文章来源：《天津医科大学学报》，27（2）：
作者：张国敬纪福龙孙大庆
单位：医院小儿外科，天津
摘要
新生儿坏死性小肠结肠炎（NEC）是新生儿最常见的一种消化系统危重症，早产儿发病率较高，发病原因多源化，以肠黏膜损害、肠坏死为特征，其具体的发病机制仍不明确，预防措施有限。谷氨酰胺是一种非必需氨基酸，不仅肠黏膜细胞有营养作用，而且还参与肠道众多功能的调控，如促进肠黏膜细胞增殖，抑制炎症反应、氧化应激及细胞凋亡等。
新生儿坏死性小肠结肠炎（necrotizingenterocolitis，NEC）是新生儿时期最为常见的消化系统危重症，在早产儿及极低体重儿中发生率较高，且病死率高达15%～30%[1]。NEC患儿不仅住院周期长、经济负担重，而且远期并发症多[2]。其发病因素呈多源性，具体发病机制尚未完全清楚，预防措施有限[3]。当前研究发现，在新生儿中，尤其是早产儿及低体重儿中，外源性补充谷氨酰胺（Gln）对NEC有一定预防及治疗作用。Gln是人体内含量最为丰富的一种非必需氨基酸，对多个脏器均有重要作用。而肠黏膜本身既不能产生Gln，也不能储存Gln。在NEC患儿应激状态下，Gln不仅是小肠黏膜细胞唯一能量来源，而且是蛋白质和核酸合成所需氮源的供体[4]。其不仅可调控肠道功能，而且对机体免疫有一定的作用[5-6]。但其具体作用机制仍未完全阐明，本文从3个方面对Gln预防及治疗NEC的作用机制进行综述。
1Gln对新生儿肠道的营养功能
1.1Gln为肠黏膜上皮细胞提供能量、氮源，促进蛋白质、核酸合成Gln是肠黏膜上皮细胞的主要能量来源，其不仅可提升新陈代谢来维持肠道完整性，而且对肠道屏障功能至关重要。外源性补充Gln，可通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路促进蛋白质合成，增加肠黏膜细胞的厚度、高度及正常肠黏膜细胞比例，维持肠道完整性及渗透压，促进细胞间紧密连接表达[5，7-8]。同时，Gln也是体内嘌呤、嘧啶及核苷酸合成供体，参与体内酸碱平衡调节，运送氮源，促进肠上皮细胞分裂增殖，防止肠黏膜萎缩。对于早产儿来说，Gln作为条件必需氨基酸尤为重要，但早产儿骨骼肌少，不仅Gln合成酶活性低、肠上皮细胞储量小，而且由于新生儿生长过快致使Gln需求量增加，供不应求后可导致Gln缺乏，进而导致肠上皮细胞能量及氮源缺乏，影响肠黏膜上皮细胞增殖及肠屏障完整性，可出现肠上皮细胞萎缩甚至凋亡，诱发NEC。
1.2Gln促进肠黏膜细胞增殖肠腔内壁肠黏膜细胞增殖水平较高，4～5d更新1次，维持肠腔稳定[9]。而一旦增殖激活，存在于肠道的腺窝细胞可分化为各种类型肠细胞，如肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞等，维持正常肠道组织完整性[5]。Gln可通过大量信号通路和生长因子，调控细胞循环和增殖。研究发现，在小鼠肠黏膜细胞中，Gln可通过信号通路激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs），包括细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）和c-Jun氨基末端激酶1/2（JNK1/2）等，而MAPKs与许多细胞功能相关，如细胞增殖、细胞分化等[10]。另外，Gln可促进生长因子释放，如表皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子-Ⅰ（IGF-Ⅰ）、转化生长因子-α（TGF-α）等，这些生长因子可进一步促进肠黏膜细胞增殖[11]。而NEC发病的一个重要机制是细胞增殖减弱，凋亡增加，无法维持肠道平衡状态，导致肠黏膜萎缩，肠屏障功能受损，进一步可导致肠道通透性增加，细菌移位，病情加重[12]。
1.3Gln调控肠道紧密连接肠道紧密连接是由多种蛋白形成的一种动态结构，其可封闭相邻上皮细胞，在表皮和真皮间形成物理屏障，阻止病原体和毒性物质入侵肠道，维持肠道完整性[5]。紧密连接可通过一些信号分子调节其紧密性，包括蛋白激酶C（PKC）、MAPKs、肌球蛋白轻链激酶（MLCK）等。其作用机制分别是PKC上调肠上皮细胞闭合蛋白、紧密连接蛋白1和紧密连接蛋白2表达，增强跨膜电阻[13]。MAPKs直接作用于C末端的紧密连接蛋白，防止过氧化氢对紧密连接的损害[14]。MLCK诱导肌球蛋白轻链磷酸化，调节紧密连接渗透压[15]。研究发现，Gln缺乏可导致紧密连接蛋白表达降低[10]，细胞通透性增加[16]，而随后加入Gln，则紧密连接蛋白-1等表达增加，受损细胞屏障功能可部分恢复。同时在乙醇诱导紧密连接受损、通透性改变的细胞中加入Gln，发现细胞屏障功能改善[17]。在NEC及多种肠道疾病中，均发现补充Gln可增加肠道紧密连接蛋白表达，调节肠道通透性，增强肠道屏障功能[18]。
2Gln抑制NEC炎症反应及氧化应激
2.1Gln抑制NEC炎症反应当前研究发现，NEC所涉及的炎症级联反应过程复杂，是NEC病理生理改变的核心环节和发病机制的最后共同通道。炎症因子升高、促炎因子和抗炎因子失衡，在NEC发生、发展中均起重要作用。而Gln可通过炎症信号通路，抑制炎症介质表达和释放，包括核因子-κB、信号转导、转录通路激活等，进而抑制NEC炎症反应。
首先，Gln可通过Toll样受体（TLR）抑制核因子-κB信号通路，抑制炎症反应，减少炎症介质释放，参与肠道免疫应答[19]。TLR可通过具有保守序列的特殊结构病原分子相关模式，识别细菌、真菌和病毒等病原微生物，并启动信号转导，激活下游的核因子-κB，活化后的核因子-κB进入细胞核，诱导相关核因子-κB依赖性基因表达，如白细胞介素（IL）-6、肿瘤坏死因子（TNF）-α等，后者在炎症状态下可激活抗原提呈细胞、T细胞等靶细胞，诱导机体免疫应答[20]。其中TLR-2、TLR-4可通过识别革兰氏阴性（G-）菌和革兰氏阳性（G+）菌并介导其跨膜信号转导，最终激活炎症因子，参与NEC的发生、发展[21-22]。
其次，Gln可调控信号转导及转录激活因子（STAT）信号通路，而STAT作为转录因子，可调控免疫系统、细胞增殖和细胞分化等。在小鼠结肠炎模型中，Gln可减少STAT1和STAT5磷酸化，进一步降低IL-6表达，抑制炎症反应[23]。在肠细胞培养时，Gln缺乏可上调STAT4，而加入Gln后则STAT4表达下调，同时IL-8含量也减少[24]。说明在肠道中，Gln抑制炎症反应部分是通过抑制STAT激活和下调炎症因子IL-6和IL-8的表达来实现的。另外，Gln可通过下调NEC新生鼠肠黏膜血管内皮生长因子（VEGF）和血管内皮生长因子受体（VEGFR）表达，抑制病理性新生血管生成，减轻炎症反应。
2.2Gln抑制NEC氧化应激Gln不仅能为机体提供原料，而且还可促进GADPH及谷胱甘肽合成，维持机体氧化还原平衡，抑制机体氧化应激[25]。首先，Gln可降低脂质过氧化反应，抑制一氧化氮水平；其次，Gln可促进机体内谷胱甘肽合成，有效提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性及表达水平，进一步清除体内氧自由基[26]；再次，Gln可通过热休克转录因子-1（HSF-1）有效诱导热休克蛋白（HSPs）的表达，如HSP70、HSP25、HSP32等，而HSP32是一个关键的应激反应蛋白，自身有抗氧化功能和调节一氧化氮合酶表达的作用[27]；同时，Gln还可通过上调Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Keap1）-核因子E2相关因子2（Nrf2）信号通路分子表达，抑制机体氧化应激反应[28]。此外，Gln还可抑制内质网应激（ERS）。在NEC中，ERS可促使细胞进一步损害，甚至导致细胞凋亡，因此，减弱肠道病理状态下ERS，对保护细胞，抑制细胞凋亡至关重要[21]。
氧化应激及炎症反应能引发肠上皮细胞凋亡，损害肠黏膜屏障功能，引起细菌移位、入侵及内毒素浸润，这将进一步加重肠道炎症，加剧肠坏死[29]。
3Gln抑制NEC肠上皮细胞凋亡
当前研究发现，肠黏膜细胞主要有两条凋亡途径：线粒体途径及死亡受体途径。在线粒体途径方面，Gln激活肠上皮细胞磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）、ERK及丙酮酸脱氢酶激酶（PDK）等，促使细胞凋亡效应蛋白caspase-3表达减少，DNA降解减慢，降低肠黏膜细胞凋亡。在死亡受体途径方面，Gln通过抑制促凋亡因子生成、促进抗凋亡因子释放而减少肠黏膜细胞凋亡。研究发现，给予外伤性脑损伤大鼠Gln，其促细胞凋亡因子TNF-α和转录因子核因子-κB在肠道表达均减少，进而抑制肠黏膜细胞凋亡。另一项研究发现，给予内毒素血症幼鼠Gln，肠道上皮细胞特异性蛋白3（specificprotein3，sp3）表达下调，其下游抗凋亡因子Bcl-2表达增加，促凋亡因子Bax表达降低，进而促使caspase-3、8、9表达减少，活性降低，减少肠黏膜上皮细胞凋亡[30]。而在不表达sp3的肠黏膜上皮细胞中，给予Gln后，肠黏膜上皮细胞凋亡无明显减少。另有研究发现，Gln可降低NEC大鼠肠道TLR-2和caspase-3表达，且TLR-2和caspase-3之间表达呈正相关，肠道损伤减轻，说明Gln可通过降低TLR-2表达，影响下游信号通路来抑制肠黏膜上皮细胞凋亡[31]。
近期研究发现，在克罗恩病等炎性肠病中，补充Gln可增强肠上皮细胞自噬作用，抑制细胞凋亡。其机制可能为：一方面，Gln通过mTOR信号通路整合细胞营养状态及细胞因子释放来调控细胞自噬[32]；另一方面，Gln激活自噬转录因子FOXO3，进而导致细胞自噬[33]。而在NEC中，Gln是否也是通过上述机制调控细胞自噬，有待进一步证实。
4展望NEC患儿因Gln消耗增多，来源减少，血液中Gln浓度明显降低，与NEC发病密切相关。外源性补充Gln后，可为肠黏膜上皮细胞提供能量和氮源，促进蛋白质、核酸合成，细胞增殖和分化。而且可调控肠道紧密连接，降低肠道通透性，防止黏膜萎缩并保持肠道完整性，维持胃肠黏膜屏障形态和功能，防止细菌移位[8-10]。同时，Gln还可通过核因子-κB、STAT等信号通路，抑制NEC的炎症反应。通过下调肠黏膜VEGF和VEGFR表达，抑制病理性新生血管生成，减轻炎症反应。Gln还可作为谷胱甘肽前体，能够提高机体抗氧化物谷胱甘肽含量，增强机体抗氧化能力，调节机体免疫作用，防止肠黏膜细胞凋亡[11]。同时，Gln也可通过肠黏膜细胞线粒体凋亡途径及死亡受体凋亡途径，抑制肠黏膜细胞凋亡，这也是Gln能够有效抑制NEC恶化的机制之一。
目前，国内外针对NEC的影响因素研究较多，提出与早产、低出生体重、消化系统未成熟、菌群失调、细菌感染、喂养不当、缺血缺氧损伤等相关[5]。对NEC的作用机制研究主要集中于炎症反应、氧化应激及自噬等方面，其发病机制呈多源化，较为复杂，本文针对NEC的作用机制从3个方面论述了Gln的作用，为NEC的预防及治疗提供了理论依据。但Gln预防及治疗NEC的具体分子机制仍需进一步研究。
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