母乳中的糖成分在新生儿肠道微生物结构的建立和肠道内稳态的形成中发挥了至关重要的作用。大量研究表明,除为新生儿提供生长发育所需的营养和能量外,母乳中的多种糖成分可通过抑制病原菌粘附、促进肠道益生菌的定植和生长、减轻炎症反应等过程防止肠道感染,保护新生儿健康。本文就母乳中的主要糖成分对新生儿肠道微生物的调节作用作一综述。 The glycans in human milk play a vital role in the development of neonatal gut microbiota and the establishment of intestinal stability. A large number of studies have shown that in addition to provide nutrients and energy for newborns’ growth and development, a variety of glycans in human milk can inhibit the adhesion of pathogens, promote intestinal colonization and growth of probiotics, reduce inflammation and so on. Therefore, such processes can prevent intestinal infection and protect the health of newborns. This article reviews the regulation function of major components of glycans in breast milk on neonatal gut microbiota.
胡雨奇,许尧,张利龙,刘翘楚,金祺,孙露丹,李明*
大连医科大学基础医学院微生态学教研室,辽宁 大连
收稿日期:2018年4月24日;录用日期:2018年5月10日;发布日期:2018年5月17日
母乳中的糖成分在新生儿肠道微生物结构的建立和肠道内稳态的形成中发挥了至关重要的作用。大量研究表明,除为新生儿提供生长发育所需的营养和能量外,母乳中的多种糖成分可通过抑制病原菌粘附、促进肠道益生菌的定植和生长、减轻炎症反应等过程防止肠道感染,保护新生儿健康。本文就母乳中的主要糖成分对新生儿肠道微生物的调节作用作一综述。
关键词 :母乳,新生儿,肠道微生物,低聚糖,糖蛋白
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人类肠道中含有1014个微生物,种类为500~3000种,细胞总数至少是人体细胞数量的10倍,基因组数量超过人类细胞核基因组100倍以上 [
母乳作为新生儿最早摄入的食物,主要由大量营养素(蛋白质,非蛋白含氮化合物,脂肪,乳糖)、微量营养素(维生素A,B1,B2,B6,B12,D和碘)、生物活性物质(生长因子,免疫因子)、益生菌等组成。在提供营养物质、促进机体生长和发育,防御病原菌感染、减轻炎症反应、促进婴儿免疫系统成熟等诸多方面发挥至关重要的作用 [
本文就母乳中低聚糖、葡萄糖胺聚糖、糖蛋白等主要糖成分对新生儿肠道微生物的建立、成熟和新生儿健康的影响展开综述,旨在为改善婴儿配方奶粉的成分和预防及治疗临床疾病提供理论依据。
母乳中的糖成分较为丰富,其主要成分为乳糖和低聚糖,其他类型的糖包括单糖、葡萄糖胺聚糖、糖蛋白和糖脂等 [
母乳低聚糖(Human milk oligosaccharides,HMOs)由5种单体组成: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-岩藻糖(L-fucose, Fuc)和唾液酸(sialic acid, Sia)。HMOs在核心结构的基础上可分为岩藻糖基化的中性HMOs(如2’-FL, 3FL),唾液酸化的酸性HMOs(如3SL, 6SL)和非岩藻糖基化的中性HMOs (如LNT、LNnT、LNH) [
近年来,国内外对HMOs研究较多,结合国内外文献,笔者对低聚糖的作用总结见图1。
图1. 母乳HMOs代谢转归及生物学功能 [
益生元是一种由肠道有益菌选择性代谢并可专一性改变有益菌组成和活性的不被消化的食物配料。母乳中的益生元如HMOs被称为“双歧因子”,由于其特殊的糖苷键组成,无法被消化道的胃酸和酶消化,可直达大肠被双歧杆菌、乳酸杆菌等肠道益生菌选择性利用,从而促进益生菌的增殖,影响肠道微生物的组成 [
HMOs可以阻断病原体与宿主细胞表面受体的结合,并改变外周血单核细胞、肠上皮细胞等多种细胞的免疫应答 [
N Nanda N等 [
大量研究证明,HMOs可以通过抑制肠道有害菌生长、促进有益菌相互作用的方式平衡肠道微生物,进而促进新生儿的正常发育。Lin A E等 [
葡萄糖胺聚糖 (Glycosaminoglycans, GAGs) 是一种由可变数量的重复二糖单位组成的线性杂多糖,在母乳中以蛋白聚糖的形式存在并被婴儿摄取。根据化学组成可分为四类:透明质酸(hyaluronic acid, HA)、硫酸软骨素或硫酸皮肤素(galactosaminoglycans, chondroitin and dermatan sulfate, CS and DS)、肝素或硫酸乙酰肝素(the glucosaminoglycans, heparin and heparan sulfate, hep and HS)和硫酸角质素(keratan sulfate, KS) [
母乳中GAGs的含量(416.2 mg/L)约为牛乳中的7倍(60.2 mg/L),且主要成分不同:母乳GAGs的主要成分是硫酸软骨素(占总GAGs的55%)和硫酸乙酰肝素(42%),与此相反,硫酸皮肤素占牛乳GAGs近40%,而肝素和硫酸软骨素分别约占30%和21% [
研究表明,同低聚糖作用机制类似,GAGs通过抵抗病原菌粘附以防止感染,如Coppa G V等 [
母乳中的糖蛋白主要包括乳铁蛋白(LF)、免疫球蛋白(Ig)、黏蛋白(mucin)、胆盐刺激脂酶、髓过氧化物酶、丁香脂、乳链球蛋白、黄嘌呤脱氢酶/氧化酶、酪蛋白、瘦蛋白、脂联素和α-乳清蛋白等 [
图2. 母乳GAGs代谢转归及生物学功能 [
中主要的糖蛋白可以防止微生物感染和体外过度免疫反应,这表明母乳糖蛋白是母亲保护婴儿尤其是早产儿免受病原菌感染的重要组分。
近年来科学研究表明,乳铁蛋白在防治胃肠道疾病方面具有重要意义。乳铁蛋白是来自转铁蛋白家族的糖蛋白,其在初乳中浓度 > 7.0 g/L,在成熟母乳浓度约为1~2 g/L,而牛乳铁蛋白(bLF)的浓度在牛初乳中 > 1.5 g/L,在泌乳期中降低至约20~200 mg/L;此外,母乳中乳铁蛋白饱和度(5%~8%)低于牛乳(15%~20%),而铁饱和度越低,螯合铁的能力越强,由此可见相比牛乳,母乳乳铁蛋白发挥着更强大的作用 [
乳铁蛋白具有免疫调节、促进细胞增殖、调节肠道菌群、抗微生物和抗炎等功能。Hu W [
母乳中的免疫球蛋白主要是IgA、IgG、IgM,IgG是唯一能够通过母体通过胎盘转移到胎儿体内的免疫球蛋白,而IgA,IgM只能从初乳中摄入。免疫球蛋白对新生儿抗菌、抗病毒、抗毒素具有重要意义,在抗感染免疫中发挥重要作用。
近年来,国内外对母乳中糖蛋白的研究以SIgA为主。母乳中的SIgA可以通过调节肠道共生细菌的组成和活性,促进健康菌群的发展:如Stefano L M等 [
黏蛋白是细胞外基质的主要成分,其作用包括防止上皮细胞被病原体感染,调节细胞信号传导和转录等 [
除上述作用外,Karav S等 [
乳糖是人乳中最主要的碳水化合物,可以被β-半乳糖苷酶水解为单糖、半乳糖和葡萄糖,主要为婴儿提供能量,有关其对肠道菌群的调节作用鲜见报道。Okada K等人通过实验发现,喂养早产大鼠过量母乳后,大鼠体内炎症因子表达显著增加、肠道炎症甚至坏死性小肠结肠炎的发病率升高,而乳糖作为一种渗透压调节剂,其浓度可反映母乳的分泌量,因此当喂养早产婴儿时,母乳中的乳糖水平需受到密切关注 [
目前针对母乳糖脂的研究证实,神经节苷脂可以与志贺毒素等细菌毒素结合 [
近年来,围绕母婴微生态展开的研究无疑是各国科学家关注的热点。随着以PCR-DGGE、高通量测序技术为代表的分子生物学技术的普及,母乳中糖成分对新生儿肠道微生物的影响逐渐为世人所知:一方面,母乳中的糖成分直接作用于新生儿肠道菌群,通过益生作用促进有益菌的定植和成熟,通过抑制病原菌粘附阻止有害菌的定植,降低感染、炎症等发生的可能;另一方面,肠道菌群及其分泌的酶类物质可以分解代谢母乳中的糖成分产生小分子有机酸,发挥参与肠道形成、抑制炎症反应、促进肠黏膜稳态平衡等作用。由此可见,新生儿肠道微生物在母乳影响新生儿健康中起到了不可替代的桥梁作用。因此,提倡母乳喂养、改善配方奶粉的成分及含量,甚至通过母乳成分预测、预防、治疗某些临床疾病应是母婴微生态研究的目标。目前,对母乳低聚糖的研究深入而广泛并取得显著成果,但针对母乳中葡萄糖胺聚糖、糖蛋白等成分对新生儿肠道微生物的调节作用研究甚少,有待于进一步探索,我们的研究将围绕这一方向展开。
胡雨奇,许尧,张利龙,刘翘楚,金 祺,孙露丹,李 明. 母乳糖成分对新生儿肠道微生物的调节作用研究 Review on the Regulation Function of Human Milk Glycans on Neonatal Gut Microbiota[J]. 食品与营养科学, 2018, 07(02): 81-90. https://doi.org/10.12677/HJFNS.2018.72010