黏蛋白型糖蛋白(MGTs)表面活性特性的分子机制及其在维持黏液高润湿性中的关键作用

本研究首次从分子结构层面揭示了黏蛋白型糖蛋白(MTGPs)作为黏液主要成分的表面活性特性，通过表面张力(ST)和接触角(CA)实验证明其浓度依赖性降低ST的类表面活性剂行为，提出"肽-糖链-电荷"框架构成局部两亲性单元的新模型，为理解黏液屏障功能及开发相关生物材料提供了理论依据。

　　

在自然界中，黏液作为动物体表的第一道防线，其独特的润湿性和保护功能一直令科学家着迷。这种看似简单的黏稠液体，实则蕴含着复杂的生物物理机制。黏液的主要成分——黏蛋白型糖蛋白(Mucin-Type Glycoproteins, MTGPs)，因其特殊的分子结构而表现出类似表面活性剂的特性，能够显著降低液体表面张力，形成均匀的防护薄膜。然而，长期以来科学界对MTGPs这种表面活性的分子基础缺乏深入理解，这限制了我们开发仿生材料和治疗黏膜疾病的能力。

针对这一科学难题，日本的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》上发表了一项突破性研究。他们以水母来源的Q-黏蛋白(Q-mucin)为模型，结合牛颌下腺黏蛋白(BSM)，通过系统的物理化学分析，首次阐明了MTGPs表面活性的结构基础。研究发现，MTGPs的每个O-糖链局部结构都构成独立的两亲性单元，整个分子如同串联的表面活性剂链，这种独特架构使其在极低浓度下就能有效降低表面张力，远优于传统单体表面活性剂。这一发现不仅解释了黏液高润湿性的分子机制，也为开发新型生物材料提供了理论指导。

研究采用了多项关键技术：表面张力测定仪分析溶液ST变化；接触角测量仪评估材料润湿性；热力学计算估算表面过剩量；NH₂
-修饰载玻片作为标准化基底；比较了MTGPs与两种糖胺聚糖(GAGs)——透明质酸(HA)和硫酸软骨素(CS)的性能差异。实验样本包括pH 4和pH 7两种条件下的Q-mucin，以及商业来源的BSM。

【浓度依赖性ST和表面过剩估算】
研究发现，三种MTGPs溶液均表现出典型的表面活性剂特征：ST随浓度升高而降低，最终达到平台期。其中Q-mucin(pH 7)的临界胶束浓度(CMC)最低，表面活性最强。通过Gibbs吸附方程计算得出，每个表面活性单元占据约1.3 nm²
的截面积，这与单个O-糖链结构尺寸吻合。

【NH₂
-修饰载玻片上的静态CA】
接触角实验显示，MTGPs溶液在氨基化表面形成更小的接触角，证实其优异的润湿性。这种特性源于MTGPs在固-液界面的定向排列，其带负电的糖链与带正电的NH₂
基团产生静电相互作用。

【MTGPs作为单体两亲性单元的局部结构】
研究提出创新模型：MTGPs的每个O-糖链构成独立的两亲性单元，包含三个关键部分：(1)疏水性肽骨架；(2)亲水性糖链；(3)带负电的硫酸根/磷酸根基团。这种"三明治"结构间距1-3 nm，与常规表面活性剂的头-尾距离相当。

【结论与意义】
该研究确立了MTGPs作为"聚合表面活性剂"的分子机制，其串联的两亲性单元结构可密集排列在界面，解释黏液的高润湿性和成膜特性。相较于传统表面活性剂，MTGPs在低浓度下即显效，且具有生物相容性优势。这一发现为理解泪液、唾液等黏膜分泌物的生理功能提供了新视角，对开发治疗干眼症、胃黏膜损伤等疾病的生物材料具有重要指导价值。研究建立的分析框架可推广至各类黏膜系统，为仿生材料设计提供了分子层面的理论支撑。