《食品科学》：母乳低聚糖与婴儿肠道菌群相关性研究进展
肠道菌群是影响人体多种生理功能的重要因素，自生命早期建立后能够影响宿主的整个生命周期。出生后，婴儿肠道经历了复杂的微生物定植过程。已有研究表明喂养方式是调节胃肠道微生物群组成和代谢功能的关键因素。母乳喂养的婴儿在其生命的第一周中拥有更稳定的微生物群落（双歧杆菌为优势菌群），这对维持新生儿的健康起重要作用。
母乳是婴儿营养的“黄金标准”，也是生长期婴儿的最佳营养来源。母乳是一种由数百到数千种不同的生物活性成分组成的复杂生物流体，适合于婴儿未成熟的消化系统和免疫系统，其中最丰富的物质之一是被称为母乳低聚糖（HMOs）的非共轭复合碳水化合物。河北科技大学食品与生物学院的袁慧芝、王世杰*等人综述了HMOs的组成、结构以及在母乳中的含量，重点阐述了HMOs及其代谢产物与婴儿肠道微生物群间的关系，最后探讨了HMOs配方奶粉喂养对婴儿肠道菌群产生的有益作用，为推进HMOs在婴幼儿配方食品中的应用提供理论支持。
01
HMOs的组成、结构和含量
单糖组成
HMOs是母乳中天然存在的聚合度不高于3的低聚糖的统称。它在乳糖分子的基础上终端位置由5 种单体进行修饰，这5 种单体分别为葡萄糖（glucose，Glc）、半乳糖（galactose，Gal）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetylglucosamine，GlcNAc）、岩藻糖（fucose，Fuc）和N-乙酰神经氨酸（也称唾液酸，N-acetylneuraminic acid，Neu5Ac）。
主要成分结构及含量
目前，已在母乳中鉴定和表征了200多种不同的HMOs成分。几乎所有的HMOs在还原端都具有乳糖单元，处于还原端的乳糖核心（Gal-β-1,4-Glc）通过β-1,3-糖苷键连接半乳糖β-1,3-N-乙酰氨基葡萄糖（Gal-β-1,3-GlcNAc）或β-1,6-糖苷键连接N-乙酰基乳糖（Gal-β-1,4-GlcNAc）向外延伸，并且可以用岩藻糖或唾液酸进一步修饰这些核心HMOs结构，最终形成细长的线性结构或支链寡糖。表2列举了分泌型母亲的乳汁中HMOs主要成分的结构及含量。总体而言，分泌型母亲的总HMOs浓度（（15.91±2.80）µmol/mL）高于非分泌型母亲（（8.94±1.51）µmol/mL）），并且据统计大约79%的母亲为分泌型母亲。
02
HMOs与婴儿肠道微生物的关系
HMOs对婴儿肠道微生物组成的影响
HMOs在形成和维持健康的婴儿肠道菌群方面发挥着关键作用。婴儿的肠道微生物群组成与所代谢的HMOs有关，由于HMOs对上消化道的低胃液pH值和酶具有抵抗力，在婴儿胃肠道的上部不能被消化，因此大多数HMOs到达结肠，在结肠中它们作为特定微生物的底物（即充当益生元）影响胃肠道微生物群的组成和活性。然而并非所有的HMOs都会导致胃肠道微生物群的组成和活性发生相同的变化，并对宿主的健康产生相同的影响。益生元效应可能是结构特异性的，因此有必要了解母乳中特定的HMOs结构与婴儿肠道微生物群组成之间的对应关系。
婴儿肠道微生物对HMOs的利用
01.
利用方式：
婴儿肠道相关双歧杆菌属（Bifidobacterium）已经进化出两种利用HMOs的方式（细胞内和细胞外消化）。两歧双歧杆菌（B. bifidum）和LnbX（一种重要的HMOs降解酶）阳性的长双歧杆菌分泌细胞外糖苷酶降解细胞外HMOs，随后释放的单糖或二糖被导入到细胞中进一步降解。相反，短双歧杆菌（B. breve）、婴儿双歧杆菌（B. infantis）和LnbX阴性的长双歧杆菌则通过特定的转运体直接将完整的HMOs转移到细胞内进行降解。
02.
利用能力：
新生儿肠道微生物在利用HMOs的能力上存在差异。到目前为止，在婴儿肠道菌群中发现的两大共生菌群，即双歧杆菌属和拟杆菌属，被认为是HMOs的有效降解者。双歧杆菌对HMOs的利用具有物种特异性差异。婴儿双歧杆菌具有很强的降解HMOs能力。虽然两歧双歧杆菌利用HMOs的能力不如婴儿双歧杆菌，但其仍可以将HMOs降解为单糖。拟杆菌对复合多糖（膳食多糖如木聚糖、果聚糖或宿主衍生的聚糖）有着广泛的偏好，有效地消耗大范围的HMOs。而新生儿肠道微生物群的其他菌属，包括梭菌、肠球菌、大肠杆菌、葡萄球菌和链球菌自身不会降解HMOs，但它们可能利用其他肠道细菌（如双歧杆菌和拟杆菌）产生的部分分解产物或发酵终产物。
03.
产生的代谢产物：
益生元促进健康的一种机制是通过益生元化合物的发酵来促进代谢产物的产生，结肠微生物群发酵HMOs可产生有益的代谢产物，如SCFA。可以产生SCFA的肠道细菌有拟杆菌、双歧杆菌、乳杆菌等。SCFA在肠道细菌群落与宿主之间的交流中起着关键作用，对新生儿的肠道健康至关重要。尽管SCFA的主要作用是作为肠上皮细胞的能量来源，维持胃肠道的生长发育，但越来越多的研究表明，SCFA具有更广泛的系统效应，因为它们能够充当信号分子参与基因表达的调控。SCFA可以通过激活肠道中的游离脂肪酸受体和增加肠内循环性厌食激素来抑制食欲，此外SCFA在免疫细胞的活化和分化中也起着重要作用。发酵的主要产物是乙酸，它会降低肠道内的pH值，具有抑菌作用，能够抑制病原菌的生长。除乙酸外，发酵产物还包括丁酸和丙酸，丁酸和丙酸对肠道健康都很重要，因为它们可以与宿主上皮细胞相互作用，刺激黏蛋白释放，增加黏膜血流量，调节免疫系统。乳酸和琥珀酸是SCFA生产过程中的中间代谢产物，但研究较少。
03
HMOs配方奶粉对婴儿肠道微生物群的影响
婴儿配方奶粉通常通过增加仅在母乳中发现的成分含量来更好地模拟母乳的复杂性。目前婴儿配方奶粉主要还是包含牛乳成分，缺少人体母乳中发现的关键生物活性成分（如HMOs），因此配方奶粉喂养和母乳喂养婴儿的肠道微生物群存在很大不同。已有研究表明配方奶粉可能会导致婴儿的肠道微生物组分缺乏双歧杆菌，从而影响婴儿的免疫发育，而HMOs可以通过促进双歧杆菌的定植，有益于配方奶粉喂养婴儿肠道微生物群的建立。
结 语
母乳喂养对婴儿胃肠道微生物群的选择性定植和成熟（随着婴儿的成长，微生物系统发育的多样性逐渐增加，经过大约2.5 年的发育接近成人微生物系统，表明达到成熟）至关重要。母乳不仅为微生物在母亲和婴儿之间的转移提供了重要的媒介，而且还含有高浓度的低聚糖，进一步促进了微生物的定植。对于不能母乳喂养的新生儿而言，喂养添加HMOs的婴儿配方奶粉是一个更好的选择。HMOs代表了新生儿营养学的下一个前沿领域，如今商业化生产的HMOs越来越多，HMOs的有益特性使其具有潜力成为改善婴儿肠道微生物群生态失调的功能性成分。此前国外已有商品化的添加2’-FL和LNnT的婴幼儿配方奶粉，近期欧盟委员会又批准了LNT在婴幼儿配方奶粉中的应用，但我国法规尚未允许HMOs在婴幼儿配方奶粉中使用。
虽然HMOs的有益作用已得到广泛证明，但是关于HMOs合成、代谢和功能的许多问题仍未得到解答，HMOs调节整个肠道微生物群的机制尚待研究。另外，HMOs与母乳中其他生物活性成分（如细胞因子、免疫球蛋白和抗菌肽）之间复杂的相互作用及其对婴儿肠道微生物群的影响也有待阐明。未来的研究应着眼于母婴配对、大样本和纵向样本收集，样本尽可能包括多样化的人群，以进一步阐明HMOs对婴儿肠道健康所发挥的作用。要了解HMOs作为改变后代早期肠道微生物群的潜力，首先要明确在肠道环境中，什么是预防疾病的有益微生物群；其次还要确定HMOs中的哪些成分是促进建立这种有益微生物群所必需的。
本文《母乳低聚糖与婴儿肠道菌群相关性研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷13期319-325页，作者：袁慧芝，荀一萍，蒲晓璐，朱宏，王世杰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200605-072。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
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