唾液酸對嬰幼兒健康影響的研究進展

揭 良，蘇米亞

（乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室，上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心，光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，上海 200436）

糖在人體內(nèi)內(nèi)源性轉(zhuǎn)化，除了作為能量來源外，還參與生物功能，因此形成一類潛在的新型功能性食品成分。唾液酸是一種人體中普遍存在的九碳鏈單糖，除少部分以游離唾液酸形式存在于人體內(nèi)，大部分以細胞膜糖蛋白、糖脂、神經(jīng)節(jié)苷脂等形式存在并分布于人體組織，如大腦、母乳、唾液及尿液中[1]。大量研究表明，唾液酸作為糖鏈的末端糖具有多種不同的生物學(xué)功能，如神經(jīng)傳遞、白細胞分泌、抗病毒或細菌感染、促進腸道健康和營養(yǎng)吸收及腦部認知發(fā)育等[2-3]。近10 年來對人乳和動物乳中唾液酸進行深入研究，大部分集中在唾液酸的檢測分析方法、功能和特殊形式的唾液酸，如唾液酸與低聚糖結(jié)合（人乳低聚糖）、與神經(jīng)節(jié)苷脂結(jié)合方面的研究[4]。關(guān)于唾液酸的分布以及嬰幼兒對唾液酸的需求等方面的系統(tǒng)報道很少。要了解嬰幼兒對唾液酸的需求，最重要的是了解嬰幼兒膳食來源的唾液酸分布以及唾液酸在體內(nèi)的合成機制。在攝入量方面，深入了解人乳和動物乳中唾液酸含量很重要。母乳是嬰兒出生后最初6 個月的唯一食物。由于一些原因母乳喂養(yǎng)不能實現(xiàn)時，嬰兒配方乳粉作為替代品也是唾液酸的一個可能來源。在國內(nèi)由于法規(guī)的限制還不能在嬰幼兒配方乳粉中加入唾液酸，但隨著對母乳研究及嬰幼兒營養(yǎng)研究的深入，在嬰兒配方乳粉中加入各種母乳含有的營養(yǎng)成分，從而使其成分高度接近母乳成為必然。人體能夠內(nèi)源性生物合成唾液酸，但有新的證據(jù)表明，人體對唾液酸的需求增加，超過了人體能夠產(chǎn)生的水平，尤其初生兒發(fā)育生長期間，嬰兒自身的內(nèi)源性唾液酸合成不能滿足其對唾液酸的高需求量，需從外源食物中獲取唾液酸[5]。

如上所述，為了更好地理解嬰幼兒對唾液酸需求增加的情況，本文對唾液酸的基本分布特性、功能、來源及主要成分及其結(jié)合物對嬰幼兒健康的功效進行全面概述。

1 唾液酸的分布特性

唾液酸是由瑞典生化學(xué)家Blix最早在牛的額下腺黏蛋白，通過加熱酸性水解物結(jié)晶發(fā)現(xiàn)的[6]。唾液酸是一種天然化合物，不僅存在于所有脊椎動物和高等無脊椎動物中，在低等無脊椎動物和真菌中也存在少量唾液酸化合物。每個物種都有分布在其組織或體液中的特征唾液酸，但值得注意的是，它們都在乳汁中普遍存在。常見的主要唾液酸單體有N-乙酰神經(jīng)氨酸、N-羥乙酰神經(jīng)氨酸、3-脫氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖，其中主要代表形式為N-乙酰神經(jīng)氨酸（圖1）[7]。在牛乳制品和其他乳中，唾液酸通常以復(fù)合物的形式存在，包括聚唾液酸、唾液酸寡糖、唾液酸蛋白及唾液酸脂質(zhì)類等。

唾液酸在妊娠期的母體通過胎盤進入到胎兒血液中，胎兒在妊娠晚期生長發(fā)育加速，通過胎盤信號傳遞自身需求，妊娠期唾液酸水平的升高與胎盤中唾液酸轉(zhuǎn)移酶活性的增強和胎兒生長發(fā)育時對唾液酸需求的增加有關(guān)系[8]。出生后，母乳是嬰兒最佳的營養(yǎng)來源，而對于嬰兒來說，出生后早期其自身合成唾液酸的能力不足，唾液酸的攝入只有通過母乳。但由于某些原因不能實現(xiàn)母乳喂養(yǎng)的嬰兒，嬰幼兒配方乳粉也是潛在的唾液酸來源。由表1可知，人乳中的總唾液酸含量約為200～1 500 mg/L，其中初乳時期的人乳唾液酸含量最高，隨著泌乳期的延長逐漸下降[9-11]。牛乳中唾液酸含量相比人乳較低，總唾液酸含量約為30～200 mg/L[12-16]。因此基于牛乳的嬰兒配方乳中唾液酸含量只有65～288 mg/L[11-12,17]。研究發(fā)現(xiàn)，在人乳和牛乳中唾液酸除了含量差異外，最主要的差異還在于唾液酸的主要存在形式和主要唾液酸單體不同，在人乳中唾液酸的主要存在形式為與低聚糖結(jié)合的形式，即唾液酸低聚糖，主要唾液酸單體為N-乙酰神經(jīng)氨酸，不存在N-羥乙酰神經(jīng)氨酸；相反地，牛乳中唾液酸的主要存在形式為與蛋白結(jié)合的形式，牛成熟乳中只含有少量與低聚糖結(jié)合的唾液酸，且主要唾液酸單體為N-乙酰神經(jīng)氨酸和N-羥乙酰神經(jīng)氨酸的混合物[10]。而N-羥乙酰神經(jīng)氨酸的膳食攝入是不利于人體健康的一個風險因素[18]。

由表1可知，人乳中唾液酸含量變化很大。很多原因影響人乳中唾液酸含量的變化，如母乳的泌乳期、胎齡、飲食習慣等[9]。人乳的營養(yǎng)成分不是一成不變的，具有動態(tài)變化的特點。哺乳動物出生后的發(fā)育是特殊的，乳母以人乳的形式為嬰兒提供營養(yǎng)來源和環(huán)境刺激的重要組成部分。一般來說，乳是最復(fù)雜的生物液體之一，提供營養(yǎng)、保護性化合物和生長發(fā)育因子。根據(jù)品種的不同，泌乳時間和泌乳量及其成分也有所不同。同樣，在不同的哺乳動物物種中，有些成分進化保守度較高，有些則較低。對于保守成分來說，表明盡管哺乳動物的生命歷史不同，棲息地也不同，但它們在新生兒發(fā)育過程中扮演著普遍的角色。母乳成分的差異也表明，每種哺乳動物都對其母乳成分進行了調(diào)整，以適應(yīng)其新生兒的特殊需求。

表 1 唾液酸在人乳、牛乳和嬰兒配方乳中的含量對比Table 1 Sialic acid levels previously reported in human and bovine milks and in infant formulas mg/L

2 唾液酸的功能性及對嬰幼兒健康的影響

新生兒需要快速的生長和發(fā)展，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)，大腦最初的生長速度超過任何其他器官或身體組織。到2 歲的時候，大腦的質(zhì)量大約是成年人的80%。早產(chǎn)或小于胎齡出生的嬰兒在生命早期特別脆弱。生殖和新生兒技術(shù)的進步已經(jīng)增加了接近胎齡出生嬰兒的比例。然而，早產(chǎn)兒的長期神經(jīng)發(fā)育結(jié)果仍然很差，其特征是學(xué)習成績較低、注意力不集中、多動障礙、焦慮障礙和學(xué)習困難[19]。大腦的快速生長對前體和營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)有極高的要求。如果不能在大腦發(fā)育的這一關(guān)鍵時期滿足全部營養(yǎng)需求，就會對認知發(fā)展產(chǎn)生重大影響。研究表明，唾液酸在嬰兒成長發(fā)育中有很重要的生物學(xué)功能，包括：提高嬰兒的記憶力和智力水平、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)、抗病毒以及能夠抑制白細胞黏附與抗炎作用等[20]。其作用機理基本上可以分為以下3 類：1）唾液酸自身能與被識別的受體上的位點結(jié)合，可阻止病原體與宿主細胞結(jié)合；2）唾液酸能在細胞之間進行信息傳遞，唾液酸與神經(jīng)節(jié)苷脂結(jié)合參與神經(jīng)的傳導(dǎo)；3）唾液酸減弱細胞或分子對其特異性識別位點的接觸。

2.1 唾液酸對嬰幼兒大腦認知發(fā)育的影響

越來越多的研究報道了母乳喂養(yǎng)對嬰兒認知發(fā)展的有益影響[20]。唾液酸作為一種支持認知發(fā)展的營養(yǎng)物質(zhì)，從人腦組織中被發(fā)現(xiàn)。因此，與嬰兒配方乳粉相比，人類母乳中唾液酸的含量較高，它在大腦發(fā)育中的作用表明母乳中的唾液酸對嬰兒的認知發(fā)育有影響[21]。母乳中唾液酸含量相對較高的事實也表明，大腦發(fā)育對唾液酸的需求大于嬰兒內(nèi)源性生物合成所能提供的唾液酸[11]。研究發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒時期大腦的發(fā)育非常迅速，這一階段是腦細胞數(shù)量和體積增大、功能完善、神經(jīng)聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)形成的關(guān)鍵時期，也是大腦發(fā)育與智力發(fā)展的并行時期。而唾液酸在神經(jīng)細胞膜中的含量相比其他類型的膜高20 倍，這表明唾液酸在神經(jīng)結(jié)構(gòu)中具有突出作用[22]。神經(jīng)組織中的神經(jīng)節(jié)苷脂含有鞘糖脂形式的唾液酸，鞘糖脂在人大腦皮層中含量最高，目前認為，唾液酸化合物在突觸途徑的結(jié)構(gòu)和功能建立中起到關(guān)鍵性作用。嬰幼兒需要足夠的唾液酸去滿足大腦正常發(fā)育的需要。成人自身可由肝臟合成內(nèi)源性唾液酸，但嬰幼兒的肝臟和其他器官尚未發(fā)育成熟，自身合成的唾液酸并不能滿足其機體的需要。

2.2 唾液酸對嬰幼兒免疫調(diào)節(jié)功能的影響

唾液酸可以通過細胞內(nèi)吞作用和溶酶體轉(zhuǎn)運方式進入細胞，使其在抗細菌、抗病毒和消炎等方面發(fā)揮重要作用[23]。針對影響嬰兒免疫的母乳成分，過去和現(xiàn)在均關(guān)注較多的為乳鐵蛋白、母乳低聚糖、n-3脂肪酸等[24-25]。對嬰幼兒免疫系統(tǒng)具有影響的物質(zhì)除了上述提到的物質(zhì)以外，唾液酸作為母乳的一種功效成分已經(jīng)成為目前研究的熱點。母乳中豐富的唾液酸能夠預(yù)先結(jié)合流感病毒，使哺乳期嬰兒呼吸道黏膜細胞免于流感病毒的侵害，研究表明，末端帶唾液酸或唾液酸衍生物的糖蛋白或糖脂是大量病毒的受體，如致病性流感病毒、副流感病毒、腺病毒、腸道病毒、呼吸道合胞病毒、輪狀病毒和腫瘤病毒等[26]。游離唾液酸結(jié)合病毒上的位點，可阻止病毒與宿主細胞結(jié)合。此外，唾液酸低聚糖復(fù)合物可通過誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)直接調(diào)節(jié)黏膜免疫，還可增加細胞表面受體、趨化因子和細胞因子的表達水平，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，增加對新生兒的保護[3]。此外，由于唾液酸分子的特殊結(jié)構(gòu)，其形成的多肽結(jié)合體在通過消化道系統(tǒng)時不會被消化酶降解，并可通過消化道進入腸道，在腸道內(nèi)，特定的唾液酸多肽結(jié)合體可與已經(jīng)進入腸道內(nèi)的毒素、致病菌及病毒粒子競爭性結(jié)合，從而阻止腸道致病菌、毒素及病毒粒子與腸道黏膜細胞的吸附[27]。

腸道微生物已被廣泛證實在宿主健康中發(fā)揮著重要作用，從出生開始并持續(xù)到出生后的前2～3 年，嬰兒腸道中的微生物組成和多樣性變化較大，對嬰幼兒的生長和發(fā)育極為重要[28-29]。與配方乳粉相比，母乳可以有利地改善嬰兒的健康狀況，如減少嬰兒發(fā)生壞死性小腸結(jié)腸炎感染；唾液酸是腸道細菌增殖的營養(yǎng)來源，可以作為適應(yīng)黏膜環(huán)境的腸道細菌的代謝底物，如擬桿菌和梭狀芽孢桿菌[30]。唾液酸通過調(diào)節(jié)腸道菌群平衡降低了炎癥疾病的風險[31]。游離唾液酸調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)作用的報道較少，大多數(shù)報道是關(guān)于唾液酸低聚糖復(fù)合物可被腸道有益微生物（雙歧桿菌）利用[32-33]。Lee等[34]證實嬰兒腸道共生的雙歧桿菌含有吸收和代謝游離唾液酸的基因簇。這為含雙歧桿菌嬰幼兒配方乳粉中潛在益生元的選擇提供了依據(jù)。為了更好地評估游離唾液酸通過其對腸道菌群組成的影響從而對健康產(chǎn)生有益影響的潛力，還需要進一步的研究。

3 唾液酸的來源

唾液酸存在于多種動物源性食品中，然而在大多數(shù)含唾液酸的食物中，唾液酸的“動物”形式，即N-羥乙酰神經(jīng)氨酸以相當大的比例存在[35]。如前所述，N-羥乙酰神經(jīng)氨酸是一種飲食風險因素。目前已知唾液酸含量最高的食物是可食用燕窩，N-乙酰神經(jīng)氨酸含量為7%～12%[36]。燕窩唾液中唾液酸含量高的原因是干燥的燕窩唾液中富含高唾液酸化黏蛋白糖蛋白[37]。嬰幼兒唾液酸的最常見和最方便的營養(yǎng)來源是母乳，除了母乳之外，其他天然來源唾液酸在營養(yǎng)方面都有一個缺點，即通常會含有N-羥乙酰神經(jīng)氨酸。因此，它們并不是富含唾液酸食品的理想來源，也不是分離純化唾液酸的原料。牛酪蛋白肽可能是這一普遍規(guī)律的一個例外，它含有相對較高含量的N-乙酰神經(jīng)氨酸[18]。牛酪蛋白肽由多種肽異構(gòu)體和糖形式的糖肽混合物組成，但未檢測出含有N-羥乙酰神經(jīng)氨酸。

從分子角度來看，更經(jīng)濟的是通過酶合成法、化學(xué)合成法、微生物發(fā)酵法來獲得純N-乙酰神經(jīng)氨酸[38-39]。從法規(guī)和安全性考慮，化學(xué)方法合成的唾液酸可能成為嬰幼兒營養(yǎng)素的營養(yǎng)來源。酶合成是將丙酮酸鈉和N-乙酰甘露糖胺經(jīng)過唾液酸醛縮酶的催化合成出N-乙酰神經(jīng)氨酸。此酶合成法轉(zhuǎn)化率高、提取簡單、得到的產(chǎn)品純度高，但是合成過程復(fù)雜、成本高，并且唾液酸醛縮酶不易獲得，這在一定程度上限制了生產(chǎn)規(guī)模的擴大。生物合成法是通過微生物大量合成聚唾液酸，然后將其水解制備單體唾液酸，是目前唾液酸生產(chǎn)的主要方法之一。通常聚唾液酸發(fā)酵選用的菌株為E. coliK1和E.coliK235，該方法具有原料廉價、反應(yīng)條件溫和、易于放大生產(chǎn)的優(yōu)勢，極具產(chǎn)業(yè)化前景。

4 唾液酸用于嬰幼兒配方食品的安全性依據(jù)

嬰兒期是出生后快速生長發(fā)育的關(guān)鍵期，需要足夠的營養(yǎng)支持，但這一時期的器官組織尚未完全發(fā)育成熟，容易受營養(yǎng)素、環(huán)境等因素的影響。因此唾液酸在嬰幼兒食品中的合理性與安全性非常重要。Choi等[40]進行了一項亞慢性飲食毒性研究，向小鼠飲食中添加含量高達1 895 mg/（kg·d）的唾液酸，對小鼠一般生長發(fā)育以及其后代沒有產(chǎn)生不良影響，也沒有觀察到任何相關(guān)的副作用；在一系列體外基因毒性和致突變性實驗中，唾液酸也是無基因毒性的。這些結(jié)果支持唾液酸在嬰兒配方食品和食品原料中使用的安全性。美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）已批準唾液酸用于嬰兒乳粉和普通食品，歐洲食品安全局也已批準唾液酸作為新食品原料，我國于2017將唾液酸列入新食品原料目錄。

5 結(jié) 語

由于唾液酸及其衍生物對人類營養(yǎng)，尤其是嬰幼兒的重要作用，唾液酸可能是迄今為止研究較為廣泛的生物分子之一。然而，唾液酸在母乳中的游離形式及其潛在的營養(yǎng)作用長期以來一直被忽視。隨著近年來對母乳成分研究的深入，唾液酸逐漸在國外嬰幼兒食品中得到應(yīng)用。美國FDA已于2016年批準唾液酸用于嬰兒乳粉和普通食品，國內(nèi)和歐洲，唾液酸目前也作為新食品原料在應(yīng)用，但目前還無法在嬰幼兒食品中使用。雖然唾液酸及其復(fù)合物加入到嬰兒配方乳粉中是大勢所趨，但唾液酸加入到嬰兒配方乳粉的安全性評估和直接的生物功能證據(jù)需要進行更多研究，尤其是唾液酸單體對嬰幼兒健康的影響需要更多的臨床驗證。