在美国，饮食和生活方式的选择对肠道和整体健康产生了巨大的负面影响，该负面影响至少可以部分归因于普遍存在的高糖加工食品，以及大多数饮食中缺乏健康纤维和全谷物。这种组合对肠道微生物组或肠道菌群的平衡产生了负面影响。加工食品往往会增加肠道和系统炎症，并可能通过多种途径损害胃肠道，增加肠道通透性。

越来越多的研究表明，肠道健康与大脑神经化学平衡之间存在生理学上的联系，并由肠道神经系统进行调节。不健康的肠道可能会潜在地导致大脑功能欠佳，甚至神经精神疾病。氨基酸谷氨酰胺是人体内含量最丰富的氨基酸，研究表明，它是一种很有前途的营养辅助剂，可以减轻肠道损伤，改善肠道健康，并间接且积极地支持大脑的神经化学环境。美国诺瓦东南大学的Brett J. Deters、Mir Saleem在本综述中总结了目前对这一课题的认识状况。

谷氨酰胺是一种非必需氨基酸，它可以在体内合成。然而，当在疾病或生活方式的压力而导致对谷氨酰胺的需求量很大时，它可以被认为是条件性必需氨基酸，必须进一步从饮食中获取。谷氨酰胺是血液中含量最丰富的游离氨基酸，是肠细胞的重要底物。谷氨酰胺能有效增强小肠内肠细胞的功能、增殖和生命周期。

图1  谷氨酰胺的化学结构

谷氨酰胺主要从3个方面直接支持肠道健康和功能：1）它对维持肠道微生物群的平衡有积极影响，2）它能增加紧密连接蛋白的表达和肠道内膜的完整性，3）它有助于在肠道黏膜刺激的情况下，将炎症反应降到最低。

由于通过第十颅神经或迷走神经的调节，肠道功能直接影响神经递质的平衡。不健康的肠道通透性、炎症和不理想的微生物组都与抑郁症有关。当肠道发炎时，会对大脑健康和神经递质平衡产生直接影响。谷氨酰胺可能通过保护肠道内壁免受损伤和慢性炎症，从而间接提供最佳的神经精神环境。

肠脑轴可以通过中枢神经系统（CNS）和肠神经系统之间的功能关系来部分理解。这种联系的关键环节是成对的第十颅神经或迷走神经。这些神经通常以单数形式出现，与消化道的副交感神经以及心脏和肺部的接口交界。从中枢神经系统传来的神经元已被证明直接在肠道中的细菌菌落上发生突触，这意味着微生物组直接受大脑活动和神经化学的影响。引起体内应激反应的环境可以通过下丘脑和垂体改变或破坏大脑的神经化学平衡，从而可能引起肠道内微生物失调。

从中枢神经系统通往肠道的迷走神经传出连接让大脑可以调节肠道功能，而迷走神经的传入连接则是让肠道直接影响大脑活动。发炎的肠道如果缺乏健康的菌种，已经被证明会改变大脑的神经递质平衡。神经递质，如血清素、乙酰胆碱、组胺、γ－氨基丁酸和谷氨酸都可能受到肠道健康和活动的影响。肠道也可以通过下丘脑影响神经内分泌活动。肠道产生的分泌物会刺激下丘脑的活动，从而导致肾上腺皮质激素（ACTH）的产生。当肠道不健康时，ACTH的过度分泌就会引起肾上腺皮质和肾上腺髓质的过度活动。其结果是儿茶酚胺和糖皮质激素分泌过剩，这可能有利于病原体繁殖的环境，并可能引起体内持续的低级应激反应。

图2  健康与疾病中的脑-肠-微生物交流

在运动营养领域，谷氨酰胺最普遍地用于支持骨骼肌发育和肌肉蛋白质合成。然而，作为人体内最普遍的氨基酸，谷氨酰胺的补充已被证明在支持ICU患者的恢复和免疫系统功能非常重要。

口服谷氨酰胺补充剂对微生物组的组成有积极影响。一项研究将谷氨酰胺补充或丙氨酸补充随机分配给33名肥胖者。肥胖的一个常见生物标志物是在肠道内厚壁菌门与拟杆菌门的比例升高。经过14 d的补充，谷氨酰胺组的厚壁菌门与拟杆菌门的比例显著降低，这一结果也反映在减肥方案中。谷氨酰胺被证明对这些不同菌种的基因表达有积极影响，这也是菌种比例变化的原因。优化的肠道微生物组更有可能有效地执行神经递质合成和其他功能。

另有综述文章讨论了谷氨酰胺支持肠道功能的不同方式。肠黏膜细胞的生命周期相对短暂，大约每5 d更换一次。谷氨酰胺已被证明可以激活蛋白激酶，促进肠道干细胞分化和增殖为肠细胞、杯状细胞等。谷氨酰胺通过最大限度地发挥表皮生长因子和胰岛素样生长因子-1等生长因子的作用，增加肠道肠细胞增殖。这些生长因子负责影响肠黏膜细胞的DNA、RNA、蛋白质的合成和复制。

紧密连接是在胃肠壁上形成细胞间连接的蛋白质结构。紧密连接在很大程度上决定了被吸收的底物，并阻止了病原体的进入。紧密连接功能的破坏导致肠道通透性增加，使较大的蛋白质渗入血液，从而可能引发全身性炎症反应。如上所述，生活方式和饮食习惯的选择可以影响肠道紧密连接的通透性。谷氨酰胺可能控制紧密连接蛋白的表达。通过使用多种细胞系培养证实了这一点。缺乏谷氨酰胺的细胞显示出用于紧密连接形成的蛋白质的表达减少以及通透性增加。然而，通过补充引入更高的谷氨酰胺水平可以逆转这种情况。考虑到谷氨酰胺通过磷酸化激活和维持紧密连接蛋白的作用，在治疗乳糜泻和炎症性肠病时，补充谷氨酰胺可能是一种可行的营养支持形式。

谷氨酰胺还可以限制克罗恩病或溃疡性结肠炎的炎症途径。炎症反应会引起级联效应，导致促炎细胞因子的产生，从而刺激炎症反应。谷氨酰胺可以通过增加热休克蛋白的活性来抑制这一过程的启动。这些蛋白可降低NF-κB转录因子的表达，而NF-κB转录因子可刺激与炎症和免疫反应相关的基因。短期补充谷氨酰胺后，支持NF-κB的转录因子显著减少。此外，谷氨酰胺还能抑制其他炎症转录因子的激活，即STAT蛋白。NO也是炎症的必要成分，然而，如果合成过量，它可能是有害的。谷氨酰胺已被证明可以使NO的产生正常化，从而减少高水平的炎症。

考虑到谷氨酰胺通过上述3种主要机制对肠道产生的多功能影响，可以合理地推测，补充谷氨酰胺可以通过肠脑轴来优化神经化学平衡。

图3  健康与疾病中的脑-肠-微生物交流

The role of glutamine in supporting gut health and neuropsychiatric factors

Brett J. Deters, Mir Saleem*

Halmos College of Natural Sciences and Oceanography, NOVA Southeastern University, Fort Lauderdale, FL 33314, USA

*Corresponding author.

E-mail address: msaleem@nova.edu

Abstract

该文章《The role of glutamine in supporting gut health and neuropsychiatric factors》发表于Food Science and Human Wellness 2021年第2期149-154页。点击下方阅读原文即可查看摘要原文。

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