母豬乳寡糖的生理功能研究

陽(yáng)田恬 呂宏偉 賀喜 范志勇 宋澤和

摘 ?要：乳寡糖（Milk Oligosaccharides，MOs）是一類存在于母乳中的天然益生元，在母乳中為僅次于脂肪和乳糖的第三大固有成分。MOs本質(zhì)為一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜的糖分子，豬乳寡糖（Porcine Milk Oligosaccharides，PMOs）主要分為巖藻糖MOs（fucosylated-MOs，fuc-MOs）、中性MOs（neutral-MOs，neu-MOs）和唾液酸化MOs（sialylated-MOs，sia-MOs）。MOs不僅可被動(dòng)物腸道消化吸收，還可作為底物被腸道微生物利用。PMOs具有調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和抵抗有害微生物黏附的能力，因而在仔豬腸道菌群塑造和免疫構(gòu)建過程中發(fā)揮著重要功能。本文闡述了PMOs的組成成分、MOs的生理功能及其代謝，旨在為PMOs應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：乳寡糖;生理功能;代謝;豬乳寡糖

中圖分類號(hào)：S816.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2019）08-0021-03

腸道是動(dòng)物體中最大的免疫器官，而幼齡時(shí)期是動(dòng)物體免疫系統(tǒng)激活的重要階段，此階段腸道菌群的塑造和免疫應(yīng)答過程對(duì)動(dòng)物后續(xù)生命階段的生長(zhǎng)發(fā)育和抗病能力具有持久影響[1]。仔豬在斷奶前后，由于自身腸道功能和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，易受到外源因素（如環(huán)境、飲水和食物等）影響而發(fā)生腹瀉，嚴(yán)重影響其生長(zhǎng)速度和養(yǎng)殖效益[2]。同時(shí)，仔豬腸道健康依賴于有益菌在腸道定植過程中處于優(yōu)勢(shì)地位，使用抗菌物質(zhì)抑制腸道中的細(xì)菌數(shù)量并不能長(zhǎng)期有效地對(duì)仔豬抗病能力產(chǎn)生有益的影響。此外，外源添加劑的使用對(duì)幼齡仔豬腸道具有未知風(fēng)險(xiǎn)，如過敏反應(yīng)和黏膜損傷等。

母乳不僅為幼齡仔豬生長(zhǎng)發(fā)育提供能量、蛋白和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素，而且還含有多種細(xì)胞因子、免疫球蛋白及母乳干細(xì)胞等免疫活性物質(zhì)。與外源添加劑相比，母乳本身即為新生仔豬構(gòu)建免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，具有低風(fēng)險(xiǎn)和高利用率等優(yōu)勢(shì)。乳寡糖（Milk Oligosaccharides，MOs）是一種天然的益生元，是乳汁中低于脂肪和乳糖的第三大固有成分[3]，對(duì)仔豬腸道菌群塑造和免疫系統(tǒng)的構(gòu)建過程具有積極的影響。目前，人類食品領(lǐng)域?qū)τ谌巳楣烟牵℉uman Milk Oligosaccharides，HMOs）的研究已進(jìn)入應(yīng)用階段，但對(duì)豬乳寡糖（Porcine Milk Oligosaccharides，PMOs）的研究仍相對(duì)滯后，需要引起廣大研究者的關(guān)注。

1 ?PMOs簡(jiǎn)介

PMOs在乳腺上皮細(xì)胞中的高爾基體合成，通常由3～10個(gè)單糖組成，其基本單體有己糖（Hexose，Hex）、N-乙酰己糖胺（N-acetylhexososamine，HexNAc）、L-巖藻糖（L-Fucose，F(xiàn)uc）、N-?；窠?jīng)氨酸（N-acetylneuraminic Acid，NeuNAc）和N-羥乙酰神經(jīng)氨酸（N-glycolylneuraminic Acid，Neu5Gc），經(jīng)檢測(cè)，其種類在30～60種之間[4-7]。PMOs主要分為巖藻糖MOs（fucosylated-MOs，fuc-MOs）、中性MOs（neutral-MOs，neu-MOs）和唾液酸化MOs（sialylated-MOs，sia-MOs）。在整個(gè)泌乳期，中性MOs的含量高于酸性MOs，初乳PMOs的種類和含量最高，而常乳PMOs的種類和含量減少，其中游離唾液酸的濃度降低，結(jié)合和總唾液酸的濃度增加[7]。

由于不同物種的胃腸道系統(tǒng)不同，寡糖種類和比例各有差異。表1顯示已鑒定的PMOs共有94種[7]，唾液酸化結(jié)構(gòu)的數(shù)量占豬乳總數(shù)量的16%～80%，占人乳總數(shù)量的10%～30%。PMOs是高度唾液酸化的，HMOs是高度巖藻糖化的，牛乳寡糖（Bovine Milk Oligosaccharides，BMOs）是高度唾液酸化和低巖藻糖化的[8]。初乳中HMOs的含量為22 g/L～23 g/L，常乳中的為12 g/L～13 g/L;BMOs含量極低，比人乳濃度低20～100倍，在初乳中約為1 g/L，在常乳中約為0.5 g/L[7，9]。豬乳和人乳存在25種共同的MOs結(jié)構(gòu)，而牛乳和人乳僅存在15種共有結(jié)構(gòu)。

2 ?MOs的代謝

MOs主要在腸道中被消化吸收，經(jīng)腸道吸收到血液中，在血液中以游離和化合物形式存在，然后通過血液轉(zhuǎn)運(yùn)參與體循環(huán)，小部分通過血腦屏障進(jìn)入大腦，促進(jìn)大腦發(fā)育[10]，未消化部分主要到達(dá)結(jié)腸[11]，但其在結(jié)腸中的降解產(chǎn)物尚不清楚，最終以糞便或尿液形式排出體外[12-13]。Jantscher-Krenn等[14]證明，大鼠攝入MOs后，在到達(dá)結(jié)腸之前，其在小腸段的相對(duì)豐度顯著變化。表明腸道選擇性吸收MOs。HMOs在糞便中的主要核心結(jié)構(gòu)是乳酰-N-四糖（Lacto-N-tetraose，LNT），排泄的變化遠(yuǎn)高于尿液;而在尿液中，大約15%的HMOs以10 mg/d～ ?100 mg/d LNT或10 mg/d～100 mg/d 乳酰-N-巖藻五糖（Lacto-N-fucopentaose II，LNFP II） ? 排出[15]。

MOs的降解程度會(huì)受到胃腸道微生物的組成和活動(dòng)的影響。Underwood等[16]研究表明早產(chǎn)兒對(duì)HMOs的吸收和排泄會(huì)對(duì)腸道微生物群造成影響，fuc-HMOs和sia-HMOs的百分比在個(gè)體之間高度可變，尿液和糞便中HMOs組成存在差異，這與糞便變形菌和厚壁菌門的改變有關(guān)。Dotz等[17]在嬰兒糞便和尿液中發(fā)現(xiàn)了其母乳中不存在的Se-特異性HMOs和Le-特異性HMOs。Rudloff等[18]在早產(chǎn)仔豬配方中分別添加5 d和11 d的HMOs，結(jié)腸中微生物群組成和內(nèi)容物均出現(xiàn)差異，從第5天高水平的厚壁菌門（以梭菌為主）變?yōu)榈?1天由螺桿菌和彎曲桿菌主導(dǎo)的高水平的變形菌。

3 ?MOs的生理功能

3.1 ?改善腸道微生態(tài)

MOs能夠調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群，通過為腸道提供利于有益菌（雙歧桿菌和乳桿菌）生長(zhǎng)的環(huán)境，促進(jìn)它們的增殖，而有益菌進(jìn)一步發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸，包括乳酸、短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs）、丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽，降低腸道中內(nèi)容物的pH，從而抑制有害菌的生長(zhǎng)[19-20]。其中，SCFAs還可以在促進(jìn)分化的同時(shí)抑制增殖以及緊密連接的發(fā)育，改善腸屏障功能。乳酸菌和雙歧桿菌在人體腸道內(nèi)消耗和降解HMOs，MOs尤其是sia-MOs可作為益生元，供給乳酸菌和雙歧桿菌碳源，并促使它們快速增殖[21-22]。Marcobal等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在嬰兒雙歧桿菌和擬桿菌共同接種的情況下，HMOs中的一種成分乳糖基-N-新四糖（Lacto-N-neotetraose，LNnT）為嬰兒雙歧桿菌提供了顯著的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，并使其相對(duì)豐度由2%左右增加至40%以上。乳酸菌和雙歧桿菌在機(jī)體腸道內(nèi)定植，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，具有一定的免疫調(diào)節(jié)功效[24]。Kavanaugh等[25]證明，HMOs能促進(jìn)長(zhǎng)雙歧桿菌嬰兒亞種ATCC 15697對(duì)HT-29和Caco-2人腸道細(xì)胞的黏附能力。Difilippo等[26]研究表明，仔豬微生物菌群首先利用小分子的PMOs，如neu-PMOs和sia-PMOs，然后利用大分子的neu-PMOs。

3.2 調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答

MOs可通過直接或間接作用影響免疫系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。一方面，MOs調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞因子和趨化因子的水平，通過刺激腸道成熟[27-28]、預(yù)防過敏反應(yīng)[29]和調(diào)節(jié)炎癥標(biāo)志物的細(xì)胞表達(dá)水平[30-31]三條途徑來調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答。中性HMOs被轉(zhuǎn)運(yùn)到腸上皮細(xì)胞中，并通過受體介導(dǎo)的胞吞作用穿過上皮單層細(xì)胞，減弱炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵步驟，預(yù)防、阻止以及逆轉(zhuǎn)炎癥的發(fā)生，這可部分歸因于HMOs能淬滅黏膜的過度炎癥反應(yīng)。另一方面，MOs通過介導(dǎo)宿主腸道微生物群組成，可間接影響其免疫系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)HMOs能夠調(diào)節(jié)仔豬黏膜免疫、結(jié)腸微生物組成以及降低輪狀病毒誘導(dǎo)仔豬腹瀉的持續(xù)時(shí)間[32]，新生仔豬對(duì)唾液乳糖具有良好的耐受性，其對(duì)腸道發(fā)育無不利影響[33]。MOs還可與參與病原體識(shí)別的受體結(jié)合，即Toll樣受體（Toll-Like Receptors，TLR）、樹突狀細(xì)胞特異性ICAM3-捕獲非整合素（Dendritic Cell-Specific ICAM3-Grabbing Non-integrin，DC-SIGN）、唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素（Siglecs）、半乳凝素和選擇素，增加它們的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)表達(dá)，影響免疫穩(wěn)態(tài)[34]。

此外，研究表明，MOs可有效預(yù)防壞死性小腸結(jié)腸炎（Necrotising Enterocolitis，NEC），且可能具有高度的結(jié)構(gòu)特異性，但目前機(jī)制尚不明確。Jantscher-Krenn等[35]用患有新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎的小鼠進(jìn)行試驗(yàn)，在處理組中加入HMOs，96 h后大鼠的存活率從73.1%提升至95.0%。HMOs的特殊成分雙唾液酸-N-四糖（Disialyllacto-N-Tetraose，DSLNT）可用于預(yù)防或治療配方奶喂養(yǎng)嬰兒造成的新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎[36]。Good等[37]研究表明，HMOs中的2FL通過增加血管擴(kuò)張分子內(nèi)皮型一氧化氮合酶表達(dá)維持腸系膜灌注來預(yù)防新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎。

3.3 抗有害微生物的黏附與侵襲

在某些情況下，疾病是由于細(xì)菌[38]、真菌[39]、病毒[40-42]以及原生動(dòng)物寄生蟲病原體[43]附著于上皮細(xì)胞表面、入侵后增殖引起的。而MOs具有與寡糖相似的結(jié)構(gòu)，可用作可溶性誘餌受體，與細(xì)菌、病毒和真核生物結(jié)合到達(dá)黏膜表面，或者通過直接結(jié)合上皮表面受體，阻斷病原體的進(jìn)入，避免它們的復(fù)制，進(jìn)而阻止其進(jìn)入細(xì)胞，顯示出抗微生物黏附作用。MOs抵抗阿米巴蟲黏附是通過與非巖藻糖基化末端Gal結(jié)合，形成GalNAc凝集素，促進(jìn)寄生蟲附著以及腸上皮細(xì)胞的殺傷和吞噬作用。

MOs還可以直接與上皮細(xì)胞相互作用，防止細(xì)菌侵襲。Lin等[44]研究表明，含3SL的HMOs能抑制凋亡的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，保護(hù)膀胱上皮細(xì)胞免受尿道致病性大腸桿菌感染產(chǎn)生的有害細(xì)胞毒性和促炎作用。

4 ?小結(jié)

MOs作為天然和安全的活性物質(zhì)，在調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群平衡、激發(fā)動(dòng)物體免疫和抵抗有害微生物黏附方面發(fā)揮著重要的作用。目前人類對(duì)PMOs的研究處于發(fā)展的階段，結(jié)構(gòu)種類方面的研究在不斷加強(qiáng)，生理功能以及吸收和代謝機(jī)制研究較少，局限于HMOs。研究PMOs中的有效功能成分，開發(fā)PMOs添加劑應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)，對(duì)新生仔豬的營(yíng)養(yǎng)研究與發(fā)展具有重要意義?！酢?/p>

參考文獻(xiàn)：（44篇，略）