1、2 3 1 CARCINOGENESIS,TERATOGENESIS&MUTAGENESIS综 述癌变 畸变 突变2023 年 5 月 第 35 卷 第 3 期谷氨酰胺代谢在机体免疫调控中作用的研究进展彭 洁1,曹 猛1,#,孙慕涵1,2,李宏伟1,3,张渤旭4,王钰越4,马加骏4,孔德钦1,刘江正1,于卫华1,*(1空军军医大学军事预防医学系军事毒理学与防化医学教研室,陕西省自由基生物学重点实验室,特殊作业环境危害评估与防治教育部重点实验室,陕西 西安 710032;2 西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西 西安 710055;3 63710 部队医院,山西 忻州 036301;4空军军
2、医大学基础医学院学员大队,陕西 西安 710032)收稿日期:2022-06-25;修订日期:2023-04-12基金项目:国家自然科学基金(32171231,31800706)作者信息:彭 洁,E-m a i l:5 7 8 6 5 7 7 8 q q.c o m。#并 列 第 一 作 者,曹 猛,E-mail:17765853069。*通 信 作 者,于 卫 华,E-mail:yuweihua【摘 要】谷 氨 酰 胺(Gln)是 机 体 内 含 量 最 丰 富 和 用 途 最 广 泛 的 氨 基 酸,对 于 维 持 机 体 健 康 具 有 重 要 意 义。研 究 表 明,Gln 是 一 种
3、 具 有免 疫 调 节 特 性 的 非 必 须 氨 基 酸,可 作 为 淋 巴 细 胞、巨 噬 细 胞 和 中 性 粒 细 胞 的“重 要 燃 料”,参 与 调 控 此 类 细 胞 的 增 殖、吞 噬 与 炎症 过 程。正 常 情 况 下 机 体 可 通 过 饮 食 对 Gln 进 行 补 充,而 严 重 疾 病 和 过 度 运 动 时 体 内 Gln 过 度 分 解,因 含 量 无 法 满 足 需 求 而 导 致免 疫 功 能 紊 乱。本 文 主 要 综 述 了 Gln 的 生 物 学 功 能、代 谢 与 机 体 免 疫 调 控,以 及 在 感 染、脓 毒 症、肿 瘤 发 生 中 的 作 用
4、 机 制 等 的 最新研究进展。【关键词】谷氨酰胺;免疫调控;中性粒细胞;巨噬细胞;T 细胞;肿瘤中图分类号:R 994.6 文献标志码:A 文章编号:1004-616 X(2023)03-0 231-06 doi:10.3969/j.issn.1004-616 x.2023.03.014谷 氨 酰 胺(glutamine,Gln)是 一 种 五 碳 氨 基 酸,相 对 分 子 质量 为 146,按 照 空 间 结 构 可 分 为 l-体(左 旋)和 dl-体(外 消 旋),l-Gln 是 其 天 然 存 在 形 式,在 食 物 中 广 泛 存 在。Gln 作 为 人 体 含量 最 丰 富 的
5、 氨 基 酸,其 浓 度 是 其 他 氨 基 酸 的 10 100 倍,约 占血 液 游 离 氨 基 酸 总 量 的 20%,而 肝 脏 和 骨 骼 肌 中 占 比 则 高 达50%1。大 量 基 础 和 临 床 研 究 表 明,Gln 是 一 种 具 有 免 疫 调 节 特性 的 非 必 须 氨 基 酸,被 认 为 是“机 体 免 疫 系 统 的 燃 料”。研 究提 示,Gln 不 仅 影 响 淋 巴 细 胞、巨 噬 细 胞 和 中 性 粒 细 胞 的 增 殖与 分 化,还 是 核 苷 酸 和 ATP 的 重 要 前 体,Gln 对 于 细 菌 增 殖 和病 毒 复 制 具 有 重 要 作
6、用。因 此,本 文 对 Gln 的 生 物 学 功 能 及 其代 谢 调 控 机 制、Gln 营 养 补 充 在 临 床 免 疫 治 疗 中 的 应 用 及 Gln 代谢在感染、脓毒症和肿瘤免疫调控中的作用进行了概述。1 Gln 的生物学功能及其代谢调控机制1.1 Gln 的生物学功能大 量 研 究 表 明,Gln 具 有 广 泛 的 生 物 学 功 能,主 要 体 现 在以 下 几 个 方 面 2:参 与 细 胞 生 物 合 成,Gln 可 通 过 代 谢 转 变 为嘌 呤、嘧 啶 和 氨 基 糖,为 DNA 和 RNA 合 成 提 供 原 料。促 进蛋 白 质 合 成 与 分 解,Gln
7、可 为 肌 细 胞 蛋 白 合 成 提 供 氮 源,促 进骨 骼 肌 的 增 殖,肠 道 Gln 摄 入 障 碍 可 导 致 肌 肉 再 生 障 碍。最 新研 究 发 现,创 伤 条 件 下 肌 肉 组 织 中 巨 噬 细 胞 的 Gln 分 泌 增 多,可 通 过 激 活 星 形 细 胞 促 进 肌 肉 再 生 3。为 机 体 提 供 能 量,Gln是 机 体 内 重 要 碳 源,能 够 通 过 糖 异 生 作 用 转 变 为 葡 萄 糖,也 可直 接 转 变 为-酮 戊 二 酸(-ketoglutarate,-KG)进 入 三 羧 酸 循环,每 个 Gln 分 子 代 谢 可 产 生 30
8、 个 ATP 分 子 2。维 持 氨 基 和pH 稳 态,Gln 含 有 两 个 氨 基(-氨 基 和 易 水 解 的 侧 链 酰 胺 基),对 于 维 持 器 官 之 间 氮 的 运 输 和 机 体 酸 碱 平 衡 具 有 重 要 意 义。促 进 氧 化 还 原 平 衡,Gln 代 谢 生 成 谷 氨 酸,是 合 成 还 原 性 谷 胱甘 肽 的 底 物,补 充 Gln 可 提 升 机 体 抗 氧 化 能 力。增 强 免 疫 功能,Gln 可 调 控 淋 巴 细 胞、中 性 粒 细 胞 和 巨 噬 细 胞 的 增 殖 分化,对 吞 噬 功 能 和 细 胞 因 子 分 泌 具 有 重 要 作
9、用,Gln 缺 乏 可 导致 免 疫 力 低 下 4。调 节 肠 道 功 能,Gln 有 利 于 维 持 肠 道 黏 膜 的完 整 性,增 强 肠 道 免 疫,抑 制 肠 道 炎 症 反 应 和 毒 素 损 伤。脑保 护 功 能,Gln 为 神 经 细 胞 提 供 能 量,增 强 记 忆 能 力,对 于 儿童 大 脑 发 育 具 有 重 要 作 用,并 可 预 防 老 年 痴 呆 5。由 此 可 见,Gln 是 机 体 非 常 重 要 的 一 类 氨 基 酸,在 维 持 细 胞 稳 态 和 人 体 健康中扮演重要角色。1.2 Gln 代谢调控机制Gln 在 血 液 和 骨 骼 肌 中 含 量
10、丰 富,体 质 量 70 kg 的 健 康 成 人约 含 70 80 g,血 液 含 量 为 0.5 0.8 mmol/L,而 骨 骼 肌 则 高 达20 mmol/kg。健 康 人 体 不 仅 可 经 肠 道 吸 收 Gln,还 能 通 过 肺、肝、脑、骨 骼 肌 和 脂 肪 组 织 合 成 Gln,进 而 维 持 体 内 Gln 含 量 的稳 定 1,6。其 中,肠 道 吸 收 Gln 主 要 被 小 肠 黏 膜 细 胞 消 耗 殆 尽,而 骨 骼 肌、肝 脏 和 脂 肪 组 织 代 谢 合 成 是 血 液 循 环 中 Gln 的 主 要来 源。研 究 表 明,创 伤、肿 瘤、感 染 和
11、脓 毒 症 等 患 者 往 往 表 现出 Gln 缺 乏 症 状,其 原 因 包 括 两 个 方 面:肝 脏 和 免 疫 系 统 对Gln 的 利 用 率 显 著 增 强,骨 骼 肌 储 存 Gln 会 释 放 入 血,进 而 维 持机 体 高 代 谢 和 高 免 疫 活 性;骨 骼 肌 和 肝 脏 对 Gln 合 成 能 力 减弱,相 关 代 谢 酶 水 平 下 调 7-8。因 此,正 常 情 况 下 机 体 可 实 现Gln 的 自 给 自 足,而 剧 烈 运 动 和 疾 病 条 件 下 机 体 容 易 出 现 Gln 供不 应 求 的 局 面,需 要 外 源 性 补 充 9。如 果 Gl
12、n 长 期 过 度 消 耗 而 得不 到 补 充,可 造 成 机 体 骨 骼 肌 数 量 减 少、肌 肉 再 生 障 碍 和 免 疫系统功能低下等症状。大 量 研 究 发 现,机 体 内 Gln 吸 收 和 代 谢 过 程 受 到 一 系 列 酶综 述癌变 畸 变 突变2 3 2 CARCINOGENESIS,TERATOGENESIS&MUTAGENESISV o l.3 5 N o.3 M a y 2 0 2 3的 精 细 调 控,如 图 1 所 示。溶 质 载 体 家 族 成 员(solute carrierfamily,SLC)是 负 责 细 胞 吸 收 Gln 的 关 键 载 体,主
13、 要 包 含SLC 1 A 4 和 SLC 1A 5 两 种 1。其 中,有 关 SLC 1A 5 与 Gln 细 胞 吸 收的 研 究 较 多,可 能 它 在 二 者 之 中 占 据 主 导 地 位,其 表 达 抑 制 或基 因 突 变 可 导 致 细 胞 对 Gln 的 摄 入 障 碍 10。谷 氨 酰 胺 酶(glutaminase,GLS)是 一 种 存 在 于 线 粒 体 的 含 锌 蛋 白 酶,可 将 细胞 内 Gln 分 解 为 谷 氨 酸 和 氨 基,在 调 解 体 内 酸 碱 平 衡 和 肝 脏 尿素 合 成 中 具 有 关 键 作 用。相 反,谷 氨 酸 和 氨 基 可 在
14、 受 谷 氨 酰 胺合 成 酶(glutamine synthetase,GS)催 化 作 用 下 转 变 为 Gln,肝脏、骨 骼 肌 和 脂 肪 中 GS 表 达 和 活 性 较 高,是 体 内 Gln 合 成 的 主要 场 所 7。Gln 经 GLS 分 解 生 成 谷 氨 酸,可 经 谷 氨 酸 脱 氢 酶 1(glutamate dehydrogenase 1,GDH 1)催 化 作 用 转 变 为-KG,再经 三 羧 酸 循 环 代 谢 后 生 成 糖 类、蛋 白、脂 肪 酸 和 ATP,对 细 胞的 增 殖 具 有 重 要 作 用 11。不 仅 如 此,谷 氨 酸 还 可 与 甘
15、 氨 酸、半胱 氨 酸 在 酶 的 催 化 作 用 下 合 成 抗 氧 化 的 谷 胱 甘 肽(glutathione,GSH),其 中,最 核 心 的 是 谷 氨 酸-半 胱 氨 酸 连 接 酶 催 化 亚 基(glutamate cysteine ligase catalytic subunit,GCLC)和 谷 氨 酸-半胱 氨 酸 连 接 酶 修 饰 亚 基(glutamate cysteine ligase modifiersubunit,GCLM)12。而 胱 氨 酸/谷 氨 酸 逆 向 转 运 体(system xc-)由SLC 7 A 11 和 SLC 3 A 2 两 个 亚
16、基 构 成,主 要 负 责 将 胱 氨 酸 转 入 和谷 氨 酸 转 出,在 调 控 GSH 合 成 过 程 中 也 发 挥 关 键 调 控 作 用 10。当 Gln 转 运 载 体 和 代 谢 合 成 酶 表 达 异 常 时,可 导 致 Gln 摄 入 和利用的障碍,是导致机体免疫紊乱和疾病发生的重要基础。2 Gln 代谢在免疫细胞功能调控中的作用近 年 来,有 关 免 疫 细 胞 代 谢 及 其 在 疾 病 中 功 能 的 研 究 成 为国 际 新 热 点,Gln 由 于 含 量 丰 富、且 代 谢 产 物 多 样,被 认 为 是“机 体 免 疫 系 统 的 燃 料”。大 量 研 究 提
17、示,Gln 不 仅 影 响 淋 巴 细胞、巨 噬 细 胞 和 中 性 粒 细 胞 的 增 殖 与 分 化,还 参 与 调 控 免 疫 呈递、细胞因子分泌和病原清除等重要过程。2.1 Gln 代谢与巨噬细胞巨 噬 细 胞 在 机 体 组 织 器 官 广 泛 存 在,是 固 有 免 疫 系 统 的 关键 组 分,也 是 人 体 最 主 要 的 炎 症 效 应 细 胞。大 量 研 究 提 示,Gln 代 谢 参 与 调 控 巨 噬 细 胞 的 增 殖 活 化、病 原 吞 噬、炎 症 反 应和 免 疫 呈 递。研 究 证 实,Gln 代 谢 产 物 为 巨 噬 细 胞 快 速 增 殖 提供 底 物,并
18、 为 巨 噬 细 胞 捕 捉 和 吞 噬 病 原 菌 提 供 能 量,提 升 细 菌清 除 效 率;Gln 缺 乏 可 导 致 巨 噬 细 胞 的 生 长 速 率 减 慢,且 细 胞吞 噬 功 能 明 显 降 低 8,13。超 负 荷 训 练 可 过 度 消 耗 机 体 Gln,导 致腹 腔 巨 噬 细 胞 的 吞 噬 和 杀 菌 功 能 降 低,而 膳 食 补 充 Gln 可 减 轻过 度 训 练 诱 发 的 机 体 免 疫 功 能 受 损 14。此 外,Gln 及 其 代 谢 产物 在 调 控 巨 噬 细 胞 M 1/M 2 型 极 化 分 型 和 炎 症 走 向 中 发 挥 重 要 作用
19、,Gln 剥 夺 或 GLS 抑 制 剂 可 增 强 巨 噬 细 胞 的 促 炎 分 化,并 阻断 其 抗 炎 分 化,而 补 充 Gln 或-KG 能 够 逆 转 这 一 过 程 13,15。研究 还 发 现,Gln 代 谢 与 机 体 内 毒 素 耐 受 过 程 相 关,当 Gln 充 足 时给 予 小 剂 量 内 毒 素 预 处 理,可 改 善 致 死 剂 量 内 毒 素 造 成 的 炎 症反 应 和 动 物 死 亡 率;而 Gln 缺 乏 条 件 下 内 毒 素 预 处 理 不 仅 不 能介 导 耐 受,反 而 加 重 其 毒 性 和 死 亡,补 充-KG 后 内 毒 素 耐 受恢 复
20、 15。不 仅 如 此,肿 瘤 细 胞 对 Gln 过 度 消 耗 会 造 成 肿 瘤 微 环境 中 的 Gln 缺 乏,进 而 增 强 巨 噬 细 胞 介 导 的 免 疫 逃 逸 16。Paul等 17临 床 研 究 表 明,肥 胖 患 者 白 色 脂 肪 组 织 中 Gln 水 平 显 著 降低,且 与 脂 肪 细 胞 体 积 和 脂 肪 组 织 炎 症 因 子 之 间 存 在 显 著 负 相关,而 Gln 缺 乏 可 导 致 脂 肪 组 织 巨 噬 细 胞 由 抗 炎 的 M 2 型 转 变 为促 炎 M 1 型,补 充 Gln 可 抑 制 肥 胖 小 鼠 脂 肪 组 织 和 血 清 炎
21、 症 因 子的 升 高。Nicholas 等 18研 究 揭 示 了 果 糖 促 进 机 体 炎 症 反 应 和 免疫 紊 乱 机 制,果 糖 暴 露 可 导 致 人 单 核 细 胞 和 小 鼠 巨 噬 细 胞 中Gln 氧 化 代 谢 增 强,是 LPS 诱 导 巨 噬 细 胞 促 炎 分 化 的 重 要 基础。Erika 等 19则 指 出,谷 氨 酰 胺 合 成 酶(GS)抑 制 剂 可 促 进 细 胞内 Gln 减 少 和 琥 珀 酸 增 加,进 而 通 过 促 进 糖 酵 解 代 谢 增 强 巨 噬细 胞 的 M 1 型 极 化,而 巨 噬 细 胞 GS 的 敲 除 可 降 低 肿
22、瘤 微 环 境 中M 2/M 1 型 巨 噬 细 胞 的 比 例,进 而 抑 制 肿 瘤 的 生 存 和 转 移。可见,Gln 代 谢 可 影 响 巨 噬 细 胞 增 殖 和 分 化,是 肥 胖、肿 瘤 和 脓毒症等多种疾病治疗的新靶点。2.2 Gln 代谢与中性粒细胞中 性 粒 细 胞 属 于 血 液 中 含 量 最 多 的 一 类 白 细 胞,具 有 趋化、吞 噬 和 杀 菌 的 作 用,在 机 体 对 抗 病 原 感 染 过 程 中 扮 演 关 键角 色。研 究 表 明,活 化 中 性 粒 细 胞 主 要 的 能 量 代 谢 底 物 为 葡 萄糖,同 时 存 在 活 跃 的 Gln 代
23、谢,且 水 平 超 过 巨 噬 细 胞 和 淋 巴 细胞 6。中 性 粒 细 胞 摄 入 Gln 后 主 要 将 其 转 化 为 谷 氨 酸、天 冬 氨 酸和 乳 酸,参 与 调 控 细 胞 存 活、氧 化 还 原 和 炎 症 反 应。谷 氨 酰 胺处 理 脓 毒 症 大 鼠,可 显 著 上 调 CD 4+/CD 8+的 中 性 粒 细 胞 数 量,增 强 动 物 免 疫 力 20。然 而,一 项 针 对 18 岁 以 上 运 动 员 的 Meta 分析 表 明,摄 入 大 于 200 mg/kg 的 Gln 后,中 性 粒 细 胞 数 目 显 著降 低,并 进 一 步 降 低 人 员 体 质
24、 量 21,这 种 差 异 可 能 与 补 充 Gln剂 量 不 同 有 关。中 性 粒 细 胞 活 化 后 可 分 泌 大 量 的 H 2 O 2,是 其 杀灭 病 原 菌 的 重 要 武 器。体 外 研 究 表 明,在 中 性 粒 细 胞 培 养 基 里添 加 Gln,可 通 过 激 活 NADPH 氧 化 酶(NOX 2)、髓 过 氧 化 酶(MPO)和诱导型 一氧化氮 合酶(iNOS)促进 ROS 生成;而在大鼠 饲料 中 加 入 1 g/kg 的 Gln 可 使 动 物 体 内 H 2 O 2 生 成 水 平 提 高 60%6。Kim 等 22还 发 现,抑 制 Gln 代 谢 后
25、可 抑 制 p38 和 JNK 信 号 通 路,促 进 中 性 粒 细 胞 炎 症 反 应,进 而 导 致 受 试 动 物 哮 喘 表 型 增 强。尽 管 中 性 粒 细 胞 属 于 终 末 分 化 细 胞,理 应 属 于 一 类 同 质 化 细胞,但 在 肿 瘤 和 自 身 免 疫 疾 病 等 病 理 状 态 下 呈 现 出 一 定 可 塑 性和 异 质 性。Injarabian 等 23 发 现,Gln 代 谢 不 仅 会 影 响 中 性 粒 细胞 的 存 活 和 数 量,还 会 导 致 细 胞 群 体 的 异 质 性。可 见,Gln 的图 1 谷氨酰胺代谢及其调控机制综 述癌变 畸变 突
26、变2 3 3 CARCINOGENESIS,TERATOGENESIS&MUTAGENESIS2023 年 5 月 第 35 卷 第 3 期摄 入 及 利 用 对 于 中 性 粒 细 胞 的 存 活 与 免 疫 功 能 具 有 至 关 重 要 的意义。2.3 Gln 代谢与 T 淋巴细胞T 淋 巴 细 胞 是 机 体 适 应 性 免 疫 系 统 的 重 要 组 分,可 直 接 杀伤 病 原 感 染 和 恶 性 转 化 细 胞,分 泌 多 种 细 胞 因 子,并 调 控 B 细胞 抗 体 生 成。1985 年,Eric 课 题 组 11首 次 发 现 淋 巴 细 胞 中 Gln代 谢 非 常 活
27、 跃,可 促 进 核 酸、蛋 白 和 脂 肪 酸 等 生 物 大 分 子 合成,进 而 加 速 T 细 胞 增 殖。不 仅 如 此,Gln 代 谢 在 调 控 T 细 胞 分化 和 机 体 免 疫 调 控 中 发 挥 至 关 重 要 的 作 用。Mako 等 24 发 现 T 细胞 由 静 息 态 向 Th 1 和 Th 17 分 化 过 程 中 Gln 摄 取 明 显 增 加,敲 减SLC 1 A 5 可 通 过 抑 制 Gln 摄 取 阻 断 T 细 胞 释 放 炎 症 因 子。Byun等 25 也 发 现,Gln 可 调 控 T 细 胞 GSH 合 成 以 及 炎 症 因 子 分 泌,G
28、ln 缺 乏 可 抑 制 T 细 胞 介 导 炎 症 反 应。而 2018 年 Johnson 团 队 26报 道,Gln 代 谢 在 调 控 T 细 胞 向 Th 1 和 Th 17 分 化 中 存 在 差 异,抑 制 GLS 活 性 可 促 使 Th 1 细 胞 增 多,但 对 于 Th 17 细 胞 及 其 介 导的 炎 症 反 应 无 明 显 作 用。此 外,Klysz 等 27 研 究 表 明,在 效 应 T细 胞 和 调 节 性 T 细 胞 活 化 过 程 中,葡 萄 糖 和 Gln 利 用 水 平 均 显著 升 高,Gln 缺 乏 或 SLC 1 A 5 敲 减 可 抑 制 调
29、节 性 T 细 胞 激 活。最新 研 究 还 发 现,Gln 代 谢 与 人 类 免 疫 缺 陷 病 毒 1(HIV-1)感 染 过程 相 关。Clerc 等 28研 究 表 明,剥 夺 培 养 基 中 Gln 可 促 进 CD 8+T细 胞 存 活,增 强 其 向 记 忆 T 细 胞 分 化,Gln 代 谢 抑 制 剂 可 阻 断上 述 过 程。Gln 代 谢 产 物-KG 参 与 CD 4+T 细 胞 的 TCA 循 环,为 氧 化 磷 酸 化 代 谢 提 供 燃 料,进 而 加 快 HIV-1 感 染 进 程。可见,Gln 及其代谢产物对于维持 T 细胞免疫功能具有重要意义。3 Gln
30、代谢在感染、脓毒症和肿瘤免疫调控中的作用3.1 Gln 代谢与感染、脓毒症作 为 核 苷 酸 和 ATP 的 重 要 前 体,Gln 对 于 细 菌 增 殖 和 病 毒复 制 具 有 重 要 作 用。同 时,病 毒 感 染 后 宿 主 细 胞 中 Gln 利 用 和代 谢 显 著 增 加,充 足 的 Gln 是 保 障 白 细 胞 发 挥 正 常 免 疫 功 能 的基 础。人 类 巨 细 胞 病 毒 感 染 成 纤 维 细 胞 后,Gln 摄 取 增 多,且GS 和 GLUD 1 酶 活 性 升 高,将 Gln 转 变 为-KG 后 进 入 三 羧 酸 循环,为 葡 萄 糖 饥 饿 细 胞 提
31、 供 能 量 7。当 Gln 缺 乏 时,结 核 分 枝 杆菌 刺 激 人 外 周 血 单 核 细 胞,使 其 IL-1、INF-和 IL-17 表 达 降低,而 Gln 转 运 和 代 谢 阻 断 剂 可 抑 制 免 疫 细 胞 对 细 菌 的 清除 29。此 外,Gln 缺 乏 导 致 机 体 免 疫 抑 制 与 新 型 冠 状 病 毒(COVID-19)肺 炎 的 发 生 和 发 展 关 系 密 切。Gln 缺 乏 人 群 会 出 现显 著 免 疫 缺 陷 和 透 明 质 酸 合 成,COVID-19 感 染 后 可 能 出 现 严重 并 发 症 30-31。Gln 营 养 补 充 可
32、显 著 增 强 COVID-19 感 染 患 者 的抗 氧 化 能 力,降 低 患 者 体 内 氧 化 应 激 和 炎 症 因 子 水 平,改 善 患者 肺 组 织 损 伤 30。但 少 数 研 究 则 认 为,Gln 摄 入 和 代 谢 增 强 可能 促 进 病 毒 感 染 导 致 的 机 体 损 伤。抑 制 Gln 代 谢 可 减 少 疱 疹 病毒 感 染 动 物 眼 角 膜 中 巨 噬 细 胞、中 性 粒 细 胞 的 数 量,并 改 善 角膜 基 质 的 炎 症 病 变 32。丙 肝 病 毒(HCV)慢 性 感 染 患 者 Gln 代 谢 关键 酶 发 生 显 著 变 化,Gln 的 利
33、 用 率 增 加,Gln 剥 夺 或 代 谢 抑 制 可显 著 减 轻 HCV 导 致 的 氧 化 应 激 和 肝 脏 损 伤 33。因 此,Gln 转 运和 代 谢 抑 制 剂 可 作 为 抗 感 染 药 物 研 发 的 研 究 方 向,但 需 要 以 感染宿主细胞为靶点,降低对机体免疫系统产生负面影响。脓 毒 症(sepsis),又 称 败 血 症,是 由 病 原 微 生 物 感 染 导 致 的全 身 炎 症 反 应 综 合 征。大 量 研 究 提 示,血 液 和 组 织 中 Gln 缺 乏可 导 致 机 体 免 疫 功 能 低 下,增 加 感 染 的 风 险 和 脓 毒 症 患 者 死
34、亡率。Gln 预 处 理 降 低 脾 脏 CD 4+T 细 胞 的 凋 亡,减 轻 多 种 微 生 物诱 导 的 脓 毒 症 和 机 体 肾 脏 损 伤 34。补 充 Gln 可 通 过 抑 制 炎 症 反应 和 氧 化 应 激,减 轻 脓 毒 症 小 鼠 的 气 道 上 皮、肺 和 肾 脏 组 织 的损 伤 35-36。Gln 干 预 促 进 脓 毒 症 小 鼠 肠 道 淋 巴 细 胞 的 增 殖 和 免 疫分 泌,增 强 腹 腔 巨 噬 细 胞 对 病 原 菌 的 吞 噬 作 用,降 低 脓 毒 症 动物 模 型 的 死 亡 率 37-38。Gln 联 合 乌 司 他 丁 给 药 能 够
35、抑 制 盲 肠 穿 刺小 鼠 全 身 炎 症 反 应,减 轻 脓 毒 症 休 克 20,39-40。细 胞 焦 亡 是 一 种炎 症 相 关 的 程 序 死 亡,对 于 保 护 宿 主 免 受 细 菌 感 染 具 有 重 要 意义,但 过 度 细 胞 焦 亡 会 导 致 器 官 损 伤。Gln 饲 喂 可 通 过 促 进 肝细 胞 焦 亡 清 除 病 原 体,抑 制 过 度 焦 亡 导 致 的 脓 毒 症 小 鼠 器 官 衰竭 41。临 床 研 究 发 现,正 常 人 血 浆 中 Gln 为 420 700 mol/L,ICU 入 院 患 者 中 58.5%存 在 血 浆 Gln 水 平 下
36、降 情 况(中 位 数 299.5 mol/L),且 伤 势 严 重 和 败 血 症 患 者 血 浆 Gln 水 平 更 低,血 浆Gln 含 量 为 临 床 上 判 定 ICU 患 者 病 情 严 重 程 度 和 疾 病 结 局 的 重要 指 标 42。临 床 上 Gln 作 为 一 种 重 要 的 营 养 补 剂,常 用 于 脓 毒症、创 伤、烧 伤、手 术 和 骨 髓 移 植 患 者 的 营 养 支 持,可 降 低 感染 发 生 率、减 轻 患 者 炎 症 反 应 和 氧 化 应 激,进 而 提 高 救 治 存 活率 和 患 者 生 存 质 量 4。但 也 有 报 道 指 出,脓 毒 症
37、 条 件 下 补 充 Gln效 果 欠 佳,甚 至 有 害。约 14.2%的 ICU 患 者 存 在 血 浆 Gln 含 量 偏高 情 况(中 位 数 898.9 mol/L),常 伴 随 肝 功 能 衰 竭 症 状 发 生 42。Marie 等 43发 现 ICU 病 人 血 浆 中 Gln 930 mol/L 时,其 死 亡 率显著升高,可作为危重患者死亡预测因子。3.2 Gln 代谢与肿瘤免疫Gln 代 谢 增 强 是 肿 瘤 的 十 大 特 征(hallmark)之 一,不 仅 可 为肿 瘤 细 胞 的 快 速 生 长 提 供 底 物,还 是 导 致 肿 瘤 免 疫 逃 逸 的 重 要
38、诱 因。在 急 性 淋 巴 细 胞 白 血 病 中,Gln 代 谢 可 为 肿 瘤 细 胞 提 供生 物 大 分 子 底 物,并 维 持 氧 化 还 原 平 衡 稳 态,在 肿 瘤 细 胞 增殖、存 活 和 耐 药 过 程 中 发 挥 重 要 作 用 44。Najumudeen 等 45发现,小 鼠 肠 上 皮 细 胞 癌 基 因 K r a s 突 变 激 活 可 导 致 Gln 流 出,抑制 细 胞 Gln 转 出 的 关 键 蛋 白 SLC 7A 5,可 阻 断 K r a s 突 变 肠 癌 细 胞的 增 殖。Leone 等 46 报 道 表 明,Gln 抑 制 后 肿 瘤 细 胞 和
39、 T 细 胞 的代 谢 存 在 巨 大 差 异,使 用 小 分 子 抑 制 剂 JHU 083 阻 断 Gln 代 谢,肿 瘤 细 胞 的 氧 化 磷 酸 化 和 糖 酵 解 代 谢 减 弱,而 CD 8+T 细 胞 快 速增 殖 和 激 活,显 著 提 升 了 免 疫 系 统 对 肿 瘤 细 胞 的 杀 伤 作 用。研究 还 提 示,肿 瘤 细 胞 可 能 通 过 对 Gln 的 竞 争,进 而 抑 制 T 细 胞的 抗 肿 瘤 活 性。乳 腺 癌 组 织 中 Gln 代 谢 相 关 基 因 表 达 显 著 升高,且 与 T 细 胞 抗 肿 瘤 激 活 呈 现 负 相 关,而 肿 瘤 细 胞
40、 特 异 性 敲除 GLS 可 促 进 CD 8+T 细 胞 对 Gln 的 吸 收,进 而 增 强 T 细 胞 抗 肿瘤 效 能 47。而 GS 是 调 控 谷 氨 酸 转 变 为 Gln 的 关 键 酶,GS 的 表 达和 活 性 增 强 可 促 进 M 2 巨 噬 细 胞 增 多,在 肿 瘤 血 管 生 成 和 免 疫抑 制 的 调 控 中 发 挥 关 键 作 用 19。此 外,Gln 代 谢 能 够 通 过 影 响免 疫 检 查 点 稳 态,进 而 调 控 T 细 胞 的 免 疫 活 化 和 功 能。Nabe等 48 发 现,剥 夺 Gln 可 导 致 CD 8+T 细 胞 中 程 序
41、 性 死 亡 受 体 1(programmed death receptor 1,PD-1)的 表 达 降 低 和 Ki 67 水 平 增加,提 升 T 细 胞 抗 肿 瘤 活 性,减 小 荷 瘤 动 物 的 肿 块 体 积,提 升动 物 生 存 率。Oh 等 49 研 究 表 明,Gln 代 谢 抑 制 剂 可 显 著 增 强 机体 抗 肿 瘤 活 性,提 高 动 物 生 存 率,其 机 制 包 括:减 少 肿 瘤 组 织综 述癌变 畸 变 突变2 3 4 CARCINOGENESIS,TERATOGENESIS&MUTAGENESISV o l.3 5 N o.3 M a y 2 0 2
42、3中 MDSCs 的 数 量,调 控 巨 噬 细 胞 由 抗 炎 表 型 向 促 炎 表 型 转 化,并通过 调控 T 细胞功 能增强 PD 1 疗效。Byun 等 25指出,耗竭 Gln能 够 通 过 降 低 GSH 促 进 肿 瘤 细 胞 中 抗 程 序 性 死 亡 配 体 1(PD-L 1)的 表 达,抑 制 CD 8+T 细 胞 的 抗 肿 瘤 活 性,增 强 PD-L 1 的 治 疗 效果。不 仅 如 此,Gln 大 量 消 耗 是 肾 透 明 性 细 胞 癌 的 重 要 标 志,可 造 成 肿 瘤 微 环 境 中 巨 噬 细 胞 Gln 利 用 障 碍 和 IL-23 分 泌 增多
43、,而 IL-23 可 促 进 调 节 性 T 细 胞 IL-10 和 TGF-的 表 达,进而 阻 断 CD 8+T 细 胞 对 肿 瘤 细 胞 的 杀 伤 16。对 2 201 名 肠 癌 患者 进 行 随 机 对 照 干 预 研 究,其 中 1 108 人 给 予 Gln 营 养 补 充,1 093 人 作 为 对 照,结 果 发 现 给 予 Gln 可 显 著 增 强 体 液 免 疫 功能,并 延 长 患 者 的 生 存 时 间 50。因 此,Gln 不 仅 直 接 为 肿 瘤 细胞 恶 性 增 殖 提 供 底 物,还 通 过 影 响 T 细 胞 和 巨 噬 细 胞 的 功 能 参与肿瘤
44、免疫调控,靶向 Gln 代谢可能是肿瘤治疗的新方向。4 Gln 营养补充在临床免疫治疗中的应用Gln 是 机 体 内 一 种 具 有 免 疫 调 节 功 能 的 氨 基 酸,对 于 维 持免 疫 系 统 功 能 具 有 重 要 意 义。如 图 2 所 示,Gln 不 仅 为 巨 噬 细胞、中 性 粒 细 胞 和 T 细 胞 增 殖 提 供 底 物,还 能 够 调 控 其 激 活 分化 和 炎 症 反 应,增 强 其 杀 灭 病 原 菌 能 力,抑 制 T 细 胞 的 抗 肿 瘤活 性。因 此,在 严 重 疾 病 条 件 下 机 体 Gln 耗 竭 可 损 害 机 体 免 疫系 统,合 理 补
45、充 Gln 有 助 于 清 除 炎 症 和 增 强 免 疫,有 助 于 保 护机 体 免 受 病 原 菌 侵 袭,有 利 于 机 体 对 抗 感 染。然 而,在 肿 瘤 患者 中 抑 制 Gln 的 摄 入 和 利 用 可 能 对 肿 瘤 治 疗 具 有 重 要 意 义。Gln营 养 补 充 作 为 一 种 临 床 辅 助 干 预 手 段,被 广 泛 应 用 于 创 伤、烧伤、骨 折、感 染、脓 毒 症、肿 瘤、急 性 胰 腺 炎、围 手 术 期 和 临床 危 重 病 人 的 治 疗,可 通 过 提 升 病 人 免 疫 力 和 降 低 机 体 炎 症 反应,进 而 达 到 改 善 病 情 的
46、良 好 效 果 1,4,6。目 前,常 用 的 Gln 药物 有 游 离 和 二 肽 两 种 形 式,可 通 过 口 服、肠 内 或 者 肠 外 营 养 的方 式 进 行 给 药。一 般 情 况 下,成 人 按 照 约 25 30 g/d 总 量 或0.3 0.5 g/kg 剂 量 进 行 给 药,不 同 疾 病 状 态 下 用 药 剂 量 和 途 径有 所 差 异。其 中,烧 伤、重 度 创 伤、急 性 胰 腺 炎 患 者 常 采 用 肠内 营 养 支 持,围 手 术 期 患 者 则 采 用 肠 外 营 养 给 药;而 肝 肾 功 能不 全 患 者 不 推 荐 肠 内 途 径 给 药。大 量
47、 基 础 和 临 床 研 究 表 明,补充 谷 氨 酰 胺 二 肽 可 抑 制 感 染 并 发 症、缩 短 住 院 时 间、降 低 危 重病 患 者 死 亡 率 1,7,11。此 外,由 于 肿 瘤 存 在 Gln 代 谢 依 赖 现 象,荷 瘤 患 者 及 其 放 化 疗 期 间 不 推 荐 使 用 含 有 Gln 配 方,而 耗 竭 Gln能 够 增 强 PD-L 1 抗 肿 瘤 免 疫 治 疗 的 效 果 47-49。值 得 注 意 的 是,过 量 Gln 可 能 会 导 致 高 氨 基 酸 血 症,加 重 患 者 病 情。临 床 上 给患 者 提 供 Gln 补 剂 之 前,需 要 进
48、 行 营 养 状 况 和 生 化 指 标 的 评估,主 要 包 括 营 养 不 良、体 质 量 指 数 急 剧 下 降、血 浆 白 蛋 白 低和 组 织 功 能 严 重 丧 失 1,11。机 体 低 谷 氨 酰 胺 血 症 也 是 临 床 上 重症 患 者 预 后 的 独 立 预 测 指 标,可 作 为 临 床 上 给 予 Gln 营 养 支 持的重要依据 14,42。参考文献 1 CRUZAT V,MACEDO ROGERO M,NOEL KEANE K,et al.Glutamine:metabolism and immune function,supplementationand cli
49、nical translationJ.Nutrients,2018,10(11):1564.2 ALTMAN B J,STINE Z E,DANG C V.From Krebs to clinic:glutamine metabolism to cancer therapyJ.Nat Rev Cancer,2016,16(10):619-634.3 SHANG M,CAPPELLESSO F,AMORIM R,et al.Macrophage-derived glutamine boosts satellite cells and muscle regenerationJ.Nature,202
50、0,587(7835):626-631.4 WAELE E D,MALBRAIN M L N G,SPAPEN H.Nutrition inSe ps i s:a bench-to-bedside reviewJ.Nutrients,2020,12(2):395.5 WISCHMEYER P E.Glutamine in burn injuryJ.Nutr ClinPract,2019,34(5):681-687.6 牟 彬,周 小 秋,林 燕.谷 氨 酰 胺 对 免 疫 细 胞 的 影 响 研 究 进 展J.动物营养学报,2007,19(S 1):487-491.7 CHAMBERS J W