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本文聚焦肠道黏液屏障，详细阐述糖基化黏蛋白（Mucin）在其中的关键作用。其作为黏液屏障核心成分，对维持肠道屏障完整性、调节肠道微生物群意义重大，还与多种肠道疾病相关，为肠道健康研究提供了丰富信息。
1. 引言
肠道作为哺乳动物营养消化吸收的主要场所，在抵御细菌入侵和内毒素暴露方面至关重要。肠道先天防御的核心是一层厚厚的黏液，它以高糖基化的黏蛋白为主要结构，能有效保护上皮表面免受微生物和有害物质侵害。当黏液层受损，肠道上皮组织易受病原体攻击，引发肠炎、肠易激综合征等疾病。一些肠道细菌可降解黏液聚糖作为能量来源，部分肠道细菌还能通过改变能量水平、pH 值和细胞因子表达等影响肠道黏蛋白的糖基化，调节特定聚糖的合成与分泌。肠道黏液层、上皮细胞、微生物和宿主免疫防御之间的动态平衡对维持肠道内稳态至关重要。
近年来，科技进步使人们对肠道黏液屏障的组成和功能有了更深入的理解。本综述系统阐述肠道黏液屏障的作用，重点关注黏蛋白的结构、类型和功能，整合黏液屏障与肠道微生物群之间复杂相互作用的最新见解，强调其对宿主健康和疾病发展的影响，探讨糖基化黏蛋白与肠道黏液屏障完整性的关系，全面呈现其生理和病理意义。
2. 肠道黏液屏障的基本特性
2.1 肠道黏液的组成
肠道黏液主要由水（90%）、电解质、黏蛋白糖蛋白、脂质、免疫球蛋白 A、生物活性肽和代谢物组成，是一种复杂的黏弹性附着分泌物，主要由特殊的杯状细胞和黏液细胞合成与分泌，黏蛋白是其核心成分。
- 黏蛋白：黏蛋白是一种高度糖基化的大分子蛋白质，对确保黏液的润滑特性和屏障功能至关重要。肠道黏蛋白可分为两类：分泌型黏蛋白，包括 Mucin-2、Mucin-5AC、Mucin-5B、Mucin-6、Mucin-7、Mucin-19 和 Mucin-9 等，形成胃肠道的聚合物网络，构成肠道黏液层的核心框架，又可细分为凝胶形成型黏蛋白（Mucin-2、Mucin-5AC、Mucin-5B、Mucin-6、Mucin-19）和可溶性黏蛋白（Mucin-7、Mucin-8、Mucin-9）；膜结合型黏蛋白，覆盖在肠道上皮细胞表面，是分泌型黏蛋白网络的锚定点。
- 三叶因子：三叶因子（TFFs）主要由胃肠道细胞分泌，含有独特的三叶结构域二级结构，是维持肠道黏液屏障稳定性的重要成分。哺乳动物的 TFF 家族包括乳腺癌相关肽（PS2）、解痉肽（SP）和肠三叶因子（ITF），ITF 主要由肠道上皮细胞分泌，与 Mucin-2 结合形成肠道屏障的第一道防线。ITF 是一种富含半胱氨酸的分泌肽，由 42 - 43 个氨基酸残基组成，含六个半胱氨酸残基，形成 1 - 5、2 - 4 和 3 - 6 构型的二硫键，具有耐酸、耐蛋白酶和热稳定性，能保护胃肠道黏膜并促进黏膜愈合。
- 免疫球蛋白 G 的 fc 结合蛋白：免疫球蛋白 G 的 fc 结合蛋白（FCGBP）是结肠黏液的成分之一，含有 13 个血管性血友病因子结构域、12 个富含半胱氨酸的结构域和 12 个胰蛋白酶抑制剂样结构域，由结肠上皮细胞表达和分泌，通过二硫键与 ITF 形成异二聚体，再通过共价和非共价键与 Mucin-2 相互作用，维持肠道黏液屏障的完整性。
此外，肠道黏液还含有多种具有广谱抗菌活性的抗菌肽，是肠道先天免疫系统的重要组成部分，能通过与细菌膜上带负电的脂质结合，破坏细菌细胞膜，抑制病原体生长和复制。肠道黏液中的免疫球蛋白（尤其是免疫球蛋白 A）和细菌代谢物也是维持肠道黏液屏障完整性的关键因素，免疫球蛋白 A 可抵御外来病原体，微生物代谢物能调节黏蛋白糖基化，影响肠道黏液的结构和功能。
2.2 肠道黏液的结构
肠道黏液层的组成和结构沿消化道长度变化，与不同肠道区域的形状和功能相适应。小肠有一层黏液层，便于营养物质顺利通过；结肠则被较厚的屏障包裹，拥有胃肠道中最厚的黏液层。黏液的复杂结构包括黏蛋白结构域、脯氨酸 - 苏氨酸 - 丝氨酸（PTS）结构域和密集的 O - 糖基化区域，对其功能的发挥至关重要。黏液是一种高度水合的凝胶，通过黏液蛋白单元之间的二硫键桥接形成黏液网络结构，这些单元的主链由富含脯氨酸、苏氨酸和 / 或丝氨酸的串联重复序列组成，即 PTS 结构域。黏蛋白在氨基和羧基末端以及 PTS 结构域中都有富含半胱氨酸的区域，PTS 结构域高度 O - 糖基化，形成类似瓶刷的外观，分支寡糖链（聚糖）从蛋白质核心向外辐射。其中，Mucin-2 形成广泛的网状聚合物结构，单个 Mucin-2 分子的 C 末端通过二硫键形成二聚体复合物，N 末端形成三聚体复合物。
2.3 肠道黏液的作用
肠道黏液是肠道上皮的重要组成部分，形成复杂的物理化学屏障，保护宿主免受病原体、毒素和机械损伤，在免疫反应和微生物调节中也发挥着关键作用。
- 物理化学屏障：肠道黏液是一种复杂的水凝胶，能有效抵御胃酸和消化酶的腐蚀，保护胃肠道上皮免受损伤。其物理屏障特性不仅能抵御外部威胁，还能润滑食物，减少其在消化道中移动时对肠壁的摩擦损伤。此外，黏蛋白与电解质、脂质和其他较小蛋白质的结合赋予黏液黏弹性、润滑性和水合性，使其能够吸附各种分子和颗粒，如药物、病原体、毒素和污染物等。同时，黏液作为一种动态的半透性屏障，具有复杂的选择性渗透性，有助于营养物质、水、气体和激素的交换，同时阻止大多数细菌和许多病原体的穿透。研究表明，黏液通透性的改变与囊性纤维化、溃疡性结肠炎等疾病相关，溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的结肠黏液通透性增加，表明黏液屏障的完整性受损。
黏液中的抗菌成分，如抗菌肽、免疫球蛋白和其他生物活性分子，有助于中和和消除病原体，降低感染风险。结肠黏液是抗菌肽（AMPs）的储存库，可直接覆盖在黏液层上杀死或抑制细菌生长，防止细菌攻击肠道上皮细胞。一些抗菌肽还具有类似凝集素的行为，能与糖基化蛋白质、脂多糖和细菌毒素结合，保护肠道健康。免疫球蛋白通过结合和中和病原体，防止微生物穿透肠道上皮细胞，维持肠道黏液屏障的功能。
- 免疫调节：肠道黏液在肠道微生物群和免疫系统之间起桥梁作用。研究发现，肠道上皮细胞中叉头盒蛋白 O1（Foxo1）的缺失会导致杯状细胞自噬和黏液分泌缺陷，增加肠道炎症的易感性。血清淀粉样蛋白 A3 和肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）的协同作用可使肠道上皮细胞增加黏蛋白合成，有效保护上皮细胞免受微生物入侵。此外，黏液对肠道微生物群的调节在免疫防御中至关重要，黏液中的某些成分，如糖链中的岩藻糖和寡糖，可作为特定细菌的营养物质，支持有益微生物的生长，抑制有害微生物的增殖。
总之，黏液在体内具有多种重要功能，包括润滑和保护上皮表面、与免疫系统相互作用、捕获和清除外来颗粒，还支持营养吸收和促进消化，为内部环境提供屏障，抵御潜在威胁。随着研究的深入，人们对黏液在维持动物整体健康中的关键作用有了更深刻的认识。
3. 黏蛋白糖基化
3.1 Mucin-2 是肠道屏障的关键元素
黏液层的完整性主要依赖于 Mucin-2，它是一种高度糖基化的蛋白质，为 O - 连接聚糖和羟基连接的碳水化合物链提供附着位点。Mucin-2 对肠道黏液层的润滑、保护和化学屏障功能至关重要，还在传递免疫调节信号方面发挥关键作用，降低肠道抗原的免疫原性，减少肠道腔内细菌和食物抗原的入侵可能性。由 Mucin-2 形成的黏液层与肠道上皮细胞、微生物群和宿主免疫防御动态相互作用，有助于维持肠道黏膜内稳态。Mucin-2 是肠道抵御外部刺激的关键保护成分，参与各种应激反应，抵抗病原微生物的入侵。研究表明，断奶诱导的应激会破坏肠道中 Mucin-2 的合成和分泌，导致肠道结构和功能改变，进而引起肠道屏障功能障碍和腹泻。感染鼠伤寒沙门氏菌和细胞内劳森菌会减少 Mucin-2 的产生，损害黏液层，促进细菌入侵。结肠感染猪痢疾短螺旋体可引起黏液性出血性腹泻和黏液层变化，触发 Mucin-2 分泌增加，同时导致黏液结构紊乱，结肠中黏液大量产生，Mucin-2 水平升高，这可能是由于肠道屏障受损引发炎症，促进黏液分泌以抵抗微生物群，维持肠道微生物群平衡。
慢性炎症或应激可能通过丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核因子 κB（NF-κB）、c-Jun N 末端激酶（JNK）和 Toll 样受体 2/4（TLR2/4）等相关信号调节 Mucin-2 的表达。这些调节机制可能导致 Mucin-2 产生异常，破坏肠道黏液屏障，使肠道微生物易位并直接与黏膜上皮细胞相互作用，加剧炎症反应，这一过程在包括腹泻在内的肠道应激相关疾病中可能起重要作用。
3.2 O - 糖基化修饰产生的不同聚糖结构是黏蛋白功能的决定性因素
- 糖链核心结构：糖基化是黏蛋白的一种翻译后加工修饰，也是决定黏蛋白功能的关键因素。这一多步骤过程发生在内质网（ER）和高尔基体中。杯状细胞细胞质中核糖体合成的黏蛋白单体首先被运输到内质网，通过分子间二硫键形成二聚体，然后被运输到高尔基体进行 O - 糖基化，由一系列糖基转移酶催化。黏蛋白通过核心 1β1,3 - 半乳糖基转移酶（C1GALT1 或 T - 合酶）和核心 3β1,3N - 乙酰氨基葡萄糖转移酶（C3GnT）进行 O - 糖基化，分别形成核心 1 和核心 3 结构，这些结构可通过核心 2/4β1,6-N - 乙酰氨基葡萄糖基转移酶（C2/4GnT，由glucosaminyl n-acetyl transferas 3（GCNT3）基因编码）进一步演变为核心 2 和核心 4 结构。具有核心 1 - 4 结构的聚糖常见于肠道黏蛋白中，但其分布受物种、肠段、饮食和微生物等因素影响。例如，核心 3 结构在人类肠道黏蛋白中占主导地位，而小鼠的十二指肠、空肠和回肠中核心 2 更为丰富，结肠中核心 1 和核心 3 结构更为普遍。
结肠黏液层中的主要多糖是源自核心 1 和核心 3 结构的黏蛋白 O - 聚糖。研究表明，小鼠中核心 1 结构的缺失会导致结肠黏液屏障受损，肠道黏膜屏障功能受损，使病原体更容易突破保护屏障与肠上皮接触，引发自发性结肠炎。缺乏核心 3 衍生 O - 聚糖的小鼠与表达高水平核心 3 衍生 O - 聚糖的同窝小鼠相比，肠道通透性增加，证实了核心 3 衍生 O - 聚糖在维持黏膜完整性中的关键作用。核心 2 衍生的 O - 聚糖由核心 2β1,6-N - 乙酰氨基葡萄糖基转移酶 2 合成，延伸核心 1 衍生的 O - 聚糖。研究发现，核心 2 黏蛋白型 O - 聚糖可通过减少细菌对上皮细胞的黏附，抑制肠致病性大肠杆菌和肠出血性大肠杆菌对肠上皮细胞的入侵。同样，缺乏核心 2 或核心 3 衍生 O - 聚糖的小鼠在基线时肠道通透性受损，对结肠炎的易感性增加。
- 糖链修饰：不同的聚糖结构会影响黏蛋白的形状和性质。糖基化有助于维持黏蛋白的伸展形状，进而影响其整体结构。聚糖结构的变化对肠道微生物的定植有重要影响，因为它们影响黏蛋白的免疫原性，调节肠道微生物群的组成。
岩藻糖是黏蛋白糖链上的关键糖残基，占总糖基的 4% - 14%，在免疫活动中起关键作用。它可诱导肠出血性大肠杆菌膜受体磷酸化，抑制其毒力基因的激活，降低菌株的致病性。岩藻糖基化基因（如岩藻糖基转移酶 2（FUT2））的突变会增加患结肠炎等炎症性疾病的易感性，改变肠道微生物群组成和碳水化合物分泌。此外，岩藻糖基化黏蛋白可作为有益细菌的代谢物底物、能量来源和黏附受体，促进有益肠道细菌（如双歧杆菌）的生长，支持其功能。
在各种聚糖修饰中，由唾液酸转移酶调节的唾液酸化发生在成熟的黏蛋白蛋白上。该过程涉及向聚糖添加唾液酸，这对形成 Mucin-2 网络结构至关重要，为其提供负电荷和亲水性。唾液酸化的聚糖表位是细菌的附着位点和营养物质，可保护黏液屏障不被降解，维持其完整性。
4. 肠道微生物群与黏液屏障的相互作用
肠道微生物群和肠道黏蛋白层之间的相互作用对黏液层的发育、微生物定植和肠道屏障功能的稳定至关重要。黏液层包裹着肠道上皮细胞，通过阻挡某些病原体、为微生物提供营养、避免对微生物群的异常免疫反应来维持肠道内稳态。微生物群在健康和生理过程中具有多种功能，如消化膳食营养、产生维生素、刺激免疫系统、调节黏液的产生和分泌等。
宿主来源的肠道分泌黏蛋白上的黏液聚糖是肠道微生物可利用的碳水化合物的持续内源性来源。黏蛋白的糖基化链可附着肠道共生菌群，帮助益生菌在肠道定植，发挥生物屏障作用。益生菌（如双歧杆菌）能产生高活性的岩藻糖苷酶和磺基糖苷酶（BbhII），降解黏蛋白糖链，释放游离岩藻糖和 N - 乙酰氨基葡萄糖 - 6 - 硫酸盐。猪黏蛋白聚糖已被证明可在抗生素治疗后帮助恢复微生物群，抑制艰难梭菌的丰度，增加常驻阿克曼氏菌的相对丰度，从而延缓饮食诱导的肥胖发病，维持身体健康。黏蛋白的聚糖结构显著影响肠道微生物群的行为模式，影响能量代谢、信号通路和益生菌功能等方面。特定的糖基化过程使黏蛋白能够对特定病原体产生免疫反应，如黏蛋白的硫酸化和唾液酸化，在 IL-13/IL-4R 的调控下，有助于将蠕虫和线虫从肠道排出。特定的 N - 糖基化支持消耗琥珀酸的细菌增殖，从而减少艰难梭菌生长所需的关键代谢物琥珀酸的可用性。此外，黏蛋白可能通过调节微生物表型介导细菌清除，减弱病原体，促进宿主介导的清除。总之，黏蛋白是肠道黏液层保护和微生物屏障功能的物质基础，在维持肠道黏膜内稳态、应对各种应激源和抵抗病原微生物方面发挥关键作用。
在正常生理状态下，肠道微生物群是影响肠道黏膜糖基化谱的最重要环境因素，在肠道炎症和相关疾病的发生发展中起重要作用。共生细菌的代谢物和细胞表面活性物质，包括短链脂肪酸、色氨酸衍生物和 TLR 配体等，可能通过影响肠道黏膜细胞的细胞因子表达、pH 值和能量水平等，影响肠道黏蛋白的糖基化。先前的研究表明，口服益生菌能有效恢复肠道黏蛋白的糖化谱，保护黏蛋白衍生的 O - 聚糖不被细菌降解，降低肠道黏膜被机会性病原体感染的风险。双歧杆菌的定植也可诱导肠道内皮细胞岩藻糖基化和黏蛋白表达。多形拟杆菌可刺激人类肠道黏蛋白的岩藻糖基化修饰，降低幼龄动物肠道黏蛋白的唾液酸水平，促进肠道组织的发育和成熟，保护肠道黏膜上皮免受肠道细菌感染。然而，关于肠道益生菌与黏蛋白糖基化修饰之间相互作用的研究较少，其机制有待进一步研究。
5. 肠道黏液屏障与肠道疾病
黏液屏障的通透性、糖基化谱和电荷分布的改变与生理变化有关，这些方面的异常修饰可能导致肠道疾病的发生，如溃疡性结肠炎、肠易激综合征、代谢综合征、克罗恩病等，这些疾病常伴有肠道微生物群组成和平衡的破坏。此外，肠道损伤也伴随着肠道黏液屏障的异常变化。
炎症性肠病是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，与黏液屏障的关系已得到广泛研究。溃疡性结肠炎的炎症局限于结肠黏膜和黏膜下层，受共生微生物群、遗传、环境和免疫反应等多种因素影响。研究表明，溃疡性结肠炎患者黏蛋白硫酸化显著减少，凸显了结肠黏蛋白在维持结肠正常生理功能中的关键作用。此外，溃疡性结肠炎患者的黏液层变薄且部分剥脱，可能使腔内微生物侵入黏膜，引发疾病。克罗恩病是另一种炎症性肠病，其特征是慢性非特异性肠道炎症，可影响肠道的任何部位，也与黏液屏障有关。Mucin-1 和 Mucin-2 的等位基因多态性与克罗恩病相关，克罗恩病患者的微生物群谱发生改变，肠杆菌
