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1、消化道氨基酸代谢机制青 摘要：在肠道代谢过程中，食物必需氨基酸可不同程度被肠道组织利用。为肠道提供能量物质的同时，参与多种生物活性物质的合成，对维持肠道健康有重要意义。但某些氨基酸的不足或限制会对通路造成影响，进而影响蛋白质合成。本文对几种肠道消化比较重要的氨基酸对肠道的影响进行综述。 关键词：肠道：氨基酸：mTOR：GCN2：代谢机制：营养感知 肝脏一直被认为是氨基酸分解及氧化的主要场所，但后来研究，消化道特别是肠道也被认为是一些氨基酸特别是非必需氨基酸如Gln、Glu、Asp代谢的主要场所之一。氨基酸的可用性是一个有机体正常生长，影响蛋白质合成的调控和蛋白质水解的主要影响因素。 在植物和动
2、物蛋白中Gln和Leu含量丰富，但是Arg在食物中和生理溶液中的变化很大。此外，它们也在蛋白质合成中起作用，在肠上皮细胞中，这三种氨基酸单独激活信号通路来促进蛋白质合成，而且可能抑制自噬介导的蛋白质降解。此外，Gln和Arg激活丝裂原活化蛋白激酶和mTOR/p70s6激酶通路，并各自增强粘膜细胞的迁移和恢复（2）.通过依赖一氧化氮的cGMP信号级联反应，在肠中Arg调控多种生理活动，有益于细胞稳态和生存。动物体内和体外实验表明，Gln和Arg可以促进细胞增殖，在应对营养剥夺、氧化损伤、应激、免疫学挑战时具有特异性细胞保护作用。此外，当一氧化氮可用时，亮氨酸会加快肠细胞的迁移。因此，通过细胞信号
3、传导机制，Arg、Gln和Leu在肠的生长、完整性和功能中起关键作用。所有植物和动物蛋白都含有大量的Gln和Leu（3）。此外，在血浆、猪或羊的尿囊液、猪奶中有丰富的游离Gln。但Arg在食物和生理溶液中的含量变化很大，在海产品、种子、坚果、猪或羊的尿囊液中含量丰富，在大多数物种的奶中相对缺乏。断奶的哺乳动物对精氨酸的利用活跃，但未断奶的不活跃(4)。在小肠的首过代谢大约30-50%的必需氨基酸被分解代谢，如在喂奶仔猪中，40%的Leu，30%的Ile，40%的VAL被PDV吸收，少于20%被吸收的支链氨基酸用于小肠蛋白质合成。同样的，羊的消化道也会分解大量的支链氨基酸，这和肠粘膜细胞中的支链
4、氨基酸转氨酶的高活性相关(5)。在猪肠细胞中，缺少酵母氨酸脱氢酶、苏氨酸脱氢酶、苏氨酸水合酶、组氨酸脱羧酶、苯丙氨酸羟化酶，所以在肠粘膜细胞中组氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸的代谢活动很弱，这些必需氨基酸的代谢可能是由于肠道中的微生物起主要作用。20年来，人们通过对家畜（猪、反刍动物）、鸟类、鱼类、和人类在不同的营养、发育、环境、病理下，界定最佳的氨基酸需求量做出了很大努力。此外，近期的研究结果显示小肠是人类和动物氨基酸分解代谢的主要场所，因此调整氨基酸进入门脉循环和在血浆中的模式是有必要的(6)。在成猪中，几乎全部的Gln和40%的Arg和Leu不会进入门静脉循环。这些氨基
5、酸在肠中的代谢活动对生长和健康的影响至关重要。在肠上皮细胞中，Leu和Arg激活mTOR信号通路促进蛋白质的合成，抑制自噬介导的蛋白质降解。此外，Gln激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和热激蛋白的合成。下面就肠中氨基酸信号进行简单讨论。以下图为指导，首先了解一下几种氨基酸在通路中的作用：上面以图像的形式解释一下氨基酸通过通路来调节蛋白质的合成，粗黑线表示激活，细黑线表示抑制。哺乳动物的雷帕霉素靶（mTOR）属于一种高度保守的Ser/Thr蛋白激酶，是mRNA翻译的主要调控因子。mTOR系统主要由mTORC1和mTORC2两种复合物组成，mTORC1可被雷帕霉素抑制，mTORC2对雷帕霉
6、素耐受。mTOR具有多功能的生物学特性，参与细胞凋亡、细胞生长和蛋白质合成、免疫调节等（1）。 在哺乳动物细胞中，氨基酸充足促进蛋白质合成，在某种程度上通过抑制翻译阻碍者4EBP1和eIF4E结合并刺激核糖体s6激酶（S6K）活性来完成，当氨基酸饥饿时，这些过程就是相反的。这两种信号活动都需要TOR的活动，4EBP1和S6K是对于mTORC1研究最广泛的下游感受器。TOR结构上保守，是磷酸肌醇-3-激酶相关激酶家族的成员，具有蛋白激酶活性。TOR能激活下游信号传导通路，通过4EBP1、S6K等翻译调节因子的磷酸化作用传递外界营养状况、生长因子等信号，从而调节细胞内核糖体的发生、蛋白质合成等生理
7、过程，进而综合调控细胞生长增殖凋亡和自噬。氨基酸通过TORC1信号传导通路调节S6K和4EBP1的磷酸化，进而从翻译水平调节基因表达，有报道证明哺乳动物TORC1信号传导通路可以在转录水平调控许多基因的表达，特别是代谢和生物合成途径中基因的表达，TOR依赖的转录过程受URI的调控，URI参与哺乳动物中对营养素敏感的TORC1控制的转录水平的调控。因此氨基酸通过TOR信号传导可在转录和翻译两个水平上调节基因的表达。TOR通过改变4EBP1的磷酸化状态来调控翻译起始复合物的功能，通过影响S6K的活性来调控核糖体蛋白以及翻译调节蛋白的合成。4EBP1通过与eIF4E（真核细胞翻译起始因子4E）结合来
8、抑制翻译起始，低磷酸化的4EBP1与它有较高亲和力，高磷酸化状态的4EBP1能释放出eIF4E，从而启动翻译。Gln与TOR、GCN2信号传导通路的关系及其在肠道中的作用 研究发现,在酵母氮代谢中,Gln作为一种首选氮源和重要的中间体可能调控TOR信号传导通路。Gln损耗会影响TOR抑制的转录因子的核定位和活性, TOR可以感受Gln的变化,然后根据不同的营养条件作出适宜的反应。姜俊研究表明鲤鱼肠道中存在原代肠上皮细胞(IECs)蛋白质合成的信号调控分子TOR,Gln提高了前中肠IECs蛋白质的合成能力,而Gln提高其蛋白质合成的能力受TOR的调控。Gln饥饿诱导ATF4上调，从而控制SLC7
9、A5的上调和外源性氨基酸的摄入:在哺乳动物中，GAAC通路是通过转录因子ATF4来维持氨基酸的稳态，当Gln饥饿时ATF4蛋白质水平是升高的，加入Gln时，会抑制ATF4蛋白的上调。Gln饥饿激活了GAAC通路，转而使氨基酸转运蛋白上调，因此导致外源氨基酸的摄入和胞内氨基酸水平升高(7)。 ATF4和SLC7A5调节由Gln饥饿引起的mTOR的激活和自噬:Gln饥饿时，GAAC通路在mTOR再激活中的作用？mTOR的再活化受Gln的严格控制，Gln饥饿引起mTOR 的再激活，加入Gln会抑制由Gln饥饿诱导的mTOR再激活。作者发现，外源的Leu和Arg是Gln饥饿时mTOR再激活所必需的，这
10、和先前的研究说Leu和Arg是mTOR活性的先决条件Gln饥饿引起胞内Leu水平显著升高，推测SLC7A5是主要的Leu转运蛋白，可能调控mTOR再激活。ATF4-SLC7A5介导的Leu摄入会导致由Gln饥饿引起的mTOR的再激活，而对自噬起抑制作用。 总之，GAAC通路通过控制氨基酸的摄入来调控自噬，当Gln饥饿时，会触发GAAC通路，导致ATF4上调，然后导致包括Leu转运蛋白在内的氨基酸转运蛋白上调，继而引起氨基酸的摄入，导致mTOR再激活和抑制自噬(8)。饥饿时，细胞会通过总氨基酸控制（GAAC）通路来提高氨基酸的摄取和合成，而非必需的细胞内容物由自噬而被回收。这两种通路如何协调响应
11、于饥饿目前还不知道。饥饿导致mTOR失活，然后激活细胞自噬。同时，Gln饥饿会激活GAAC通路，会对氨基酸转运蛋白起正调节作用，导致氨基酸吸收量的增加，通过这种途径增高细胞内氨基酸水平后，就会反过来激活mTOR并抑制自噬。亮氨酸的转运载体-ATF4（转录激活因子），是GAAC通路主要的转录因子，它的减少导致受损的mTOR再激活和更高水平的自噬。因此当Gln饥饿时，GAAC通路通过调节氨基酸的摄入和mTOR的再激活来调控细胞自噬。自噬是依赖于溶酶体的降解过程，有助于细胞调节通过降解和回收非必需的细胞内容物来应对不同的营养状态。氨基酸会抑制自噬，但是氨基酸饥饿对自噬有激活作用。氨基酸的消耗和mTO
12、R对自噬的激活相关，mTOR是一个整合各种代谢刺激信号的Ser/Thr激酶(9)。细胞内氨基酸水平是调节mTOR激酶活性的至关重要的信号(10)， 在许多细胞类型中，Leu是mTOR调控的主要氨基酸(11),降低亮氨酸的浓度会消除氨基酸对mTOR的调控作用；在较小程度上增加亮氨酸的含量，其他的支链氨基酸会激活mTOR.当饥饿时，氨基酸的水平主要是通过GAAC通路维持，哺乳动物中，氨基酸饥饿会激活ATF4（转录激活因子4），ATF4对氨基酸的生物合成起正调节的作用，并控制氨基酸的运输基因(12)。哺乳动物氨基酸的体内平衡是非常复杂的，因为八种必需氨基酸不能由自身合成，而是必须由细胞外提供，Leu
13、是其中一种，因此细胞内的亮氨酸平衡很可能依赖于外源性的亮氨酸吸收(13)。ATF4同样通过调节自噬基因的表达来调节自噬作用(14)。有一个反馈机制，它通过调节氨基酸的摄入来控制自噬的强度，Gln的消耗触发GAAC通路，然后导致ATF4水平的升高。升高的ATF4水平会对氨基酸转运蛋白起正调节作用，继而增加了氨基酸的摄入并提高了细胞内氨基酸水平，从而再次激活mTOR抑制自噬。当氨基酸浓度不同时（Gln饥饿或全部氨基酸饥饿），表明外源性氨基酸对于mTOR的再激活是必需的。 通过液相色谱法、质谱法发现，在Gln饥饿时细胞内的自由氨基酸浓度，包括必需氨基酸会迅速升高，但在全部氨基酸饥饿时会迅速降低。这表
14、明由Gln饥饿引起的胞内自由氨基酸浓度升高是依赖于从媒介吸收外源性氨基酸。用同位素示踪法标记L-Leu发现，Gln饥饿会提高13C-Leu的摄入量，但全部氨基酸饥饿并没有显著的13C-Leu的吸收。结果表明，Gln饥饿诱发外源性氨基酸的摄入，从而增加了胞内自由氨基酸的浓度。 对正常生长和Gln饥饿条件下的细胞通过转录组学分析发现，Gln饥饿会显著改变转录谱，而且许多氨基酸转运基因上调。Slc7a5编码Leu转运载体，氨基酸饥饿显示SLCA75mRNA和蛋白质上调，此外质膜处的SLC7A5同样会上调。添加Gln后会抑制由于Gln饥饿导致的SLC7A5和蛋白质的上调。因此SLC7A5的转录是由Gl
15、n饥饿引起的。SLC7A5是一种双向的氨基酸转运蛋白，作为细胞内L-Gln的输出交换，这种转运蛋白会转运像L-Leu这样的支链氨基酸。Gln饥饿通过对氨基酸转运蛋白的上调来诱导氨基酸的摄入。 上图显示：当Gln在低浓度时，不会激活GCN2和mTOR通路，此时的蛋白片段合成率为46%/d；随着Gln浓度的增加，通过激活mTOR通路使蛋白质合成的速度加快；相反，当Gln完全去除，GCN2通路被激活从而抑制蛋白质的合成，mTOR通路被激活抑制细胞自噬。 氨基酸，尤其是Gln很早以前就发现可以促进小肠粘膜的生长。多胺对粘膜的生长也是必需的，而且会抑制鸟氨酸脱羧酶（ODC），ODC是多胺合成的第一个限速
16、酶，会限制生长。某些氨基酸，主要是Asn和Gln，在生理条件下对鸟氨酸脱羧酶有激活作用，ODC的活性能被抗酶-1（AZ）抑制，AZ的合成被多胺激活，因此是一个负反馈调节的酶。缺乏氨基酸时，mTORC1被抑制，mTORC2被激活导致蛋白质合成的抑制，但会通过一个独立的机制合成AZ(15)。这就说明了为什么Asn和Gln对ODC的活性是必需的。越来越多的文章表明，AZ会抑制细胞增殖、促进细胞凋亡、提高自噬，每种活动都会导致细胞生长减少。ODC活性的刺激和AZ的缺乏之间的相关性受氨基酸的影响很大，不仅仅是Asn和Gln会激活ODC，抑制AZ合成；如Lys、Val、Orn会抑制ODC活性增加AZ的合成
17、(16)。已证明Gln是小肠的主要代谢燃料，大大超过葡萄糖和脂肪酸。Ko等证明1mM的Gln对于肠应答表皮生长因子而增值是必需的(17)。对Gln的研究主要有：1、Gln主要通过MAPK，作为肠细胞增殖的信号。2、在肠或其他主要器官中作为增强细胞生存的信号。3、阻碍肠上皮细胞凋亡的信号。肠细胞就像法拉利，加入燃料后可以快速启动，然后随着汽油的消耗汽车平稳的前进。如果燃料耗尽，汽车停止。根据这种模式，加速度类似于由MAPK启动的有丝分裂，行进类似于维持血清Gln在肠道的稳态水平，制动类似于Gln耗尽，Gln剥夺激活应激通路，包括热激蛋白和细胞凋亡(18)。在猪的研究中发现，断奶猪日粮中加入1%的
18、Gln会阻止空肠萎缩，提高生长性能(19)。Gln是肠道细胞通过MAPK的增殖信号：Gln具有使肠道细胞“火花式”增殖的能力，猪IPEC-J2细胞（来自空肠中段一个非转化细胞系），从不含血清和其他生长因子的，含0.7mM的Gln溶液转移到2.5mM的溶液中，会引发增加50%的3H-胸苷掺入DNA，标志着增值反应。当细胞进行Gln饥饿然后培养与2.5mM的溶液中，会发生20倍的胸苷掺入。这种增加和细胞外信号相关的激酶1、2有关系，这些激酶通过MAPK激酶和核转录因子ELK-1的磷酸化，伴随着AP-1依赖基因转录的活化。Gln可以视为一个生长的信号，而不只是一种所需的营养物。 Gln的ERK活化为
19、肠细胞存活提供重要机制(20)，研究大鼠细胞系RIE-1发现，ERK抑制UO126或PD98059来阻断其一直凋亡的能力；但是也有人发现，Gln刺激胸苷掺入被抑制的ERK而强烈抑制，他们发现在Gln存在，ERK抑制并没有阻止Gln刺激细胞数量的增加(21)，这种差异可能是由于生理学水平的Gln与药理学水平的Gln不同导致，其他的解释包括不同的细胞系或不同的增殖指标。 Gln对培养的细胞有丝分裂和抗凋亡的影响会不会与整个动物生理学关？Blikslager等人发现，隔离猪严重缺血性损伤的回肠后，单独注入Gln或转化生长因子-a（TGF-a），不会加速绒毛的再生长，但是二者同时加入会使恢复速率在3天
20、以上（22）。能证明Gln可以促进肠绒毛增长的证据来自对切除小肠的大鼠的研究。如：切除80%肠引起的短肠综合征的小鼠，补充Gln（2.2g/kg和对照组0.4g/kg），肠粘膜的DNA含量增加了40%。相对直接的测定Gln对新生鼠的影响的是人工饲料饲喂或计算补充Gln，Neu等通过人工喂养，Gln标准为4g/kg/d或占总蛋白的1/3，并加入Gln重合成的抑制剂（23），当他们比较实验组和对照组的鼠肠的显微结构发现，实验组的肠绒毛的高度显著增加。但是这些研究并不排除激素与Gln的协同作用对肠绒毛有促生长作用。Gln是增强肠细胞存活的信号：Gln可以上调肠细胞的热激蛋白的表达，Chang等证明了
21、Gln诱导热激蛋白表达的机制，他们发现当胞腔Gln的生理学剂量应用于Gln饥饿细胞时，增加了抗氧化剂介导的细胞死亡的抵抗力。这种细胞保护和分子伴侣热激蛋白70的诱导有关。为了证明Gln对细胞的保护作用，而不是在胞外人工作用的结果，他们注入大鼠Gln以瞬时提高血清水平至超生理血清水平（3-5mM），导致Gln在许多器官中瞬间激活热激蛋白25，包括结肠。Gln增强热激蛋白72表达与增强肠上皮细胞对凋亡伤害抵抗力相关，在许多细胞类型中热休克蛋白的转录是由于热休克因子-1（hsf-1）和靶基因启动子的聚合。事实上hsf-1缺失的鼠胚胎成纤维细胞缺乏Gln对其的保护作用。在热激时，在hsf-1磷酸化、聚
22、合作用、核定位中没有发现有Gln依赖差异。Gln的存在并没有改变hsf-1的最小启动活性，但是对于野生型的hsp72启动子的转录激活是重要的决定因素。许多实验结果表明，Gln不影响hsf-1的激活经典途径，但是Gln依赖的上游转录因子的绑定可能在hsf72启动子的其他部位或存在共催化剂来提高hsf72的转录。Gln抑制肠细胞凋亡：生理学剂量的Gln对防止肠细胞的凋亡是有效的，Ko等将饲养的鼠细胞系RIE-1进行24h的Gln抑制，细胞凋亡，表明Gln对肠细胞是一种特殊的存活因子。Evans等发现，TRAIL诱导的细胞凋亡被Gln处理完全一致，但其他氨基酸对其不起作用。Larson等发现，随着E
23、RK的抑制，凋亡加速，Gln饥饿加速蛋白激酶磷酸化，从而提高肠细胞DNA片段化（24）。这些研究显示Gln介导的细胞保护作用在功能ERK通路中具有重要作用。谷氨酰胺是小鼠小肠上皮细胞mTOR信号通路中的关键调节器 尤其是支链氨基酸，像L亮氨酸，可以通过mTOR通路激活p70S6 激酶和对4E-BP1磷酸化作用，近期研究发现，L-精氨酸同样可以激活小鼠肠上皮细胞的mTOR信号通路。在本研究中，我们证明了在小鼠肠上皮细胞中，精氨酸或亮氨酸会诱导L-谷氨酰胺抑制p70S6 激酶和对4E-BP1磷酸化，L-谷氨酰胺诱导的抑制mTOR信号通路的分子机制尚不清楚。氨基酸是重要的信号调节器，尤其通过mTOR
24、对p70s6激酶和4E-BP1的调节。p70S6 激酶是通过位于羧基末端尾部自抑制域的一系列Ser/Thr位点的磷酸化作用激活，p70S6 激酶被体外或体内的刺激激活。eIF-4E，是7-甲基鸟苷冠接蛋白，连接两个其他起始因子蛋白质，eIF-4A和eIF-4G形成cap依赖性mRNA解旋酶复合体为eIF-4F，它促进mRNA5，帽端的解旋，然后促进与40s核糖体亚单位的结合，促进转录起始。L-Gln能够影响L-Arg、L-Leu对mTOR的磷酸化能力：mTOR是一种Ser/Thr蛋白激酶，作为一种氨基酸感受器，平衡营养的可用性和细胞生长，当营养充足，mTOR给p70s6激酶和4E-BP1传送一
25、个积极的信号（25）。p70s6激酶活性和4E-BP1的磷酸化对于mTOR信号通路的激活是有用的标志。研究表明，在鼠肠上皮细胞中，L-Gln对Leu或Arg诱导的mTOR信号通路的激活具有抑制作用，精氨酸诱导刺激信号转导被阳离子氨基酸转运蛋白抑制，尽管Gln对于精氨酸诱导的信号转导具有明显的抑制作用，但对亮氨酸诱导的信号作用很小，表明Gln可能是精氨酸诱导的mTOR信号通路的特殊抑制剂，阳离子氨基酸可能通过抑制他的转运蛋白发挥作用，但是对于中性氨基酸-亮氨酸诱导的信号通路没有显著的影响。 尽管Gln有望促进细胞增殖，但是有研究表明它抑制细胞生长的mTOR信号，为解释这种矛盾，应该从细胞增长的信
26、号中区分出细胞增殖的信号，Fingar等证明哺乳动物的细胞大小是由mTOR和其下游靶蛋白S6K1和p70s6激酶控制（26）， 而且mTOR信号对于细胞增长的结果不是增加细胞数量，而是增加细胞尺寸。在肠道细胞IEC18中，Gln不仅作为一种重要燃料、加速细胞周期、增加细胞数量，同时还抑制mTOR信号和细胞大小的增长。缺乏必需氨基酸和谷氨酰胺对肠道通透性和HCT-8细胞的蛋白质合成的影响： eIF2a的磷酸化与否是与GCN2通路相关的标志，而4E-BP1的磷酸化与否是与mTOR通路相关的标志。氨基酸对细胞的影响是通过GCN2和mTOR通路来完成的，细胞通透性通过经过上皮的电阻来衡量，实验设计：1
27、、培养基介质含EAA、NEAA、Gln 2、生理盐水 3、无EAA 4、无Gln 5、无Gln、加入谷氨酰胺合酶抑制剂，6个小时的缺乏EAA不会对上皮电阻和片段合成率产生显著影响，但会减少4E-BP1的磷酸化和增加eiF2a的磷酸化；缺乏Gln对上皮电阻影响不大，会降低GCN2；缺乏Gln，加入谷氨酰胺合酶抑制剂时上皮电阻和片段合成率显著降低；蛋氨酸亚氨基代砜阻碍经过上皮电阻和片段合成率，增加p-eiF2a，mTOR通路保持激活状态。这些结果表明，mTOR通路和GCN2通路都会根据Gln的缺乏程度来介导蛋白质的合成作用。 苏氨酸的缺乏会限制猪空肠细胞蛋白质的合成（27），但在小鼠中却不限制（2
28、8）。两种通路都和蛋白质的起始和延伸的调控相关，有活性的mTORC1引起s6激酶和翻译因子4EBP1磷酸化，磷酸化的4E-BP1引起eIF4E（真核起始因子4E）的释放，引起其他因子的翻译。在肠中，亮氨酸和精氨酸激活mTOR通路，但谷氨酰胺不会激活(30)。GCN2通路会受到氨基酸可利用量的调节。当氨基酸不足，自由tRNA积累，活化激酶GCN2，从而磷酸化起始因子eiF2a，影响蛋白质合成。在星形细胞中，GCN2受到精氨酸可利用量的调节。结果表明，EAA的消耗和Gln的deprivation可能会激活GCN2通路。但我们知道的是，只有肠癌细胞系和结肠上皮细胞的eiF2a起始因子表达(31)。生
29、理盐水环境下，4E-BP1主要以非磷酸化形式存在，这与FSR和TEER的显著减少相一致；在2mM Gln浓度下发现培养后的细胞中的4E-BP1主要是以磷酸化形式存在。在仔猪肠细胞体外实验中已经证实，Leu和Arg会通过mTOR通路刺激蛋白质合成(32)，小肠中氨基酸的缺乏会对蛋白质的合成产生的影响证实很少，清楚的证明了Caco-2细胞缺乏Gln时会限制蛋白质的合成，但没有涉及到他的信号通路(33). 氨基酸，尤其是支链氨基酸如L-Leu,通过mTOR信号通路调控p70S6激酶的活化和4E-BP1的磷酸化，此研究中也证明了L-Arg也会在鼠小肠上皮细胞以雷帕霉素敏感的方式激活这个通路，L-Arg
30、诱导的氨基酸信号转导涉及阳离子氨基酸转运系统。L-Arg和L-Leu诱导的p70S6激酶的激活取决于每种氨基酸的刺激时间和浓度，这表明了这种氨基酸的信号接收机制可能是可饱和的。L-Arg和L-Leu通过雷帕霉素敏感信号诱导激活p70S6激酶和4E-BP1的磷酸化，说明上述作用和mTOR信号通路相关。L-Arg诱导激活p70S6激酶被N-甲基精氨酸和L-N5-鸟氨酸抑制，一氧化氮合酶抑制剂也会阻碍阳离子氨基酸转运蛋白，体系y+。L-Leu诱导的p70S6激酶的激活不会受一氧化氮抑制剂处理的影响。总之，L-Arg通过mTOR信号通路对p70S6激酶活性和4E-BP1的磷酸化作用的调控包括体系y+和
31、阳离子氨基酸转运蛋白(34)。氨基酸是重要的信号调节器，尤其是通过mTOR的p70S6激酶和4E-BP1。P70S6激酶通过一系列Ser/Thr的磷酸化作用被激活，磷酸化S6蛋白是在40S核糖体亚基内，从而驱使5，端TOP mRNA的翻译。 研究发现，mTOR通过调节4E-BP1和p70S6激酶的磷酸化来控制翻译机制。此文证明，L-Arg和L-Leu上调鼠小肠上皮细胞mTOR的信号，而且L-Arg信号转导可能和阳离子氨基酸转运系统有关。一氧化氮合酶抑制剂对IEC6细胞中L-Leu和L-Arg的激活p70S6激酶能力的影响：阳离子氨基酸被转运至哺乳动物细胞中主要是通过系统y+，阳离子氨基酸转运蛋
32、白。四种氨基酸转运基因（Cat-1，Cat-2a，Cat-2b，Cat-3），可以编码系统y+，相比其他的阳离子转运蛋白，Cat-1和L-Arg有更高的亲和性。氨基酸的消耗启动分子活动，导致Cat-1 mRNA的稳定性增加，阳离子氨基酸转运蛋白参与氨基酸调控的mTOR信号通路。系统y+对L-Arg诱导的mTOR信号通路的作用：通过研究四种转运基因mRNA的表达，显示IEC6和IEC18两种细胞都会表达所有的阳离子氨基酸转运蛋白。系统y+参与L-Arg诱导的mTOR活化作用，因为转运的抑制导致由L-Arg抑制的mTOR活化。但是系统y+自己诱导mTOR激活还是系统通过系统y+增加内源性L-Arg
33、浓度来激活mTOR还不清楚。研究结果表明，在鼠肠上皮细胞中，L-Leu和L-Arg都具有通过mTOR信号通路来单独调控p70S6激酶活性和4E-BP1的磷酸化作用。雷帕霉素是mTOR信号的抑制剂，它具有计量依赖性。L-Arg，而非L-Leu诱导的mTOR信号通路涉及系统y+、阳离子氨基酸转运蛋白。值得一提的是，L-Leu和L-Arg对mTOR信号通路的激活作用在不同的细胞类型中可能是不同的。Arg与TOR信号传导通路的关系及其在肠道中的作用Arg是新生仔猪最大化生长的必需氨基酸。L-Arg能以RAPA敏感途径来活化大鼠肠上皮细胞中的mTOR信号传导通路。L-Arg通过mTOR信号传导通路来诱导
34、S6K的活化和4E-BP1的磷酸化,其中L-Arg作为一氧化氮合成的底物,其诱导的S6K的活化被一氧化氮合成酶(NOS)的抑制剂所抑制,NOS抑制剂可以阻碍阳离子氨基酸转运系统。因此,L-Arg可通过mTOR信号传导通路调节S6K的活性及4E-BP1的磷酸化,蛋白质的合成对肠细胞迁移是必需的, PI3K/mTOR的抑制调节途径也可以抑制细胞迁移,而Arg可提高肠上皮修复过程中肠细胞的迁移。有研究表明,mTOR /S6K信号传导通路对肠细胞迁移是必需的,Arg可增强细胞迁移并活化小肠上皮细胞TOR下游信号S6K,可能在肠道细胞修复中起作用。总之, Arg主要是活化TOR信号传导通路的下游信号因子
35、S6K和4E-BP1Arg是合成NO的前体物质。抑制NO的合成已被证明对羊、猪、鼠的小肠有不利影响，生产过剩也是有害的。在培养的鼠和仔猪的肠细胞系中发现，肠细胞的迁移需要蛋白质的合成，磷酸肌醇-3激酶/mTOR的抑制剂也可以抑制细胞迁移。在肠细胞中，Arg增强细胞迁移并激活下游mTOR目标p70s6激酶。迁移细胞的化学染色显示在细胞质中有丰富的p70s6激酶，而其活化形式-磷酸化的p70s6被完全定位在静息细胞的细胞核中，部分被Arg重新分配到胞浆激活。作为Arg对细胞信号影响的研究的补充，Jack等通过调查病毒性腹泻的仔猪模型，体外空肠的蛋白合成速率增加了两倍，p70s6激酶磷酸化增加了4倍
36、，在病毒性肠炎期间，mTOR通路有组织特异性调节，在粘膜再生的活化期间，肠的p70s6激酶激活，伴随着肌肉p70s6激酶信号的失活，以便降低腹泻的肌肉蛋白质合成。在对一组感染轮状病毒肠炎的猪进行饲喂添加Arg的日粮，发现肠的p70s6激酶被磷酸化，在隐窝和绒毛中都有发生。雷帕霉素处理组的空肠绒毛的p70s6激酶完全失活，降低了粘膜经上皮电阻。Arg对于病毒感染本身没有影响，但是通过某种程度上p70s6k激酶的刺激增强肠蛋白质合成。此外，Arg添加通过依赖mTOR/p70s6激酶的机制增强了肠的通透性，还有待证明。Leu与TOR信号传导通路的关系及其在肠道中的作用 Leu启动mRNA翻译的一些因
37、子来刺激蛋白质合成，主要激活TOR信号传导通路，包括S6K和4EBP1。目前亮氨酸的主要研究在其对于骨骼肌蛋白质合成的调控作用。Leu启动mRNA翻译的一些因子，主要激活TOR信号通路，包括S6K和4EBP1。 Leu可以影响两种与激酶直接作用的蛋白质：Raptor和Rheb，Raptor与TOR结合形成TORC1，还能与4EBP1和S6K结合，TOR与Raptor间的相互作用部分受到氨基酸利用率改变的影响。氨基酸调节Rheb的功能是通过调节Rheb与TOR的结合来实现的,移走所有氨基酸或只移走Leu影响Rheb与TOR的结合,但并不影响Rheb与GTP的结合。有研究表明, 大鼠采食富含Leu
38、饲粮后血浆Leu含量升高,血浆Leu含量升高可刺激肌肉蛋白质的合成,但血浆Leu含量升高并不能使肌肉蛋白质的合成持续升高;饲粮中Leu含量升高时, S6K和4E-BP1的磷酸化程度也升高。Leu还可通过刺激真核细胞翻译起始因子形成的增加来诱导蛋白质的合成, eIF4F可调控mRNA使其结合到核糖体上,并起始翻译,而eIF4F的形成是由对RAPA敏感的TORC1所调控Leu可以通过TORC1作用于中枢神经系统来调节采食量。Daniela等直接向大鼠下丘脑弓状核区附近注射L-Leu刺激了下丘脑的TOR信号传导通路,导致大鼠采食量降低,体重显著下降。而Leu诱导的采食量降低可被RAPA所抑制,因此此
39、过程需要TOR信号传导通路的参与。有研究表明,通过TOR信号传导途径, Leu还可以在翻译水平上激活脂肪细胞中瘦素的表达。由此可见, Leu通过对TOR信号传导通路的影响,在肌肉蛋白质的合成、翻译的起始、采食量的调节以及瘦素的合成等方面发挥着重要作用。 氨基酸在很大范围内上调节mRNA的翻译，而且引起基因编码的特定蛋白家族翻译的改变。氨基酸不会直接调节翻译起始和延长因子，但传统途径认为会调节由激素控制的信号通路，最典型的就是氨基酸诱导的调节mTOR通路，它通过调节mRNA翻译来调节蛋白质功能(35)。在肠细胞中能反应mTOR激活的是p70s6激酶的磷酸化，Arg和Leu是刺激活化的最高效的。支
40、链氨基酸在调节细胞内蛋白水解有重要作用，自噬溶酶体途径和泛素-蛋白酶体途径，可以产生游离氨基酸和维持代谢过程的调控，Leu是肝细胞中此过程直接调节剂之一，在骨骼肌中Leu对蛋白质的水解作用是通过氨基转移产物介导的，在肝上亮氨酸与肝细胞膜受体相互作用直接相关，蛋白质水解的抑制率和S6磷酸化有一定的关系，自噬和S6磷酸化都由相同的信号转导通路控制，就是mTOR通路。自噬蛋白水解和支链氨基酸调控在小肠中尚未报道。 GCN2通路，其核心组分是蛋白激酶GCN2，对于检测营养的可用性是非常重要的通路。氨基酸缺乏时，空载tRNA增多，就会激活GCN2，进而引起转录起始因子2（eIF2）磷酸化，eIF2的磷酸
41、化使体内大部分蛋白质的合成减少，但也会通过转录水平调控另一些基因的表达，使ATF4表达量升高。ATF4与C/EBP形成二聚体，与CARE元件结合，激活特异基因转录，从而调控着细胞内的氨基酸受限应答。当氨基酸受限时，ATF4诱导氨基酸转运载体和氨基酸合成酶基因的上调，从而促进氨基酸的吸收。游离氨基酸不平衡时，与限制性氨基酸相应的tRNA出现去乙酰化，激活GCN2激酶，进而磷酸化转录启动因子eIF2，引起摄食量下调从而抑制蛋白合成。GCN2对氨基酸平衡的调控非常保守。综上所述，氨基酸对肠蛋白质合成的影响和相关的通路可总结如下：Gln体外 HCT-8细胞（人） DeprivationSuppleme
42、ntation蛋白质合成减少增加信号通路GCN2,mTORmTOR体外 IPEC-1细胞（猪）DepSup减少 增加mTORmTORArg体外 IPEC-J2细胞（猪）Sup增加mTOR 不依赖NO体外 IPEC-1细胞（猪）Sup增加mTOR体外 IEC16，18（鼠）Sup-mTOR体外 IEC6（鼠）Sup-mTOR体外 cdx2（鼠）Sup-mTOR 依赖NO体内 鼠（肠炎）Sup增加 Leu体外 IEC16，18（鼠）Sup-mTOR体外 cdx2细胞（鼠）SupmTOR体内 新生猪Sup增加mTOR关于其他氨基酸影响TOR信号传导通路的研究极少。姜俊等研究表明,饲料中色氨酸(Trp
43、)缺乏或过量均可提高幼鲤前、中、后肠和肌肉中的TOR基因的表达。展望 现有的数据表明，Gln和Arg或许能够调节肠蛋白质的合成，Arg的作用在肠道肠道受伤的条件下更加明显，更多的研究需要证明这一点。对于氨基酸通过信号通路对蛋白质的降解的影响的证明还很少，这个问题也是需要进一步研究的。关于氨基酸营养感知的信号通路、肠道氨基酸的代谢，总体上上来讲就是对于氨基酸需要量的确定，从机理上了解鱼类等动物对氨基酸的需求量。1Pragati J,Upinder S.Signaling logic of activity-triggered dendritic protein synthesis: an mTO
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