黏液屏障主要由水、黏蛋白、脂质、盐、抗菌肽、肠上皮细胞分泌的其他蛋白质和细胞碎片组成，覆盖在胃肠道等表面。不同消化道部位的黏液结构不同，在胃和大肠中，黏液为2层；而在小肠中，黏液只有单层。黏液屏障在宿主的生命活动中承担着免疫调节和维持肠道稳态等作用。肠道中存在的大量微生物与黏液屏障之间存在相互作用，可保障体内的正常生命过程及机体健康。本文阐述了黏液屏障与微生物的关系及它们对健康产生的影响，为进一步探究动物消化道复杂变化、消化道疾病的预防和治疗提供新思路。
□张博越 夏佳佳 徐程宇 范夏蒲
秦贵信 赵元 潘丽 鲍男
黏液屏障的组成及组织结构
1、黏液屏障的组成
胃肠道黏液由水（超过95%）、大量O-糖基化黏蛋白、脂质、盐、抗菌肽、肠上皮细胞分泌的其他蛋白质和细胞碎片组成，其中黏蛋白是黏液的主要结构成分。黏蛋白主要由蛋白质核心和聚糖组成，蛋白质核心由富含氨基酸残基脯氨酸（Pro）、苏氨酸（Thr）和丝氨酸（Ser）的串联重复序列组成，其中Ser和Thr被O-糖基化并赋予“瓶刷”样构象。O-糖基化是黏蛋白的主要修饰类型，O-聚糖占黏蛋白质量的80%以上。O-糖基化产生的聚糖外壳能隐藏黏蛋白的蛋白质核心并保护其免受内源性蛋白酶降解。不同消化道的区域中，糖基化的类型存在差异，这与糖基转移酶的表达水平、机体健康状态及部位微生物定植类型有关。
MUC2是肠道中主要的凝胶形成组分，而胃黏液主要由MUC5AC组成。黏蛋白分子之间的相互作用能调节肠黏液的黏弹性，控制黏液层的渗透性。此外，杯状细胞分泌的蛋白质和三叶肽（TFF）等与黏蛋白共同构成的黏液层也会调节黏膜的功能。人结膜杯状细胞合成的TFF1和TFF3与MUC5AC黏蛋白结合可以起到润滑结膜的作用，在角膜伤口愈合方面也有积极影响；杯状细胞分泌的一些非黏蛋白的蛋白质（过氧化物酶、防御素、TFF等）与黏蛋白MUC5AC共同形成泪膜；成熟杯状细胞中鸟苷蛋白表达可激活肠鸟苷酸环化酶，促使电解质穿过肠道黏膜上皮。
2、胃肠道的黏液组织结构
胃中包含大量消化酶，它们可以消化食物但不影响胃本身，这样的机制正是与胃黏液层相关。胃的黏液层分为2层，它起着润滑食物和保护胃的作用。与肠道的黏液层不同，胃的内黏液层是盐酸的扩散屏障。胃表面上皮细胞分泌碳酸氢盐，在细胞表面形成从酸性到中性过渡的pH梯度。胃黏液层厚度与黏液的保护机制息息相关，是黏液屏障的基础形态。黏液层厚度受多种因素影响，有研究者发现无菌小鼠的黏液厚度比正常小鼠薄，而膳食硝酸盐可以增加胃黏液层厚度。
小肠只有一层松散的、未附着的黏液层。MUC2是肠道的黏液层的主要成分，蛋白质核心约占黏蛋白质量的20%，其余是聚糖。MUC2由质量约为2.5MDa的单体构建，这些单体C末端以二聚体形式共价连接，N末端以三聚体形式共价连接，从而形成大的网状结构，中央黏蛋白结构域使单体形成约0.6μm长的硬棒。MUC2储存在杯状细胞的分泌颗粒中，在肠腔中释放后堆积并最终形成内黏液层。内黏液层渗透性较低，不能被细菌所渗透。在内黏液层的边界处形成了成分相同的外黏液层，外黏膜层是松散的，可以被细菌渗透。关于内外黏液层之间转化的确切机制并不清楚，但有研究发现无菌小鼠中同样存在外黏液层，这说明内外黏液层之间的转化与微生物无关。小肠通过黏液及液体分泌物冲洗肠道来限制细菌的侵入，同时小肠内存在的大量抗菌物质可以防止致病细菌与小肠上皮细胞接触。因此，小肠的这种黏液层结构在保证机体健康中发挥着重要的作用。另外，被小肠通过黏液等液体运动转移的细菌大部分最终到达了结肠。结肠的黏液层是2层：外层松散，定植着大量的肠道微生物；内层致密，细菌不能穿透，这种结构为动物的机体健康提供保障，同时也为肠道微生物提供了合适的生存环境，能够保证动物的正常生长。
黏液屏障的作用
1、维持屏障稳态
在胃中，MUC5AC是主要形成凝胶的黏蛋白，黏液结构均为厚层：一层牢固地黏附层附着在上皮上，另一层由松散的黏附层覆盖，这些厚层被认为可作为缓冲剂，促进质子分泌，同时保护胃组织免受酸性管腔内容物的影响。
黏液屏障的存在将肠道上皮和肠道内容物、病原体等隔离开来，达到保护机体健康的作用。在小肠和大肠中，虽然二者的黏液层具有不同的结构，但MUC2都是其主要的分泌黏蛋白。小肠中的黏液层是单个松散且可渗透的黏液层，能便于营养物质通过，同时利用黏液层的网状结构和黏蛋白来限制细菌的运动，阻止细菌扩散。有研究者利用黏液屏障的这一渗透特性寻找天然黏液替代物。在结肠中，外层更松散，对细菌更具渗透性，内层更牢固地附着在上皮上，阻止细菌渗透。研究发现，肠道黏蛋白缺乏的小鼠结肠黏液层更薄、更松散，共生菌靠近上皮的可能性增加；在无病原菌的条件下小鼠也会患发性结膜炎。这表明黏液屏障在保护机体健康和维持肠道屏障稳态方面起着至关重要的作用。
2、免疫调节
黏蛋白与跨膜黏蛋白形成的结构骨架是任何管腔溶质或微生物在与上皮细胞相互作用之前都必须穿透的一层屏障，它能够阻隔直径大于200nm的固体颗粒和大多数细菌。黏液层中除了黏蛋白外还有许多免疫因子和抗菌肽，如Fcγ结合蛋白（FCGBP）等，它们发挥着不同的抗菌作用。相关研究发现，FCGBP功能消失后，产生炎症和细胞死亡的数量大大增加。
3、其他作用
黏蛋白聚糖结合水的能力赋予黏液保湿和润滑特性，保护上皮细胞在腔内容物和蠕动力通过期间免受脱水和机械应力。此外，黏液还作为表面清洁剂，与液体分泌物共同作用，将碎片和细菌清理掉。
消化道黏液屏障和微生物的关系
研究证实肠道微生物影响黏液性质。有研究发现，在不同环境中饲养的小鼠，其体内的肠道微生物群组成不同，肠道黏液特性同样存在一些差异。Johansson等研究发现，黏液层在丹毒丝菌纲、异芽胞菌属菌的影响下穿透性变差，而变形菌纲菌和TM7具有相反的能力，这表明黏液层性质的变化取决于肠道微生物群的组成，肠道微生物对黏液的性质有一定影响。
肠道微生物能抵抗外源病原体定植于黏液上，保护宿主健康。肠道微生物群能产生各种抗菌物质：如短链脂肪酸（包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐）和细菌素。短链脂肪酸可以通过影响细胞内pH和代谢功能来影响细菌生长。在稳态条件下，丁酸盐作为肠细胞的主要营养素，可以通过β氧化代谢维持肠道内的厌氧环境。细菌素是由特定细菌物种产生的短而有毒的肽，可以抑制其他物种的定植和生长。此外，一些益生菌的存在会改善黏液层状态，增强黏液层，提高宿主的免疫力。研究发现，益生菌的存在可以增加黏蛋白合成基因的表达，如黏附性乳杆菌属能够刺激肠道上皮细胞中MUC3的表达以及MUC2的产生和分泌；长双歧杆菌的存在可以恢复黏液的生长。因此，益生菌的使用和研究对黏液屏障以及宿主的健康有着极其重要的影响。
在黏液中，高度糖基化的黏蛋白会呈现出多个O-聚糖结合位点，这些位点可以充当共生菌的附着点，被一些微生物识别并结合。共生非致病性微生物群定植在结肠外黏液层，可以更好的与MUC2上的聚糖结构发生作用。部分病原体可以通过自身的蛋白酶降解黏蛋白，进而降解整个黏液层。因此，病原体可被理解为黏蛋白降解剂，能够分解黏蛋白聚合物网络进而破坏黏液结构完整性，导致细菌组织侵入。相比之下，共生细菌可以降解O-聚糖而不破坏内部黏液层屏障来利用黏蛋白。任何单一的共生细菌不可能单独完成对O-聚糖所有结构的降解。黏蛋白O-聚糖的完全降解需要逐步去除一种单糖或短寡糖来实现。通过这种长时间的降解方式，可以实现内部黏液层的更新。
肠道微生物在影响黏液的同时，黏液也影响着肠道微生物的生长和组成。黏液量的增加为细菌定植提供了理想环境。分泌型和跨膜黏蛋白都能为微生物的β-聚糖结构提供相互作用的附着位点。因此，这种机制也造成了胃肠道中各个部位微生物菌群的组成差异。此外，黏蛋白还能为微生物提供营养与能量进行自我复制。同时，微生物在降解黏蛋白的过程中产生的短链脂肪酸又能被结肠细胞吸收和使用。这也证明肠道微生物与宿主之间是互利共赢的关系。
黏液屏障以及微生物对
肠道健康的影响
许多病理微生物能够降解黏蛋白，如小肠中的霍乱弧菌和原生动物蓝氏贾第鞭毛虫，以及大肠中大肠杆菌、原生动物溶组织内阿米巴或鼠鞭虫。一些病原体在入侵机体时会造成黏液合成、分泌减少，厚度和黏度降低，黏液的降解性和渗透性增加，影响黏蛋白糖基化谱和黏液的组成，进而使共生菌和病原体到达肠道上皮，导致宿主被感染或者发生炎症。克罗恩病和溃疡性结肠炎就与黏液层损伤有不可避免的联系。有研究发现，MUC2缺失的小鼠会发生严重的结肠炎。这一观察结果证实黏液层缺失对宿主健康有着无法估量的损失。
肠道在受到感染后为减少微生物定植，会产生大量的杯状细胞，增加黏液的合成和分泌。但在慢性感染期间，黏液分泌过多会导致杯状细胞耗竭，导致黏液合成和分泌减少，最终引起内质网应激，发生炎症。因此，肠道疾病的发生伴随着黏液层的变化，了解黏液层的相关机制对于减少肠道疾病的发生有着重要意义，同时也可以为相关疾病治疗提供方向。
除了病理微生物，饮食也影响着黏液层的变化。高脂饮食会导致黏液的产生和分泌减少，使黏液层的通透性增加，进而导致结肠炎等疾病的发生几率增加。在慢性或间歇性膳食纤维缺乏期间，肠道微生物群将宿主分泌的黏液糖蛋白作为营养来源，导致结肠黏液屏障被侵蚀破坏。有研究证明，定期摄入膳食纤维可以保护黏液屏障。合理的饮食可以平衡肠道微生物，改善黏液分泌。因此，合理的饮食对肠道疾病预防有着重要的作用。
小结与展望
黏液屏障是肠道屏障中极其重要的一部分，它保护着宿主的机体免受外界微生物的侵害，它与肠道微生物之间的相互作用也影响着宿主本身的正常生存。对黏液屏障进行更加细致和准确的研究有助于了解疾病的防御机制，为疾病的治疗和预防提供更好的思路和解决方法，对人类和动物都有着重要影响。未来可针对黏液与食物过敏之间的关系、肠道微生物如何影响黏液的形成与降解等问题进行探索，探寻其背后的答案。
（作者单位：吉林农业大学动物科学技术学院）