联接肠道多重功能的神秘嘉宾你认识它吗Word格式.docx

1、磷酸酶：即水解磷酸的酶 - 把有机分子（比如蛋白质）上的磷酸基团给去掉的酶。这跟激酶（kinase） 的作用恰恰相反。激酶：加个磷酸基团；拿掉磷酸基团很显然，肠碱性磷酸酶是碱性磷酸酶中的一员。碱性磷酸酶 （简称ALP） 并不是单一的酶，而是一组同样功能的蛋白异构体。在人和动物体内，它主要来自肝脏，其次为肾脏、骨骼、肠道、和胎盘。我们平常去做体检，血清ALP都是必定会被检测的一个指标，血清中的ALP主要来自于肝脏和骨骼， 因此它的异常升高，也许意味着肝胆、骨骼上的疾病（比如胆汁淤积）。而肠碱性磷酸酶就是肝脏ALP、骨骼ALP们来自肠道的兄弟了。它的位置很有点战略意义 - 既然位于肠细胞的刷状缘上

2、，那便等于是食物、菌群、和宿主的交叉地带。肠道中的酶，我们比较熟悉的主要是消化酶，用于消化摄入的营养物质嘛。但肠碱性磷酸酶明显不是消化酶，那么，它的特别之处在哪里呢？最近几年，不少研究慢慢发现，它在肠道健康的方方面面竟然都起着重要作用。它，是怎么做到的呢？IAP由肠上皮细胞的顶端或基底层分泌，主要在刷状缘和肠腔内活动（图片引自Lalles, 2020）（以下简称肠碱性磷酸酶为IAP）IAP与小肠pH作为一名姓肠的酶，IAP的作用从食糜一进入小肠就开始了 。当食糜从酸酸的胃出来，紧接着进入十二指肠时，十二指肠必须要中和这些胃酸，才能让小肠壁免受灼伤、让喜欢中性碱性环境的消化酶得以开工。而这个重任

3、就落在了肠细胞分泌的碳酸氢盐（bicarbonate）身上。而分泌碳酸氢盐的调节是很关键的，少了，胃酸中和不了；多了，也太碱了吧，消化酶就不喜欢了。在这个微妙的调节过程中，IAP起着重要的作用 - 当十二指肠pH低的时候，IAP的活性是很低的，这时候肠细胞外ATP越积越多，从而激活细胞膜上的P2Y1受体，P2Y1 直接上调碳酸氢盐的分泌。释放了一会儿之后，IAP一看这pH调得差不多了呀，于是就上场了 - 还记得IAP的主业是去磷酸化吧？它一上场，哐哐几下把ATP去一个磷酸变成了ADP，没了ATP的刺激、P2Y1受体活性降低，从而减少碳酸氢盐的分泌，使小肠pH能够保持在适宜的范围内。刚刚好！IA

4、P参与调节十二指肠的pH （图片引自Mizumori et al.）IAP 与肠道屏障肠道屏障的重要性应该不必多讲啦 近些年不少数据表示IAP对肠道屏障具有保护作用，这个保护作用的机制还不是完全清楚，但我们知道，紧密连接蛋白是保障肠道屏障完整性的重要机制之一。结果这几年涌出的新研究发现，IAP还真能影响紧密连接蛋白！肠道屏障和紧密连接蛋白的图示（图片引自Chelakkot et al., 2018）在2016年，哈佛大学的Dr. Richard Hodin课题组发现了IAP参与调控紧密链接蛋白的直接证据 - 在他们的研究中，敲除IAP基因直接导致了诸多紧密连接蛋白（Zonula occlude

5、ns、Claudin、Occludin） 的表达下降，而上调IAP表达则提高了紧密链接蛋白的表达，同时，由细菌壁LPS导致的肠道通透性增加和炎症反应也相应降低。这说明，IAP表达应该和紧密连接蛋白表达、肠道屏障中完整性呈正相关。在一定范围内，IAP越高，肠道屏障完整性就越好。这里主要指肠道屏障中的物理屏障（肠上皮细胞这一层）。LPS攻毒降低了肠上皮细胞的跨上皮电阻 （TEER），表示肠道屏障受损；而在LPS攻毒的条件下，添加IAP则几乎完全防止了肠道屏障的受损 （图片引自Liu et al., 2016）而IAP对肠道屏障的保护作用部分与它对紧密连接蛋白表达的调节有关。图为敲除IAP基因导致诸

6、多紧密连接蛋白的表达下降（绿色是正常、红色是敲除；图片引自Liu et al., 2016）拓展阅读哈佛Hodin课题组的研究：http:/doi.org/10.1016%2Fj.jamcollsurg.2015.12.006IAP 与炎症反应我们知道，肠道中有好多细菌，其中革兰氏阴性细菌细胞壁中含有脂多糖 （LPS, lipopolysaccharides） - LPS也被称为细菌内毒素，是肠道中一个不折不扣的捣蛋鬼，它一方面作为一种病原体相关分子模式（PAMP, pathogen-associated molecular pattern），会被动物免疫系统识别，在肠道中引起肠黏膜免疫系统的

7、反应（耗能、“浪费”营养）；另一方面，在肠道屏障状态不好的时候，它一旦寻着了空子钻进机体循环系统，便会引起系统性炎症（更惨! ）。因此在动物营养学中，LPS常常也是研究者用来做攻毒模型的工具。LPS 的结构（图片引自https:/www.macrophi.co.jp）有意思的是，从结构图中我们可以看到，LPS有两条类脂A（Lipid A），它们是LPS具备毒性的决定性结构。而仔细看一看，它俩都含有磷酸基团。那么，如果把这两个磷酸基团去掉，LPS还具备毒性吗？答案是：嘿，就没啦！那么正好，IAP就可以派上用场了 - 它能够将LPS去磷酸化，从而降低LPS的毒性，减少炎症。而回到上面一点，IAP通

8、过保护肠道屏障完整性，也能减少LPS或细菌从肠腔到血液的转移，从而进一步减少炎症。IAP通过去磷酸化来降低细菌LPS毒性，同时减少LPS的转移，从而减少机体炎症反应 （图片引自Lalles, 2010）除了LSP，研究发现IAP也能降低其它细菌PAMPS的毒性 （图片引自Lalle, 2014）人医们也在琢磨IAP疗法啦 - 去年底，南京大学医学院团队发现，利用IAP来做成微胶囊，可以在小鼠模型中通过保护肠屏障功能、减少炎症，来有效缓解LPS诱导的代谢综合征。（图片引自Zhao et al., 2021）Intestinal Alkaline Phosphatase Detoxifies Li

9、popolysaccharide and Prevents Inflammation in Response to the Gut Microbiota/doi.org/10.1016%2Fj.chom.2007.10.010Bio-inspired intestinal scavenger from microfluidic electrospray for detoxifying lipopolysaccharide/doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.11.017IAP 与肠道微生物开头讲到，IAP处于宿主与肠道菌群交互的战略位置，这位置如此重要，自然不是白

10、来的。的确，除了解毒LPS等PAMPS之外，IAP在宿主与菌群的交流中也发挥着作用，而这个作用的机制也与IAP的去磷酸化功能相关。这就要从肠道里的共生菌（commencal baterial） 说起了 - 这是一群好菌，它们从动物一出生、接触到外界环境开始，就逐渐形成并伴随着动物成长，所以称为“共生”，是与外界来的致病菌（pathogenic bateria） 相反的一个概念。当然了，在某些情况下，好菌受了刺激也会变成致病菌，所以有“条件致病菌“的存在；不过总体来说，共生菌对宿主是保护和正向作用，尤其在肠道粘液层上形成一道微生物屏障，也是维护肠道屏障完整性的重要一员。自然，我们希望它越多越好。

11、多层肠道屏障 （图片引自Hooper, 2009）1.00岁月静好时的多层肠道屏障（图片引自youtube: nature video）而这些共生菌有一个天然的生长抑制剂，那便是ATP- 是的，ATP除了是我们超级熟悉的“能量货币”之外（这部分指细胞内的ATP），肠腔内也存在着微生物或细胞分泌出来的ATP，这部分是细胞外ATP（extraceullar ATP），而它们可以显著地抑制肠道内共生菌的生长（具体咋抑制的、是否有特异性还不是完全清楚）。不光是ATP，所有的三磷酸核苷（就是我们熟悉的GTP/CTP/TTP/UTP这一帮DNA和RNA的结构单元）都对肠道共生菌的生长有抑制作用。2014年

12、，同样是哈佛大学Hodin教授课题组做了一系列体内体外实验后证实，IAP可以通过去磷酸化抑制肠腔内ATP以及其它三磷酸核苷的活性，于是乎促进了共生菌的生长繁殖，从而维持机体的肠道菌群平衡，并且保护肠道的多层屏障。2014年哈佛大学的研究。（图片引自Malo et al., 2014）在这个图示中，作者写到：“The brush border enzyme IAP appears to play a central role in regulating the microbiota through a mechanism that involves the dephosphorylation o

13、f luminal ATP.“ 即：刷状缘IAP似乎在调节肠道菌群中起着中心作用，其机制涉及到肠腔ATP的去磷酸化。Intestinal alkaline phosphatase promotes gut bacterial growth by reducing theconcentration of luminal nucleotide triphosphatesdoi:10.1152/ajpgi.00357.2013The big picture可以看出，上面讲到的这几层IAP的作用与动物的营养消化、肠道免疫、肠道菌群息息相关。总的来说，在正常范围内，IAP水平升高有益于减少肠道炎症、维护

14、肠道健康。回到动物生产上，这意味着什么呢？加拿大圭尔夫大学的一项研究发现，与同龄的没断奶的兄弟姐妹相比，断奶仔猪的IAP分泌水平显著降低，这可能也是早期仔猪易于感染、肠道炎症常见的原因之一。而早在2003年，就有研究者尝试给仔猪口服从犊牛身上提取出来的IAP，发现它可减少LPS引起的炎症反应 - 而这项研究的作者从事的其实是人医方向，只是用了小猪做模型来探索医学中的IAP疗法，所以似乎研究并未在畜牧届引起重视。断奶仔猪的IAP分泌水平显著降低：黑色代表未断奶的同龄仔猪；白色为断奶仔猪（引自Lackeyram et al., 2010）的确，在动物营养领域，IAP的研究还并不多，我们现在还木有在饲料中可用的成熟的IAP产品。而在肠道健康如此重要的今天，在畜牧动物中想办法提高IAP的分泌，也许是一个不错的思路 （酶制剂的新方向吗？）。而IAP的分泌受摄入的营养物质的影响。其中，溶血磷脂被发现能特异性地加速 IAP的释放。这里的特异性，指的是溶血磷脂并不影响其它肠上皮细胞刷状缘分泌的酶（比如蔗糖酶等），就专门使劲刺激IAP。究其原因？是因为除了上面讲到的四点作用外，IAP其实也在调节脂肪酸吸收中发挥作用，因此自然对溶血磷脂特别敏感（在脂肪消化过程中，胰脂肪酶会水解胆汁