HMOs对婴儿肠道菌群的影响，你了解多少？

母乳被誉为营养的“黄金标准”，可以促进婴幼儿的生长发育，满足婴幼儿的健康需求。 母乳中含有多种有益于人体健康的功能成分，其中人乳低聚糖（rides，HMOs）的作用非常显着。 各国学者对HMOs的研究由来已久，对HMOs的分离和检测方法的研究已经进行了近90年。 在人类进化史上，除了人体细胞和器官的进化，还有微生物菌群值得思考。 每个人都可以被认为是一个“岛屿”，由栖息着各种微生物的栖息地组成。 这数十亿个微生物主要存在于肠道中，形成了一个复杂的微生物群落，称为肠道微生物群。 肠道菌群参与影响人体健康的多种生理活动。 本文主要阐述HMOs对婴幼儿肠道菌群的影响，希望对婴幼儿配方奶粉的设计开发具有一定的实际应用价值。

1 人乳低聚糖的结构

HMOs的单体有D-葡萄糖（Glc）、D-半乳糖（Gal）、N-乙酰葡糖胺（）、L-岩藻糖（Fuc）和唾液酸[N-乙酰神经氨酸（NeuAc）]，N-羟乙酰神经氨酸是也包含在其他哺乳动物的唾液酸中。 迄今为止，至少已经确定了 120 种人乳低聚糖的结构。 根据其核心结构，HMO可分为13类。 此外，人乳根据编码岩藻糖基转移酶的II型和III型基因可分为四种类型：Se+/Le+、Se+/Le-、Se-/Le+、Se-/Le-。 所有HMOs的还原端都是乳糖，在酶的作用下通过β-1,3或β-1,6糖苷键连接N-乙酰葡糖胺残基而延伸。 如果通过 β-1,6 键连接，则 HMO 可能是支链结构。 在这种三糖的基础上，其非还原端通过β-1,3或β-1,4糖苷键与半乳糖相连，构成人乳低聚糖的核心结构。 迄今为止，已鉴定出超过 15 种双糖结构。 岩藻糖残基可通过α-1,2、α-1,3或α-1,4键与核心结构连接，唾液酸残基通过α-2,3或α-2与核心结构连接， 6个债券，构成了HMO的多样性。

2 人乳低聚糖与牛奶低聚糖的比较

不同时期HMOs的质量浓度不同，人初乳中低聚糖的质量浓度为22-24 g/L，成熟乳中低聚糖的质量浓度为10-15 g/L。 作为对比，牛初乳在分娩后立即采集，检测其中寡糖的质量浓度约为1 g/L，48小时后质量浓度迅速下降。 人乳中岩藻糖基低聚糖的质量浓度高，唾液酸化低聚糖仅占10%~15%左右。 牛奶则相反，唾液酸化低聚糖高达70%[8]。 在牛奶中，少量唾液酸化低聚糖含有HMOs中不存在的半乳糖苷乳糖，中性低聚糖的数量超过酸性低聚糖。 目前已知的低聚糖有67种，其中38种呈中性，29种呈酸性。 岩藻糖基化寡糖占 HMO 的绝大部分。 不同的是，牛奶中酸性低聚糖的含量高于中性低聚糖，而岩藻糖基化低聚糖的浓度很低。 牛初乳中含有聚-N-乙酰基乳糖胺（），和（1-4）Glc，但在人乳或人初乳中均未检出。

3 婴儿肠道菌群

宝宝身上的细菌主要有五类：放线菌门、梭杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门。 根据婴幼儿肠道菌群的组成和优势菌群的存在，婴幼儿肠道核心菌群可分为六组，第一组是链球菌、乳杆菌、双歧杆菌和芽孢杆菌； 该组是梭菌属、毛螺菌科和细菌； 第三组是巴氏杆菌； 第四组是Eich？ 志贺氏菌； 第五组是韦荣球菌； 第六组是假单胞菌。 婴儿肠道菌群从分娩到产后会发生变化：变形菌门和放线菌门两类细菌减少，厚壁菌门和拟杆菌门两类细菌增加。

3.1 婴幼儿肠道菌群来源及影响因素

微生物在出生后迅速定植于肠道，母乳驱动和调节微生物群的结构和功能。 先前的研究表明，新生儿能够在分娩过程中从母亲的阴道中获取微生物，例如乳杆菌。 剖宫产宝宝的口腔、皮肤和肠道内的细菌多为葡萄球菌、链球菌或丙酸杆菌。 但近年来的研究发现，在早期胎儿体内，细菌可能通过两种途径定植：血行途径和上行途径。 研究人员推测，血液流动可能已经将细菌从母亲的口腔传递给了胎儿。 胎儿所处的子宫环境并非无菌，近25%的早产儿是由于母亲宫内感染和潜伏微生物侵入羊膜腔所致。 在子宫内检测到的细菌是常见的阴道寄生虫，这表明子宫微生物群来自阴道感染，至少在早产期间是这样。 对于足月分娩的健康母亲来说，细菌存在于胎盘、脐带和羊水中。 这些细菌通过体内分娩定植于胎儿肠道宝宝 肠道健康，这也是影响肠道菌群早期组成的重要因素。 母亲的产后喂养方式（母乳或配方奶粉）、母亲的饮食、社会经济地位、吸烟状况、抗生素使用以及其他对微生物组和早期免疫调节有深远影响的环境因素都会影响婴儿的肠道微生物群。

3.2 人乳低聚糖对肠道菌群的影响

HMOs是一种益生元，可作为婴儿肠道有益菌的代谢底物。 有益菌包括双歧杆菌等（如.tis、subsp.），可以帮助婴儿塑造肠道菌群。 HMO 可以作为抑菌剂或杀菌剂，以及抗病毒感染。 HMOs不仅比现有药物更安全，而且具有更广泛的抗病毒保护机制，可以系统地发挥抗病毒活性。 当 HMO 被用作人类的抗病毒药物时，它们可以刺激上皮细胞的免疫反应和成熟。 HMOs用作直接抗病毒药物时，可作为病毒的可溶性受体，通过模仿病毒受体的结构，阻断其与靶细胞的粘附，预防感染[19-20]。 目前，HMOs的抗粘附性能已成为研究热点。 该团队分析了两组母亲产后六个月的 HMO，发现严重发育迟缓婴儿的母乳缺乏唾液酸化低聚糖。 为了进一步研究这种联系，研究人员用当地食物喂养小鼠作为对照组，并用牛奶低聚糖喂养小鼠作为实验组。 给接种了未成熟菌群的小鼠喂食后，发现小鼠的发育明显正常。 除了肌肉质量和骨密度指标的改善外，小鼠的大脑发育和肝脏代谢也得到了积极改善。 与此同时，该团队以猪为试验对象，得到了相同的结果。 因此，推测HMOs可以调节肠道菌群。 关于肠道微生物群与体内 HMO 消耗之间联系的研究很少。 该团队使用来自两个健康母乳喂养婴儿的粪便样本，通过 DNA 测序和质谱确定了细菌种类，确定了未被肠道细菌消耗的特定 HMO 的丰度。 他们发现，在出生几周内，肠道菌群逐渐从非 HMO 消耗菌群转变为消耗 HMO 菌群。 在此过程中，肠杆菌科和葡萄球菌科减少，拟杆菌和双歧杆菌科比例增加。 该团队研究了 HMO 和肠道菌群之间的联系。 母乳喂养婴儿和婴儿配方奶粉喂养婴儿的肠道菌群组成不同。 后者拟杆菌属、梭菌XVIII、毛螺菌属比例较高，链球菌属和肠球菌属比例较低。 双歧杆菌在两种喂养方式喂养的婴儿的肠道菌群中占主导地位。 母乳中最丰富的 HMO 是乳糖-N-四糖 + 乳糖-N-新四糖 (22.6%)，其次是 2'-岩藻糖基化乳糖 (14.5%) 和乳糖-N-岩藻五糖 I (9.5%)。

3.2.1 坏死性小肠结肠炎

尽管新生儿护理取得了很大进步，但坏死性小肠结肠炎 (NEC) 仍然是最常见和致命的肠道疾病之一。 超过四分之一的受感染婴儿死于 NEC，而存活下来的婴儿往往面临长期的神经系统并发症。 与母乳喂养的婴儿相比，喂养婴儿配方奶粉的婴儿患 NEC 的风险高 6-10 倍。 体外研究表明，HMOs 可调节婴儿免疫系统，减少肠粘膜中性粒细胞的浸润和活化。 细菌定植和过度的中性粒细胞活性是 NEC 发病机制的关键特征之一。 2012 - Krenn 的团队确定了一种特殊的 HMO：二唾液酸化乳-N-四糖 (DSLNT)，可有效预防新生大鼠的 NEC。 实验还发现，与DSLNT结构密切相关的唾液酸乳糖-N-四糖（LSTb）和缺少一两个唾液酸残基的乳糖-N-四糖（LNT）没有相同的作用，这表明DSLNT具有高结构特异性。 然而，大鼠实验具有明显的局限性，因为它不能完全代表临床结果，因此在临床试验之前必须慎重考虑从动物模型中获得的结果。 为了弥合大鼠实验和临床研究之间的差距，该团队对母亲和婴儿进行了独立的群体分析。 他们发现有一种特殊的HMOs：NEC患儿母乳中的DSLNT水平低于对照组。 母乳 DSLNT 水平可能是识别 NEC 高危儿童的有效生物标志物，补充 DSLNT 有望成为一种有效的预防方法。

DSNLT 可用作开发用于预防 NEC 的新型药物的天然模板。 并且该团队也证明了克伦团队小鼠实验的结论。 然而，需要大量的临床研究来验证 DSLNT 降低 NEC 的风险。 先前的研究表明，脂多糖传感器 Toll 样受体 (TLR4) 在 NEC 疾病的发展中具有重要作用。 Yazji 的小组假设内皮细胞中的 TLR4 信号通过血管扩张剂分子内皮一氧化氮合酶 (eNOS) 调节肠道吸收作用于 NEC。 该团队选择性地删除了小鼠内皮细胞中的TLR4，结果表明TLR4的活性是NEC发生发展的关键之一。 HMO 富含 2'-岩藻糖基化乳糖 (2'-FL)。 Good 的团队假设 2'-FL 可以通过增强肠粘膜血流来保护婴儿免受 NEC 的侵害。 进一步的实验发现，激活TLR4可以降低人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中eNOS mRNA的表达，但加入2'FL可以恢复eNOS的表达。 Good 的团队证明宝宝 肠道健康，2'-FL 可通过增加 eNOS 来恢复肠道吸收并保护小肠粘膜结构。 添加2'-FL的婴儿配方奶粉可通过eNOS调节新生儿肠粘膜血流，从而预防NEC。

3.2.2 B族链球菌

B 族链球菌 (GBS，也称为无乳链球菌) 是一种革兰氏阳性细菌病原体，是婴儿发病率和死亡率的主要原因 [34]。 妊娠期间，GBS是胎膜感染（绒毛膜羊膜炎）的重要原因，可导致羊膜腔内感染、早产、死产和新生儿败血症。 HMOs能选择性刺激肠道内有益菌（双歧杆菌和乳酸菌）的增殖，间接抑制有害菌的生长，维持肠道微生态平衡。 该团队通过咽喉和直肠拭子进行了实验样本采集。 探讨 HMO 与 0-90 日龄婴儿 GBS 定植的关系。 事实证明，在含有乳糖-N-二岩藻黄原糖或其他具有类似支化结构的 HMO 的体内条件下，可以防止 GBS 的增殖。 而乳糖-N-二岩藻黄质六糖还可以促进肠道有益菌的产生，防止新生儿感染GBS。 HMOs的组成受Lewis抗原系统的影响，实验表明Lewis阳性母亲的婴儿不太可能被GBS定植。 因此乳糖-N-二岩藻黄素六糖可作为GBS治疗的辅助药物。 其他研究人员表明，GBS 不能在体外与某些 HMO 一起培养。 某些非唾液酸化的人乳低聚糖可以抑制 GBS 的增殖。 进一步的体外研究表明，GBS 通过糖基转移酶将 HMO 与细胞膜结合，从而防止细菌增殖。 这种机制类似于抗生素。 在该团队的最新研究中，将 HMO 添加到 GBS 细胞培养液中，以观察其对 GBS 生长和生物膜形成的影响。 结果表明，GBS的生长受到HMOs不同程度的抑制。 较弱抑制组的细菌生长曲线显示，在培养基中加入HMOs后，前8小时内细菌生长明显减慢，前4小时内HMOs对细菌生长的抑制率接近23% -6个小时。 并在 7 小时时降至 14.4%。 HMOs 可以显着降低细菌生物膜/生物量比率。 HMO 影响 GBS 的生物膜，从而起到预防 GBS 的作用。 HMO 中的乳糖-N-二岩藻黄素六糖可用作治疗 GBS 的辅助药物。 Lin 的团队发现 HMO 具有不依赖宿主免疫力直接抑制 GBS 的新特性。 HMOs的不同成分通过多维色谱分离，只有特定的非唾液酸化人乳低聚糖被发现具有抑菌作用并与多种常规抗生素有协同作用。 GBS 转座子插入文库的表型筛选确定了一个 GBS 特异性基因，该基因编码一种假定的糖基转移酶，该酶赋予对 HMO 的抗性，表明 HMO 可以作为损害链球菌生长动力学的替代底物，从而破坏 GBS 组成。 这项研究揭示了 HMO 独特的抗菌作用。

3.2.3 双歧杆菌

在研究的众多微生物中，双歧杆菌可以合成 HMO。 母乳中的低聚糖可以增强婴儿肠道中双歧杆菌的优势。 该团队从婴儿肠道中筛选出长双歧杆菌亚种和双歧双歧杆菌。 通过转录组测序技术对两种细菌的​​代表性植物进行全转录组比较。 研究小组发现，虽然两种双歧杆菌都可以将HMOs作为唯一的碳源，但利用方式不同。 婴儿双歧杆菌具有基本相同的利用特定 HMO 底物的能力，而双歧双歧杆菌则更为多样化。 根据 SC555 和 ATCC

15697 的转录组显示，两种菌株共有的 HMO 在结构上与中性 HMO 相似，但后者的一些菌株不能在岩藻糖基化或唾液酸化 HMO 上生长。 该团队研究表明，在以HMOs为碳源的条件下，B..增殖迅速，细胞密度在10小时内达到最大值。 B. 在前期显示增殖，但在 15 小时后进入静止期。 反之，B.lon=。 B. 没有明显增殖。 该团队的研究表明，婴儿的肠道微生物群通常被长双歧杆菌的两个亚种定殖：双歧杆菌和长双歧杆菌。 所有 B. 菌株都可以有效地利用乳-N-四糖，并且一些菌株可以利用岩藻糖基化的人乳低聚糖。 其中，B.能在HMOs条件下生长良好，因为它含有一个新的基因簇，所以能优先利用岩藻糖基化的人乳低聚糖。 婴儿双歧杆菌可降低肠道通透性。 在人类排泄物微生物定殖的小鼠中，增加双歧杆菌的数量减少了细菌移位。 HMOs激活婴儿双歧杆菌中的多个基因，使其在肠道菌群中占据优势地位，通过加速免疫反应的成熟、抑制炎症、改善肠道通透性和增加乙酸盐的产生，从而有益于宝宝的健康。 还有充分的证据表明，许多双歧杆菌在细胞表面编码胞外多糖 (EPS)，在细胞表面具有称为菌毛的蛋白质附属物，或在细胞表面分泌丝氨酸蛋白酶抑制剂，所有这些都可能对肠道产生影响。

3.2.4 腹泻

4。结论

婴儿期是身体和智力发展的关键时期。 母乳可以满足婴儿的营养需要。 母乳作为婴儿最安全、最天然的食品，含有婴儿配方奶粉所不具备的免疫蛋白和生长因子。 由于婴幼儿配方奶粉的目的是模拟母乳，因此添加的各种成分的种类和含量应以母乳为准。 HMOs能促进双歧杆菌的增殖，并能与B族链球菌的细胞膜结合，抑制其生长，甚至间接破坏细菌的形成。 HMOs中的2'-FL增加eNOS表达，恢复肠道吸收，保护小肠粘膜结构，预防NEC。 HMO 还可以抑制病毒感染、降低腹泻率并促进免疫发育。