1.谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)
谷氨酰胺在不同組織細(xì)胞的轉(zhuǎn)運方式不完全相同，可被各種中性氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)運，即使是同一轉(zhuǎn)運系統(tǒng)在不同組織細(xì)胞中對GLN親和力和轉(zhuǎn)運速率也不盡相同?？傮w上分為二大類，即Na+依賴性GLN轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和非Na+依賴性GLN轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。前者促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)GLN的積聚，后者則允許細(xì)胞內(nèi)高GLN外流，以協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)外GLN的平衡和代謝需求。雖然有關(guān)GLN跨組織細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運機理已有許多研究和報道，但GLN轉(zhuǎn)運系統(tǒng)在不同組織細(xì)胞中的分布和功能仍不完全清楚（表1和表2）。
表1 谷氨酰胺轉(zhuǎn)運系統(tǒng)
| 非Na+ | Na+ | Li+ | ph | 激素 | 競爭性底物 | 主要靶細(xì)胞 | |
A系統(tǒng) | / | 是 | / | 敏感 | 敏感 | AIB、MeAIB及其它中性氨基酸 | 小腸、結(jié)腸細(xì)胞，肝細(xì)胞 |
NAB系統(tǒng) | 是 | / | / | / | ？ | 其它中性氨基酸 | 空腸、腎刷狀緣膜 |
N系統(tǒng) | / | 是 | 是 | 敏感 | / | 組胺酸、天門冬氨酸 | 肝細(xì)胞 |
Nm系統(tǒng) | / | 是 | / | / | 敏感 | 絲氨酸、天門冬氨酸 | 骨骼肌 |
ASC系統(tǒng) | / | 是 | / | / | 敏感 | 丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸 | 肝細(xì)胞、PAECs |
L系統(tǒng) | 是 | / | / | / | ？ | 支鏈氨基酸、芳香族氨基酸、BCH | ？ |
Lm系統(tǒng) | / | 是 | / | / | ？ | 支鏈氨基酸、芳香族氨基酸 | 小腸狀緣膜 |
BCH: 2-aminobicyclo[2,2,1]hepatamedicarboxylic acid
表2 谷氨酰胺在鼠肝細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)
| | N系統(tǒng) | A系統(tǒng) | ASC系統(tǒng) |
| 特異性底物 | 組氨酸、天門冬氨酸 | AIB、MeAIB | 丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸 |
| N端甲基化氨基酸 | 無 | 抑制 | 無 |
| MeAIB攝取 | 非競爭性 | 競爭性 | 非競爭性 |
| 絲氨酸競爭底物 | 無 | 無 | 有 |
| 離子依賴性 | | | |
| Na+ | 強 | 強 | 強 |
| Li+ | 強 | 弱 | 中 |
| ｐＨ抑制作用 | 有 | 有 | 無 |
| N端側(cè)鏈氨基酸 | 唯一 | 無 | 無 |
| NEM抑制性 | 弱 | 強 | 無 |
| 適應(yīng)性調(diào)節(jié) | 有 | 有 | 無 |
| 激素調(diào)節(jié) | 有 | 有 | 無 |
2. 谷氨酰胺在不同組織器官中的代謝
2．1 小腸
胃腸道是谷氨酰胺利用的主要器官，腸道既不合成也不儲存谷氨酰胺，必須依靠其
它臟器合成或外源性谷氨酰胺。在正常生理條件下，腸上皮細(xì)胞生長需要消耗大量的谷氨酰胺；在病理狀態(tài)下，如創(chuàng)傷、應(yīng)激、感染及各種危重癥時，谷氨酰胺消耗增加，血液和組織中的谷氨酰胺水平降低，谷氨酰胺對保持和恢復(fù)腸道結(jié)構(gòu)和功能尤為重要。
Windmueller(1974)指出，腸道完全是從血漿中而不是從紅細(xì)胞中攝取谷氨酰胺，因為循環(huán)通過小腸時紅細(xì)胞谷氨酰胺濃度未發(fā)生變化。而小腸表皮細(xì)胞絨毛攝取了絕大多數(shù)谷氨酰胺，例如，大鼠的小腸濾出25%的循環(huán)谷氨酰胺，狗和人相對少一些，但其比例仍相當(dāng)?shù)母?。腸道粘膜細(xì)胞含有相當(dāng)高的谷氨酰胺酶活性，這與其高的攝取和代謝率相一致。此酶的活性易受一些因子所調(diào)節(jié)(見表3)。刷狀緣谷氨酰胺轉(zhuǎn)運特性最近被刷狀緣膜轉(zhuǎn)運載體所證實。空腸刷狀緣谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運主要通過Nａ+依賴性通道而實現(xiàn)，很少依靠非Nａ+途徑；基側(cè)膜的谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運也是pH和Nａ+依賴性的。
用離體大鼠小腸的灌注標(biāo)本及自動灌注大鼠空腸的活體模型，Windmueller和 Spaeth(1974)以示蹤法研究了谷氨酰胺碳和氮的代謝終產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)將近三分之二的谷氨酰胺碳被氧化為二氧化碳，谷氨酰胺氮則以氨、丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸出現(xiàn)。谷氨酰胺代謝的終產(chǎn)物進(jìn)入門脈循環(huán)，無論從粘膜刷狀緣或從動脈血經(jīng)基底側(cè)膜進(jìn)入粘膜細(xì)胞的谷氨酰胺代謝方式是相同的。小腸谷氨酰胺代謝有以下功能：為腸道提供轉(zhuǎn)運能源；為核酸的生物合成提供胺氮。小腸細(xì)胞攝取的谷氨酰胺與葡萄糖的攝入率相同，而對小腸上皮細(xì)胞而言，谷氨酰胺作為能源比葡萄糖更為重要。腸道非常適于谷氨酰胺的代謝，因為產(chǎn)生的氨非常容易進(jìn)入門脈，其在進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)前被肝臟濾出，而肝臟利用門脈中的氨合成尿素和谷氨酰胺，肝臟利用丙氨酸進(jìn)行糖異生，而產(chǎn)生于腸道谷氨酰胺的丙氨酸在總的肝臟丙氨酸的消耗是變化的。
常用的研究小腸谷氨酰胺代謝有以下幾種模型：A：活體流量模型(動靜脈差法)B：局部灌注模型；C：腸細(xì)胞培養(yǎng)；D：膜載體法，上述方法各有優(yōu)缺點。
表3 刷狀緣谷氨酰胺轉(zhuǎn)運和細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)
| 粘膜谷氨酰胺酶 | 刷狀緣谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運 | ||
| 增加活性 | 降低活性 | 增加活性 | 降低活性 |
| 口服谷氨酰胺 | 饑餓 | 口服谷氨酰胺 | 膿毒癥 |
| 糖皮質(zhì)激素 | 內(nèi)毒素 | 表皮生長因子 | 饑餓 |
| 胰高血糖素 | 惡性腫瘤 | 惡性腫瘤 | 糖皮質(zhì)激素 |
2．2 胰臟
胰腺的內(nèi)外分泌都需要谷氨酰胺作為重要能量底物，在培養(yǎng)細(xì)胞和離體灌注的胰腺，谷氨酰胺比其它任何氨基酸利用程度都高。靜脈灌注標(biāo)記的谷氨酰胺很快被從循環(huán)中清除，測定發(fā)現(xiàn)胰臟的外分泌腺含谷氨酰胺的代謝產(chǎn)物比其它組織都高，在離體的胰島細(xì)胞中，谷氨酰胺占代謝底物的約1/3，這些研究表明谷氨酰胺可能是胰腺生長和功能的一種重要能量底物或氮的來源。Helton等（1990）的研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用GLN能明顯提高胰腺重量
及DNA、蛋白質(zhì)含量，胰液的總胰蛋白酶原和胰脂肪酶原含量也增加。谷氨酰胺也可調(diào)節(jié)胰島激素的釋放，Opara等（1990）用離體灌注胰島研究了谷氨酰胺對胰島素和胰高血糖素釋放的影響，發(fā)現(xiàn)在基礎(chǔ)血糖水平下，谷氨酰胺抑制胰島素產(chǎn)生，但刺激胰高血糖素的釋放。
2．3 淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞
GLN是腸道及腸道相關(guān)淋巴組織細(xì)胞及其它各種免疫細(xì)胞中核酸、蛋白質(zhì)等生物分子合成的主要供氮體和氧化供能物質(zhì)。Ardawi和Newsholme(1983)證實了淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有高的磷酸依賴性的谷氨酰胺酶活性，能利用大量的谷氨酰胺。Newsholme (1988)和Parry Billings等(1990)研究表明在抗原刺激下谷氨酰胺可能對淋巴細(xì)胞的增殖是必需的，既可為核酸生物合成的前體又可作為主要的能源。Brand等(1986)表明增殖的淋巴細(xì)胞對谷氨酰胺的消耗顯著增加?，F(xiàn)已證明淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對谷氨酰胺的利用與對葡萄糖利用程度相等。當(dāng)培養(yǎng)介質(zhì)缺乏谷氨酰胺時，淋巴細(xì)胞對絲裂原刺激的應(yīng)答能力明顯降低。血中和局部組織中GLN濃度的下降會直接引起小腸乃至整個機體免疫防御功能的下降。
2．4 肝臟
肝臟在器官內(nèi)谷氨酰胺的代謝中起中樞作用，有證據(jù)表明肝臟既能消耗又能釋放谷氨酰胺，肝臟可根據(jù)機體的需要來調(diào)節(jié)谷氨酰胺的凈攝入和釋放。在完整的肝腺泡中僅門脈周圍的肝細(xì)胞發(fā)現(xiàn)有尿素合成和谷氨酰胺酶，而谷氨酰胺合成酶位于靜脈周圍的細(xì)胞。正如Haussinger(1990)所描述的，這是細(xì)胞間的間隔作用，其表現(xiàn)為門靜脈周的肝細(xì)胞具有低親和力、高的尿素合成能力系統(tǒng)和靜脈周的肝細(xì)胞具有高親和力的氨脫毒系統(tǒng)(作用于逃離尿素合成的氨)，這種基本調(diào)節(jié)的優(yōu)點之一是在任何過量氨情況下都對此結(jié)構(gòu)和功能組織無有害的影響，因為可通過可變的尿素循環(huán)流來解決。靜脈周的細(xì)胞谷氨酰胺的合成充當(dāng)了有效的清除系統(tǒng)，門脈氨水平調(diào)節(jié)門靜脈周的谷氨酰胺酶的活性，允許這種酶作為線粒體內(nèi)氨的放大器，其成為尿素循環(huán)的一種重要的決定因子。
除了氨外，在肝細(xì)胞調(diào)節(jié)谷氨酰胺代謝的重要位點是血漿膜的轉(zhuǎn)運，血漿膜運輸谷氨酰胺經(jīng)鈉依賴性的谷氨酰胺轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（System N）, 這種專門性的載體蛋白仍未被鑒別和分離，研究者僅能依靠動力學(xué)分析獲得更多的關(guān)于System N 載體的調(diào)節(jié)情況。盡管相對高的循環(huán)谷氨酰胺濃度，載體發(fā)揮最大的能力，Na+的電化學(xué)梯度能維持胞漿內(nèi)谷氨酰胺的濃度10倍于循環(huán)水平，這提示了限制谷氨酰胺代謝率的步驟是轉(zhuǎn)運而非代謝。這種假設(shè)被研究進(jìn)一步證實，用內(nèi)毒素處理的大鼠，盡管肝臟谷氨酰胺的攝入增加了10倍，而細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺水平并不升高，谷氨酰胺酶的特殊活性遠(yuǎn)高于攝入率。因此，代謝并非谷氨酰胺代謝率的限制因子。
2．5 肌肉
現(xiàn)知體內(nèi)谷氨酰胺含量(不計牛磺酸)占細(xì)胞內(nèi)游離氨基酸庫的61%，而且大部分來自肌肉提供。肌肉中谷氨酰胺濃度為血液循環(huán)中的30倍。正常情況下肌肉凈釋放谷氨酰胺，當(dāng)分解代謝增強時谷氨酰胺的釋放大大加快，創(chuàng)傷感染和內(nèi)毒素或糖皮質(zhì)激素處
理時，肌肉細(xì)胞谷氨酰胺含量迅速下降而往往影響患者的生存率。肌肉蛋白質(zhì)合成速率降低與谷氨酰胺含量減少密切相關(guān)并呈正相關(guān)，胰島素有加強和協(xié)同這一作用。各種創(chuàng)傷、感染、膿毒癥等應(yīng)激可引起各種炎性細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞釋放大量炎性介質(zhì)，導(dǎo)致肌肉蛋白質(zhì)降解作用增強，GLN合成酶活性增高，使GLN合成代償性增加及原儲備在肌肉細(xì)胞中游離GLN大量釋放入血，以滿足其它器官和組織細(xì)胞如小腸對GLN的攝取和利用的需要。
而關(guān)于在腸道吸收后狀態(tài)下，谷氨酰胺在各器官間的正常流動見圖3。
圖3 在腸道吸收后狀態(tài)下谷氨酰胺在各器官間的正常流動
內(nèi)毒素使分離腸細(xì)胞谷氨酰胺利用率下降，谷氨酸、丙氨酸產(chǎn)生減少。Ardawi等(1983)用盲腸結(jié)扎穿孔法建立大鼠感染模型,研究感染時小腸的谷氨酰胺代謝。結(jié)果顯示，小腸谷氨酰胺酶活性下降，小腸動靜脈血谷氨酰胺濃度差縮小，門靜脈血谷氨酸、丙氨酸和氨代謝產(chǎn)物減少。這些實驗結(jié)果表明：感染時腸道谷氨酰胺利用率降低，這明顯不同于創(chuàng)傷導(dǎo)致谷氨酰胺的高利用率，其機制尚不清楚。目前認(rèn)為，感染時細(xì)菌和毒素?fù)p傷粘膜導(dǎo)致對谷氨酰胺代謝能力的下降。動物實驗表明內(nèi)毒素血癥時由于增加腸粘膜的通透性而使得腸腔內(nèi)細(xì)菌和毒素移位。在大鼠注射大腸桿菌制備敗血癥模型中發(fā)現(xiàn)敗血癥可導(dǎo)致小腸粘膜明顯損傷，供給谷氨酰胺組腸粘膜厚度和絨毛高度比對照組顯著增高。Chen（1996）觀察在TPN中給敗血癥鼠補充谷氨酰胺可增加腸粘膜谷氨酰胺酶活性，維持腸粘膜結(jié)構(gòu)，通過減少骨骼肌分解代謝而改善氮平衡，谷氨酰胺組大鼠死亡率為13%，對照組為21%。Ardami等(1983)報道在感染時，腸道淋巴系統(tǒng)代謝增強；谷氨酰胺利用率增加，局部免疫功能提高。因此供給谷氨酰胺可維持和恢復(fù)腸粘膜屏障結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸粘膜免疫功能，防止腸道細(xì)菌和毒素移位，增強機體抗感染能力。
在狗的研究中表明，短期饑餓是與腸和肝谷氨酰胺代謝的顯著適應(yīng)相聯(lián)系的，這種適應(yīng)并不伴隨著動脈谷氨酰胺濃度的顯著變化。隨著小腸攝入谷氨酰胺的增加,肝臟則由攝入轉(zhuǎn)為釋放，這是由于腸道谷氨酰胺代謝產(chǎn)生過量的氨調(diào)節(jié)肝臟谷氨酰胺代謝，這種精細(xì)的
適應(yīng)性變化有助于緩解骨骼肌過度的分解。
代謝性酸中毒改變了器官間的谷氨酰胺數(shù)量和流向，因為谷氨酰胺在腎的氨合成中起著關(guān)鍵性的作用。在酸中毒情況下，腎臟成為谷氨酰胺消耗的主要器官，為了滿足腎臟的需要，內(nèi)臟組織特別是肝臟由谷氨酰胺的攝取轉(zhuǎn)向凈釋放，腸道對谷氨酰胺的攝取也減少，此種情況下，骨骼肌也釋放谷氨酰胺供應(yīng)腎臟。在手術(shù)應(yīng)激的情況下，盡管骨骼肌加速了谷氨酰胺的釋放，但血液中谷氨酰胺水平仍下降，這表明其它組織中谷氨酰胺的利用加強。
