谷氨酰胺通过mTOR/Notch1轴通路缓解大鼠放射性肠损伤的作用机制研究

《Frontiers in Oncology》：Glutamine alleviates radiation-induced intestinal injury in rats via the mTOR/Notch1 axis

本研究揭示了谷氨酰胺（Gln）通过激活mTOR通路并抑制辐射诱导的Notch1过度活化，从而保护肠道干细胞（ISCs）、促进杯状细胞（GCs）分化及MUC2表达，最终减轻放射性肠损伤（RIII）的分子机制。该发现为Gln作为放疗辅助保护剂提供了重要的实验依据。

　　

1 引言

放疗是治疗盆腔恶性肿瘤的主要手段，但常导致放射性肠损伤（RIII），表现为腹泻、黏液便、里急后重等症状，严重时可引发多器官衰竭。RIII的发病机制涉及肠上皮细胞凋亡、增殖抑制及肠道屏障破坏。杯状细胞（GCs）分泌的黏蛋白MUC2是肠道黏液层的主要成分，对维持屏障功能至关重要。GCs来源于Lgr5⁺肠道干细胞（ISCs），其分化过程受Notch1信号通路调控。谷氨酰胺（Gln）作为肠道黏膜代谢的关键氨基酸，可能通过调节mTOR/Notch1轴参与RIII的修复过程。

2 材料与方法

研究通过建立大鼠腹部局部照射模型（15 Gy）和HT-29细胞辐射模型（8 Gy），探究Gln的防护作用。大鼠分为对照组、照射组（IR）和Gln预处理组（Gln+IR），Gln剂量为0.3 g/kg/天。通过组织染色、qPCR、Western blot等技术评估肠道损伤、炎症因子表达、GCs数量及信号通路变化。细胞实验中采用mTOR抑制剂雷帕霉素（RAPA）和Notch1激动剂Jagged-1进行干预验证。

3 结果

3.1 Gln对RIII的预防作用

IR组大鼠出现腹泻、直肠出血和结肠缩短，而Gln+IR组症状显著减轻，疾病活动指数（DAI）和结肠长度均优于IR组。

3.2 Gln减轻肠道炎症反应

HE染色显示Gln预处理可缓解肠黏膜糜烂、溃疡和炎性细胞浸润。qPCR结果表明Gln显著降低促炎细胞因子IL-1β和IL-6的mRNA水平。

3.3 Gln对杯状细胞的影响

AB-PAS染色显示IR组GCs数量急剧减少，Gln+IR组GCs数量显著恢复，表明Gln能抗辐射引起的GCs耗竭。

3.4 Gln对Lgr5和Klf4表达的影响

免疫组化结果显示Gln+IR组Lgr5（ISCs标志物）和Klf4（GCs成熟标志物）表达均高于IR组，提示Gln可保护ISCs并促进GCs分化。

3.5 Gln对mTOR通路和Notch1的调控

Western blot分析表明Gln激活mTOR通路，提高p-mTOR、p-S6K1和p-4E-BP1水平，同时抑制辐射诱导的Notch1过度表达。

3.6 mTOR抑制对Notch1和MUC2的影响

雷帕霉素处理HT-29细胞后，mTOR活性被抑制，Notch1表达回升，MUC2表达下降，证明mTOR位于Notch1上游并负调控其活性。

3.7 Notch1激活对mTOR和MUC2的影响

Jagged-1处理可激活Notch1并抑制MUC2表达，但未显著改变mTOR磷酸化水平。Gln能部分拮抗Jagged-1的作用，进一步验证Gln-mTOR-Notch1轴的调控关系。

4 讨论

Gln通过激活mTOR信号通路，抑制Notch1过度活化，从而促进Lgr5⁺ISCs向GCs分化，增强MUC2分泌和肠道屏障功能。mTOR与Notch1之间存在双向调控关系，本研究首次在RIII模型中证实Gln通过该轴发挥保护作用。未来需利用类器官模型深入探究Gln对其他肠上皮细胞谱系分化的影响。

5 结论

Gln通过调控mTOR/Notch1轴缓解放射性肠损伤，为临床放疗辅助营养干预提供了新策略。