人乳低聚糖與嬰幼兒腸道健康研究進(jìn)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(zhì)、脂肪和糖類等基本宏量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還含有低聚糖、細(xì)胞因子、酶、生長(zhǎng)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(zhì)在嬰幼兒腸道內(nèi)菌群的定殖，以及免疫系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)及神經(jīng)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(duì)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(duì)于一些常見腸道功能紊亂性疾病，如壞死性小腸結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis，NEC)和腹瀉等，HMOs在預(yù)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(jié)構(gòu)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(dòng)物的乳汁。HMOs是糖聚合物，含有少量(通常3～10個(gè)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(gè)人生活方式方面，如飲食、體力活動(dòng)、補(bǔ)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(shí)期的水平也有差異，其濃度變化在整個(gè)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(huì)超過人乳蛋白質(zhì)的總濃度，使HMOs成為僅次于乳糖和脂質(zhì)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(diào)節(jié)嬰幼兒腸道內(nèi)微生物菌群；二是抵御致病菌對(duì)腸黏膜的入侵；三是調(diào)控免疫反應(yīng)。

2.1 調(diào)節(jié)嬰幼兒腸道內(nèi)微生物菌群構(gòu)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(gè)舒適、健康微環(huán)境的食物成分。微生物群對(duì)這些益生元的代謝方式不同，以至于產(chǎn)生不同的短鏈脂肪酸和乳酸鹽，從而為不同的細(xì)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(dá)大腸，選擇性刺激腸道內(nèi)微生物群，促進(jìn)雙歧桿菌和乳桿菌等益生菌繁殖的同時(shí)，也可間接抑制對(duì)人體有害菌群的生長(zhǎng)，通過這兩方面維持腸道內(nèi)微生態(tài)的平衡，從而保護(hù)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(shí)期，母乳低聚糖對(duì)定植腸道微生態(tài)菌落的構(gòu)成具有積極的調(diào)節(jié)作用。

2.2 抵御致病菌群對(duì)腸黏膜的入侵 HMOs不僅能阻礙病原微生物對(duì)腸黏膜上皮黏附作用，而且還可以與病原微生物特異性結(jié)合，減少腸道感染性疾病的發(fā)生。一些細(xì)菌或病毒可通過黏附作用在腸黏膜上皮細(xì)胞上攝取營(yíng)養(yǎng)及釋放毒素，這與病原微生物中的糖基化結(jié)構(gòu)如糖脂或糖蛋白結(jié)構(gòu)有關(guān)。而HMOs擁有與腸黏膜上皮細(xì)胞表面多糖相似的結(jié)構(gòu)，能夠競(jìng)爭(zhēng)性占據(jù)腸黏膜上皮細(xì)胞位點(diǎn)，進(jìn)而與病原微生物相結(jié)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(xì)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(huì)明顯降低的原因之一[11]。

2.3 調(diào)控免疫反應(yīng) HMOs對(duì)嬰幼兒的免疫系統(tǒng)具有調(diào)控作用。該作用是通過改變腸道微生物菌群的組成及對(duì)腸黏膜上皮的反應(yīng)，間接調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)。體外實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)研究顯示，HMOs與胃腸道內(nèi)的黏膜上皮細(xì)胞、黏膜免疫組織細(xì)胞及循環(huán)系統(tǒng)中的免疫細(xì)胞相互反應(yīng)，繼而調(diào)控免疫功能[12-13]。嬰幼兒之所以對(duì)病毒存在較強(qiáng)的易感性是因?yàn)闄C(jī)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(jié)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(fēng)險(xiǎn)。HMOs既可以與致病菌結(jié)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(yīng)。

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(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物菌群，抵御致病菌對(duì)腸黏膜的入侵及調(diào)控免疫反應(yīng)等作用機(jī)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(chǎn)兒常見的也是最嚴(yán)重的胃腸道疾病，其死亡率可高達(dá)20%～30%[14]，在有手術(shù)干預(yù)指征的病例死亡率更高。新生兒重癥監(jiān)護(hù)室收治的NEC患兒中有1%～5%會(huì)發(fā)生新生兒窒息，其中早產(chǎn)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(fù)雜，其發(fā)病機(jī)制可能是嬰兒因?qū)ε浞侥讨薪M成成分不適、腸道生物失調(diào)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(lái)新生兒診療技術(shù)上有著明顯的進(jìn)步，但是NEC依然是早產(chǎn)兒中發(fā)病率和死亡率較高的常見腸道疾病[15]。HMOs在預(yù)防和治療NEC中具有重要意義。一項(xiàng)對(duì)照試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于使用不含HMOs的配方奶喂養(yǎng)的早產(chǎn)兒，使用含有HMOs的配方奶喂養(yǎng)的早產(chǎn)兒的NEC發(fā)生率明顯下降，并且明顯縮短住院時(shí)間[16]。Austin等[17]通過構(gòu)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(dǎo)的炎癥通路受到二唾液酸-乳糖-N-四糖(disialyllacto-N-tetraose,DSLNT)影響相關(guān)。通過對(duì)82對(duì)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(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[18]。在NEC小鼠模型研究中，腸內(nèi)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(jī)制可能是通過上調(diào)一種血管舒張因子——血管內(nèi)皮一氧化氮合酶表達(dá)來(lái)完成的[19]。類似研究表明，2′FL和DSLNT作為母乳中保護(hù)腸道健康的成分，在預(yù)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(diǎn)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(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的作用，而且能夠抑制病原體或毒素對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞黏附、減輕腸道炎癥反應(yīng)和調(diào)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(guān)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(xiàng)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(xì)胞介素-10的表達(dá)。γ干擾素抑制輪狀病毒進(jìn)入腸黏膜上皮細(xì)胞，而白細(xì)胞介素-10是一種抗炎細(xì)胞因子，可抑制主要促炎細(xì)胞因子和趨化因子的合成。在一項(xiàng)類似的研究中，用乳酸菌喂養(yǎng)輪狀病毒感染的新生豬，導(dǎo)致Th1和Th2細(xì)胞因子增加[12]。結(jié)合上述兩者研究可知，HMOs通過刺激γ干擾素、白細(xì)胞介素-10及Th1和Th2細(xì)胞因子的表達(dá)，影響宿主的免疫反應(yīng)，減短腹瀉癥狀的持續(xù)時(shí)間，促進(jìn)腸道健康的恢復(fù)。研究表明，在諾如病毒性腸炎發(fā)病機(jī)制中，腸道中組織血型抗原是其致病關(guān)鍵因素。諾如病毒通過與HBGAs相互作用，引起炎癥反應(yīng)的發(fā)生。而HMOs可通過其獨(dú)特的HBGAs模擬結(jié)構(gòu)，競(jìng)爭(zhēng)性與病毒結(jié)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(chǎn)生的毒素與腸黏膜上皮細(xì)胞結(jié)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(guān)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(bào)道，部分HMOs可與毒素A的C端氨基酸殘基特異性結(jié)合，從而達(dá)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(duì)于3個(gè)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(guān)，且腸桿菌科與擬桿菌科比值的增加均會(huì)使致敏的風(fēng)險(xiǎn)增加。當(dāng)12個(gè)月大時(shí)，其腸道微生物群落的豐富度不再與食物致敏性相關(guān)[23]。當(dāng)母乳中乳酰-N-巖藻五糖Ⅲ濃度低于0.06 mmol/L時(shí)，牛奶蛋白過敏發(fā)生率明顯升高。因此，可推測(cè)HMOs通過調(diào)整嬰兒腸道內(nèi)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(guān)于HMOs與其他腸道疾病發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究報(bào)道也在逐步增加，是進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)之一，以期為促進(jìn)嬰幼兒腸道健康提供更多更有價(jià)值的循證依據(jù)。

4 總結(jié)和展望

HMOs可通過不同機(jī)制維持嬰幼兒腸道健康，其中包括調(diào)節(jié)腸道內(nèi)微生物菌群構(gòu)成、抵御致病菌群對(duì)腸黏膜上皮細(xì)胞入侵及調(diào)控機(jī)體免疫反應(yīng)等。對(duì)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(jìn)一步地研究探索。目前研究?jī)H局限于少數(shù)幾種含量較多的低聚寡糖，對(duì)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(duì)HMOs的研究主要以腸道微生態(tài)為主。而關(guān)于HMOs對(duì)腸道外功能研究相對(duì)較少。已有相關(guān)報(bào)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(xì)胞性白血病、急性髓性細(xì)胞性白血病、1型糖尿病等[24]。期望隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)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。