用的研究進展畢景成綜述,王新穎,黎介壽審校南京大學醫(yī)學院附屬金陵醫(yī)院(南京軍區(qū)南京總醫(yī)院解放軍普通外科研究所,江蘇南京210002摘要腸堿性磷酸酶(IAP是一種經糖基磷脂酰肌醇鍵錨定于腸上皮細胞頂膜上的糖蛋白,在腸黏膜屏障的維護中發(fā)揮著重要作用,包括調節(jié)十二指腸表面pH值、解除脂多糖(LPS和游離核苷酸的毒性、抑制腸道炎性反應、調節(jié)腸道菌群等。以下就近年來IAP在腸屏障中的作用研究進展作一綜述。關鍵詞腸堿性磷酸酶;腸屏障;綜述文獻中圖分類號:32245文獻標志碼:A DOI:1016151/j1007-810x201504016esearch

2、 progresses of intestinal alkaline phosphatase in intestinal barrier maintenanceBI Jing-cheng reviewing,WANG Xin-ying,LI Jie-shou checking (esearch Insititute of General Surgery,Jinling Hospital,Nanjing University School of Medicine/Nanjing General Hospital of Nanjing Militaryegion,PLA,Nanjing210002

3、,Jiangsu,ChinaAbstractIntestinal alkaline phosphatase(IAPis a glycoprotein anchored in the apical membrane by a glycosyl-phosphatidyl-inositol linkage,and it plays multiple biological roles in maintenance of intes-tinal barrier,including regulation of duodenal surface pH,detoxification of bacterial

4、lipopolysaccharide (LPSand free nucleotides,reducing intestinal inflammation,and modulation of the gut microbiotaKey wordsIntestinal alkaline phosphatase;Intestinal barrier;Literature review腸屏障由四個部分組成,即腸黏膜上皮細胞與細胞間緊密連接構成的機械屏障;腸黏膜上皮細胞分泌的黏液、胃腸道分泌的消化液以及腸道共生菌產生的抑菌物質等組成的化學屏障;腸相關淋巴組織(GALT及其分泌的免疫活性物質構成的免疫屏障

5、;腸道共生菌與宿主微環(huán)境形成的相互依賴、相互作用的生物屏障12。腸屏障功能的維持有賴于其四個部分的完整性,任何一個部分的損傷,均會對機體產生不利影響,威脅機體的生命健康。相關研究結果表明,腸堿性磷酸酶(IAP在維護腸屏障結構的完整性和功能的正常發(fā)揮中起到一定的作用。1腸堿性磷酸酶堿性磷酸酶(AKP是一種廣泛分布于人體各組織器官中的單脂磷酸水解酶,屬于同源二聚體酶,包含四種同工酶,即組織非特異性堿性磷酸酶(TNAP,(主要表達于肝、骨骼和腎、胎盤堿性磷酸酶(PLAP、生殖細胞堿性磷酸酶(GCAP和IAP3。IAP是一種經糖基磷脂酰肌醇鍵錨定于腸上皮細胞頂膜上的糖蛋白。在生理情況下,餐后分泌的胰磷

6、脂酶A2水解膽汁中卵磷脂所生成的溶血卵磷脂能特異性加速IAP經腸上皮細胞頂膜釋放入腸腔4。Narisawa等5應用脂肪含量為11%的高脂食物持續(xù)喂養(yǎng)6 8個月后發(fā)現,IAP基因敲除小鼠體重增長速率明顯高于野生型小鼠,同時還發(fā)現IAP 基因敲除小鼠脂滴的跨腸上皮細胞轉運速率和血清三酰甘油濃度亦均明顯高于野生型小鼠。Nakano 等6通過使用脂肪含量為30%的高脂食物喂養(yǎng)IAP 基因敲除小鼠10周后發(fā)現,IAP基因敲除小鼠存在肝脂肪變性和內臟脂肪的堆積,同時腸上皮細胞脂質的穿細胞轉運作用增強。在人類血小板中,脂肪作者簡介:畢景成,醫(yī)學碩士研究生,從事普通外科專業(yè)。E-mail:ahbijingch

7、eng163com 通訊作者:王新穎,E-mail:wxinying263net酸轉運體FAT/CD36的磷酸化降低其所介導的脂肪酸攝取能力,同時細胞外三磷酸腺苷(ATP也會抑制FAT/CD36介導的脂肪酸的吸收,而外源性給予AKP后,FAT/CD36介導的脂肪酸的吸收功能恢復正常7,提示腸道中IAP可能通過直接調節(jié)FAT/ CD36的磷酸化水平,或間接地通過水解腸上皮細胞外ATP,調控腸上皮細胞脂肪酸的攝取8。嚙齒類動物胃和結腸中AKP mNA水平和酶活性水平非常低9,十二指腸中相關水平達到最高,而至空腸和回腸后,AKP mNA水平和酶活性水平又顯著降低10。由此可看出,嚙齒類動物腸道中AK

8、P的分布與腸道中細菌的定植水平相反。此外,無菌豬體內,回腸中AKP的活性明顯高于十二指腸,與已知的腸道AKP活性梯度相反,而經腸道細菌定植后,腸道AKP活性梯度恢復正常11。以往研究已證實,哺乳期嚙齒動物IAP基因表達水平以及酶活性均較低。出生后20 24d,動物斷奶時,IAP基因的表達水平和酶活性逐漸升高至成年水平1112。而在老年大鼠和小鼠的小腸中, IAP活性下降了50%1213,提示IAP的表達和活性與嚙齒類動物年齡以及飲食改變相關。同時還發(fā)現,圍手術期禁食可導致人腸道中IAP活性明顯降低,在人體中證明了腸內喂養(yǎng)的缺乏對腸道中IAP 的影響14。2腸堿性磷酸酶與腸屏障21IAP與腸黏膜

9、機械屏障entea等15研究發(fā)現,壞死性小腸結腸炎大鼠幼崽腸道對大分子物質的通透性增加約15倍,給予低劑量外源性牛IAP 后,其腸道通透性得到明顯改善。而IAP基因敲除小鼠腸道緊密連接蛋白claudin1、occludin、ZO-1、ZO-2表達水平明顯降低14。盡管緊密連接蛋白的定位和分布在腸機械屏障中發(fā)揮著至關重要的作用16,但經檢索相關數據庫,目前未見IAP對腸黏膜上皮細胞相關緊密連接蛋白分布影響的研究報道。囊性纖維化(CF是高加索人種中最常見的致死性常染色體隱性遺傳病,該類病人腸道IAP活性水平降低,同時伴隨腸黏膜通透性增高1718。通過研究腸通透性水平,可間接反映腸黏膜機械屏障功能1

10、9。Lisle等20研究發(fā)現,經口給予CF小鼠外源性牛IAP3周后,CF小鼠的腸通透性明顯降低,并與正常野生型小鼠腸道通透性比并無明顯差異;而給予IAP選擇性抑制劑L-苯丙氨酸抑制內源性IAP 活性3周后發(fā)現,正常野生型小鼠與CF小鼠腸通透性均無明顯變化,表明IAP間接參與腸通透性的維持。從以上研究結果可以看出,IAP在腸黏膜機械屏障維護、腸道正常通透性的維持中雖發(fā)揮著重要作用,但目前研究成果尚不能證實IAP在其中發(fā)揮著直接作用,故仍需對IAP在腸黏膜機械屏障中的作用機制做深入的研究和探討。22IAP酶與腸黏膜化學屏障十二指腸黏膜長期暴露于來自胃部的富含胃酸和胃蛋白酶的胃液和食糜環(huán)境之中。十二

11、指腸上皮細胞通過分泌碳酸氫根離子在十二指腸黏膜表面形成一定的pH梯度,從而對十二指腸黏膜起到保護作用21。前已述及,十二指腸是IAP表達的主要場所10。IAP的最適pH值822,提示IAP可能在十二指腸上皮細胞碳酸氫根離子的分泌以及黏膜表面pH梯度的建立中發(fā)揮著一定的作用。Mizumori等8為了論證上述假設,通過研究發(fā)現,當十二指腸黏膜表面pH值較低時,IAP所具有的三磷酸腺苷(ATP酶活性亦降低,使十二指腸上皮細胞分泌的ATP在細胞外堆積,堆積的ATP進而刺激P2Y1受體,促進十二指腸上皮細胞碳酸氫根離子的分泌;碳酸氫根離子與氫離子結合生成的二氧化碳擴散入十二指腸上皮細胞,在細胞內碳酸酐酶

12、的作用下,重新生成碳酸氫根離子,分泌入腸腔,逐漸升高十二指腸細胞表面的pH值。當十二指腸黏膜表面pH值較高時,IAP所具有的ATP酶活性也隨之升高,使細胞外ATP濃度降低,對P2Y1受體刺激減少,進而使碳酸氫根離子的分泌減少。由此可看出,IAP在十二指腸表面pH值調節(jié)中發(fā)揮著堿性化學傳感器的作用,經上述調節(jié)環(huán)路保護十二指腸黏膜免受胃酸對其造成的損傷,維護腸黏膜化學屏障的完整性。23IAP與腸黏膜免疫屏障腸道黏膜免疫由獲得性免疫和固有免疫兩部分組成。漿細胞產生和釋放的大量分泌型免疫球蛋白A(sIgA是腸黏膜獲得性免疫的主要效應分子,潘氏細胞分泌的多種抗菌肽和杯狀細胞分泌的黏蛋白是固有免疫的主要活

13、性成分23。人體腸道中存在著大量的革蘭陰性菌,如大腸桿菌和變形桿菌等。脂多糖(LPS作為革蘭陰性菌細胞壁的組成成分,在腸道中濃度較高。當其越過腸道進入血液循環(huán),可誘導局部和全身炎癥反應,甚至膿毒性休克的發(fā)生24。LPS由O-抗原、核心多糖和脂質A三部分組成。脂質A是LPS毒性的主要組分。IAP可催化LPS中具有毒性的雙磷?；|A去磷酸化生成無毒性的單磷?；|A,從而降低LPS毒性2526。已有研究表明,LPS可特異性結合Toll樣受體4(TL4,并激活核因子B (NFB信號通路和腫瘤壞死因子-/腫瘤壞死因子受體-1(TNF-/TNF receptor-1信號通路,誘導炎癥相關基因的表達,導

14、致腸黏膜免疫功能的紊亂和炎癥的發(fā)生2728。Bates等29和Vaishnava等30研究表明,腸腔中IAP與LPS間存在反饋調節(jié)。當腸腔中IAP活性升高時,催化LPS發(fā)生去磷酸化反應增強,具有毒性的LPS濃度降低,LPS對TL4的刺激作用減弱,炎性相關基因表達水平下調。當腸腔中IAP活性低時,具有毒性的LPS濃度升高,LPS對TL4的刺激作用增強,IAP基因和炎性相關基因的表達水平上調。上述研究結果表明,IAP可通過催化LPS去磷酸化,間接地介導腸道炎性反應的下調,從而參與腸黏膜免疫屏障功能的維護和調節(jié)。24IAP與腸黏膜生物屏障腸黏膜生物屏障作為腸屏障的重要組成部分,與宿主的健康和疾病關系

15、密切。有研究發(fā)現,不同物種在腸道細菌定植前后,IAP的表達水平不盡相同。豬腸道細菌定植前后,腸道IAP表達水平并無明顯變化,而在小鼠和大鼠腸道細菌定植后,IAP的表達水平降低31。腸道內尚無細菌定植、腸黏膜生物屏障尚未建立的無菌斑馬魚體內IAP的表達水平較低。當向其腸道中添加活的或滅活的革蘭陰性菌,或單獨給予一定量LPS后,IAP表達水平明顯升高,表明腸道共生菌中革蘭陰性菌在誘導斑馬魚IAP的表達中發(fā)揮著重要作用29,32。Goldberg等33通過研究發(fā)現,在腸系膜上動脈缺血-再灌注腸黏膜損傷模型和雙側后肢缺血-再灌注腸黏膜損傷模型中,IAP基因敲除小鼠腸系膜淋巴結腸道細菌易位程度明顯高于正

16、常野生型小鼠,提示IAP在抑制腸道菌群易位中發(fā)揮著重要的作用。同時,IAP可水解腸道共生菌中革蘭陰性菌所產生的LPS,降低其毒性,提高腸上皮細胞對腸道共生菌的耐受,維護腸屏障的完整性34。通過對IAP調節(jié)腸道菌群的相關機制研究,發(fā)現IAP可負性調節(jié)腸道共生菌與腸上皮細胞間LPS與TL4的相互作用,抑制炎性相關基因的表達和炎性因子的產生35。Malo等36發(fā)現,IAP基因敲除小鼠糞便中需氧菌和厭氧菌的種類和數量與野生型小鼠相比顯著減少,口服IAP可促進腸道共生菌的生長,恢復因抗生素的使用所導致的腸道菌群紊亂,并能抑制腸道致病菌鼠傷寒沙門菌的生長。Malo等37對其中涉及的相關機制進行深入研究后發(fā)

17、現,IAP可通過水解ATP,降低ATP在腸腔中的濃度,使ATP對腸腔共生菌生長的抑制作用減弱,進而促進腸道共生菌的生長。3結語IAP在腸黏膜機械屏障、化學屏障、免疫屏障和生物屏障的維護中發(fā)揮著重要作用。同時,關于IAP的觀察性研究較多,而對其具體作用機制的研究較少。我們應加強IAP在腸黏膜屏障中作用機制的研究,為涉及腸屏障功能紊亂相關疾病的診治提供理論依據和思路?！緟⒖嘉墨I】1黎介壽腸衰竭概念、營養(yǎng)支持與腸粘膜屏障維護腸外與腸內營養(yǎng),2004,11(2:65-672歡汪,侯曉華腸黏膜屏障、腸道菌群與腸道穩(wěn)態(tài)臨床消化病雜志,2014,26(3:135-1363Sharma U,Pal D,Pra

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24、 influence of age on intestinaldipeptidyl peptidase IV(DPP IV/CD26,disaccharidases,andalkaline phosphatase enzyme activity in C57BL/6miceExperi-mental Agingesearch,2008,34(1:49-6213Jang IS,Jung KK,Cho JSInfluence of age on duodenal brushborder membrane and specific activities of brush border mem-bra

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