氣道黏蛋白定位及在粘液中的作用

徐登高

摘 要：呼吸道上皮被粘液覆蓋，粘液是一種由水、離子、蛋白質(zhì)和大分子組成的凝膠，粘液的主要大分子成分是粘蛋白。粘液及黏蛋白在維持氣道和肺部健康起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：黏蛋白;粘液;呼吸道疾病

人體肺部每天吸入的空氣量高達12000L，含有超過1000億顆顆粒，化學物質(zhì)和病原體，為了保持健康的肺部，氣道受到細胞外水凝膠（粘液屏障）的保護。粘液形成不連續(xù)的層，維持這種屏障對于保護氣道上皮是至關(guān)重要的，因為它提供了先天免疫防御的第一線，捕獲吸入的顆粒和病原體，并溶解有毒氣體，從而防止下面組織的侵入和損傷。粘液中夾帶的顆粒和有毒物質(zhì)從中除去通過纖毛的協(xié)同搏動以及這種關(guān)鍵保護機制的損傷導致氣道粘液積聚和堵塞以及感染和炎癥，這是阻塞性氣道疾病的共同特征。粘液是一種復雜的粘彈性分泌物，含有蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，離子和水;粘液的主要大分子成分是O-連接的糖蛋白，粘蛋白。

1黏蛋白的種類與功能

已經(jīng)鑒定了總共21種粘蛋白基因，其分為兩個家族：分泌的粘蛋白和細胞膜結(jié)合粘蛋白。氣道中產(chǎn)生的主要粘蛋白是分泌的聚合粘蛋白MUC5AC和MUC5B 以及細胞膜結(jié)合的粘蛋白MUC1，MUC4，MUC16和MUC20 。細胞膜結(jié)合粘蛋白圍繞在纖毛周圍形成凝膠狀，這對于纖毛將粘液從呼吸道正常移出至關(guān)重要。

在氣道中，有兩種不同的富含粘蛋白的環(huán)境：纖周液體層（PCL）和粘彈性粘液凝膠。PCL被高濃度的細胞膜結(jié)合粘蛋白占據(jù)，MUC16，MUC4和MUC20定位于纖毛上，MUC1位于微絨毛上，粘蛋白高度在190-1500nm之間。細胞膜結(jié)合粘蛋白之間的分子間排斥形成半透性的刷狀屏障，最大孔徑約為40nm，保護氣道上皮免受病毒穿透。這種富含粘蛋白的環(huán)境在纖毛調(diào)節(jié)粘液的運動中也起著關(guān)鍵作用。保持氣道粘液纖毛清除功能的最佳PCL高度為5-8 mm，通過調(diào)節(jié)氣道表面水合作用維持纖毛自由移動和最佳氣道粘液纖毛清除功能 。

2.粘液成分及其作用

為了有效屏障保護，理想的粘液應(yīng)包含98%的水和2%的固體。然而，在粘液阻塞性疾病中，粘液的粘蛋白含量增加[3]，再加上水含量降低，導致氣道粘液纖毛清除功能受損[4]。在這些阻塞性氣道疾病中，增加粘蛋白濃度損害氣道粘液纖毛清除功能的一種機制是通過增加粘膜層的滲透壓來壓縮PCL并使纖毛塌陷。靜態(tài)粘液屏障從保護性轉(zhuǎn)變?yōu)椴B(tài)性，攜帶細菌并導致感染和炎癥[5]。很明顯，粘蛋白濃度對于有效的粘液轉(zhuǎn)運至關(guān)重要，粘蛋白濃度增加導致粘液粘彈性增加和MCC功能失調(diào)[2]。

在CF和COPD中，MUC5B是從肺中咳出的主要粘蛋白。在COPD痰中，MUC5AC和MUC5B均增加，MUC5AC與MUC5B的比例增加。在有COPD的吸煙者的MUC5AC水平升高[6]。MUC5B過量產(chǎn)生與疾病嚴重程度的增加和肺功能的降低相關(guān)[11]。 在哮喘中，MUC5AC水平顯著增加，而MUC5B水平保持穩(wěn)定或降低[1]。有趣的是，在哮喘中，MUC5AC已顯示與上皮有關(guān)，這與粘膜纖毛功能障礙和粘液栓形成有關(guān)[7]。

3.粘蛋白類型—基因產(chǎn)物和糖形式

在CF和COPD中觀察到的MUC5B的增加主要是由于低電荷糖形式的增加。 此外，MUC5B的低電荷糖型是吸煙者痰液中具有氣道阻塞的突出粘蛋白。 在致命性哮喘中，阻塞呼吸道的粘液富含MUC5B的低電荷糖型。最近，對哮喘患兒MUC5B糖型的分析表明，低電荷糖型與急性哮喘最相關(guān)[1]。這些研究通常表明這種糖基化MUC5B變異在疾病中有所增加。然而，不同的MUC5B糖型的功能意義尚待闡明。

粘蛋白電荷糖型差異的性質(zhì)尚未確定。然而，在MUC5AC和MUC5B上發(fā)現(xiàn)的粘蛋白聚糖的非還原末端結(jié)構(gòu)包含兩個硫酸基團和唾液酸（帶或不帶O-乙酰化）殘基。此外，粘蛋白被各種各樣的O-聚糖所取代，這些O-聚糖在個體之間可能存在很大差異。

4.總結(jié)與展望

聚合粘蛋白MUC5AC和MUC5B在保護肺中起著至關(guān)重要的作用。 在過去的十年中，對肺粘蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的理解有了很大的進步，但是我們的知識仍然存在許多根本的差距。 最重要的是，控制粘液凝膠形成的關(guān)鍵因素是什么。 對粘蛋白生物學這些基本方面的認識的提高將為減輕氣道粘液阻塞的策略提供依據(jù)。

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