黏蛋白功能特性及在食品營養(yǎng)評價中的應(yīng)用

王 磊，汪崇琦

（1.無限極（中國）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)胞長期處于較大刺激狀態(tài)中，將長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，對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，黏液素與納米等級二氧化硅粒子間的電荷依賴性對黏彈性能夠產(chǎn)生影響[1]；有學(xué)者研究了納米等級的乳酸-羥基乙酸對其流動性的影響，結(jié)果表明納米等級的乳酸-羥基乙酸對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[4]。

3 食品營養(yǎng)學(xué)與腸道黏蛋白

3.1 輔助運(yùn)輸吸收營養(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)揮潤滑的作用，食糜通過腸道時黏液能夠輔助其運(yùn)輸。有學(xué)者以肽內(nèi)正電荷以及負(fù)電荷的結(jié)合情況作為研究對象，證實(shí)了在微流控的系統(tǒng)測試中，黏蛋白的存在可以使正負(fù)電荷的結(jié)合得到加強(qiáng)，表明雖然黏蛋白對電荷一致的底物運(yùn)輸存在一定影響，但對不同電荷底物的運(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，在移動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肽的擴(kuò)散影響較大，相對陽離子，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，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，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，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，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)揮一定的價值。而對益生菌的研究證明，其對腸道健康能夠發(fā)揮促進(jìn)作用，且使用益生菌時影響最大的參考內(nèi)容為菌群的黏附表現(xiàn)。