腸道黏液屏障和機械屏障均是最重要的天然屏障，前者為第一道防御屏障，可將腸腔內病原菌與上皮細胞隔開，防止一些致病物質透過腸屏障進到人體循環系統。研究表明，體內出現炎癥會影響黏液層中關鍵蛋白黏蛋白 2 的含量進而改變黏液屏障的通透性，促進病原微生物的移位；而腫瘤壞死因子-α和 c-Jun 氨基末端激酶信號通路均已報道與炎癥的發生發展密切相關。因此該文綜述了腫瘤壞死因子-α、c-Jun 氨基末端激酶通路以及黏蛋白 2 與腸屏障功能障礙之間的聯系，以期為探索腸屏障功能相關研究提供新思路與方向。
引用本文： 阿曼古麗·莫明, 張琪, 艾山江·肉孜, 姜夢娜, 宋云林. 腫瘤壞死因子-α、c-Jun 氨基末端激酶和黏蛋白 2 在腸屏障功能障礙中的研究進展. 華西醫學, 2023, 38(8): 1257-1261. doi: 10.7507/1002-0179.202303192 復制
腸道是與外界環境接觸較廣泛的特殊器官，具有較易受到各種病原體和有毒物質侵害的風險，與其他器官相比，它面臨著不同的病原體和其他環境刺激。而腸屏障是防止腸道與各類病原微生物直接接觸的黏膜屏障，可以起到隔絕、捕獲和消滅病原微生物的作用。在生理狀態下，機體和腸道微生物間存在著一種動態平衡，但一旦機體腸屏障遭到破壞，這種穩態失衡可引起一系列腸道疾病。腸屏障包括機械屏障、生物屏障、化學屏障和免疫屏障，其中由黏液層組成的化學屏障越來越受到科學界關注，但因腸黏液屏障的調節是一個非常復雜的動態系統，目前對其知之甚少。腸黏液層主要由黏蛋白 2 組成，其水平降低會引起腸黏液層變薄且通透性增加，有助于細菌大量遷移至上皮細胞，引起各種腸道疾病。有研究報道腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF）-α異常水平和持續時間會激活 c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）信號通路，可能形成 TNF-α/JNK 連接炎癥/應激信號的網絡調控黏蛋白 2 表達，可破壞腸黏液層的完整性，引起腸屏障功能障礙[1-2]。本文通過總結關于 TNF-α、JNK 通路以及黏蛋白 2 與腸屏障功能障礙之間聯系的研究報道，旨在突出黏液層和黏蛋白 2 的重要性，且為進一步探究炎癥與腸屏障功能障礙的分子機制提供更多的認識與新的方向。
1 腸屏障及黏蛋白 2
1.1 腸屏障
腸道作為一個多層系統，是與共生微生物群相互作用的主要場所，而腸屏障負責維持它們之間內環境的穩態，抵抗外源性有害物質的入侵。腸道黏膜屏障由機械屏障、生物屏障、化學屏障及免疫屏障構成[3]，其結構完整性、免疫化合物和微生物組成使其成為抵御致病性攻擊和環境壓力的保護屏障[4]。其中機械屏障由緊密連接組成的單層上皮細胞形成，可以有效隔離宿主和共生細菌，阻擋病原菌進入[5]；生物屏障由各類微生物群組成，主要包括以雙歧桿菌和乳酸菌為主的黏膜菌群以及以大腸桿菌和腸球菌為主的腸腔菌群，黏附在腸道黏膜層上，形成了一種多層次屏障。機體腸屏障穩態的異常會增加炎癥信號和腸道通透性，同時改變微生物菌群的結構[6]。當腸屏障功能受損時，共生微生物群紊亂，各種有害物質會通過腸道屏障進入血液，導致一系列疾病，如克羅恩病和炎癥性腸病（inflammatory bowel disease, IBD）、肝損傷[7]。免疫屏障主要包括腸道相關淋巴細胞組織（intestinal associated lymphoid tissue, GALT）和免疫細胞，其中 GALT 包括上皮內和固有層的淋巴細胞以及腸道淋巴結，它們廣泛分布于腸道黏膜上皮細胞間、固有層以及黏膜下層等部位，環境中的抗原物質刺激腸道時會產生免疫反應，通過體液免疫和細胞免疫進行清除，起到阻止病原微生物的入侵、抗過敏反應以及抑制免疫應答等作用。化學屏障又叫黏液屏障，由腸上皮細胞所分泌的黏液、消化液及正常菌分泌的抑菌物質組成。上皮細胞中大量的杯狀細胞分泌黏液，連續分布于黏膜表面覆蓋著腸上皮細胞結合位點，形成半透明狀的黏液層，阻礙細菌與上皮細胞的接觸與結合。腸道抑菌物質主要有膽汁、糖胺聚糖、溶菌酶和糖蛋白等。一般情況下，人體胃酸呈酸性有助于殺滅從口腔進入的大部分細菌，大大降低腸道被病原菌感染的概率。黏液屏障將生物屏障和機械屏障隔開，而腸道菌群位于外層黏液層，若黏液屏障遭到破壞，則會導致腸道泄漏，增加細菌等致病物質移位，引起腸黏膜炎[8-9]。因此，維持腸黏液屏障的完整性是預防感染和炎癥所需防御機制庫中的關鍵組成部分。然而，在大多數腸屏障功能研究中，黏液屏障往往容易被忽視。
1.2 黏蛋白 2
在結腸中，黏液層是胃腸道表面的第一道天然屏障，有效地將腸上皮細胞與腸腔分離，阻止上皮細胞與腸道菌群、其代謝物或食物等抗原物質的接觸和刺激[10]。在小腸隱窩下存在許多多能干細胞，它們通過分化產生 4 類細胞——吸收性腸細胞、腸內分泌細胞、杯狀細胞和潘氏細胞。杯狀細胞是腸上皮內最豐富的分泌型細胞，主要分泌黏液、三葉因子和抵抗素樣分子，前者是黏液層最重要和主要的結果和組成成分，后兩者起到穩定黏蛋白聚合物和調控黏蛋白分泌等作用[11]。在腸道中，黏液扮演著雙重角色——潤滑劑和腸腔與腸上皮間的屏障。腸黏液層大約由 30 種核心蛋白組成，包括黏蛋白、抗菌肽和分泌性免疫球蛋白 A，其中由杯狀細胞合成的黏蛋白 2 是最重要的組成部分[12]。黏液屏障是一個動態、復雜的化學屏障，由許多聚糖組成，厚度和組成有所不同。黏液層分為內外層，內層附著在上皮細胞表面，而外層面向腸腔側[13]。腸腔內的共生菌主要居住于外層，因為外層是這些菌群形成生物膜的首選棲息地，并且也在缺乏膳食纖維的情況下為它們提供聚糖等營養物質。然而，黏液層內側通常是無菌的，因抗菌肽的先天性免疫機制、分泌性免疫球蛋白 A 的適應性免疫機制以及起到屏障作用將保護腸上皮細胞免受微生物群的侵害[14-15]；同時，還可以因回腸分泌的磷脂酰膽堿和黏蛋白 2 相結合充當疏水屏障，將水腔中的細菌和黏膜表面分隔開[16]；此外，黏液層不斷分泌黏蛋白保持自我更新保持穩態，而黏液從內層向外層更新，內層黏液的不斷翻轉和更新有助于及時清除穿透黏液層即將要接觸腸上皮細胞的病原菌，從而維持一個無菌狀態。還有學者研究黏液層內側是否為無菌，發現細菌大小已超出了內層黏液屏障形成的孔徑、根本無法穿透[17]。使用通用 16S 核糖體 RNA 探針和細菌 16S 核糖體 RNA 基因聚合酶鏈反應的原位雜交分析也表明內層無細菌[3]，故腸道內層黏液層是限制細菌與腸上皮組織接觸的重要因素，其成分和含量的改變會導致炎癥[18]。
黏蛋白 2 基因大約 27 kb，產生一個 16 kb 的信息和一個含有 5 000 多個氨基酸的多肽。它覆蓋在腸道上皮組織表面上，形成一種保護性黏液毯，是機體先天性防御機制的第一道防線[19]。在內質網中形成同型二聚體，在高爾基體中被 O-糖基化，其中糖基化是產生功能成熟的黏蛋白的關鍵步驟[20]。它包含多個結構域，包括 N-末端的 VWD1、VWD2、VWD’ D3 結構域，有 CysD 結構域的脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸（proline, threonine and serine, PTS）結構域，以及 C-末端的 VWD4、VWC 和半胱氨酸結構域[21]。黏蛋白 2 合成后，在內質網通過半胱氨酸結構域中的二硫鍵進行二聚化，隨后在高爾基體中 PTS 結構域進行糖基化修飾變成 O-糖基化，經過進一步聚合后填充到黏蛋白 2 分泌顆粒中，沿著分泌途徑分泌到外[3,21]。黏蛋白 2 分泌途徑主要有 2 種：基礎分泌和調節性分泌。基礎分泌是指根據機體生理需要呈現一種持續、低劑量分泌的狀態，主要取決于細胞骨架的運動；而調節性分泌是指在一些活性刺激因素（如微生物及其代謝產物）的作用下，黏蛋白 2 分泌泡與質膜融合并將內含物黏蛋白 2 釋放出去的方式。呈現的一種胞吐方式[3]。腸上皮細胞表面上的鈉離子/氫離子交換器 3 有利于形成酸性黏膜環境，酸性 pH 值通過維持黏蛋白 2 聚集體的緊密結構，因為比較低的 pH 值可促進黏蛋白 2 的 N 端聚集，使得黏蛋白 2 在分泌顆粒中緊密堆積，故酸性環境在形成緊密內部黏液層方面發揮重要作用[22]。此外，PTS 結構域上負電荷聚糖的鈣依賴性交聯可進一步穩定黏蛋白 2 聚合物的折疊和堆積。
黏蛋白 2 作為腸道黏液屏障的主要成分，在于小腸和大腸中形成黏液骨架，可作為抗菌因子的支架[23]。在許多疾病發生過程中起作用，如腸道黏液層的破壞使病原體接觸到腸上皮，誘發感染和炎癥。如潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis, UC）患者中黏蛋白的合成和分泌減少，O-糖基化改變，黏液厚度變薄，增加細菌的滲透率[17]。這些發現也反映在小鼠模型中，黏蛋白 2 蛋白或其聚糖的丟失會導致結腸炎[24]。因雙歧桿菌具有調節黏液的有益特性，它被認為是一種潛在的治療黏液層受損的人類疾病的方法[25-26]。據報道，雙歧桿菌菌株可緩解 UC 患者病情，這為雙歧桿菌作為黏蛋白相關疾病的潛在治療劑的概念提供了依據。總的來說，這些數據表明了下一代黏蛋白益生菌（如牙本質雙歧桿菌）在保護腸道黏液層功能和治療未來腸道疾病方面的潛在作用[27]。低水平的黏蛋白或黏蛋白聚糖的改變與小鼠和人類的炎癥和結腸炎有關[20]。在缺乏黏蛋白 2 黏蛋白的小鼠中，腸腔內容物直接與腸上皮直接接觸，病原菌穿過黏液層并滲透到隱窩和上皮細胞，最終導致了結腸的炎癥和一系列相關疾病[28]。有研究發現降低黏蛋白 2 的表達量，結腸炎癥加重和結腸炎的易感性增強[14-15]，恢復或增加其分泌可以預防結腸炎的發生。黏蛋白 2 還被認為在結直腸癌中起保護作用，其他證據表明，黏蛋白 2 表達量的改變與各種消化系統癌的侵襲和轉移有關，包括胃癌、胰腺癌、膽囊癌和肝外膽管癌[29-30]。此外，在大腸癌中，其表達通常丟失，其丟失預示著不良后果[31]。
吲哚-3-丙酸可以通過增加黏蛋白 2、黏蛋白 4、三葉因子和抵抗素樣分子的分泌，保護和維持黏液屏障的完整性。有研究證明使用羅氏乳桿菌可增加杯狀細胞的數量和黏蛋白 2 的表達量，從而起到保護黏液屏障的作用[5]。黏蛋白 2 單獨的異常折疊也會刺激杯狀細胞內質網，如模型小鼠中黏蛋白 2 的錯義突變，影響了其正常表達，從而增加了這些小鼠杯狀細胞內質網中的應激，導致杯狀細胞的受損和數量減少，黏液屏障被破壞，腸道菌群易位，出現自發性的結腸炎[32]。黏蛋白 2 缺乏會導致上皮屏障功能受損、腸道微生物群失衡、自發性結腸炎和腫瘤[33]。因此，上調黏蛋白 2 的表達和分泌在清除黏膜損傷有害物質的保護作用中尤為重要。
黏蛋白可以調節腸道免疫功能，一些細胞因子介導免疫反應的激活和組織炎癥，引起腸屏障功能障礙[34]。研究證明，黏蛋白濃度的降低有助于腸道病原體的定植[35]，這可能會削弱黏液屏障，為病原菌的滲透提供途徑。巨噬細胞是初級免疫細胞，在炎癥的發生、發展和逆轉中起著關鍵調控作用，也在調節腸道免疫微環境的穩態中起著重要作用。有研究表明，在 IBD 患者中，腸道炎癥的消退與單核巨噬細胞分化之間存在因果關系，并提出巨噬細胞是開發新治療方法的潛在目標。巨噬細胞的激活與絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）途徑密切相關，MAPK 通路是巨噬細胞活化的關鍵，在影響 UC 的進展中起著重要作用。最后值得注意的是，盡管黏液屏障是防止腸道細菌接觸腸上皮細胞的重要屏障，但現在有學者認為，某些細菌或其代謝產物是建立完整的黏蛋白 2 黏液結構和功能所必需的[20]。
2 TNF-α及 JNK 信號通路
TNF-α是一種促炎細胞因子，在機體炎癥反應和防御機制過程中起到重要作用，它參與了免疫系統發展的調控、細胞存活信號通路、增殖、調節代謝等過程。TNF-α是Ⅱ型跨膜蛋白，三聚體的形式與細胞膜表面的 2 種 TNF 受體（tumor necrosis factor receptor, TNFR）結合起作用，分別是 TNFR1 和 TNFR2。相關研究報道，TNFR1 在大多數細胞表面廣泛表達，但 TNFR2 主要僅限于免疫細胞和內皮細胞。TNFR1 與膜性和可溶性的 TNF-α都有較強親和力，TNFR2 只有與膜性的 TNF-α具有較高親和力，TNF-α與 TNFR1 相結合起到促炎作用[36]。TNF-α主要通過 3 種途徑進行信號傳導，包括 caspase、核因子 κB 和 JNK，它們分別是 caspase 家族介導的細胞凋亡、銜接蛋白 TRAF 介導的轉錄因子核因子 κB 以及 JNK 蛋白激酶的活化。正常水平的 TNF-α具有調節免疫應答、抗感染等有益作用，但一旦超出生理水平后，會破壞機體的免疫平衡狀態，促進其他炎癥介質的產生和釋放，擴大炎癥級聯反應，增加急性期蛋白的表達量，介導創傷后發生病理改變，最終引起多器官功能障礙綜合征、結直腸癌和 IBD 等。TNF-α通過活化多形核粒細胞，使其產生大量的蛋白水解酶和氧化劑，破壞腸屏障功能，同時它還會促進白細胞介素-1 和白細胞介素-6 基因的表達，活化磷脂酶 A2，分解花生四烯酸，生成炎性介質，從而加重腸道的缺血缺氧和炎癥反應[37]。因此，持續高水平的 TNF-α和枯竭的黏液是引起急性結腸炎的必要條件。
JNK 通路是一種細胞應激通路，是 MAPK 的一個亞家族。JNK 信號通路可被多種因素激活，如細胞因子、生長因子、應激（包括熱休克、滲透壓、電離輻射和氧化損傷等），從而參與細胞的增殖分化、存活凋亡及炎癥等多種細胞生物學過程。當細胞受到外來刺激時，胞漿中信號的轉導形式為一系列蛋白激酶的酶促反應，具體為 MAPK 激酶的激酶（MEKK）→MAPK 激酶（MKK）→JNK。JNK 信號通路表達較廣泛，但特定的刺激可激活不同的細胞通路和反應。JNK 信號通路可響應包括促炎細胞因子、危險相關分子配體和氧化應激等與腸屏障功能障礙相關刺激。當體內促炎和抗炎分子之間失衡時，JNK 通路被激活后啟動炎癥反應和引起細胞凋亡。體內 TNF-α水平異常引起 JNK 信號通路的激活，TNF-α/JNK 通路形成連接炎癥/應激信號網絡的關鍵點，通過轉錄因子 c-Jun 在轉錄水平上對某基因的表達進行調節，其中 JNK1 是實現 TNF-α誘導 JNK 激活進而影響 c-Jun 蛋白表達所必需的[36]。
TNF-α是 IBD 發病機制中的主要炎癥細胞因子，并通過影響基因表達和杯狀細胞的功能[8]，影響黏蛋白的合成和分泌。此外有研究報道稱在應激狀態下，TNF-α降低了 zounla-ocludin，從而導致腸道緊密連接破壞，通透性增加[38]。TNF-α在維持腸道完整性和腸道炎癥方面起著重要作用[37]。根據上述推測，當體內出現炎癥時，TNF-α可能通過 JNK 信號通路降低黏蛋白（如黏蛋白 2）和腸道緊密連接相關蛋白的表達量，進而參與腸屏障功能障礙，最終導致一系列的腸源性疾病。
3 小結
腸道是體內最大的免疫器官，腸腔內寄居者大量的細菌，腸屏障的完整性和正常功能對于維持腸道內環境穩定至關重要。腸屏障中黏液屏障是第一道屏障，將腸腔內容物和細菌等抗原物質與腸上皮組織隔開，起到第一步阻礙細菌及其代謝產物等直接與上皮細胞表面接觸啟動免疫和炎癥反應；機械屏障是第二道屏障，當黏液層成分和厚度等發生變化時，其對病原菌和毒素等物質的通透性增加，它們通過黏液屏障直接接觸和刺激上皮細胞，影響細胞的正常功能和細胞間的緊密連接，破壞機械屏障進入到免疫屏障激活免疫反應。黏蛋白 2 是影響黏液屏障最主要的因素，JNK 信號通路是細胞應激通路，異常的 TNF-α刺激并激活 JNK 通路，影響杯狀細胞分泌黏蛋白以及通過降低緊密連接蛋白的表達，引起腸屏障功能障礙。臨床上許多患者，尤其是危重癥患者的不良預后與腸屏障功能障礙導致的級聯炎癥反應整密切相關，這需要大家不斷深入探索上述機制，尋求更加完善和個體化的診治方案。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
腸道是與外界環境接觸較廣泛的特殊器官，具有較易受到各種病原體和有毒物質侵害的風險，與其他器官相比，它面臨著不同的病原體和其他環境刺激。而腸屏障是防止腸道與各類病原微生物直接接觸的黏膜屏障，可以起到隔絕、捕獲和消滅病原微生物的作用。在生理狀態下，機體和腸道微生物間存在著一種動態平衡，但一旦機體腸屏障遭到破壞，這種穩態失衡可引起一系列腸道疾病。腸屏障包括機械屏障、生物屏障、化學屏障和免疫屏障，其中由黏液層組成的化學屏障越來越受到科學界關注，但因腸黏液屏障的調節是一個非常復雜的動態系統，目前對其知之甚少。腸黏液層主要由黏蛋白 2 組成，其水平降低會引起腸黏液層變薄且通透性增加，有助于細菌大量遷移至上皮細胞，引起各種腸道疾病。有研究報道腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor, TNF）-α異常水平和持續時間會激活 c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）信號通路，可能形成 TNF-α/JNK 連接炎癥/應激信號的網絡調控黏蛋白 2 表達，可破壞腸黏液層的完整性，引起腸屏障功能障礙[1-2]。本文通過總結關于 TNF-α、JNK 通路以及黏蛋白 2 與腸屏障功能障礙之間聯系的研究報道，旨在突出黏液層和黏蛋白 2 的重要性，且為進一步探究炎癥與腸屏障功能障礙的分子機制提供更多的認識與新的方向。
1 腸屏障及黏蛋白 2
1.1 腸屏障
腸道作為一個多層系統，是與共生微生物群相互作用的主要場所，而腸屏障負責維持它們之間內環境的穩態，抵抗外源性有害物質的入侵。腸道黏膜屏障由機械屏障、生物屏障、化學屏障及免疫屏障構成[3]，其結構完整性、免疫化合物和微生物組成使其成為抵御致病性攻擊和環境壓力的保護屏障[4]。其中機械屏障由緊密連接組成的單層上皮細胞形成，可以有效隔離宿主和共生細菌，阻擋病原菌進入[5]；生物屏障由各類微生物群組成，主要包括以雙歧桿菌和乳酸菌為主的黏膜菌群以及以大腸桿菌和腸球菌為主的腸腔菌群，黏附在腸道黏膜層上，形成了一種多層次屏障。機體腸屏障穩態的異常會增加炎癥信號和腸道通透性，同時改變微生物菌群的結構[6]。當腸屏障功能受損時，共生微生物群紊亂，各種有害物質會通過腸道屏障進入血液，導致一系列疾病，如克羅恩病和炎癥性腸病（inflammatory bowel disease, IBD）、肝損傷[7]。免疫屏障主要包括腸道相關淋巴細胞組織（intestinal associated lymphoid tissue, GALT）和免疫細胞，其中 GALT 包括上皮內和固有層的淋巴細胞以及腸道淋巴結，它們廣泛分布于腸道黏膜上皮細胞間、固有層以及黏膜下層等部位，環境中的抗原物質刺激腸道時會產生免疫反應，通過體液免疫和細胞免疫進行清除，起到阻止病原微生物的入侵、抗過敏反應以及抑制免疫應答等作用。化學屏障又叫黏液屏障，由腸上皮細胞所分泌的黏液、消化液及正常菌分泌的抑菌物質組成。上皮細胞中大量的杯狀細胞分泌黏液，連續分布于黏膜表面覆蓋著腸上皮細胞結合位點，形成半透明狀的黏液層，阻礙細菌與上皮細胞的接觸與結合。腸道抑菌物質主要有膽汁、糖胺聚糖、溶菌酶和糖蛋白等。一般情況下，人體胃酸呈酸性有助于殺滅從口腔進入的大部分細菌，大大降低腸道被病原菌感染的概率。黏液屏障將生物屏障和機械屏障隔開，而腸道菌群位于外層黏液層，若黏液屏障遭到破壞，則會導致腸道泄漏，增加細菌等致病物質移位，引起腸黏膜炎[8-9]。因此，維持腸黏液屏障的完整性是預防感染和炎癥所需防御機制庫中的關鍵組成部分。然而，在大多數腸屏障功能研究中，黏液屏障往往容易被忽視。
1.2 黏蛋白 2
在結腸中，黏液層是胃腸道表面的第一道天然屏障，有效地將腸上皮細胞與腸腔分離，阻止上皮細胞與腸道菌群、其代謝物或食物等抗原物質的接觸和刺激[10]。在小腸隱窩下存在許多多能干細胞，它們通過分化產生 4 類細胞——吸收性腸細胞、腸內分泌細胞、杯狀細胞和潘氏細胞。杯狀細胞是腸上皮內最豐富的分泌型細胞，主要分泌黏液、三葉因子和抵抗素樣分子，前者是黏液層最重要和主要的結果和組成成分，后兩者起到穩定黏蛋白聚合物和調控黏蛋白分泌等作用[11]。在腸道中，黏液扮演著雙重角色——潤滑劑和腸腔與腸上皮間的屏障。腸黏液層大約由 30 種核心蛋白組成，包括黏蛋白、抗菌肽和分泌性免疫球蛋白 A，其中由杯狀細胞合成的黏蛋白 2 是最重要的組成部分[12]。黏液屏障是一個動態、復雜的化學屏障，由許多聚糖組成，厚度和組成有所不同。黏液層分為內外層，內層附著在上皮細胞表面，而外層面向腸腔側[13]。腸腔內的共生菌主要居住于外層，因為外層是這些菌群形成生物膜的首選棲息地，并且也在缺乏膳食纖維的情況下為它們提供聚糖等營養物質。然而，黏液層內側通常是無菌的，因抗菌肽的先天性免疫機制、分泌性免疫球蛋白 A 的適應性免疫機制以及起到屏障作用將保護腸上皮細胞免受微生物群的侵害[14-15]；同時，還可以因回腸分泌的磷脂酰膽堿和黏蛋白 2 相結合充當疏水屏障，將水腔中的細菌和黏膜表面分隔開[16]；此外，黏液層不斷分泌黏蛋白保持自我更新保持穩態，而黏液從內層向外層更新，內層黏液的不斷翻轉和更新有助于及時清除穿透黏液層即將要接觸腸上皮細胞的病原菌，從而維持一個無菌狀態。還有學者研究黏液層內側是否為無菌，發現細菌大小已超出了內層黏液屏障形成的孔徑、根本無法穿透[17]。使用通用 16S 核糖體 RNA 探針和細菌 16S 核糖體 RNA 基因聚合酶鏈反應的原位雜交分析也表明內層無細菌[3]，故腸道內層黏液層是限制細菌與腸上皮組織接觸的重要因素，其成分和含量的改變會導致炎癥[18]。
黏蛋白 2 基因大約 27 kb，產生一個 16 kb 的信息和一個含有 5 000 多個氨基酸的多肽。它覆蓋在腸道上皮組織表面上，形成一種保護性黏液毯，是機體先天性防御機制的第一道防線[19]。在內質網中形成同型二聚體，在高爾基體中被 O-糖基化，其中糖基化是產生功能成熟的黏蛋白的關鍵步驟[20]。它包含多個結構域，包括 N-末端的 VWD1、VWD2、VWD’ D3 結構域，有 CysD 結構域的脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸（proline, threonine and serine, PTS）結構域，以及 C-末端的 VWD4、VWC 和半胱氨酸結構域[21]。黏蛋白 2 合成后，在內質網通過半胱氨酸結構域中的二硫鍵進行二聚化，隨后在高爾基體中 PTS 結構域進行糖基化修飾變成 O-糖基化，經過進一步聚合后填充到黏蛋白 2 分泌顆粒中，沿著分泌途徑分泌到外[3,21]。黏蛋白 2 分泌途徑主要有 2 種：基礎分泌和調節性分泌。基礎分泌是指根據機體生理需要呈現一種持續、低劑量分泌的狀態，主要取決于細胞骨架的運動；而調節性分泌是指在一些活性刺激因素（如微生物及其代謝產物）的作用下，黏蛋白 2 分泌泡與質膜融合并將內含物黏蛋白 2 釋放出去的方式。呈現的一種胞吐方式[3]。腸上皮細胞表面上的鈉離子/氫離子交換器 3 有利于形成酸性黏膜環境，酸性 pH 值通過維持黏蛋白 2 聚集體的緊密結構，因為比較低的 pH 值可促進黏蛋白 2 的 N 端聚集，使得黏蛋白 2 在分泌顆粒中緊密堆積，故酸性環境在形成緊密內部黏液層方面發揮重要作用[22]。此外，PTS 結構域上負電荷聚糖的鈣依賴性交聯可進一步穩定黏蛋白 2 聚合物的折疊和堆積。
黏蛋白 2 作為腸道黏液屏障的主要成分，在于小腸和大腸中形成黏液骨架，可作為抗菌因子的支架[23]。在許多疾病發生過程中起作用，如腸道黏液層的破壞使病原體接觸到腸上皮，誘發感染和炎癥。如潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis, UC）患者中黏蛋白的合成和分泌減少，O-糖基化改變，黏液厚度變薄，增加細菌的滲透率[17]。這些發現也反映在小鼠模型中，黏蛋白 2 蛋白或其聚糖的丟失會導致結腸炎[24]。因雙歧桿菌具有調節黏液的有益特性，它被認為是一種潛在的治療黏液層受損的人類疾病的方法[25-26]。據報道，雙歧桿菌菌株可緩解 UC 患者病情，這為雙歧桿菌作為黏蛋白相關疾病的潛在治療劑的概念提供了依據。總的來說，這些數據表明了下一代黏蛋白益生菌（如牙本質雙歧桿菌）在保護腸道黏液層功能和治療未來腸道疾病方面的潛在作用[27]。低水平的黏蛋白或黏蛋白聚糖的改變與小鼠和人類的炎癥和結腸炎有關[20]。在缺乏黏蛋白 2 黏蛋白的小鼠中，腸腔內容物直接與腸上皮直接接觸，病原菌穿過黏液層并滲透到隱窩和上皮細胞，最終導致了結腸的炎癥和一系列相關疾病[28]。有研究發現降低黏蛋白 2 的表達量，結腸炎癥加重和結腸炎的易感性增強[14-15]，恢復或增加其分泌可以預防結腸炎的發生。黏蛋白 2 還被認為在結直腸癌中起保護作用，其他證據表明，黏蛋白 2 表達量的改變與各種消化系統癌的侵襲和轉移有關，包括胃癌、胰腺癌、膽囊癌和肝外膽管癌[29-30]。此外，在大腸癌中，其表達通常丟失，其丟失預示著不良后果[31]。
吲哚-3-丙酸可以通過增加黏蛋白 2、黏蛋白 4、三葉因子和抵抗素樣分子的分泌，保護和維持黏液屏障的完整性。有研究證明使用羅氏乳桿菌可增加杯狀細胞的數量和黏蛋白 2 的表達量，從而起到保護黏液屏障的作用[5]。黏蛋白 2 單獨的異常折疊也會刺激杯狀細胞內質網，如模型小鼠中黏蛋白 2 的錯義突變，影響了其正常表達，從而增加了這些小鼠杯狀細胞內質網中的應激，導致杯狀細胞的受損和數量減少，黏液屏障被破壞，腸道菌群易位，出現自發性的結腸炎[32]。黏蛋白 2 缺乏會導致上皮屏障功能受損、腸道微生物群失衡、自發性結腸炎和腫瘤[33]。因此，上調黏蛋白 2 的表達和分泌在清除黏膜損傷有害物質的保護作用中尤為重要。
黏蛋白可以調節腸道免疫功能，一些細胞因子介導免疫反應的激活和組織炎癥，引起腸屏障功能障礙[34]。研究證明，黏蛋白濃度的降低有助于腸道病原體的定植[35]，這可能會削弱黏液屏障，為病原菌的滲透提供途徑。巨噬細胞是初級免疫細胞，在炎癥的發生、發展和逆轉中起著關鍵調控作用，也在調節腸道免疫微環境的穩態中起著重要作用。有研究表明，在 IBD 患者中，腸道炎癥的消退與單核巨噬細胞分化之間存在因果關系，并提出巨噬細胞是開發新治療方法的潛在目標。巨噬細胞的激活與絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）途徑密切相關，MAPK 通路是巨噬細胞活化的關鍵，在影響 UC 的進展中起著重要作用。最后值得注意的是，盡管黏液屏障是防止腸道細菌接觸腸上皮細胞的重要屏障，但現在有學者認為，某些細菌或其代謝產物是建立完整的黏蛋白 2 黏液結構和功能所必需的[20]。
2 TNF-α及 JNK 信號通路
TNF-α是一種促炎細胞因子，在機體炎癥反應和防御機制過程中起到重要作用，它參與了免疫系統發展的調控、細胞存活信號通路、增殖、調節代謝等過程。TNF-α是Ⅱ型跨膜蛋白，三聚體的形式與細胞膜表面的 2 種 TNF 受體（tumor necrosis factor receptor, TNFR）結合起作用，分別是 TNFR1 和 TNFR2。相關研究報道，TNFR1 在大多數細胞表面廣泛表達，但 TNFR2 主要僅限于免疫細胞和內皮細胞。TNFR1 與膜性和可溶性的 TNF-α都有較強親和力，TNFR2 只有與膜性的 TNF-α具有較高親和力，TNF-α與 TNFR1 相結合起到促炎作用[36]。TNF-α主要通過 3 種途徑進行信號傳導，包括 caspase、核因子 κB 和 JNK，它們分別是 caspase 家族介導的細胞凋亡、銜接蛋白 TRAF 介導的轉錄因子核因子 κB 以及 JNK 蛋白激酶的活化。正常水平的 TNF-α具有調節免疫應答、抗感染等有益作用，但一旦超出生理水平后，會破壞機體的免疫平衡狀態，促進其他炎癥介質的產生和釋放，擴大炎癥級聯反應，增加急性期蛋白的表達量，介導創傷后發生病理改變，最終引起多器官功能障礙綜合征、結直腸癌和 IBD 等。TNF-α通過活化多形核粒細胞，使其產生大量的蛋白水解酶和氧化劑，破壞腸屏障功能，同時它還會促進白細胞介素-1 和白細胞介素-6 基因的表達，活化磷脂酶 A2，分解花生四烯酸，生成炎性介質，從而加重腸道的缺血缺氧和炎癥反應[37]。因此，持續高水平的 TNF-α和枯竭的黏液是引起急性結腸炎的必要條件。
JNK 通路是一種細胞應激通路，是 MAPK 的一個亞家族。JNK 信號通路可被多種因素激活，如細胞因子、生長因子、應激（包括熱休克、滲透壓、電離輻射和氧化損傷等），從而參與細胞的增殖分化、存活凋亡及炎癥等多種細胞生物學過程。當細胞受到外來刺激時，胞漿中信號的轉導形式為一系列蛋白激酶的酶促反應，具體為 MAPK 激酶的激酶（MEKK）→MAPK 激酶（MKK）→JNK。JNK 信號通路表達較廣泛，但特定的刺激可激活不同的細胞通路和反應。JNK 信號通路可響應包括促炎細胞因子、危險相關分子配體和氧化應激等與腸屏障功能障礙相關刺激。當體內促炎和抗炎分子之間失衡時，JNK 通路被激活后啟動炎癥反應和引起細胞凋亡。體內 TNF-α水平異常引起 JNK 信號通路的激活，TNF-α/JNK 通路形成連接炎癥/應激信號網絡的關鍵點，通過轉錄因子 c-Jun 在轉錄水平上對某基因的表達進行調節，其中 JNK1 是實現 TNF-α誘導 JNK 激活進而影響 c-Jun 蛋白表達所必需的[36]。
TNF-α是 IBD 發病機制中的主要炎癥細胞因子，并通過影響基因表達和杯狀細胞的功能[8]，影響黏蛋白的合成和分泌。此外有研究報道稱在應激狀態下，TNF-α降低了 zounla-ocludin，從而導致腸道緊密連接破壞，通透性增加[38]。TNF-α在維持腸道完整性和腸道炎癥方面起著重要作用[37]。根據上述推測，當體內出現炎癥時，TNF-α可能通過 JNK 信號通路降低黏蛋白（如黏蛋白 2）和腸道緊密連接相關蛋白的表達量，進而參與腸屏障功能障礙，最終導致一系列的腸源性疾病。
3 小結
腸道是體內最大的免疫器官，腸腔內寄居者大量的細菌，腸屏障的完整性和正常功能對于維持腸道內環境穩定至關重要。腸屏障中黏液屏障是第一道屏障，將腸腔內容物和細菌等抗原物質與腸上皮組織隔開，起到第一步阻礙細菌及其代謝產物等直接與上皮細胞表面接觸啟動免疫和炎癥反應；機械屏障是第二道屏障，當黏液層成分和厚度等發生變化時，其對病原菌和毒素等物質的通透性增加，它們通過黏液屏障直接接觸和刺激上皮細胞，影響細胞的正常功能和細胞間的緊密連接，破壞機械屏障進入到免疫屏障激活免疫反應。黏蛋白 2 是影響黏液屏障最主要的因素，JNK 信號通路是細胞應激通路，異常的 TNF-α刺激并激活 JNK 通路，影響杯狀細胞分泌黏蛋白以及通過降低緊密連接蛋白的表達，引起腸屏障功能障礙。臨床上許多患者，尤其是危重癥患者的不良預后與腸屏障功能障礙導致的級聯炎癥反應整密切相關，這需要大家不斷深入探索上述機制，尋求更加完善和個體化的診治方案。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。