人乳低聚糖與嬰幼兒腸道健康研究進展

單子鴻， 王舒穎， 周瑞

母乳是維持嬰幼兒腸道健康的最佳喂養(yǎng)方式，也部分歸因于母乳中多種生物活性分子的存在。母乳除了富含蛋白質、脂肪和糖類等基本宏量營養(yǎng)物質外，還含有低聚糖、細胞因子、酶、生長因子、激素、糖蛋白、糖脂和維生素等生物活性分子[1]。這些生物活性物質在嬰幼兒腸道內菌群的定殖，以及免疫系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)及神經系統(tǒng)的發(fā)育等方面均具有重要意義[2]。其中人乳低聚糖(human milk oligosaccharides,HMOs)不僅能抵御腸道致病菌群對腸黏膜的侵襲，而且具有保持嬰幼兒腸道的微生態(tài)環(huán)境平衡的作用。對于一些常見腸道功能紊亂性疾病，如壞死性小腸結腸炎(necrotizing enterocolitis，NEC)和腹瀉等，HMOs在預防和治療方面所起到的作用也是舉足輕重的。

1 HMOs概述

人乳中包含150種結構各異且濃度較高的低聚糖，此特性使其區(qū)別于其他哺乳類動物的乳汁。HMOs是糖聚合物，含有少量(通常3～10個或更多)單糖，包括葡萄糖、半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、巖藻糖和唾液酸。值得注意的是，人體之間合成和分泌的HMOs有著明顯的差異，不同HMOs的形成取決于不同單糖的組合和數(shù)量。除了遺傳、環(huán)境因素外，個人生活方式方面，如飲食、體力活動、補充劑的使用、藥物的使用等也可能影響HMOs的組成[3-4]。另外，研究還表明，HMOs的含量在母乳分泌不同時期的水平也有差異，其濃度變化在整個泌乳過程中從初乳期的20～24 g/L逐漸下降到成熟乳期的10～15 g/L[5]。盡管如此，成熟HMOs的總濃度還是會超過人乳蛋白質的總濃度，使HMOs成為僅次于乳糖和脂質的第三大重要成分。

2 HMOs的生理作用

HMOs的生理作用主要為三大方面：一是調節(jié)嬰幼兒腸道內微生物菌群；二是抵御致病菌對腸黏膜的入侵；三是調控免疫反應。

2.1 調節(jié)嬰幼兒腸道內微生物菌群構成 益生元是一種可以通過改變胃腸道菌群的組成和活性，可以為宿主創(chuàng)造一個舒適、健康微環(huán)境的食物成分。微生物群對這些益生元的代謝方式不同，以至于產生不同的短鏈脂肪酸和乳酸鹽，從而為不同的細菌繁殖提供環(huán)境[6]。而HMOs作為人類第一益生元，既不被胃酸破壞，也不被消化酶分解，能直接到達大腸，選擇性刺激腸道內微生物群，促進雙歧桿菌和乳桿菌等益生菌繁殖的同時，也可間接抑制對人體有害菌群的生長，通過這兩方面維持腸道內微生態(tài)的平衡，從而保護嬰幼兒腸道免受致病菌侵襲[7-8]。所以，在腸道發(fā)育尚沒有完全成熟的嬰幼兒時期，母乳低聚糖對定植腸道微生態(tài)菌落的構成具有積極的調節(jié)作用。

2.2 抵御致病菌群對腸黏膜的入侵 HMOs不僅能阻礙病原微生物對腸黏膜上皮黏附作用，而且還可以與病原微生物特異性結合，減少腸道感染性疾病的發(fā)生。一些細菌或病毒可通過黏附作用在腸黏膜上皮細胞上攝取營養(yǎng)及釋放毒素，這與病原微生物中的糖基化結構如糖脂或糖蛋白結構有關。而HMOs擁有與腸黏膜上皮細胞表面多糖相似的結構，能夠競爭性占據腸黏膜上皮細胞位點，進而與病原微生物相結合，從而起到阻斷病原入侵的作用[9-10]。所以，這可能是母乳喂養(yǎng)的嬰幼兒受一些細菌、病毒等致病微生物感染的概率相比非母乳喂養(yǎng)的嬰幼兒會明顯降低的原因之一[11]。

2.3 調控免疫反應 HMOs對嬰幼兒的免疫系統(tǒng)具有調控作用。該作用是通過改變腸道微生物菌群的組成及對腸黏膜上皮的反應，間接調節(jié)機體免疫反應。體外實驗和動物模型實驗研究顯示，HMOs與胃腸道內的黏膜上皮細胞、黏膜免疫組織細胞及循環(huán)系統(tǒng)中的免疫細胞相互反應，繼而調控免疫功能[12-13]。嬰幼兒之所以對病毒存在較強的易感性是因為機體免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善。母乳低聚糖扮演受體模擬物的角色，通過結合入侵的病原，很大程度上減少嬰幼兒腸道病毒等感染的風險。HMOs既可以與致病菌結合，也能減輕由黏附侵襲性大腸桿菌、腸毒素大腸桿菌及尿道致病性大腸桿菌中的Ⅰ型菌毛感染誘發(fā)的炎癥反應。

3 防治嬰幼兒腸道疾病

NEC和嬰幼兒腹瀉等是兒科較為常見的腸道疾病。其中HMOs可通過前述的調節(jié)腸道內微生物菌群，抵御致病菌對腸黏膜的入侵及調控免疫反應等作用機制，有效降低NEC和嬰幼兒腹瀉等疾病的發(fā)病。

3.1 NEC 是一種早產兒常見的也是最嚴重的胃腸道疾病，其死亡率可高達20%～30%[14]，在有手術干預指征的病例死亡率更高。新生兒重癥監(jiān)護室收治的NEC患兒中有1%～5%會發(fā)生新生兒窒息，其中早產兒和低出生體重兒的發(fā)病率和死亡率明顯增加。NEC的病因復雜，其發(fā)病機制可能是嬰兒因對配方奶中組成成分不適、腸道生物失調和腸道黏膜免疫不成熟等所引發(fā)的胃腸道炎癥。雖然近年來新生兒診療技術上有著明顯的進步，但是NEC依然是早產兒中發(fā)病率和死亡率較高的常見腸道疾病[15]。HMOs在預防和治療NEC中具有重要意義。一項對照試驗中發(fā)現(xiàn)，相對于使用不含HMOs的配方奶喂養(yǎng)的早產兒，使用含有HMOs的配方奶喂養(yǎng)的早產兒的NEC發(fā)生率明顯下降，并且明顯縮短住院時間[16]。Austin等[17]通過構建新生大鼠NEC模型研究發(fā)現(xiàn)，接受母乳喂養(yǎng)的新生大鼠NEC生存率顯著升高，這可能與母乳HMOs中Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)和選擇素介導的炎癥通路受到二唾液酸-乳糖-N-四糖(disialyllacto-N-tetraose,DSLNT)影響相關。通過對82對母子研究表明，母乳HMOs中DSLNT的含量與母乳喂養(yǎng)新生兒患NEC的風險呈負相關[18]。在NEC小鼠模型研究中，腸內給予母乳中發(fā)現(xiàn)的2′-巖藻糖基化乳糖(2′FL)可改善腸系膜微循環(huán)，其機制可能是通過上調一種血管舒張因子——血管內皮一氧化氮合酶表達來完成的[19]。類似研究表明，2′FL和DSLNT作為母乳中保護腸道健康的成分，在預防及治療NEC中可能均起到了積極的作用。

3.2 嬰幼兒腹瀉 腹瀉病是一組由多種病原、多因素引起的以大便次數(shù)增多和大便性狀改變?yōu)樘攸c的消化道綜合征，目前仍是5歲以下兒童發(fā)病率和死亡率均較高的常見疾病。因HMOs不僅具有調節(jié)腸道微生態(tài)的作用，而且能夠抑制病原體或毒素對腸黏膜上皮細胞黏附、減輕腸道炎癥反應和調節(jié)免疫功能，故在有效減少嬰幼兒腹瀉發(fā)生上同樣至關重要。

輪狀病毒和諾如病毒也是引起嬰幼兒腸胃炎的最主要原因，一項新生豬感染輪狀病毒研究中表明，HMOs顯著增加了未感染輪狀病毒和已感染輪狀病毒新生豬腸道中γ干擾素和白細胞介素-10的表達。γ干擾素抑制輪狀病毒進入腸黏膜上皮細胞，而白細胞介素-10是一種抗炎細胞因子，可抑制主要促炎細胞因子和趨化因子的合成。在一項類似的研究中，用乳酸菌喂養(yǎng)輪狀病毒感染的新生豬，導致Th1和Th2細胞因子增加[12]。結合上述兩者研究可知，HMOs通過刺激γ干擾素、白細胞介素-10及Th1和Th2細胞因子的表達，影響宿主的免疫反應，減短腹瀉癥狀的持續(xù)時間，促進腸道健康的恢復。研究表明，在諾如病毒性腸炎發(fā)病機制中，腸道中組織血型抗原是其致病關鍵因素。諾如病毒通過與HBGAs相互作用，引起炎癥反應的發(fā)生。而HMOs可通過其獨特的HBGAs模擬結構，競爭性與病毒結合，能明顯降低諾如病毒性腸炎的發(fā)病率[20]。

2′-FL大量存在于HMOs中，它不僅具有阻止大腸桿菌所產生的毒素與腸黏膜上皮細胞結合的作用，而且能夠抑制彎曲桿菌和杯狀病毒的繁殖，減少相關感染性腹瀉的發(fā)生率[21]。艱難梭菌也是嬰幼兒腹瀉的主要病原體之一，其中毒素A是主要致病力。有研究報道，部分HMOs可與毒素A的C端氨基酸殘基特異性結合，從而達到減輕腹瀉癥狀的功效[22]。

在嬰幼兒非感染性腹瀉中，牛奶蛋白過敏是主要病因之一。研究表明，對于3個月大的嬰兒，較低的腸道微生物群落豐富度與嬰兒期食物致敏性增加相關，且腸桿菌科與擬桿菌科比值的增加均會使致敏的風險增加。當12個月大時，其腸道微生物群落的豐富度不再與食物致敏性相關[23]。當母乳中乳酰-N-巖藻五糖Ⅲ濃度低于0.06 mmol/L時，牛奶蛋白過敏發(fā)生率明顯升高。因此，可推測HMOs通過調整嬰兒腸道內微生物菌群的組成，從而降低牛奶蛋白過敏所致腹瀉的發(fā)生。

3.3 其他腸道疾病 目前關于HMOs與其他腸道疾病發(fā)生發(fā)展關系的研究報道也在逐步增加，是進一步研究的熱點之一，以期為促進嬰幼兒腸道健康提供更多更有價值的循證依據。

4 總結和展望

HMOs可通過不同機制維持嬰幼兒腸道健康，其中包括調節(jié)腸道內微生物菌群構成、抵御致病菌群對腸黏膜上皮細胞入侵及調控機體免疫反應等。對于防治NEC和嬰幼兒腹瀉，HMOs可起到有益的作用。HMOs在其他腸道功能絮亂疾病中是否具有防治作用仍未探明，有待進一步地研究探索。目前研究僅局限于少數(shù)幾種含量較多的低聚寡糖，對于母乳中其他低聚寡糖種類和功能特性尚未充分了解。在研究范圍上，對HMOs的研究主要以腸道微生態(tài)為主。而關于HMOs對腸道外功能研究相對較少。已有相關報道，HMOs在一些腸道外感染及非感染疾病的防治上也有著重要意義，如呼吸道和泌尿道感染、心血管疾病、中耳炎、菌血癥、支氣管哮喘、急性淋巴細胞性白血病、急性髓性細胞性白血病、1型糖尿病等[24]。期望隨著醫(yī)學技術的發(fā)展，更多有益于嬰幼兒健康的不僅限于腸道的HMOs功能可被探明。