小肽转运载体1的生物学特性及其功能

朱宇旌 王秉玉 张 勇 李欣蔚 邵彩梅

(1.沈阳农业大学畜牧兽医学院，沈阳 110866;2.辽宁禾丰牧业有限公司，沈阳 110164)

小肠是动物吸收营养物质的主要场所，食物进入小肠后被蛋白水解酶分解成肽的混合物或游离氨基酸［1］。小肽转运载体(peptide transporter，PepT)主要参与肠道内二肽和三肽的跨膜转运［2］，这种跨膜转运是动物体内营养物质运输的重要途径。目前已知的小肽转运家族包括PepT1、PepT2、肽/组氨酸转运子1(peptide/histidine transporter 1，PHT1)和 PHT2［3－4］，其中研究比较深入的是前两者。许多试验动物的PepT1和PepT2基因都已被克隆［5］。PepT1在小肽转运过程中由质子原动力提供能量，使之成为区别于其他物质转运的一种独特转运机制，对于小肽的吸收利用具有重要作用。本文旨在就PepT1的分类、生物学特征及功能进行简要综述。

1 PepT1的生物学特征

1.1 PepT1的基因组成及分类

PepT1是由载体 SLC15A1构成的，属于SLC15 家族(solute carrier family 15)［4］，位于小肠上皮细胞内的刷状缘膜上，但其三维结构目前尚不清楚。SLC15家族成员是通过质子动力将各种短链肽和肽的类似物转运到细胞内的。这个家族最初的转运子PepT1(其编码基因为SLC15A1)和PepT2(其编码基因为SLC15A2)的主要功能是调节肠及肾小管上皮细胞中肽的吸收。但到目前为止，在哺乳动物中已经确定出另外2种肽的转运子PHT1(其编码基因为SLC15A4)和PHT2(其编码基因为SLC15A3)。它们与PepT系列整体氨基酸的序列相似之处达到20%～25%。PHT1和PHT2主要运输组氨酸和某些二、三肽［6］。Daniel［7］总结了肽转运家族成员，详见表1。

1.2 PepT1的蛋白质分子结构

PepT1是完整的膜蛋白，Terova等［8］在欧洲鲈鱼中分离出一个完整的PepT1 cDNA，一共有3 014个区域，其中包括5'－非编码区(101 bp)、开放编码区(2 184 bp)和3'－非编码区(729 bp)，并预测出12个跨膜结构域的蛋白质(728个氨基酸)(图1)。其中氨基端和羧基端都位于细胞质内侧。在第9跨膜区和第10跨膜区之间存在一个较大的亲水环，位于细胞膜外侧，亲水环上面有许多糖基化位点。分别在细胞内环第6、7跨膜区之间和第8、9跨膜区之间有1个蛋白激酶C(PKC)和1个蛋白激酶A(PKA)的磷酸化位点［9］。不同种类的动物小肠中PepT1 mRNA长度不同，所编码成蛋白质的氨基酸组成数目也不同，但其分子质量相同，都为79 ku。其中猪小肠内PepT1 mRNA是由708个氨基酸编码的，与绵羊和牛相似［10］。

表1 质子寡肽转运家族Table 1 The proton oligopeptide cotransporter family［7］

图1 PepT1的跨膜模型Fig.1 Membrane－spanning model of PepT1

1.3 PepT1的克隆

PepT1在多种脊椎动物物种中进行了克隆，包括兔、大鼠、小鼠、羊、鸡、火鸡、狗、人、猪、牛、猴、大西洋鳕鱼和斑马鱼(表2)。PepT1的氨基酸组成范围为707～729。PepT1在细菌、酵母、植物和无脊椎动物中也被发现。目前有研究表明，依靠PepT1转运的原核H+和YdgR(Escherichia coli tppB)，特点和功能与哺乳动物的PepT1非常相似［11］。

2 PepT1的功能

2.1 PepT1在组织和细胞中的表达和调控

PepT1在组织和细胞中的分布具有一定的研究意义。PepT1 mRNA最初在小肠和肾小管上皮细胞内表达［6］。PepT2基因主要在肾脏肾小管内表达，在肺、乳腺、脉络丛和神经系统神经胶质细胞内也有少量的表达，但是不存在于肠道内［7］。PepT1基因在小肠内是通过肠道上皮特异性基因Cdx2进行具体地表达的［12］。转录因子在肠上皮细胞增殖、分化和成熟中起重要的作用，组织和细胞中的调控最有可能是通过刺激蛋白1(SP1)转录因子的相互作用发生在其中有识别位点的PepT1基因上，从而控制基底活动［13］。在大西洋鳕鱼的十二指肠、空肠、回肠和鸡、猪、反刍动物体内分别检测出大量PepT1 mRNA［14］。PepT1基因在鸡的盲肠中有表达，而在小肠和肾脏中没有［15］。Amberg等［16］在鳕鱼仔鱼的体内整个消化系统(除食道和肛门括约肌)中发现PepT1基因的表达。Howard等［17］发现PepT1 mRNA在鼠的整个小肠内都有表达。Hussain等［18］观察到在胎儿18 d时和婴儿出生当天，其体内的PepT1蛋白存在于十二指肠内，出生后PepT1延伸到细胞质下部和细胞膜内。断奶和成年以后，PepT1基因仅在刷状缘膜表达。

表2 不同动物肠内克隆PepT1的对比Table 2 Comparison of cloned intestinal PepT1 across several species［11］

2.2 PepT1的转运机制

PepT1在肠道内通过跨膜转运肽类物质，对肠道吸收营养物质有重要作用。PepT1转运小肽的调控机制是:H+和二、三肽分子穿过小肠上皮细胞膜后，被PepT1转运到细胞浆内，通过结合小肠上皮细胞膜的Na+/H+交换系统再将H+转运出细胞外，将Na+置换到细胞内，从而维持细胞膜的质子驱动力，同时也结合细胞膜的Na+/K+－ATP酶交换系统，将Na+转运出细胞外，以维持细胞外到细胞内的Na+梯度(图2)。

图2 肠上皮细胞转运小肽的细胞过程Fig.2 Cellular processes involved in transport of small peptides by the intestinal epithelial cells［14］

2.3 PepT1跨膜转运途径

在小肠上皮细胞内，PepT1转运肽类物质可能会因为小肽吸收途径的转变而改变。其途径主要包括PepT1的主动转运、细胞穿透肽(CPP)携带肽类物质的运输转运及旁细胞途径(图3)［11］。

3 PepT1活性调控

PepT1的活性调控受许多因素所影响，其中包括生物学因素、营养因素、底物因素以及生理因素等。这些因素对PepT1的活性调控具有上调或下调的作用。

3.1 生物学因素

在哺乳动物中，PepT1的活性调控受到可调节激素，如胰岛素、表皮生长因子、瘦素和甲状腺素等影响，这些因素能显著提高细胞对肽类物质的摄入量，同时可以增加细胞膜上PepT1的含量［19］。Sun等［20］研究表明，向严重烧伤的大鼠体内注射重组人生长激素能够显著提高烧伤大鼠小肠上皮细胞对二肽的摄入量。

3.2 营养因素

饲粮蛋白质水平可能是影响PepT1活性调控的重要因素，起着上调作用。从饲料科学的角度看，饲粮蛋白质是最重要的营养，提高饲粮蛋白质利用的同时也有助于减少氮的排放量。

肠道营养物质的转运受饲粮和肠腔内底物浓度的影响。Ostaszewska等［19］分别饲喂鳕鱼二肽、游离氨基酸和完整蛋白，结果显示饲喂二肽及游离氨基酸的鳕鱼体内PepT1 mRNA表达显著增加，体重比饲喂完整蛋白的鳕鱼增加8倍。Hindlet等［21］给大鼠饲喂含有甘氨酰肌氨酸(Gly－Sar)的饲料，发现大鼠体内PepT1 mRNA表达增加6倍。有关研究表明使鲈鱼禁食35 d，发现其体内PepT1 mRNA表达减少，恢复进食后PepT1 mRNA的表达显著增加，说明PepT1 mRNA影响鲈鱼的饮食调节［8，22］。PepT1活性调控与饲粮蛋白质水平关系密切。试验表明:给肉鸡饲喂低质量的饲粮(玉米蛋白粉)显示，第3天至第7天肉鸡体内PepT1 mRNA的表达相对减少，到第14天表达显著增加;给雏鸡饲喂等量的高质量饲粮(大豆蛋白粉)显示，肉鸡体内PepT1 mRNA的表达从第3天到第14天持续不断地增加，同时雏鸡体重也显著增加［23］。

图3 肠肽吸收的潜在途径Fig.3 Potential routes of peptide uptake in enterocytes［11］

Bucking等［22］研究证明:对动物进行短期禁食会导致其体内PepT1 mRNA表达水平上调，但长期禁食会导致其下调。在饲养水平恢复后，动物体内PepT1 mRNA水平会逐渐增加到禁食之前。Ma等［24］对野生小鼠进行限饲，发现其小肠内PepT1 mRNA的表达水平提高2倍。Madsen等［25］通过限饲方法观察肉鸡体内PepT1与过氧化物酶体增殖剂活化受体α(peroxisome proliferatoractivated receptor α，PPARα)表达的关系发现，在肉鸡空腹状态下，PepT1受到PPARα的监管，同时，肉鸡采食量的减少会促进其体内PepT1 mRNA的表达。

3.3 底物因素

PepT1的底物对PepT1具有调控作用，且不同底物对PepT1的活性不同。PepT1底物在营养的补充，尤其是游离氨基酸吸收方面起着重要作用，同时PepT1可加速氨基酸的吸收率［19］。有关试验显示，对大鼠的十二指肠灌注大豆蛋白水解物和蛋清蛋白水解物后，观察到这2种物质中的氨基酸被吸收到门静脉血液的速度比那些氨基酸混合物或具有相同氨基酸组成的完整蛋白质快［26］。Liu 等［27］用 JBP485(cyclo－trans－4－L－hydroxyprolyl－L－serine)来处理人的大肠癌细胞(Caco－2)时发现，PepT1 mRNA表达增加了1.5倍，从而确认JBP485是PepT1的底物，影响PepT1吸收调节机制。由于PepT1具有广泛的底物特异性，它能够转运大约400种二肽和8 000种三肽及一些肽类化合物。底物对PepT1的调节是通过增加细胞膜上肽转运蛋白的丰度来实现的。调节PepT1 mRNA的表达可能有2个途径:一是增加mRNA编码基因的稳定性;二是增加PepT1 mRNA的转录［11］。

3.4 生理因素

动物在生长发育阶段，肠道消化系统需要经历结构和功能上的改变:出生或孵化阶段、哺乳动物断奶阶段。肠道内PepT1的活性为适应这一转变也会发生相应的变化。Chen等［28］研究发现，鸡从孵化16 d到出壳，其体内PepT1活性快速增加，PepT1 mRNA表达水平提高了14倍，认为在生长发育过程中，动物为适应采食所做出的反应导致了PepT1的活性调控与PepT1 mRNA的表达发生变化，但具体的作用机制尚不清楚。

PepT1的活性调控可能与昼夜节律也有关。Pan等［29］在研究中发现，夜间小鼠体内 PepT1的活性水平会显著提高，但当小鼠处于空腹或取消白天按时饲喂这一模式后，其体内的PepT1迅速改变，以适应肠道对营养的需求，因此认为PepT1的活性调控具有可塑性，当环境发生变化时，PepT1能够快速适应其变化。

4 小结

PepT1广泛存在于动物肠道内，是转运小肽以及肽类化合物的重要因子，具有高特异、高容量等转运特性，可以最大限度地促进小肽吸收转运，促进动物生长。目前PepT1的基因已被克隆，大量研究表明可以通过对PepT1的活性进行合理的调控，从而有效调节小肽吸收转运，但对PepT1分子水平上的调控依然不很清楚。因此，深入开展PepT1的基因表达调控方面的研究对深入了解动物小肽吸收转运的机理有重要意义。

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