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(guò)不同的糖苷鍵與乳糖進(jìn)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(jìn)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(xì)菌和原生動(dòng)物寄生蟲(chóng)感染的風(fēng)險(xiǎn)。此外，HMOs還可調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞反應(yīng)，減少粘液細(xì)胞浸潤(rùn)和激活，降低壞死性小腸結(jié)腸炎的風(fēng)險(xiǎn)，并為嬰兒提供唾液酸，使其成為腦發(fā)育和認(rèn)知的潛在必需營(yíng)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(xì)胞調(diào)控：基因表達(dá)、表面糖改變、細(xì)胞應(yīng)答改變；D.免疫調(diào)節(jié)：平衡T細(xì)胞應(yīng)答、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子產(chǎn)生；E.調(diào)節(jié)白細(xì)胞滾動(dòng)和粘附：促進(jìn)白細(xì)胞滾動(dòng)以達(dá)到炎癥部位；F.大腦發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)素：唾液酸化HMOs、發(fā)育和認(rèn)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(gè)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(yíng)養(yǎng)驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)腸道菌群微生態(tài)平衡。二是HMOs作為抗粘附性抗菌劑，對(duì)抗腸道易感染的病毒和細(xì)菌，防止嬰幼兒高風(fēng)險(xiǎn)的腸道炎等疾病的發(fā)生。

 

HMOs的功能

（1）HMOs促進(jìn)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(duì)腸道微生物組的建立至關(guān)重要，腸道微生物是一個(gè)由大量微生物組成的復(fù)雜群落，類似于人體細(xì)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(xì)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(dòng)地進(jìn)入嬰兒的結(jié)腸，刺激有益微生物如雙歧桿菌的生長(zhǎng)^[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(duì)抗腸道病毒和細(xì)菌

HMOs對(duì)腸道健康的有益表現(xiàn)同時(shí)還表現(xiàn)在抗病毒和細(xì)菌，避免高風(fēng)險(xiǎn)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(guò)向非致病性共生菌提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)來(lái)間接控制病原體，還可以通過(guò)用作抗粘附性抗菌劑來(lái)直接減少微生物感染^[6]。許多病毒、細(xì)菌或原生動(dòng)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(yán)重腹瀉的最常見(jiàn)原因之一，每年導(dǎo)致近50萬(wàn)人死亡^[7]。據(jù)報(bào)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(xì)菌性腹瀉和嬰兒死亡的最常見(jiàn)原因之一^[8-9]。一項(xiàng)前瞻性研究證實(shí)了巖藻糖基化HMO對(duì)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(xì)菌和病毒，它們也可能適用于某些原生動(dòng)物寄生蟲(chóng)，如溶組織內(nèi)阿米巴，它會(huì)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(chóng)被帶到下游，隨糞便排出，不會(huì)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(jìn)寄生蟲(chóng)附著以及腸道上皮細(xì)胞的殺死和吞噬。在與人腸上皮細(xì)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(xì)胞毒性_^[11]。

 

除了對(duì)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(jìn)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(xì)胞細(xì)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(xì)胞間相互作用，從而發(fā)揮免疫作用。

 

促進(jìn)大腦發(fā)育

嬰兒大腦的快速發(fā)育對(duì)營(yíng)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(rèn)知功能有關(guān)，有助于促進(jìn)嬰兒大腦發(fā)育。

 

市場(chǎng)與應(yīng)用

由于HMOs對(duì)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(chǎng)前景廣闊。我國(guó)目前尚未批準(zhǔn)HMO作為嬰兒配方食品的配料，HMO產(chǎn)品的主要市場(chǎng)主要集中在歐美地區(qū)和中東地區(qū)。雀巢和達(dá)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?jī)H此于歐洲，以雀巢和Abbott的產(chǎn)品為主^[12]。

 

政策法規(guī)

在中國(guó)，2017年原國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)將N-乙酰神經(jīng)氨酸批準(zhǔn)為新食品原料。國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心分別在2016年、2021年和2022年4月對(duì)2'-巖藻糖基乳糖食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑發(fā)布過(guò)征求意見(jiàn)。2022年10月，對(duì)2'-巖藻糖基乳糖和乳糖-N-新四糖兩種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑公開(kāi)征求意見(jiàn)。2023年2月10日，再次對(duì)2'-巖藻糖基乳糖生產(chǎn)菌信息公開(kāi)征求意見(jiàn)。目前，HMOs已在多個(gè)國(guó)家/地區(qū)被批準(zhǔn)使用。

 

市場(chǎng)前景

由于天然來(lái)源的HMOs成分復(fù)雜較難開(kāi)發(fā)，商業(yè)化的多種HMOs的應(yīng)用案例暫時(shí)較少，且成本較高。相比于化學(xué)、酶法合成來(lái)說(shuō)，目前有一種比較主流的合成方法——全細(xì)胞生物合成，可直接利用微生物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行HMOs的合成，不需要進(jìn)行酶的提取純化，且核苷酸供體也可由細(xì)胞代謝產(chǎn)生，大大降低了成本，具有相對(duì)成熟的規(guī)?；a(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(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化帶來(lái)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(jìn)一步挖掘功能性營(yíng)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(jìn)一步探究可能的機(jī)制，同時(shí)在專利布局上也希望建立技術(shù)壁壘，打造專利護(hù)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(tái)，開(kāi)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(kāi)發(fā)。

 

嘉必優(yōu)是國(guó)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(yíng)養(yǎng)素的高新技術(shù)企業(yè)，經(jīng)過(guò)多年積累，建成了合成生物學(xué)研究室，構(gòu)建了不同來(lái)源底盤表達(dá)體系，可進(jìn)行精準(zhǔn)基因編輯、多基因片段組裝及共表達(dá)、酵母基因組重排及菌種高通量篩選與測(cè)試，并初步搭建了生物信息學(xué)分析技術(shù)平臺(tái)。嘉必優(yōu)將利用新技術(shù)革命的機(jī)會(huì)，以合成生物學(xué)為技術(shù)底盤，瞄準(zhǔn)前沿生物科技，持續(xù)挖掘生物科技領(lǐng)域的無(wú)限可能，以生物科技賦能生命營(yíng)養(yǎng)與健康。

 

【參考文獻(xiàn)】

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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(lái)源袁麗霞《人乳低聚糖（HMOs）與嬰幼兒腸道健康》，致謝！