腸細胞におけるSGLT1および尖端GLUT2によるグルコース取り込みの計算モデリング

小腸のグルコース吸収は、特に高レベルの管腔グルコースの存在下で、ブラシ境界膜で構成的に発現したSGLT1と移動したGLUT2の両方に依存することが示唆されています。ここでは、小腸上皮細胞による非等気質グルコース取り込みの計算モデルを提示します。このモデルは、SGLT1とGLUT2を介した頂端の取り込み、GLUT2を介して血液への基底外側排出、および非等等錯誤条件に応答して細胞体積の変化を組み込んでいます。グルコース吸収の管腔、血流量、および入口血糖濃度への依存性が研究されています。Apical Glut2を介した取り込みは、これらすべての要因に敏感であることがわかります。さまざまな条件下では、最大頂端GLUT2フラックスはSGLT1フラックスの約半分であり、高管腔グルコース（> 50 mM）、高血流量、および低入口血液濃度で達成されます。対照的に、SGLT1フラックスはこれらの要因にあまり敏感ではありません。管腔グルコース濃度が10 mm未満の場合、尖端Glut2は、グルコースが血液からルーメンに移動するための排出経路として機能します。モデルの結果は、基底外側から頂端膜へのglut2の転座が細胞へのグルコースの取り込みを増加させることを示しています。ただし、排出能力の低下により、正味の吸収が減少します。サイトゾルプールからのGLUT2の動員は、A 20〜100 mm範囲の管腔グルコースレベルの吸収の10〜20％の増加を誘発します。SGLT1活性の増加は、吸収の約20％の増加にもつながります。血液供給の付随的な増加は、吸収の大幅な増加をもたらします。頂端グルコーストランスポーター活性の増加は、細胞と内腔間の浸透圧勾配を減らすことにより、細胞体積の変化を最小限に抑えるのに役立ちます。

It has been suggested that glucose absorption in the small intestine depends on both constitutively expressed SGLT1 and translocated GLUT2 in the brush border membrane, especially in the presence of high levels of luminal glucose. Here, we present a computational model of non-isotonic glucose uptake by small intestinal epithelial cells. The model incorporates apical uptake via SGLT1 and GLUT2, basolateral efflux into the blood via GLUT2, and cellular volume changes in response to non-isotonic conditions. The dependence of glucose absorption on luminal glucose, blood flow rate, and inlet blood glucose concentration is studied. Uptake via apical GLUT2 is found to be sensitive to all these factors. Under a range of conditions, the maximum apical GLUT2 flux is about half of the SGLT1 flux and is achieved at high luminal glucose (> 50 mM), high blood flow rates, and low inlet blood concentrations. In contrast, SGLT1 flux is less sensitive to these factors. When luminal glucose concentration is less than 10 mM, apical GLUT2 serves as an efflux pathway for glucose to move from the blood to the lumen. The model results indicate that translocation of GLUT2 from the basolateral to the apical membrane increases glucose uptake into the cell; however, the reduction of efflux capacity results in a decrease in net absorption. Recruitment of GLUT2 from a cytosolic pool elicits a 10-20% increase in absorption for luminal glucose levels in the a 20-100 mM range. Increased SGLT1 activity also leads to a roughly 20% increase in absorption. A concomitant increase in blood supply results in a larger increase in absorption. Increases in apical glucose transporter activity help to minimise cell volume changes by reducing the osmotic gradient between the cell and the lumen.