Gut：结肠粘液层在肠道炎症发病中发挥重要作用

炎症性肠病包括溃疡性结肠炎及克罗恩病两种类型。经典的克罗恩病在基因功能方面与NOD2蛋白及ATG16L1蛋白相关，但溃疡性结肠炎在分子发病机制方面的研究并不像克罗恩病一样清楚。目前发现溃疡性结肠炎的发病有个体倾向性，其发病与环境因素及微生物暴露情况联合作用相关。在远端结肠有大量的细菌定植。正常情况下，这些细菌并不引起炎症反应，但某些情况下，这些细菌也可引起免疫系统过度活化从而导致严重的炎症反应。

然而，这种平衡与什么因素相关仍不十分清楚。近期在小鼠溃疡性结肠炎模型中发现，小鼠结肠存在一种内粘液层，这层粘液由杯状细胞中产生，可以有效的将肠道寄生菌与肠粘膜上皮细胞分开，MUC2是一种大分子O-糖基化凝胶形成粘液，可以通过C端-二聚化或N端-三聚化形成巨大的聚合物网，从而形成肠粘膜上皮的保护层。而在该粘液层上还有许多其他的附加蛋白，发挥重要的作用。如FCGBP可以增加粘液层的稳定性并可形成交互。

这层内粘液层可能与肠道寄生菌并不对肠粘膜上皮细胞造成损伤有关。在人类中是否也有发挥同样作用的粘液层存在仍不清楚。为了进一步探讨这一问题并明确究竟是何种粘液性质可以发挥保护作用，瑞典哥德堡大学的Johansson ME及其团队在不同自发性肠炎的小鼠模型、正常人群以及溃疡性结肠炎、急性肠炎患者中进行了深入研究，发现在人类同样有着与小鼠类似的能够分隔肠道寄生菌与上皮细胞的保护性粘液层，在病理条件下，细菌可穿透该粘液层直接作用于上皮细胞引起肠粘膜损伤。这一结果发表在2013年2月的Gut上。

作者利用Muc2粘液素、Core 1 O-glycans、Tlr5、IL-10、Slc9a3表达缺失的小鼠及用葡聚糖硫酸钠处理后的溃疡性结肠炎小鼠模型中（Muc2粘液素是形成肠道粘液层的主要成分； Core 1 O-glycans为扩展粘蛋白的前体，可以合成分泌性糖蛋白，与粘液形成及内环境稳态均相关；Tlr5是Toll样受体家族成员之一，可以识别病原体并活化固有免疫及NF-κB通路，引起炎症反应；IL-10为重要的炎症相关分子，一般发挥抑制炎症、控制炎症过度进展的作用；Slc9a3主要发挥调节pH值，影响内环境稳定），分别分析不同肠道炎症小鼠模型肠粘膜中Muc2染色情况、粘液中细菌定植情况。

所有上述小鼠模型中的肠粘膜上皮细胞内均可见细菌侵袭。进一步在敲出IL-10（炎症过程被阻断）的模型中发现粘液层厚度明显超过野生型对照小鼠，但属性有所不同。所有的肠炎小鼠模型中体内实验均可发现细菌穿透粘膜层，体外实验用与细菌大小的荧光微球进行实验，发现在炎症存在的肠粘膜中，荧光微球可穿透粘膜层。在人乙状结肠活检标本中可见清晰的粘液层将细菌或荧光微球与上皮细胞分隔开来，而在存在溃疡性结肠炎或急性肠炎的患者的结肠粘膜活检标本中则可发现细菌明显穿透了粘液层。若溃疡性结肠炎患者的肠粘膜表面有与对照相似的无法穿透的粘液层，则患者的症状明显缓解。

通过上述研究表明，在正常人群中乙状结肠粘膜表面存在细菌无法穿透的粘液层。在自发性肠炎的小鼠模型以及患有溃疡性结肠炎的患者体内，结肠粘膜表面的粘液层变薄或消失，使细菌可以侵袭上皮细胞，造成损害。不同性质粘液发挥的作用不同，但粘液的属性均可调整。该项研究发现了溃疡性结肠炎一种新的病理生理学变化。

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• Nature：营养不良引发肠道炎症的分子机制

Bacteria penetrate the normally impenetrable inner colon mucus layer in both murine colitis models and patients with ulcerative colitis

Objective 

The inner mucus layer in mouse colon normally separates bacteria from the epithelium. Do humans have a similar inner mucus layer and are defects in this mucus layer a common denominator for spontaneous colitis in mice models and ulcerative colitis (UC)?

Methods and results 

The colon mucus layer from mice deficient in Muc2 mucin, Core 1 O-glycans, Tlr5, interleukin 10 (IL-10) and Slc9a3 (Nhe3) together with that from dextran sodium sulfate-treated mice was immunostained for Muc2, and bacterial localisation in the mucus was analysed. All murine colitis models revealed bacteria in contact with the epithelium. Additional analysis of the less inflamed IL-10−/− mice revealed a thicker mucus layer than wild-type, but the properties were different, as the inner mucus layer could be penetrated both by bacteria in vivo and by fluorescent beads the size of bacteria ex vivo. Clear separation between bacteria or fluorescent beads and the epithelium mediated by the inner mucus layer was also evident in normal human sigmoid colon biopsy samples. In contrast, mucus on colon biopsy specimens from patients with UC with acute inflammation was highly penetrable. Most patients with UC in remission had an impenetrable mucus layer similar to that of controls.

Conclusions 

Normal human sigmoid colon has an inner mucus layer that is impenetrable to bacteria. The colon mucus in animal models that spontaneously develop colitis and in patients with active UC allows bacteria to penetrate and reach the epithelium. Thus colon mucus properties can be modulated, and this suggests a novel model of UC pathophysiology.