环境因素驱动肠道共生菌降解胃肠道黏液屏障的机制研究

本研究针对肠道黏液屏障完整性破坏与疾病发生的关系，创新性地开发了人源细胞衍生黏液(HCDM)模型，系统揭示了细菌蛋白酶而非糖苷水解酶是降解黏液网络的关键效应分子，并发现Enterococcus faecalis等病原菌的降解活性受营养和氧气环境调控。该成果为理解肠道菌群-黏液互作提供了新范式，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

肠道黏液层作为分隔宿主与万亿微生物的第一道防线，其完整性对维持肠道稳态至关重要。然而在溃疡性结肠炎等疾病中，黏液层变薄、细菌渗透等病理现象提示微生物可能参与黏液屏障破坏。传统研究面临两大困境：商业猪胃黏蛋白(PGM)无法模拟人结肠黏液的机械特性；现有模型难以区分细菌代谢产物与宿主因素的独立作用。这些局限严重阻碍了对菌群-黏液互作机制的解析。

为解决这一难题，康奈尔大学的研究团队创新开发了人源细胞衍生黏液(HCDM)模型。通过优化胆碱能激动剂诱导的HT29-MTX-E12杯状细胞分泌方案，获得的HCDM在pH 2-9范围内保持稳定的粘弹性，其机械谱与人类结肠切除标本高度吻合，显著优于液态表现的PGM。借助这一突破性模型，研究人员系统评估了8种代表性肠道菌的黏液降解机制，发现：

关键技术包括：(1)采用福司柯林(forskolin)诱导优化HCDM收集方案；(2)小振幅振荡流变学定量黏液粘弹性；(3)厌氧/需氧条件下细菌培养体系；(4)转录组分析E. faecalis环境响应基因；(5)蛋白酶抑制剂验证降解机制。人类结肠黏液样本来自三例结直肠癌患者的切除术。

HCDM重现人结肠黏液特性

比较四种分泌诱导剂显示，福司柯林收获的黏液干重达0.45 mg/cm²，动态储能模量G'为0.57±0.47 Pa，与患者样本力学谱重叠。pH耐受性实验表明，酸性条件下G'提升2.4倍但未发生PGM特有的溶胶-凝胶转变，证实天然交联网络的稳定性。

蛋白酶而非糖代谢驱动降解

Bacteroides fragilis在含葡萄糖培养基中使黏液发生凝胶-液态转变，而Bifidobacterium longum subsp. infantis和E. faecalis仅在无糖YCFA培养基中表现降解活性。糖苷酶处理仅轻微降低模量，但木瓜蛋白酶完全溶解黏液网络。抑制剂实验证实三类菌均通过分泌蛋白酶破坏黏液，其中B. fragilis的活性与营养状态相关。

氧气调控E. faecalis毒力基因

需氧条件下E. faecalis上调基质金属蛋白酶(matrixin)、明胶酶等毒力因子，同时激活戊糖磷酸途径(PPP)应对氧化应激。厌氧环境则诱导胶原结合蛋白等表面黏附分子表达。转录组揭示葡萄糖存在时，该菌优先表达与生物膜形成相关的糖基转移酶而非蛋白酶。

这项研究颠覆了"糖代谢主导黏液降解"的传统认知，确立环境响应性蛋白酶的核心作用。HCDM模型的建立为研究菌群-宿主界面提供了标准化工具，而E. faecalis降解机制的解析为理解其从共生到致病的转化提供了新视角。成果对开发针对黏液屏障失调的干预策略具有重要指导价值，特别是为炎症性肠病中菌群-黏液互作研究奠定了方法学基础。