ALPi——腸粘膜屏障保鏢
日期：2022-09-19 15:40:00
堿性磷酸酶：
堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase，AKP/ALP/AP）是一種單脂磷酸水解酶 ，廣泛分布于人體肝臟、骨骼、腸、腎和胎盤等組織中，經肝臟向膽外排出，參與人體的能量代謝。堿性磷酸 酶屬于同源二聚體，共有四種同功酶，其包含主要分布于肝臟、骨骼和腎臟組織中的非特異性同工酶，以及分 布在特定組織中的組織特異性磷酸酶，包括分布于腸粘膜的腸堿性磷酸酶（Intestin alalkaline Phosphatase, ALPi）、分布于胎盤的胎盤堿性磷酸酶（Placental alkaline phosphatase，PLAP）和分布在人 類生殖系統內的生殖細胞堿性磷酸酶（Germcell alkaline phosphatase，GCAP）[1]。
1、什么是ALPi？
腸堿性磷酸酶（Intestinal alkaline phosphatase, ALPi） 位于腸粘膜的刷狀邊緣，能夠水解單磷酸脂，是一種由腸上皮細胞表達的內源性蛋白質，不僅在粘膜 和腸腔內保持活性，而且分泌到血清后也能保持活性，對維持腸道內環境平衡起到重要作用。由荷蘭生物制藥 公司AM-Pharma贊助的Peters和Lukas進行的臨床研究已證實當人和動物從腸道吸收內毒素時，ALPi對內毒素進 行充分滅活，使其失去大部分活性。因此ALPi可以用于針對內毒素相關敗血癥腎損傷和結腸炎中炎癥的新方法 [2,3]。
2、ALPi與腸黏膜屏障作用機制
研究顯示，各種緊密連接蛋白的低表達可損害腸粘膜屏障功能，進而影響腸 粘膜通透性。腸道細菌、內毒素、炎性介質等會通過受損的腸粘膜屏障進入內環境，導致更多炎性介質的釋放 ，激活全身炎癥反應綜合征的進程，循環損害腸粘膜屏障功能，最終導致多臟器功能衰竭的發生。而ALPi可以 誘導閉鎖小帶蛋白1(Zonulaoccludens-1, ZO-1)、閉鎖小帶蛋白2(Zonulaoccludens-2, ZO-2)、閉鎖蛋白（Occludin），水 閘蛋白（Claudin）表達水平的升高，增強腸粘膜屏障功能。
2.1 ALPi維護腸黏膜機械屏障
腸道機械屏障作為腸黏膜屏障重要的一部分，其腸上皮細胞間緊密連接蛋白 發揮著重要的作用，而ALPi在維持細胞間緊密連接發揮作用。
Rentea等研究發現，壞死性小腸結腸炎大鼠幼崽腸道對大分子物質的通透 性增加約15倍，給予低劑量外源性牛ALPi后，其腸道通透性得到明顯改善 [4]。Hamarneh等首先通 過研究ALPi基因敲除小鼠和野生型小鼠,結果發現基因敲除小鼠緊密連接蛋白表達量較野生型小鼠低,證實腸道 屏障受損與ALPi表達缺失相關 [5]。說明ALPi在腸黏膜機械屏障維護發揮著重要作用。但是目前的 數據僅依據于實驗結果，對ALPi,和黏膜屏障以及蛋白間的信號通路影響機制尚不明確，仍需進一步研究。
2.2 ALPi支持腸黏膜免疫屏障
腸道免疫屏障由獲得免疫和固有免疫兩部分構成, 免疫球蛋白A (immuno globulinA, IgA)和抗菌肽及黏蛋白分別構成獲得免疫和固有免疫的重要效應分子和活性成分。人體腸道中存在 大量的革蘭陰性細菌, 脂多糖(lipo poly saccharide, LPS)作為革蘭陰性細菌細胞壁重要組成部分，是引發腸 道炎癥反應的重要因素。Bates等和Bentala等的研究發現ALPi可通過激活腸上皮細胞Toll樣受體(Toll-likereceptors, TLR4)基因表達，識別革蘭氏 陰性細菌外膜中的LPS并誘導宿主進行免疫應答和損傷修復，巨噬細胞募集(級聯誘導嗜中性粒細胞)激活誘導核 因子-κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)和TLR3基因, 并通過MyD88依賴途徑抑制炎癥性細胞因 子白細胞介素(interleukin, IL-1)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、IL-6和IL-12 的表達, 從而抵抗腸道感染。TLR4的大量激活可能進一步抑制了TNF-α的表達, 抑制LPS誘導的炎癥反應 ，從而降低LPS的毒性 [6，7]。Hwang等研究發現也表明，ALPi通過TLR4/NF-κB介導途徑維 護腸黏膜屏障功能的正常 [8]。上述研究結果表明，ALPi可通過催化LPS去磷酸化，間接地介導腸 道炎性反應的下調，從而參與腸黏膜免疫屏障功能的維護和調節(如圖1)。
圖1. 刷狀緣ALPi對腸道菌群和LPS誘導的炎癥的釋放的作用機制
圖片源自：DOI:10.11569/wcjd.v27.i23.1441
2.3 ALPi調節腸黏膜化學屏障
作為腸黏膜屏障中重要的一部分，化學屏障受損也會增加腸道炎癥的易感性 。ALPi主要在十二指腸中表達，可以調節腸道內碳酸鹽的分泌情況，借此改變十二指腸表面的PH值，使影響體 內炎癥的微生物組環境得到改善。Mizumori等研究發現, 當黏膜表面pH值>8，ALPi表達量及酶的活性最高， 當黏膜表面pH較低時, ALPi所具有的ATP酶活性降低。提示ALPi作為腸道pH調節的堿性傳感器，在調節腸黏膜化 學屏障、在改善腸內酸堿環境維持腸道穩態, 維持腸黏膜屏障功能的關鍵作用。
2.4 ALPi增強腸黏膜生物屏障
腸粘膜生物屏障的完整對維持腸道內生物菌落有著重要的意義，已有研究表 明豬腸道細菌定植前后，腸道ALPi表達水平并無明顯變化，而在小鼠和大鼠腸道細菌定植后，ALPi的表達水平 降低 [9]。
而給小鼠口服大腸桿菌，構建腹膜炎生物模型，然后用ALPi干預后檢測細菌 移植的情況，結果證明ALPi可以抑制小鼠的腹膜炎惡化和細菌移植情況。, 檢測細胞外調節蛋白激酶 (ERK) 磷 酸化水平和ERK-特異性蛋白-1 (SP-1) -血管內皮生長因子 ( VEGF) 和ERK-尾型同源異型核基因2 (Cdx-2) -緊 密連接蛋白2(Claudin-2)等信號通路蛋白的表達水平，發現ALPi抑制Claudin-2和VEGF表達，降低黏膜通透性抑 制菌群位移來增強腸粘膜生物屏障。
3、ALPi對MLCK/pMLC信號通路的影響
MLCK/pMLC信號通路是炎癥相關的信號通路，可以被腫瘤壞死因子-α（ TNF-α）激活，導致緊密連接結構和組成的分子重組，引起閉鎖蛋白（Occludin）內吞。為了研究ALPi對 TNF-α誘導的Caco-2細胞的屏障功能損害的抑制作用機制，劉翀等人研究了ALPi對炎癥相關MLCK/pMLC信 號通路的影響。Caco-2細胞中的MLCK和pMLC蛋白的表達，在TNF-α作用下明顯升高（p<0.01）。而加 入ALPi后，與TNF-α組比較，IAP+TNF-α組顯著抑制了MLCK（p<0.01）和pMLC（p<0.05）蛋 白的表達水平（圖2）。以上結果表明，ALPi抑制了TNF-α誘導的MLCK/pMLC信號通路的激活，抑制了炎癥 反應的發生。
圖2. IAP對MLCK/pMLC信號通路的影響
**，與對照組相比，p<0.01；#，與TNF-α組相比，p<0.05；##，與TNF-α組相比，
p<0.01
圖片源自：https://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10159- 1022424869.htm
此外，由于L-PHE是ALPi特異性的抑制劑，經實驗證明ALPi能夠通MLCK/pMLC信號通路，調節緊密連接蛋 白ZO-1、Occludin和Claudin-1緊密連接蛋的表達，從而降低TNF-α對Caco-2細胞屏障功能的損害。
4、ALPi與疾病的關系
4.1 腸堿性磷酸酶與腸粘膜屏障相關疾病
炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease，IBD）是累及腸道的一類特發性 腸道炎癥性疾病。腸源性細菌抗原引起的黏膜免疫應答參與炎癥性腸病的發病機制，Toll樣受體配體--尤其是 脂多糖(LPS)對該病的維持起著重要作用，已有研究表明腸堿性磷酸酶能夠解毒LPS。對IBD小鼠經口喂食外源性 的ALPi，可以在腸上皮細胞和巨噬細胞中誘導自噬，降低腸粘膜通透性，從而起到明顯的治療作用 [10] 。
4.2 腸堿性磷酸酶與壞死性小腸結腸炎
目前，ALPi在治療炎癥性腸病等方面應用前景十分廣闊。從牛小腸提取的堿 性磷酸酶（Bovines Intestinal Alkaline Phopaatase，bALPi）是最常用的商品化ALPi。壞死性小腸結腸炎（ Necrotizingenterocolitis，NEC）病因復雜，Rentea等人研究發現補充ALPi可以降低NEC損傷的嚴重程度 [11]。
4.3 腸堿性磷酸酶與急性腎損傷
動物實驗表明，腎器官缺血損傷后，腎臟中的磷酸酶活性降低 [12] 。因ALPi對LPS有抑制作用，可以改善急性腎損傷（AKI）。對膿毒癥誘導的急性腎損傷（AKI）患者或敗 血病患者在AKI發病后48小時內靜脈輸注堿性磷酸酶，能顯著改善腎功能，如血漿肌酐值下降和肌酐清除率升高 ，相關的接受ALPi治療的患者可以減少透析的持續時間.
4.4 腸堿性磷酸酶與代謝類疾病
Madhu等人發現，與野生型小鼠相比，ALPi基因敲除小鼠腸道內需氧菌和厭氧 菌的數量有所減少。當基因敲除小鼠口服ALPi后，其腸道菌群基本正?；?[13]。KaliannanK等人 通過實驗研究得到ALPi還與代謝性疾病有關的結論 [14]。Bhan等通過敲除小鼠ALPi基因，發現缺 乏ALPi的動物會患上2型糖尿病和高脂血癥 [15]，提示ALPi可能與糖尿病、高血脂等代謝性疾病相 關。美國弗吉尼亞聯邦大學的研究人員研究發現IAP的過表達可以通過維持腸道黏蛋白層的完整性來改善腸屏障 功能，進而限制腸源性LPS的易位，并減弱腸道對脂質的吸收，由此減弱高脂肪和高膽固醇食物引起的動脈粥樣 硬化的發展。證明ALPi的表達增加可以對腸道屏障功能和代謝性疾病的發展起到直接的保護作用
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Recombinant Rat Intestinal-type alkaline phosphatase 1(ALPi)
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