黏蛋白功能特性及在食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王 磊，汪崇琦

（1.無限極（中國(guó)）有限公司，廣東廣州 510405；2.南方醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院 針推康復(fù)科，廣東廣州 510315）

腸黏膜作為腸道的最終保護(hù)層，主要的功能為分離危害性物質(zhì)以及人體器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)。腸黏膜總體由機(jī)械、化學(xué)、生物以及免疫4 個(gè)保障層組成，其中機(jī)械部分主要為上皮細(xì)胞以及期間的蛋白連接；化學(xué)部分主要為胃腸道消化液、腸道菌群的抑菌物質(zhì)以及本文所述的腸道黏液；生物部分主要為腸道內(nèi)以微生物為主形成的微環(huán)境；免疫部分則主要為淋巴系統(tǒng)的活性免疫分泌物質(zhì)。

其中腸道黏液能夠有效隔絕腸道中細(xì)菌病毒等有害物質(zhì)，保護(hù)機(jī)體。黏液呈現(xiàn)水凝膠狀態(tài)，主要功能物質(zhì)為黏蛋白。黏蛋白不僅能夠維護(hù)腸道的健康狀態(tài)，還在傳遞食物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等方面發(fā)揮著較為突出的作用。因此，在腸道健康研究中，對(duì)黏液尤其是黏蛋白的研究應(yīng)當(dāng)給予充分的重視。

1 黏蛋白

1.1 主要來源

正常情況下，機(jī)體中的黏蛋白總含量極高，各器官的黏蛋白含量總數(shù)能夠達(dá)到40 萬U 以上。在分布方面，黏蛋白為大部分人體黏液的主要組成物質(zhì)，極為廣泛地分布在人體的黏膜表面，包括以腸道為代表的消化道黏膜、以鼻腔黏膜等為代表的呼吸道黏膜、包括陰道黏膜等在內(nèi)的生殖道黏膜以及角黏膜等器官表面部分。

黏蛋白的形成需要根據(jù)轉(zhuǎn)錄基因進(jìn)行，在細(xì)胞與高爾基體作用后形成，黏蛋白與水等物質(zhì)結(jié)合能夠形成黏液。黏蛋白由杯狀細(xì)胞加工產(chǎn)出后，包裹成為顆粒狀態(tài)被運(yùn)輸至細(xì)胞外，釋放入腸道中。腸道黏液的黏蛋白產(chǎn)出過程中，如果杯狀細(xì)胞長(zhǎng)期處于較大刺激狀態(tài)中，將長(zhǎng)期大量分泌黏蛋白以及其他物質(zhì)，該種情況能夠造成杯狀細(xì)胞的過早枯竭，并因此造成后續(xù)黏蛋白的分泌量不斷降低，腸道黏液層的厚度不斷變薄。

1.2 蛋白結(jié)構(gòu)

人體不同部位黏液的主要成分均為“黏蛋白”，但不同器官的黏蛋白在功能方面存在較大的差別，蛋白本身的結(jié)構(gòu)同樣存在巨大的差異。人體所有黏蛋白基本均屬于分子質(zhì)量較高的糖蛋白，不同類型黏蛋白自身均屬于重復(fù)性的結(jié)構(gòu)，其主要構(gòu)成物質(zhì)包括脯氨酸、蘇氨酸以及絲氨酸等。

腸道環(huán)境中普遍存在MUC2類型的黏蛋白結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的主要特征為在PTS 域當(dāng)中是唯一不含絲氨酸的類型。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)方面，MUC2 存在兩種類型的PTS 結(jié)構(gòu)域，其亞基部分受糖基化影響逐漸變得僵硬，MUC2 伸出桿狀體，形成蛋白域。表達(dá)方面，MUC2 具備特殊的表達(dá)含義，具備VWF 區(qū)域，即血管性的血友病因子表達(dá)區(qū)域，能夠進(jìn)一步分為VWFC/D 兩種末端類型。MUC2 黏蛋白自身的N/C 兩個(gè)端區(qū)主要由半胱氨酸的殘基連接，屬于二硫鍵的穩(wěn)定連接類型。

1.3 蛋白類型

截止目前，人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的黏蛋白類型總計(jì)22 種，其命名以MUC 為基礎(chǔ)使用不同數(shù)字進(jìn)行。以多糖鏈作為分類標(biāo)準(zhǔn)情況下，22 種黏蛋白能夠劃分為中性類型以及酸性亞型兩個(gè)主要的類型；以蛋白自身功能以及作用為分類標(biāo)準(zhǔn)情況下，則能夠劃分為跨膜以及凝膠兩種基本的類型。

跨膜類型由于羧基端附近存在跨膜結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞內(nèi)部的信息傳遞。該類型的黏蛋白包括MUC1/3A/3B/4/12/13/14/15/16/17/20/21/22 共計(jì)13 種類型；杯狀細(xì)胞分泌的凝膠性類型是黏液的主要功能成分，富含半胱氨酸含量較大的區(qū)域，該種類型的黏蛋白包括MUC2/5AC/5B/6/7/8/9/19 共計(jì)8 種類型。

2 生物活性表現(xiàn)

2.1 流變性

黏蛋白的蛋白纖維，由二硫鍵彼此連接，因此形成寡聚體的狀態(tài)。寡聚體自身具有較為特殊的黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)下的表現(xiàn)存在較大的區(qū)別，低剪切作用影響的狀態(tài)下，物質(zhì)呈現(xiàn)固體狀態(tài)并具備一定彈性；高剪切作用影響下，物質(zhì)則呈現(xiàn)黏性液體的狀態(tài)。

黏蛋白pH 值提升至8.5 以上，后恢復(fù)至初始狀態(tài)時(shí)，對(duì)豬胃部黏液的研究顯示其流變性可逆。而有研究顯示，以豬腸道（空腸狀態(tài)）為樣本情況下，黏液素與納米等級(jí)二氧化硅粒子間的電荷依賴性對(duì)黏彈性能夠產(chǎn)生影響[1]；有學(xué)者研究了納米等級(jí)的乳酸-羥基乙酸對(duì)其流動(dòng)性的影響，結(jié)果表明納米等級(jí)的乳酸-羥基乙酸對(duì)小腸部分黏液的影響較小[2]。實(shí)踐中，控制腸道黏液的黏彈性對(duì)藥物有效成分的吸收等具有較為重要的影響。

2.2 黏附性

黏附主要產(chǎn)生于細(xì)菌與機(jī)體組織的上皮細(xì)胞之間，在生物化學(xué)作用影響下，細(xì)菌與上皮細(xì)胞之間產(chǎn)生一定特異性，細(xì)菌作用的底物類型存在差別。因此按不同類型，黏附能夠劃分為細(xì)胞類型的黏附以及黏液類型的黏附。在腸道環(huán)境當(dāng)中，黏蛋白是細(xì)菌黏附的主要受體，黏附的出現(xiàn)可能導(dǎo)致腸道疾病的產(chǎn)生。

2.3 腸道的黏蛋白對(duì)屏障的作用

在腸道中，形成腸道屏障的物質(zhì)主要包括腸道的上皮細(xì)胞以及其上覆蓋的黏液，在屏障的保護(hù)下，腸道中的細(xì)菌以及其他物質(zhì)能夠被隔絕在機(jī)體外。這一屏障的保護(hù)作用需要以黏蛋白的作用體現(xiàn)為前提。

有研究顯示，部分細(xì)菌能夠引發(fā)羧甲酸肽水解酶β 于腸道中的釋放，以此造成黏蛋白的破壞，導(dǎo)致腸道的屏障受損[3]。還有相關(guān)學(xué)者根據(jù)研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)腸道的屏障并非靜態(tài)，其能夠根據(jù)腸道環(huán)境的刺激給出相應(yīng)反應(yīng)，并與其他元件形成互動(dòng)[4]。

3 食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)與腸道黏蛋白

3.1 輔助運(yùn)輸吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

腸道內(nèi)，黏蛋白形成的黏液能夠在腸內(nèi)運(yùn)輸中發(fā)揮潤(rùn)滑的作用，食糜通過腸道時(shí)黏液能夠輔助其運(yùn)輸。有學(xué)者以肽內(nèi)正電荷以及負(fù)電荷的結(jié)合情況作為研究對(duì)象，證實(shí)了在微流控的系統(tǒng)測(cè)試中，黏蛋白的存在可以使正負(fù)電荷的結(jié)合得到加強(qiáng)，表明雖然黏蛋白對(duì)電荷一致的底物運(yùn)輸存在一定影響，但對(duì)不同電荷底物的運(yùn)輸能起到促進(jìn)作用[5]。而另有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，釋放于細(xì)胞表面的黏蛋白，需要由上皮細(xì)胞的微絨毛進(jìn)行移動(dòng)，在移動(dòng)過程中由于未攪拌水層的連續(xù)性而得到保護(hù)。胃腸道環(huán)境中肽表面蛋白以及顆粒的電荷分布情況對(duì)肽的擴(kuò)散影響較大，相對(duì)陽離子，肽陰離子的擴(kuò)散表現(xiàn)更好，而中性肽粒子的擴(kuò)散效果最佳，造成該種區(qū)別的主要原因是電荷與黏蛋白的作用[6]。黏蛋白纖維在與疏水、陽性以及具有氫鍵的基團(tuán)作用時(shí)，能夠表現(xiàn)出輕度到中度的親和性，因此黏液環(huán)境中的黏蛋白大都呈現(xiàn)陽性，能夠與黏液中的陰性物質(zhì)出現(xiàn)互相作用。而被聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）修飾的納米級(jí)粒子，由于親水以及中性特征顯著，能夠更為有效地穿透黏液層，這一現(xiàn)象同樣證明物質(zhì)運(yùn)輸過程中的靜電影響與二硫鍵關(guān)系較為顯著。該研究主要針對(duì)黏蛋白的作用，研究范圍存在限制，因此需要通過進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍才能夠保證結(jié)果準(zhǔn)確性。

3.2 益生菌的腸內(nèi)黏附以及增殖表現(xiàn)

人體腸道的健康同樣需要腸內(nèi)菌群的參與，益生菌對(duì)腸道以及人體的健康均能夠產(chǎn)生極為重要的作用。腸內(nèi)的益生菌主要于腸內(nèi)定植，且在腸內(nèi)微環(huán)境的作用下，其能夠提升人體的免疫能力。益生菌菌群中部分乳桿菌能夠與腸道黏液產(chǎn)生黏附作用，因此益生菌群能夠通過調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)的形式對(duì)黏液形成修飾，研究顯示該種修飾通過表現(xiàn)的接觸即能夠產(chǎn)生。

腸道黏蛋白的靜電電荷、疏水特征以及與氫鍵的相互作用，為益生菌群黏附作用的根本性因素。益生菌群增殖較好時(shí)，腸道內(nèi)有害菌的增殖能夠得到有效的抑制。黏附過程中，趨化作用影響下，細(xì)菌與易感細(xì)胞逐漸靠近，并在疏水等特性下實(shí)現(xiàn)特異性的黏附而黏附進(jìn)行時(shí)，在黏附素的影響下，細(xì)菌與特異性受體結(jié)合則能夠形成特異性黏附。益生菌的黏附能夠促進(jìn)細(xì)胞以及趨化因子的釋放，從而刺激提升宿主的機(jī)體免疫能力。因此，在判斷活性益生菌表現(xiàn)時(shí)，主要判斷的標(biāo)準(zhǔn)為益生菌的黏附表現(xiàn)，另外非活性的益生菌同樣能夠在一定程度上提升腸道的營(yíng)養(yǎng)供給，提高腸道的健康水平。

4 結(jié)語

人體黏蛋白種類眾多，大都屬于大分子的結(jié)構(gòu)，且其在人體中存在一定的變化性，因此研究難度較大。目前在黏蛋白的研究中，能夠確定的研究結(jié)論依然較少，黏蛋白的作用機(jī)制尚不完全明確，但這一方向的研究同樣能夠?qū)μ嵘柛垢械臏p肥類型食品的研究發(fā)揮一定的價(jià)值。而對(duì)益生菌的研究證明，其對(duì)腸道健康能夠發(fā)揮促進(jìn)作用，且使用益生菌時(shí)影響最大的參考內(nèi)容為菌群的黏附表現(xiàn)。