乳低聚糖（human milk oligosaccharides，HMOs）由5種基本的單糖按照不同比例結(jié)合成的結(jié)構(gòu)多樣的低聚糖，這5種單糖分別是D-葡萄糖（D-glucose，Glc）、D-半乳糖（D-galactose，Gal）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-acetylglucosamine，GlcNAc）、L-巖藻糖（L-fucose，F(xiàn)uc）和唾液酸（sialic acid，Sia），所有的這些單糖通過不同的糖苷鍵與乳糖進行連接，從而形成HMOs的不同結(jié)構(gòu)，其中N-乙酰神經(jīng)氨酸（Neu5Ac）是唾液酸最主要的存在形式。HMOs可分為中性母乳寡糖和酸性母乳寡糖，中性母乳寡糖是包含巖藻糖基的低聚糖，酸性母乳寡糖是包含唾液酸及其硫酸鹽結(jié)構(gòu)的低聚糖，母乳低聚糖是眾多低聚糖的復(fù)雜混合物，目前已經(jīng)證明人乳中有200多種低聚糖，牛乳中有50多種低聚糖。牛乳與人乳內(nèi)低聚糖的含量相差很大：人初乳中HMO含量為22-23 g／L，成熟乳中為12-13 g／L，而牛乳中只有微量的BMO。

HMOs是人類母乳中的第三大固體組分，僅次于乳糖和脂肪，具有維持腸道微生態(tài)平衡、抑制腸道病原微生物感染、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、促進嬰幼兒大腦發(fā)育等多種重要的生理作用。大量研究表明，HMOs是抗粘連抗菌素，可作為誘餌受體，防止病原體附著在嬰兒粘膜表面，降低病毒、細菌和原生動物寄生蟲感染的風(fēng)險。此外，HMOs還可調(diào)節(jié)上皮細胞和免疫細胞反應(yīng)，減少粘液細胞浸潤和激活，降低壞死性小腸結(jié)腸炎的風(fēng)險，并為嬰兒提供唾液酸，使其成為腦發(fā)育和認知的潛在必需營養(yǎng)素。

A.益生元作用：促益抑害；B.抗粘附抗菌作用：誘餌；C.小腸上皮細胞調(diào)控：基因表達、表面糖改變、細胞應(yīng)答改變；D.免疫調(diào)節(jié)：平衡T細胞應(yīng)答、調(diào)節(jié)細胞因子產(chǎn)生；E.調(diào)節(jié)白細胞滾動和粘附：促進白細胞滾動以達到炎癥部位；F.大腦發(fā)育的營養(yǎng)素：唾液酸化HMOs、發(fā)育和認知；

 

HMOs是眾多低聚糖的復(fù)雜混合物，具有多種結(jié)構(gòu)和功能，其中HMOs作為益生元在嬰兒腸道健康方面發(fā)揮著積極作用。HMOs與腸道健康相關(guān)的兩個重要的生物學(xué)功能，一是HMOs作為雙歧桿菌因子，為腸道微生物菌群提供營養(yǎng)驅(qū)動力，促進腸道菌群微生態(tài)平衡。二是HMOs作為抗粘附性抗菌劑，對抗腸道易感染的病毒和細菌，防止嬰幼兒高風(fēng)險的腸道炎等疾病的發(fā)生。

 

HMOs的功能

（1）HMOs促進腸道菌群微生態(tài)平衡

HMOs是母乳中富含的復(fù)合碳水化合物，但這些分子不能為嬰兒提供能量。相反，這些低聚糖是指導(dǎo)和支持在嬰兒體內(nèi)保障健康的腸道微生物的關(guān)鍵，這些腸道微生物主要是有益的腸道微生物，如雙歧桿菌。嬰兒出生的第一年，對腸道微生物組的建立至關(guān)重要，腸道微生物是一個由大量微生物組成的復(fù)雜群落，類似于人體細胞的數(shù)量 ^[1]。

 

母乳支持健康嬰兒腸道微生物群，通常由雙歧桿菌占主導(dǎo)地位。這些細菌可以代表總微生物群的90%^[2]。這種影響的部分原因是母乳中含有大量的HMOs。這些分子原封不動地進入嬰兒的結(jié)腸，刺激有益微生物如雙歧桿菌的生長^[3]。雙歧桿菌的基因組中含有大量利用碳水化合物的基因^[4]。一些雙歧桿菌已被證明能夠利用HMOs^[5]。

 

（2）HMOs對抗腸道病毒和細菌

HMOs對腸道健康的有益表現(xiàn)同時還表現(xiàn)在抗病毒和細菌，避免高風(fēng)險腹瀉等疾病的發(fā)生，從而保障腸道健康和嬰幼兒健康。HMOs可以通過向非致病性共生菌提供競爭優(yōu)勢來間接控制病原體，還可以通過用作抗粘附性抗菌劑來直接減少微生物感染^[6]。許多病毒、細菌或原生動物病原體需要附著在粘膜表面，以定居或侵入宿主并引起疾病。諾如病毒或輪狀病毒是嬰幼兒嚴重腹瀉的最常見原因之一，每年導(dǎo)致近50萬人死亡^[7]。據(jù)報道，作為抗粘連抗菌劑的HMO還可用于空腸彎曲桿菌感染，空腸彎曲桿菌感染是細菌性腹瀉和嬰兒死亡的最常見原因之一^[8-9]。一項前瞻性研究證實了巖藻糖基化HMO對減少空腸彎曲菌相關(guān)性腹瀉發(fā)病率的有益作用。

 

HMOs抗粘連抗菌效果可能不限于細菌和病毒，它們也可能適用于某些原生動物寄生蟲，如溶組織內(nèi)阿米巴，它會引起阿米巴痢疾或阿米巴肝膿腫^[10]。溶組織內(nèi)阿米巴的定殖和侵入需要附著在宿主的結(jié)腸粘膜上。不能附著的寄生蟲被帶到下游，隨糞便排出，不會引起疾病。溶組織大腸桿菌的主要毒力因子之一是半乳糖凝集素/半乳糖凝集素，它促進寄生蟲附著以及腸道上皮細胞的殺死和吞噬。在與人腸上皮細胞系的共培養(yǎng)中，一些HMOs顯著降低了溶組織大腸桿菌的附著和細胞毒性_^[11]。

 

除了對腸道健康的有效調(diào)節(jié)，另外還有研究發(fā)現(xiàn)HMOs還具有免疫調(diào)節(jié)、促進大腦發(fā)育等功效：

 

免疫調(diào)節(jié)作用

HMOs可以調(diào)節(jié)淋巴細胞細胞因子的產(chǎn)生，還可以減少免疫系統(tǒng)中選擇素介導(dǎo)的細胞間相互作用，從而發(fā)揮免疫作用。

 

促進大腦發(fā)育

嬰兒大腦的快速發(fā)育對營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)提出了極高的要求，含唾液酸基的神經(jīng)節(jié)苷脂和含多聚唾液酸基的糖蛋白是大腦組織的重要成分，因而唾液酸基化的HMOs與神經(jīng)發(fā)育及認知功能有關(guān)，有助于促進嬰兒大腦發(fā)育。

 

市場與應(yīng)用

由于HMOs對嬰兒的多種功效，目前全球已有多家企業(yè)在嬰幼兒配方奶粉產(chǎn)品中添加HMOs，市場前景廣闊。我國目前尚未批準HMO作為嬰兒配方食品的配料，HMO產(chǎn)品的主要市場主要集中在歐美地區(qū)和中東地區(qū)。雀巢和達能較早在歐洲地區(qū)推出了較高含量的2'-FL產(chǎn)品，但是與母乳中2'-FL的平均含量水平相比仍存在一定的差距。中東地區(qū)HMOs產(chǎn)品的數(shù)量僅此于歐洲，以雀巢和Abbott的產(chǎn)品為主^[12]。

 

政策法規(guī)

在中國，2017年原國家衛(wèi)生和計劃生育委員會將N-乙酰神經(jīng)氨酸批準為新食品原料。國家食品安全風(fēng)險評估中心分別在2016年、2021年和2022年4月對2'-巖藻糖基乳糖食品營養(yǎng)強化劑發(fā)布過征求意見。2022年10月，對2'-巖藻糖基乳糖和乳糖-N-新四糖兩種營養(yǎng)強化劑公開征求意見。2023年2月10日，再次對2'-巖藻糖基乳糖生產(chǎn)菌信息公開征求意見。目前，HMOs已在多個國家/地區(qū)被批準使用。

 

市場前景

由于天然來源的HMOs成分復(fù)雜較難開發(fā)，商業(yè)化的多種HMOs的應(yīng)用案例暫時較少，且成本較高。相比于化學(xué)、酶法合成來說，目前有一種比較主流的合成方法——全細胞生物合成，可直接利用微生物細胞內(nèi)產(chǎn)生的糖基轉(zhuǎn)移酶進行HMOs的合成，不需要進行酶的提取純化，且核苷酸供體也可由細胞代謝產(chǎn)生，大大降低了成本，具有相對成熟的規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)與工藝，這種合成生物學(xué)方法為HMOs的商業(yè)化開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化帶來了曙光。

 

為了更好的服務(wù)嬰幼兒配方奶粉企業(yè)，深耕并進一步挖掘功能性營養(yǎng)物質(zhì)的潛力，嘉必優(yōu)公司已經(jīng)著手布局HMOs產(chǎn)品的功效研究并進一步探究可能的機制，同時在專利布局上也希望建立技術(shù)壁壘，打造專利護城河。截至目前，嘉必優(yōu)基于已有的合成生物學(xué)技術(shù)平臺，開展了2'-巖藻糖基乳糖（2'-FL）、3'-唾液酸乳糖（3'-SL）、6'-唾液酸乳糖（6'-SL）、乳糖-N-新四糖（LNnT）等高附加值的戰(zhàn)略性產(chǎn)品的開發(fā)。

 

嘉必優(yōu)是國內(nèi)最早從事以微生物合成法生產(chǎn)多不飽和脂肪酸及脂溶性營養(yǎng)素的高新技術(shù)企業(yè)，經(jīng)過多年積累，建成了合成生物學(xué)研究室，構(gòu)建了不同來源底盤表達體系，可進行精準基因編輯、多基因片段組裝及共表達、酵母基因組重排及菌種高通量篩選與測試，并初步搭建了生物信息學(xué)分析技術(shù)平臺。嘉必優(yōu)將利用新技術(shù)革命的機會，以合成生物學(xué)為技術(shù)底盤，瞄準前沿生物科技，持續(xù)挖掘生物科技領(lǐng)域的無限可能，以生物科技賦能生命營養(yǎng)與健康。

 

【參考文獻】

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[12]《母乳低聚糖：功能、法規(guī)管理及應(yīng)用前景》

 

 ——部分內(nèi)容來源袁麗霞《人乳低聚糖（HMOs）與嬰幼兒腸道健康》，致謝！