健康人的全身和骨骼肌谷氨酰胺代谢

摘要

体外研究表明，肌肉内谷氨酰胺的可用性与肌肉蛋白质合成的调节有关(28,47)和故障(29,47). 控制肌肉谷氨酰胺浓度的因素（例如跨膜转运和细胞内合成）已在体外和动物体内进行了广泛研究(36,37). 然而，很少对人类受试者进行定量研究。特别是，肌肉谷氨酰胺代谢对谷氨酰胺可用性增加的反应以及摄入的谷氨酰胺与其他营养素的相互作用尚不清楚。

肌肉谷氨酰胺摄取主要由运输系统N介导^米(36,37)与大多数氨基酸转运系统相比，它对胰岛素敏感(14,36). 在灌注大鼠后肢模型中，已经表明肌肉中谷氨酰胺的可用性是肌肉谷氨酰胺摄取和浓度的重要调节器(20). 灌流液中添加胰岛素增加了肌内谷氨酰胺的积累(20)糖尿病大鼠灌注后肢对谷氨酰胺的摄取减少(21).

对创伤患者的一些研究表明，补充谷氨酰胺后，血浆和肌肉谷氨酰胺浓度有所提高（例如，参考文献。16和32)这表明通过增加体内谷氨酰胺的可用性刺激肌肉谷氨酰胺的摄取。然而，其他人未能证明正常血浆的改善或恢复(6,8,22,26,27,33)和肌肉(33)补充谷氨酰胺后的谷氨酰胺浓度。据我们所知，没有关于谷氨酰胺可用性增加对健康人肌肉谷氨酰胺浓度影响的数据，也没有评估谷氨酰胺可用度和胰岛素增加对人类受试者肌肉谷氨酰胺摄取/转运的直接影响。

补充谷氨酰胺对患者肌肉谷氨酰胺浓度影响的差异可能是由于谷氨酰胺给药途径不同（即静脉与肠内），以及谷氨酰胺是单独给药还是与其他营养素联合给药。体外研究(43)和体内(17,31)研究表明，内脏组织能够提取很大比例的谷氨酰胺。因此，肠道给药的谷氨酰胺对肌肉的可用性可能低于非肠道提供相同量的谷氨酰胺的情况。此外，通过对肌肉谷氨酰胺代谢的影响，肌肉游离谷氨酰胺浓度可由膳食谷氨酰胺可用性以外的因素（例如，支链氨基酸和葡萄糖）控制。

支链氨基酸是谷氨酰胺合成的主要前体，在施用支链氨基酸期间刺激肌肉谷氨酰胺释放(1). 然而，研究表明，在蛋白质之后(2)和混合摄入(9)尽管肌肉转移和吸收了大量支链氨基酸，前臂的谷氨酰胺净释放量保持不变(2). 其潜在机制尚不清楚，但可能与肌内谷氨酰胺用于蛋白质合成的利用增加以及谷氨酰胺合成的前体（即α-酮戊二酸/谷氨酸）可用性有限有关，这可能与膳食摄入期间肌肉中丙酮酸的主要命运有关。摄入葡萄糖后糖酵解速度增加导致丙酮酸生成增加(45). 因此，丙酮酸被转氨化为丙氨酸(45)这可能会限制前体谷氨酸和α-酮戊二酸的可用性。

为了同时测定骨骼肌的膳食谷氨酰胺可用性及其对健康受试者肌肉谷氨酰胺浓度的影响，我们测量了健康受试者吸收后状态和摄入含有谷氨酰胺、谷氨酰胺和葡萄糖的氨基酸混合物期间的全身和骨骼肌谷氨酰胺动力学。我们假设，增加膳食中谷氨酰胺的可用性会增加动脉中谷氨酰胺浓度，并刺激骨骼肌对谷氨酰胺的吸收。此外，我们假设，通过增加血浆胰岛素浓度，向氨基酸混合物中添加葡萄糖将比单独添加氨基酸更大程度地增加对肌肉谷氨酰胺摄取的刺激。然而，我们还假设，由于丙酮酸和丙氨酸的生成加快，向氨基酸混合物中添加葡萄糖会降低肌肉谷氨酰胺的合成，这限制了谷氨酰胺合成中谷氨酸的可用性。

方法

实验设计

所有实验均在志愿者隔夜禁食（即约12小时）后的早上进行。实验协议的时间进程如所示图1简单地说，将聚四氟乙烯导管经皮置入肘前静脉进行同位素输注，并置入对侧手背静脉加热后进行血液采样。在股动脉和静脉中再放置两个用于采血的导管。所有导管均通过控制输注0.9%氯化钠保持通畅。股动脉导管也用于输注吲哚青绿（ICG）染料以测定腿部血流量(23,24). 放置所有导管并采集背景血样后，开始连续输注L-[5-¹⁵N] 谷氨酰胺（0.25μmol·kg⁻¹·最小值⁻¹; 底漆：45μmol/kg）和L-[戒指-²H（H）₅]苯丙氨酸（0.05μmol·kg⁻¹·最小值⁻¹; 最初：2μmol/kg）开始并维持480分钟。在最后3小时（300–480分钟）内，6名受试者摄入液体氨基酸混合物；以小份（每10分钟30毫升）给药，以保持血浆氨基酸浓度稳定。混合物中氨基酸的总量为40 g（即~0.55 g/kg体重）；混合物中每种氨基酸的比例贡献与肌肉蛋白质的组成相似(35). 氨基酸混合物中的谷氨酰胺含量为5.8 g（即~2.8μmol·kg⁻¹·最小值⁻¹). [1, 2-¹³C类₂]谷氨酰胺（6.8 mmol）和[戒指-¹³C类₆]-将苯丙氨酸（0.42mmol）添加到氨基酸混合物中，以测定首次通过内脏提取并计算内源性出现率（R_一)谷氨酰胺的含量。其他五名受试者摄入了相同的氨基酸混合物和40克葡萄糖。使用校准的注射泵（马萨诸塞州南纳蒂克市哈佛仪器公司）进行输液。对于每次输液研究，分析氨基酸混合物和同位素输液的等分样品，以准确富集和浓缩示踪剂。所有示踪剂均购自剑桥同位素实验室（马萨诸塞州安多佛）。

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图1

实验设计。ICG，吲哚菁绿染料。将文中描述的氨基酸混合物溶解在540 ml Crystal Light中，并含有[戒指-¹³C类₆]苯丙氨酸和[1,2-¹³C类₂]谷氨酰胺如文中所述。

在示踪剂输注开始后120、270、280、290和300分钟（基础期）以及450、460、470和480分钟（氨基酸期）获得股动脉和静脉血液样本（3毫升），用于测定血浆氨基酸浓度和血浆氨基酸富集度。在含有EDTA作为抗凝剂的预冷管中采集血样。研究完成后立即分离血浆，并在−80°C下保存，直至分析。在300分钟（基础期）和480分钟（氨基酸期）时，使用4mm Bergström活检针（德普，华沙，印第安纳州），从膝上约20 cm处插管小腿股外侧肌的外侧部分进行肌肉活检。活检取自同一条腿；480分钟的活检是通过与300分钟活检相同的切口进行的。然而，300分钟的活检针指向活检的另一侧（即180°角）。采用这种技术，活检部位可能相隔3-5英寸。因此，肌肉氨基酸动力学的变化可能是一致的。我们在实验室以受控的方式测试了这一程序，发现结果与使用单独腿时的结果相同（未发表的观察结果）。组织立即在液氮中冷冻，并在−80°C下保存，直至分析。

为了测量腿部血流量，于220分钟开始在股动脉中持续输注ICG染料（0.5 mg/ml；1 ml/min），并维持至270分钟。在240至270分钟之间，每隔10分钟从股静脉和加热的手静脉采集四份血样，以测量血清ICG浓度。为了在第二个研究期（300–480分钟）测定腿部血流量，在400到450分钟之间重复上述ICG染料输注和血液取样方案。

计算

氨基酸动力学

我们使用了血浆谷氨酰胺和苯丙氨酸浓度的平均值（示踪剂与示踪剂的比值）为计算基础期谷氨酰胺和苯丙氨酸的动力学，在270～300min获得浓度，在300min获得肌肉细胞内游离水中谷氨酰胺和苯丙氨酸的富集和浓度。在第二个研究期（氨基酸期），我们使用了血浆中谷氨酰胺和苯丙氨酸的富集度和浓度的平均值，以及在450–480分钟获得的谷氨酰胺和苯丙氨酸在肌肉细胞内游离水中的富集度及浓度。

血浆和总肌肉水中游离氨基酸的浓度（C）计算为C=Q_是/（V·E_是)，其中Q_是是添加到样品中的内标物的量，V是血浆或肌肉水的体积，E_是是通过GC-MS测量的血浆或肌肉水中的内标示踪剂与示踪剂的比率。细胞内含水量是根据健康受试者的肌肉总含水量和先前公布的骨骼肌细胞水合作用值计算的(18). 使用这些值校正测量的谷氨酰胺浓度和在总肌肉水中的富集，以获得谷氨酰胺浓度以及在细胞内游离水中的富集。

全身R_一通过将示踪剂输注速率（F）除以动脉富集度（E）计算谷氨酰胺和苯丙氨酸的含量_A类)谷氨酰胺和苯丙氨酸。因此

R（右）_一=F/E（飞行/娱乐）_A类

(1)

内生R_一摄取氨基酸混合物期间谷氨酰胺和苯丙氨酸的含量是通过减去摄入的谷氨酰胺和苯丙氨酸的量而计算的，而这些谷氨酰胺和苯基丙氨酸没有被内脏组织吸收（即内脏逃逸；等式2)从总R中_一用静脉示踪剂计算(等式1)

内脏逃脱=口服分娩率×（1-内脏抽出）

(2)

在该等式中，内脏提取量计算如下

内脏抽取=（F_{口服示踪剂}·E_iv示踪剂)/（F）_iv示踪剂·E_{口服示踪剂})

(3)

式中，F是示踪剂输送速率，E是动脉血浆中谷氨酰胺和苯丙氨酸的动脉富集。下标表示示踪剂给药途径（即静脉注射与口服）以及这些示踪剂在股动脉血浆中的富集程度。

使用三池模型计算骨骼肌谷氨酰胺动力学(图2)，这是我们实验室以前开发的(三). 根据该模型，谷氨酰胺通过股动脉输送到小腿的速率（F_在里面)谷氨酰胺从动脉血浆向内转运到肌肉细胞内游离谷氨酰胺的速率（F_{M、 A类})谷氨酰胺从肌肉细胞内游离谷氨酰胺池向外转运到静脉血浆的速率（F_{五、 M（M）})细胞内谷氨酰胺释放速率（F_{M、 O（运行）})，即肌肉蛋白质分解和细胞内谷氨酰胺合成释放的谷氨酰胺之和，细胞内谷氨酸利用率（F_{O、 M（M）})，谷氨酰胺的腿部净平衡（NB）计算如下

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图2

肌肉谷氨酰胺动力学计算的三池模型。A、 V和M，分别是动脉和静脉血液中的谷氨酰胺池以及肌肉细胞内游离水；F类_在里面谷氨酰胺经股动脉输送至小腿的速率；F类_外面的，谷氨酰胺从腿部经股静脉的输送速率；F类_{M、 A类}，谷氨酰胺从动脉血浆向内转运到肌肉细胞内游离谷氨酰胺池的速率；F类_{五、 M（M）}谷氨酰胺从肌肉细胞内游离谷氨酰胺池向外转运到静脉血的速率；F类_{五、 A类}谷氨酰胺动静脉分流率；F类_{M、 O（运行）}，细胞内谷氨酰胺释放速率，即肌肉蛋白分解（PB）和细胞内谷氨酸合成（MS）释放谷氨酰胺的总和_格林); F类_{O、 M（M）}细胞内谷氨酰胺利用率，即谷氨酰胺并入肌肉蛋白（PS）和细胞内谷氨酸分解代谢（MC）的总和_甘氨酸).

F类_在里面=C_A类×高炉

(4)

F类_{M、 A类}=（{[（E_M（M）-E类_V（V）)/（E）_A类-E类_M（M）)]×C_V（V）}+C_A类)×高炉

(5)

F类_{五、 M（M）}=（{[（E_M（M）-E类_V（V）)/（E）_A类-E类_M（M）)]×C_V（V）}+C_V（V）)×高炉

(6)

F类_{M、 O（运行）}=F_{M、 A类}×[（E_A类/E类_M（M）) - 1]

(7)

F类_{O、 米}=F_{M、 O（运行）}+注

(8)

NB=（C_A类-C类_V（V）)×高炉

(9)

其中E是谷氨酰胺的富集度，C是谷氨酰胺浓度；下标A、V和M分别表示动脉、静脉和肌肉细胞内游离水的富集和浓度；BF为腿部血流。同样，使用这些方程计算骨骼肌苯丙氨酸动力学。

由于谷氨酰胺是一种非必需氨基酸，蛋白质分解释放的谷氨酰胺和谷氨酰胺合成都有助于全身谷氨酰胺R_一(等式1)和肌内谷氨酰胺释放(公式7). 因此，整个身体R_一来自谷氨酰胺合成的谷氨酰胺（S_格林,等式10)肌肉谷氨酰胺合成速率（MS_格林,等式11)通过从全身内源性谷氨酰胺R的蛋白质分解中减去谷氨酰胺的释放速率来计算_一和肌肉谷氨酰胺生成（F_{M、 O（运行）})分别为。使用全身苯丙氨酸R评估全身和肌肉蛋白质分解_一（R）_一个Phe)和肌内苯丙氨酸释放率。因此，全身和骨骼肌谷氨酰胺合成速率计算如下

S公司_格林=R_a格林-R（右）_一个Phe · X（X）

(10)

微软_格林=F_{M、 O Gln公司}-如果_{M、 O苯丙氨酸} · X（X）

(11)

哪里X（X）表示全身/骨骼肌蛋白中苯丙氨酸和谷氨酰胺的比例丰度，R_a格林是全身谷氨酰胺R_一、和F_{M、 O Gln公司}是肌内谷氨酰胺释放速率。在目前的研究中，蛋白质分解产生的全身谷氨酰胺释放量估计为0.83×R_一苯丙氨酸(31). 对于肌内谷氨酰胺合成的计算，我们假设苯丙氨酸和谷氨酰胺含量分别为233μmol/g和460μmol/g肌肉蛋白，苯丙氨酸与谷氨酰胺的比值为1:2(4,25). 因此，肌肉蛋白质分解产生的肌内谷氨酰胺释放速率被计算为细胞内释放速率（F_{M、 O（运行）})苯丙氨酸的含量是2倍。从细胞内释放速率（F）中减去该值_{M、 O（运行）})估计细胞内谷氨酰胺合成速率（MS_格林).

谷氨酰胺动力学计算的三池模型的有效性受到质疑，因为细胞内谷氨酰胺池可能需要很长时间才能达到同位素平衡(40). 然而，这一论点基于一项研究的数据，该研究使用的谷氨酰胺启动剂量不足，导致血浆谷氨酰胺浓度没有达到稳定水平(40). 因此，外推到我们的稳态模型是无关的。此外，我们之前已经表明，在连续输注L-[5]的过程中-¹⁵N] 在健康受试者中，肌肉游离谷氨酰胺的富集在我们的实验期间是恒定的(4).

为了获得与细胞内谷氨酰胺富集无关的腿谷氨酰胺动力学测量值，我们计算了腿谷氨酰胺摄取量(等式12)并释放(等式13)作为

摄取=[（E_A类·C_A类-E类_V（V）·C_V（V）)/E类_A类]×高炉

(12)

释放=（吸收+C_V（V）-C类_A类)×高炉

(13)

这两种计算都只依赖于血浆中谷氨酰胺的浓度和富集，因此可以快速达到同位素稳定状态(4,7,30,31,42).

腿部容积和血流量

腿部容积的测定如前所述(23,24)使用公制卷尺。简单地说，腿从腹股沟到脚踝分为六段。根据节段的高度和上下周长计算每个节段的体积。根据足部长度和足跟高度计算足部体积。通过将ICG的输注速度除以股静脉和外周静脉血清中ICG的浓度差来测定腿部血浆流量。从股静脉中的浓度中减去ICG的外周静脉浓度，以解释染料循环进入动脉的原因。使用设置为λ=805nm的分光光度计测定输液和血清样品中ICG的浓度。通过这种方法，我们发现血流平均值的SE通常在平均值的±3%范围内。

结果

谷氨酰胺输送至腿部以及谷氨酰胺和苯丙氨酸的净平衡

在所有受试者中，谷氨酰胺输送至腿部的速率（F_在里面)在单独摄入氨基酸时，两者均增加（2.6±0.3 vs.1.8±0.3μmol·100 ml腿部⁻¹·最小值⁻¹，基生；P（P）<0.05）和摄入氨基酸加葡萄糖期间（2.9±0.3 vs.1.9±0.1μmol·100 ml leg⁻¹·最小值⁻¹，基生；P（P）< 0.05). 腿部谷氨酰胺净平衡不受单独摄入氨基酸或氨基酸加葡萄糖的影响(图3). 相反，苯丙氨酸净平衡从基础状态下的净释放变为摄入氨基酸时的净摄取，无论是否含有葡萄糖(图3).

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图3

腿部谷氨酰胺和苯丙氨酸净平衡（nmol·100 ml⁻¹·最小值⁻¹)在基础状态（开条）和摄入氨基酸混合物期间，仅含谷氨酰胺（填充条，A类)并添加额外的葡萄糖（填充棒，B类). 数据表示为平均值±SE。*与基础值显著不同(P（P）< 0.05).

肌肉谷氨酰胺动力学

肌肉谷氨酰胺内向速率（F_{M、 A类})和向外（F_{五、 M（M）})在单独摄入氨基酸和与葡萄糖一起摄入期间，运输量大约翻了一番(图4). 同样，在单独摄入氨基酸和氨基酸加葡萄糖期间，腿部谷氨酰胺的摄取和释放分别增加了约120和60%(P（P）<0.05 vs.基础）。向内输送速率（F_{M、 A类})与分娩率呈正相关（F_在里面)谷氨酰胺(图5).

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图4

单独摄入含有谷氨酰胺的氨基酸混合物的影响(A类)并添加额外的葡萄糖(B类)肌肉谷氨酰胺动力学。合成，细胞内谷氨酰胺合成；R（右）_{自动识别码}细胞内游离谷氨酰胺池中谷氨酰胺的总出现率（即向内转运、通过蛋白水解从肌肉蛋白质中释放和谷氨酰胺合成的总和）；R（右）_{数字集成电路}肌肉内谷氨酰胺的全部损失（即向外运输、并入肌肉蛋白和谷氨酰胺分解代谢）。数据以平均值±SE表示。*与基础数据显著不同(P（P）< 0.05).

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图5

谷氨酰胺经股动脉输送至小腿的速率（F_在里面)以及从股动脉向内转运谷氨酰胺到肌肉细胞内游离谷氨酰胺池（F_{M、 A类}). ●, 在基础状态和单独摄入氨基酸期间进行研究的受试者的数据；○, 来自受试者的数据，这些受试者在基础状态下和摄入氨基酸加葡萄糖期间进行了研究。

肌肉谷氨酰胺总利用率（F_{O、 M（M）})在单独摄入氨基酸时保持不变，但在摄入氨基酸和葡萄糖时下降(图4). 然而，单独摄入氨基酸时，肌肉蛋白质合成以及谷氨酰胺在蛋白质合成中的利用都增加了（154±11 vs.94±8 nmol·100 ml腿部⁻¹·最小值⁻¹和摄入氨基酸和葡萄糖期间（278±70 vs.121±34 nmol·100 ml腿部⁻¹·最小值⁻¹，基础）。

肌内谷氨酰胺释放（F_{M、 O（运行）})肌肉谷氨酰胺合成不受氨基酸摄入的影响(图4). 然而，在摄入氨基酸和葡萄糖时，两者都减少了(图4). 单独摄入氨基酸时，肌肉蛋白质分解释放的谷氨酰胺保持不变（108±22 vs.122±38 nmol·100 ml腿部⁻¹·最小值⁻¹和摄入氨基酸和葡萄糖期间（174±48 vs.186±34 nmol·100 ml腿部⁻¹·最小值⁻¹，基础）。

全部R_一谷氨酰胺在细胞内游离谷氨酰胺池中的总量（即向内运输、肌肉蛋白释放和谷氨酰胺合成的总量）和肌内谷氨酰胺的总损失（即向外运输、并入肌肉蛋白和谷氨酰胺分解代谢）摄入含有或不含葡萄糖的氨基酸混合物时显著增加(图4). 在基础期，内向转运对谷氨酰胺总外观的贡献为25±3%，在单独摄入氨基酸时为43±5%。在摄入氨基酸和葡萄糖的过程中，向内转运的贡献从基础期的28±7%增加到59±4%。

讨论

我们发现，在摄入含有谷氨酰胺的氨基酸混合物期间，从氨基酸混合物中摄入的大部分谷氨酰胺（66±4%，仅氨基酸；76%±2氨基酸加葡萄糖）由内脏组织提取。然而，尽管内脏组织对谷氨酰胺的提取率很高，但在摄入含有或不含额外葡萄糖的氨基酸混合物期间，动脉谷氨酰胺浓度增加。然而，肌肉细胞内游离谷氨酰胺浓度在单独摄入氨基酸时没有增加，而在摄入氨基酸和葡萄糖时降低。当葡萄糖添加到氨基酸混合物中时，肌肉细胞内游离谷氨酰胺浓度降低是肌肉中谷氨酰胺合成受到抑制的结果。

体外研究表明，内脏组织具有提取大剂量谷氨酰胺的能力(43)和体内(17,31). 在人类中，已经发现，当给予少量谷氨酰胺（~1.5 g/h）时，第一次通过内脏提取的谷氨酰胺含量较高（~75%），而当给予大剂量谷氨酰胺（~9 g/h）后，第一次经过内脏提取（~55%）(17). 从混合氨基酸溶液中内脏提取谷氨酰胺的方法此前尚未定量。从混合膳食中观察到的内脏谷氨酰胺的高提取率支持了之前的研究结果，这些研究未能观察到患者补充谷氨酰胺后血浆谷氨酰胺浓度的增加(8,22,27,33). 然而，在目前的研究中，我们观察到健康志愿者的动脉谷氨酰胺浓度显著增加，尽管内脏组织对谷氨酰胺的一次提取率很高。因此，当给予足够量的谷氨酰胺时，肠内给药可增加健康受试者骨骼肌的谷氨酰胺可用性。

当以氨基酸混合物的形式单独给予谷氨酰胺（即不含葡萄糖）时，骨骼肌对谷氨酰胺的吸收显著增加。谷氨酰胺经股动脉输送至小腿的速率（F_在里面)以及谷氨酰胺从动脉血向内转运到肌内游离谷氨酰胺池的速率（F_{M、 A类})表明谷氨酰胺向肌肉细胞的转运与动脉谷氨酰胺的可用性之间有很强的关系。在丰富的底物供应期间，这种跨肌细胞转运的刺激与其他氨基酸在提高可用性期间的作用类似(5,41). 此外，对灌流大鼠后肢的研究表明，谷氨酰胺的可用性对于谷氨酰胺运输发挥最大能力至关重要(37,36,39). 然而，与其他氨基酸的情况不同(5,41)，在摄入氨基酸混合物期间，我们没有观察到肌内谷氨酰胺浓度增加。肌肉游离谷氨酰胺库的缺乏增加可归因于谷氨酰胺用于蛋白质合成和向外运输（F_{五、 M（M）})同时增加。因此，人类肌肉内谷氨酰胺积累可能存在上限。这一观点得到了大鼠后肢灌注研究结果的支持，其中肌内谷氨酰胺浓度随着灌注谷氨酰胺浓度从0增加到2.5 mM而增加(28). 然而，灌流谷氨酰胺浓度为5 mM时未观察到进一步增加(28). 此外，研究表明，在含有谷氨酰胺的培养基中，细胞内谷氨酰胺浓度随培养时间呈曲线上升，达到一个平台；延长孵育时间不会导致细胞内谷氨酰胺浓度进一步增加(10). 此外，谷氨酰胺输注对健康大鼠的肌肉游离谷氨酰胺浓度没有影响(19)而当给予肌肉游离谷氨酰胺库耗尽的大鼠谷氨酰胺时，其增加(46); 这可能是由于谷氨酰胺合成酶活性的“谷氨酰胺消耗-刺激”增加，从而导致谷氨酰胺合成，而不是增加内向转运(39). 我们得出的结论是，血浆谷氨酰胺浓度的升高，从而增加了谷氨酰胺对肌肉的可用性，刺激了健康志愿者骨骼肌对谷氨酰胺的吸收。然而，肌肉中谷氨酰胺释放的同时增加和细胞内谷氨酰胺利用的加速阻止了肌内游离谷氨酰胺库的变化。

氨基酸-葡萄糖混合物也刺激骨骼肌谷氨酰胺摄取，但摄取量的增加（约2倍）并不大于单独摄取氨基酸时的反应。这与体外研究结果相反，在大鼠后肢灌流液中添加胰岛素虽然没有显著增强谷氨酰胺利用率增加对骨骼肌谷氨酰胺摄取和浓度的影响(20)而糖尿病大鼠肌肉中谷氨酰胺的摄取被抑制，可能是通过胰岛素抵抗(21). 在后肢研究中(20)谷氨酰胺是肌肉灌流液中唯一的氨基酸。因此，在我们的研究中，其他氨基酸对谷氨酰胺转运体的竞争性抑制可能阻止了胰岛素对谷氨酰胺摄取的类似刺激。此外，在我们的研究中，摄入葡萄糖后血浆胰岛素的增加可能不足以刺激肌肉谷氨酰胺的摄取。

根据我们的发现，在摄入氨基酸混合物期间，肌肉谷氨酰胺周转受到刺激，我们可以预计全身谷氨酰胺R_一如果肌肉是全身谷氨酰胺R的主要来源，则增加_一然而，假设腿部肌肉质量约为5升，且占骨骼肌总质量的约20%，我们发现肌肉中谷氨酰胺的释放率仅占全身谷氨酰胺R的约50%_一在基础状态下转化为血浆。这与之前在大鼠身上观察到的情况类似。相反，在摄入氨基酸的过程中，肌肉谷氨酰胺的释放占体内谷氨酰胺R的大部分_一因此，骨骼肌以外的组织（最有可能是内脏组织）对基础全身谷氨酰胺R有显著贡献_一.因此，可能全身内源性R_一即使在摄入氨基酸期间腿部谷氨酰胺释放增加，如果骨骼肌谷氨酰胺释放的增加被其他组织谷氨酰胺释放减少所抵消，也保持不变。

尽管由于肌肉谷氨酰胺合成减少，肌肉细胞对谷氨酰胺的吸收增加，但在摄入氨基酸-葡萄糖混合物期间，肌肉游离谷氨酰胺浓度降低。在摄入氨基酸-葡萄糖混合物期间，肌肉谷氨酰胺利用率增加，用于肌肉蛋白质合成，这对观察到的肌肉游离谷氨酰胺浓度下降只起到了很小的作用。摄入氨基酸和葡萄糖期间谷氨酰胺合成减少可能是由于胰岛素对谷氨酰胺合成酶活性的抑制作用和α-酮戊二酸/谷氨酸对谷氨酰胺合成的可用性所致。虽然没有关于胰岛素对谷氨酰胺合成酶活性的直接影响的数据，但对大鼠的研究表明，链脲佐菌素诱导的糖尿病导致谷氨酰胺合合酶活性显著增加(11)，其作用通过给予鱼精蛋白锌胰岛素而逆转(11)提示胰岛素对谷氨酰胺合成酶有抑制作用。α-酮戊二酸/谷氨酸的可用性可能与丙酮酸在肌肉中的主要命运有关。摄入葡萄糖后糖酵解速度增加导致丙酮酸生成增加(45). 因此，丙酮酸被加速转氨化为丙氨酸(45)这可能会限制谷氨酰胺的直接前体谷氨酸的可用性。虽然我们在研究中没有直接验证这一假设，但先前的研究表明，通过输注二氯乙酸降低丙酮酸的可用性会增加烧伤患者的肌肉游离谷氨酰胺浓度(12).

在本研究中，使用三池模型评估肌肉谷氨酰胺动力学，该模型要求采样池（即动静脉血和肌肉细胞内游离水）中的同位素稳定状态。一些研究人员已经证明血浆(4,7,30,31,42)和肌肉(4)在实验期间，谷氨酰胺的富集处于稳定状态。然而，其他研究表明，细胞内谷氨酰胺库达到同位素平衡可能需要很长时间(40)这可能是因为与肌内游离谷氨酰胺池的大面积相比，谷氨酰胺从血液中进入的速度相对较慢。在那项研究中(40)然而，由于血浆谷氨酰胺富集未能达到同位素平衡，引发剂量不足。将氮标记回收到谷氨酰胺的氨基氮中也有助于谷氨酰胺的富集随时间的推移而增加。然而，在我们的实验期间，这一途径被证明只是次要的(34); 然而，随着示踪剂输注时间的延长，氮循环对谷氨酰胺的贡献可能会增加。事实上，如果在我们的实验中，肌肉游离谷氨酰胺库中没有达到同位素稳定状态，我们就会低估肌肉谷氨酰胺的内向转运，高估肌肉谷氨酰胺合成，特别是在基础期。然而，尽管存在潜在的定量误差，我们的研究结论仍然有效，因为在摄入含有或不含额外葡萄糖的氨基酸混合物期间，血浆谷氨酰胺浓度降低了约30%，而肌肉游离谷氨酰胺的富集在单独摄入氨基酸混合物时增加了约30%，在摄入氨基酸混合物和葡萄糖时增加了~60%(表1). 在这些情况下，观察到的肌肉游离谷氨酰胺富集增加不太可能仅仅是由于肌肉细胞内游离谷氨酰胺库中未能实现同位素平台。事实上，为了估计细胞内游离谷氨酰胺浓度随时间变化的可能影响，我们还在本研究中的一些受试者开始注入示踪剂后120min进行了肌肉活检，发现120min时肌肉细胞内游离谷氨酰胺的富集已经是300min（基础期结束）时测定的富集的~80%。在此期间（从120分钟到300分钟），血浆谷氨酰胺浓度没有变化。根据这些数据，如果血浆谷氨酰胺浓度保持不变，如果300分钟时细胞内谷氨酰胺浓度不代表同位素平台，但在8小时内呈线性上升，我们预计从基础研究期结束到氨基酸摄入结束，肌肉细胞内谷氨酸浓度将增加约7%/h研究期（可能的最高增长）。然而，在摄入氨基酸混合物期间，血浆谷氨酰胺浓度降低了约30%。因此，如果摄入氨基酸没有影响，肌肉细胞内谷氨酰胺的富集应该保持不变。如果我们使用van Acker等人的研究结果，也可以得出类似的结论(40)根据这一点，我们预计从基础研究期结束到氨基酸摄入结束，我们研究中肌肉细胞内谷氨酰胺的富集量将增加4%/h。这可能代表了仅仅由于示踪剂输注而预期增加的上限，因为在他们的研究中，血浆中谷氨酰胺的浓度也增加了。然而，在本研究中，肌肉细胞内谷氨酰胺的富集在单独摄入氨基酸期间增加了约30%，在摄入氨基酸和葡萄糖期间增加了~60%，而没有考虑到血浆谷氨酰胺富集同时减少。因此，我们很有信心地说，摄入氨基酸混合物导致的肌肉谷氨酰胺富集增加至少部分（如果不是主要的话）是由于肌肉谷氨酰胺动力学的变化。

此外，我们发现基于腿部谷氨酰胺净平衡和细胞内谷氨酰胺浓度的结论与示踪剂数据一致，这两个结论都与示踪物无关。具体地说，肌肉蛋白质净合成增加，腿部谷氨酰胺净平衡和细胞内游离谷氨酰胺浓度在单独摄入氨基酸期间没有变化，这表明净R_一肌肉细胞中来自其他来源（即净转运和细胞内净利用）的谷氨酰胺的含量必须增加。同样，净蛋白质合成增加，但腿谷氨酰胺净平衡没有变化，细胞内游离谷氨酰胺浓度降低，这表明净R_一肌肉细胞中来自其他来源的谷氨酰胺的含量一定减少了。根据文献中的可用数据，可能导致净R增加的候选人_一在增加氨基酸供应的过程中，加速了向内运输。因此净R减少_一在这种情况下，很可能是由于净产量下降。

摄入氨基酸-葡萄糖混合物期间，骨骼肌蛋白质合成增加，导致肌肉游离谷氨酰胺浓度降低，这与普遍认为肌内谷氨酰胺浓度和肌肉蛋白质净合成代谢之间存在正相关的观点相反(19,28,29,47). 可能是我们研究中的肌内游离谷氨酰胺含量没有下降到限制蛋白质合成或刺激分解所需的阈值水平以下，因为在本研究中，分解代谢患者的肌内谷氨酰胺消耗通常远大于葡萄糖引起的消耗。此外，如果维持肌内谷氨酰胺浓度，胰岛素对肌肉蛋白质合成的刺激作用可能会更大。另一方面，几乎没有证据支持肌肉游离谷氨酰胺浓度与体内蛋白质合成之间的直接关系。最令人信服的关联是，当肌肉内游离谷氨酰胺储备耗尽时（即在危重病期间），会发生肌肉萎缩。然而，这种关系可能是巧合；缺乏直接将肌肉游离谷氨酰胺浓度与蛋白质合成联系起来的证据。严重烧伤患者的肌肉游离谷氨酰胺储备耗尽，但肌肉蛋白质合成显著提高(13,38). 虽然这可能反映了肌肉蛋白质分解增加导致氨基酸可用性增加的反应，但并不支持低肌肉谷氨酰胺浓度限制肌肉蛋白质合成速率的观点。蛋白质合成被刺激的唯一直接证据(28)并且蛋白质分解被抑制(29,47)通过增加谷氨酰胺的可用性是来自体外实验。本研究不支持这样一种观点，即肌肉内游离谷氨酰胺的可用性需要维持才能刺激肌肉蛋白质合成代谢。

我们的结论是，在健康志愿者中，以混合氨基酸混合物的形式进行的谷氨酰胺肠内给药增加了血浆谷氨酰胺浓度，因此，尽管内脏一次提取率很高，但外周组织对谷氨酰胺的利用率也会增加。增加谷氨酰胺可用性可刺激骨骼肌摄取谷氨酰胺。然而，肌肉中谷氨酰胺释放的同时增加和细胞内谷氨酰胺用于蛋白质合成的加速利用阻止了肌内游离谷氨酰胺库的增加。此外，肌肉内谷氨酰胺的合成在摄入葡萄糖时减弱，而增加外周谷氨酰胺的可用性并不能克服细胞内谷氨酰胺合成的缺乏。因此肌内谷氨酰胺浓度降低。然而，尽管肌内谷氨酰胺浓度显著降低，但骨骼肌蛋白质合成仍会受到刺激。

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