黏蛋白－2与肠黏膜屏障损伤的研究进展

王 娜，唐雪婵

(河北医科大学第二医院 消化科 河北省消化病研究所 河北省消化病重点实验室，河北 石家庄050000)

肠道是人体重要的消化吸收器官，同时也是机体最大的细菌和内毒素储存库。肠道内栖息着大量共生细菌，结肠内最多，可达1013～1014个/g 肠内容物，种类至少500种以上。肠道在吸收各种营养物质时可以屏蔽各种致病菌及有害物质，肠黏膜屏障功不可没。肠黏液层是抵御肠内致病菌及有害物质入侵的第一道屏障，黏蛋白－2(mucin2，MUC2)是构成肠黏液层的最重要蛋白质，其数量及结构的改变与肠黏膜屏障损伤发生发展密切相关。本文对MUC2的基本结构、功能及其在肠黏膜屏障损伤疾病中的相关研究进行综述。

1 MUC2的结构和功能

1.1 MUC分类

肠黏液层是抵御肠道致病菌及有害物质入侵的第一道天然屏障，由水、无机盐、抗菌肽和MUC 等组成;其中MUC是其主要构成物质。MUC是一种高度糖基化的大分子量黏蛋白，根据其结构及定位分为两类，一类是分泌型黏蛋白(包括MUC2、MUC5AC、MUC5B 和MUC6－7 等)，长度几微米，可形成巨大聚合物网，表达于整个消化道[1－2]。MUC7和MUC5B 在口腔表达，是唾液的主要成分，对润滑食物以助顺利通过食道起重要作用;MUC5B 少量可表达于结肠隐窝部的少量杯状细胞。MUC5AC表达于胃上皮细胞表面，是主要的胃黏蛋白，参与胃黏液－碳酸氢盐屏障的形成;MUC6 主要由胃和十二指肠中的腺体细胞分泌，MUC2是一种大分子糖基化分泌型黏蛋白，分子量为2.5 Mu，其中蛋白质核心占相对分子质量的20%，糖基化结构占80%，在肠道广泛表达，其单体是一种含N－端氧化糖基化域和C－端半胱氨酸富含域的同源寡聚体，构成了肠黏液层的骨架，可为细菌提供生物学位点，为抗菌肽和sIgA 等提供黏附位点。另一类是膜结合型黏蛋白(包括MUC1、MUC3－4、MUC13 和MUC17 等)，长度100～500 nm，覆盖于肠上皮细胞表面，依靠跨膜区与细胞膜相结合，参与细胞膜糖衣形成[3]。MUC1主要于胃内表达，MUC3、MUC4、MUC13 和MUC17主要在肠道表达，参与细胞信号传导、黏附、生长及免疫调节等[4－5]。

1.2 MUC2功能

MUC2主要由杯状细胞通过简单胞吐和复合胞吐作用分泌，少量由肠上皮细胞分泌，在细胞内质网形成同源寡聚体，N－端糖基化后形成二聚体复合物并移至高尔基体发生氧化糖基化，形成多聚体复合物并被包裹入颗粒形成黏原颗粒被储存，黏蛋白糖基化程度(以O－型寡聚糖链为主)决定其对肠黏膜的保护作用[6]。释放入肠腔后通过C端二聚化或N端三聚化形成聚合物网确保其结构的稳定性并构成黏液层的骨架。MUC2蛋白分子表面有大量糖链，包括O－型糖链及N－型糖链，其中O－型糖链与其黏附功能密切相关。O－型寡聚糖链中含乙酰半乳糖胺，可与相邻氨基酸相互作用，使MUC2 分子伸展成刚性的棒状;聚糖链中神经氨酸与硫酸残基也有助于其伸展结构的形成，利于从周围环境中吸收水分;相邻聚糖链中不同糖基间还可形成分子内非共价连接，促使MUC2 形成弹性凝胶，起到润滑肠道作用并减低机械损伤。O－型寡聚糖链还可使MUC2蛋白为肠内正常菌群及黏膜局部免疫球蛋白提供黏附位点[7]，形成肠黏膜上皮的保护层。

2 MUC2在肠黏膜屏障中的作用

肠黏液层是肠黏膜机械屏障的主要组成部分。杯状细胞通过不断地分泌MUC2 更新肠道黏液层，参与肠黏膜屏障形成。MUC2蛋白分子间的半胱氨酸残基处高度糖基化，多糖基团可以提高亲水性，对肠黏膜起到润滑作用，通过小肠移行运动复合波将小肠内细菌运输至结肠，保证小肠相对无菌状态，减少结肠内粪便与肠道摩擦损伤及肠上皮细胞所受的机械应力等，保证了肠内容物自由、连续的运动。MUC2蛋白O－型寡聚糖链结构为肠内正常菌群提供黏附结合的生态位点，以助肠道益生菌在肠内定植以抑制有害菌的繁殖;同时肠道益生菌能够通过增加黏蛋白的分泌量来增强肠道屏障功能，减少致病性大肠杆菌对肠上皮细胞黏附，以利于肠蠕动时将其清除。当肠黏液层受损变薄时，肠内细菌穿过黏液层抵达并作用于肠上皮细胞，杯状细胞可代偿性分泌大量MUC2，冲刷肠上皮细胞表面细菌，修复肠黏液层，维持肠内环境平衡。另外，MUC2蛋白的O－型寡聚糖链结构为分泌型IgA 及抗菌肽提供结合位点，辅助肠黏膜免疫系统发挥作用，MUC2 包裹接触肠上皮细胞的细菌或内毒素后被树突细胞摄取，可减少依赖碳水化合物而产生的促炎因子产生[3]。近期研究发现，黏液层的生成依赖于一个免疫系统调节子－NLRP6 炎症体[1]，提示肠黏液层与肠道免疫系统密切相关。溃疡性结肠炎发病机制不仅与细菌直接侵袭肠上皮细胞引起机体免疫应答激活、炎性反应有关，还由于肠黏液层受损不能为树突细胞提供免疫耐受信号[8－9]，这也提示MUC2是肠黏膜免疫系统的一员。

3 MUC2与肠黏膜屏障损伤

3.1 MUC2与结肠炎

MUC2蛋白主要在杯状细胞内质网形成，发生内质网应激的小鼠和MUC2－/－小鼠更易患自发性结肠炎[10]，这可能与其内稳态失衡后MUC2蛋白合成或折叠受影响致使其功能改变相关。前梯度蛋白2(anterior gradient－2，AGR2)是蛋白质二硫键异构酶家族的成员之一，与MUC2的合成密切相关，AGR2－/－小鼠更易患结肠炎[11]，这可能是其减少后影响MUC2 合成所致。MUC2 基因缺失与结肠癌发生密切相关[12]，提示MUC2的结构及功能改变是结肠炎发生发展的关键因素。最新研究表明正常人群有着与小鼠类似的分隔肠道寄生菌与上皮细胞的保护性黏液层，在病理条件下，细菌可穿透该黏液层直接作用于上皮细胞引起肠黏膜损伤。自发性结肠炎的小鼠、溃疡性结肠炎患者结肠黏膜均可见细菌穿透黏液层侵袭上皮细胞引起肠黏膜损伤。溃疡性结肠炎患者结肠黏液层厚度较正常人群明显变薄，进而肠黏膜通透性增高致菌血症及败血症[13]。肠黏液层恢复正常的溃疡性结肠炎患者临床症状可明显缓解[14]。所以黏液层是抑制肠内细菌与肠上皮细胞接触的重要因素，其变薄或消失后，细菌可侵袭上皮细胞导致肠道炎性反应或免疫反应，这可能是溃疡性结肠炎重要病理生理变化。

3.2 MUC2与肠道感染

人和小鼠肠黏液层可有效抵御病毒、细菌及微生物侵袭。急性肠炎小鼠肠黏液层明显受损变薄，受到细菌侵袭。受轮状病毒侵袭的小鼠可通过增加MUC2 mRNA表达增强机体抗病毒能力[15]。产毒性大肠杆菌的毒性产物EatA 通过降解肠黏膜MUC2表达导致机体炎性反应，而预防产毒性大肠杆菌感染的疫苗是通过抑制EatA，减少MUC2 降解而发挥作用[16]。与野生型小鼠相比，MUC2－/－小鼠更容易发生溶组织阿米巴诱导的肠黏膜炎性反应[17]。MUC2－/－小鼠较野生型小鼠更易发生蠕虫感染，易感蠕虫小鼠盲肠黏膜杯状细胞及MUC2蛋白表达数量明显减少[18]。可见MUC2 及杯状细胞功能与肠黏膜抵御肠内致病菌及有害物质入侵能力密切相关。

3.3 MUC2与其他肠道疾病

先天性巨结肠患者结肠黏膜MUC2表达明显低于健康者，杯状细胞数量明显增多且胞内中性黏蛋白及酸性黏蛋白均减少，这提示杯状细胞未发育成熟或黏蛋白分泌增加。大鼠避水应激实验(water avoidance stress，WAS)发现模型大鼠的肠推进运动增强及肠黏膜通透性增加，MUC2 短型O－型寡聚糖链比率明显降低，肠黏膜黏蛋白网状性能受损[19]，说明WAS 可致MUC2的O－型寡聚糖链改变而使肠黏膜屏障功能受损，可能是肠易激综合征发病机制之一。缺血再灌注损伤小鼠及患者肠缺血阶段黏液层受损变薄，肠内细菌穿过黏液层与上皮细胞接触;血液再灌注时，杯状细胞通过复合胞吐作用分泌大量黏液颗粒，MUC2 量明显增多，覆盖肠上皮细胞的细菌大量减少[20－22]。因此，MUC2 在维持肠黏膜屏障功能方面具有重要作用，是防止肠内细菌移位的重要保护因素。

3.4 MUC2与囊性纤维化

囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)是膜转运蛋白家族的成员，参与氯离子的转运，对所有具备分泌功能的组织起着重要作用。囊性纤维化小鼠CFTR 突变使MUC2 结构及功能发生改变，进而使肠黏液层通透性下降、黏性增加，紧密与肠上皮细胞相连，肠蠕动功能减退，继而出现远端肠梗阻和肠内菌群过度繁殖[23]。囊性纤维化患者肠内细菌负荷增加，抗生素治疗有效。CFTR 对MUC2 正常结构的形成及分泌至关重要，MUC2蛋白表达和功能改变参与了囊性纤维化发病。

3.5 MUC2与酒精性肝损伤

酒精性肝病患者十二指肠黏膜黏液层较正常人群明显增厚;乙醛干预LS174T 肠杯状细胞MUC2的分泌明显增高，但乙醛可引起肠杯状细胞的氧化应激损伤，使其线粒体受损，加速了杯状细胞的凋亡[24]。杯状细胞大量分泌黏液颗粒可能是对黏液层受损后的代偿性反应，也可能是乙醛对杯状细胞的直接损害。MUC2－/－酒精性肝损伤小鼠肠黏膜黏液层缺乏，使得以黏蛋白为唯一碳源的细菌繁殖受阻，且该类小鼠空肠内抗菌蛋白Reg3b 和Reg3g表达增多有效抑制了肠内细菌过度繁殖，减少了肠源性内毒素血症发生，进而改善了酒精性肝损伤[25]。肠黏液层和MUC2表达减少可改善实验性酒精性肝病内毒素血症及肝损伤，这是酒精性肝病一个重要有益因素。

4 展望

MUC2在小肠黏膜屏障中发挥着重要作用，MUC2结构和功能改变可使肠内共生菌过度繁殖，肠黏膜通透性增高致菌血症及败血症等，同时可致肠免疫系统激活，导致各种肠道疾病。MUC2 在肠道黏膜屏障损伤中具体作用机制及意义尚未完全阐明，相信这可能是肠黏膜屏障损伤的一个重要治疗突破口，也将可能成为肠黏膜屏障损伤的重要研究方向。

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