母乳低聚糖在嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育中的作用及其影響因素

蔣思瑾，石 璐，周 靜，楊 靜，程 悅，韓 蓓

(1.西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院，陜西 西安 710061；2.西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院兒科，陜西 西安 710004；3.西安市臨潼區(qū)婦幼保健院營(yíng)養(yǎng)科，陜西 西安 710699)

母乳是嬰幼兒最天然、最營(yíng)養(yǎng)的食物來(lái)源，對(duì)嬰幼兒的生長(zhǎng)和發(fā)育至關(guān)重要。世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)建議，嬰兒出生后應(yīng)盡早開(kāi)始母乳喂養(yǎng)，6個(gè)月內(nèi)純母乳喂養(yǎng)，之后配合輔食持續(xù)母乳喂養(yǎng)至2歲或更長(zhǎng)[1]。母乳成分是母乳喂養(yǎng)的主要優(yōu)勢(shì)之一，除了含有常規(guī)的營(yíng)養(yǎng)成分(蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)、水)，母乳中還含有大量特殊的生物活性成分，如母乳低聚糖(human milk oligosaccharides，HMOs)、活性蛋白、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、微生物等[2]。HMOs雖然不能被嬰幼兒吸收代謝，但能被腸道微生物利用，并選擇性刺激雙歧桿菌、乳桿菌等腸道有益菌的生長(zhǎng)，對(duì)腸道菌群穩(wěn)定和腸道免疫屏障的形成具有積極的影響[3]。越來(lái)越多的研究證明母乳低聚糖對(duì)嬰幼兒健康有著重要作用，因此本文對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外母乳低聚糖的重要作用及其影響因素的研究進(jìn)行梳理，現(xiàn)綜述如下。

1 母乳低聚糖的種類和結(jié)構(gòu)

HMOs是母乳中第三豐富的固體成分，僅次于乳糖和脂肪，約占母乳碳水化合物的20%，HMOs是人類特有的，其他哺乳動(dòng)物中沒(méi)有相同的低聚糖分子和組成。牛乳成分的嬰兒配方奶粉中缺乏HMOs，是導(dǎo)致配方奶粉喂養(yǎng)嬰兒免疫紊亂發(fā)病率高的主要原因[4]。HMOs可分為三類：中性巖藻糖基低聚糖、中性非巖藻糖基低聚糖和唾液酸化低聚糖，目前已經(jīng)被確定結(jié)構(gòu)的HMOs有200多種[2]。HMOs主要由5種單糖構(gòu)成，分別是D-葡萄糖(Glucose,Glc)、D-半乳糖(Galactose,Gal)、N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine,GlcNAc)、L-巖藻糖(Fucose,Fuc)和N-乙酰神經(jīng)氨酸(唾液酸，Sialic acid,Neu5Ac)[4]。HMOs能夠抵抗胃腸道的水解和消化，且無(wú)法被小腸吸收，因此對(duì)宿主而言它們幾乎沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)功能，但能被腸道微生物代謝，產(chǎn)生各種有益作用[3]。

2 HMOs與嬰兒健康

2.1 HMOs促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌增殖，調(diào)節(jié)嬰兒腸道菌群平衡

嬰兒腸道菌群與嬰兒的發(fā)育和免疫系統(tǒng)的形成密切相關(guān)[5]。母乳喂養(yǎng)的嬰幼兒，隨著母乳消化吸收而到達(dá)嬰兒腸道的HMOs，一部分隨糞便排出體外，另一部分在嬰兒腸道中被某些有益菌作為底物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)和乳酸，從而創(chuàng)造了一種不利于大多數(shù)病原微生物生長(zhǎng)的酸性環(huán)境[6]。HMOs能夠選擇性地促進(jìn)腸道中的有益細(xì)菌生長(zhǎng)，尤其是某些雙歧桿菌、乳酸桿菌和擬桿菌，形成健康的腸道微生物群[7]。研究表明，母乳喂養(yǎng)嬰兒的糞便細(xì)菌組成與嬰兒配方乳粉喂養(yǎng)的嬰兒不同；雖然雙歧桿菌在母乳喂養(yǎng)嬰兒和配方乳粉喂養(yǎng)嬰兒的糞便中均為主導(dǎo)菌群，但不含HMOs的嬰兒配方乳粉喂養(yǎng)的嬰兒糞便中雙歧桿菌含量低于母乳喂養(yǎng)的嬰兒；除雙歧桿菌外，母乳喂養(yǎng)嬰兒的糞便中乳酸桿菌和鏈球菌較多，而嬰兒配方乳粉喂養(yǎng)嬰兒的糞便中葡萄球菌、大腸埃希菌和梭狀芽孢桿菌較多[8]。

2.2 HMOs保護(hù)嬰兒免受病原體入侵

大量體內(nèi)體外研究表明，HMOs及其代謝產(chǎn)物具有拮抗病原體入侵的作用。由于HMOs和腸黏膜細(xì)胞上與微生物結(jié)合的多糖含有類似的抗原表位，可以作為可溶性誘餌受體競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合病原體，減少其與腸黏膜結(jié)合的機(jī)會(huì)，因此HMOs在腸道的存在可以有效阻止病原體的附著和入侵腸上皮[8]，見(jiàn)圖1。不同結(jié)構(gòu)的HMOs能夠結(jié)合不同的致病菌，例如2′-巖藻糖基乳糖(2′-fucosyllactose,2′-FL)可阻止空腸彎曲菌與腸黏膜結(jié)合，預(yù)防空腸彎曲菌感染及其產(chǎn)生的黏膜炎癥[2]；3′-唾液酸乳糖(3′-sialyllactose,3′-SL)可以抑制腸致病性大腸埃希菌與腸黏膜結(jié)合所引起的感染性腹瀉和敗血癥等[7]。

圖1 腸道內(nèi)的HMOs保護(hù)嬰兒免受病原體入侵的作用機(jī)制示意圖Fig.1 Schematic diagram of the mechanism of HMOs in the intestine to protect infants from pathogen invasion

HMOs還可以預(yù)防病毒對(duì)嬰幼兒的感染。有研究表明，2′-FL可顯著抑制G1P[8]型輪狀病毒感染，而3′-SL和6′ -唾液酸乳糖(6′-sialyllactose,6′-SL)對(duì)G2P[4]型輪狀病毒感染的抑制能力最強(qiáng)[9]；組織血型抗原(histo-blood groupantigens,HBGAs)是諾如病毒粘附的關(guān)鍵結(jié)合位點(diǎn)和碳水化合物表位，不僅存在于紅細(xì)胞表面，也存在于胃腸道、泌尿生殖道和呼吸道的黏膜上皮中，由于α-巖藻糖基HMOs與HBGAs的結(jié)構(gòu)相似，因此諾如病毒可通過(guò)與α-巖藻糖基HMOs結(jié)合[10]，而減少其對(duì)嬰幼兒的感染。

2.3 HMOs促進(jìn)嬰兒大腦發(fā)育

唾液酸是支持嬰幼兒大腦發(fā)育的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，嬰幼兒需要足夠的唾液酸以維持大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育和功能[7]。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身體的需要[11]。孕期婦女的唾液和血漿中有高濃度的唾液酸，可通過(guò)胎盤進(jìn)入胎兒體內(nèi)，保障了胎兒對(duì)唾液酸的需求；對(duì)于哺乳期的嬰幼兒，可以通過(guò)母乳獲得充足的唾液酸，初乳中唾液酸含量高達(dá)1 500mg/L，6個(gè)月后降低并維持在250mg/L左右。

有研究表明，參與人腦組織中神經(jīng)節(jié)苷脂和糖蛋白構(gòu)成的唾液酸大多是以唾液酸化HMOs形式存在，與神經(jīng)突觸和神經(jīng)傳導(dǎo)關(guān)系密切，能促進(jìn)嬰兒的認(rèn)知發(fā)育，增強(qiáng)學(xué)習(xí)和記憶能力[12]。而唾液酸化HMOs是母乳HMOs的3個(gè)主要組分之一，特別是在初乳中，占總量的20%～30%。一項(xiàng)分析猝死嬰兒的額葉皮層樣本的研究發(fā)現(xiàn)，接受母乳喂養(yǎng)的嬰兒額葉皮質(zhì)灰質(zhì)中的神經(jīng)節(jié)苷脂結(jié)合和蛋白質(zhì)結(jié)合的唾液酸濃度分別比配方奶喂養(yǎng)嬰兒的高32%和22%(P<0.01)[13]。Cho等[14]在一項(xiàng)觀察性研究中發(fā)現(xiàn)3′-SL與認(rèn)知水平，尤其是語(yǔ)言功能呈正相關(guān)關(guān)系。因此可以認(rèn)為，母乳中的唾液酸化HMOs是嬰幼兒大腦認(rèn)知功能發(fā)育不可或缺的生物活性物質(zhì)。

2.4 HMOs促進(jìn)早產(chǎn)兒康復(fù)

早產(chǎn)兒較足月兒在嬰兒期更易患病及死亡。壞死性小腸結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis,NEC)是早產(chǎn)兒最常見(jiàn)、最致命的腸道疾病之一，母乳HMOs在防治NEC方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。在過(guò)去30年中，世界范圍內(nèi)的NEC死亡率幾乎沒(méi)有變化，重癥病例的死亡率則高達(dá)25%[15]。NEC的主要危險(xiǎn)因素是早產(chǎn)、病原菌定植和嬰兒配方奶粉喂養(yǎng)[16]。目前，NEC最有效的防治策略包括母乳喂養(yǎng)、捐贈(zèng)母乳喂養(yǎng)及益生菌添加喂養(yǎng)[17]。與配方奶粉喂養(yǎng)的早產(chǎn)兒相比，母乳喂養(yǎng)的早產(chǎn)兒患NEC的風(fēng)險(xiǎn)降低了6～10倍[15]。HMOs對(duì)NEC的保護(hù)機(jī)制可能包括抑制腸上皮細(xì)胞的Toll樣受體4(TLR4)信號(hào)[6]、降低腸道通透性、通過(guò)選擇性增加有益菌來(lái)促進(jìn)有益的腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的建立[18]。在一項(xiàng)病例對(duì)照試驗(yàn)中，Autran等[15]發(fā)現(xiàn)NEC病例中幾乎所有母乳樣本中的二唾液酸基-乳糖基-N-四糖(disialyllacto-N-tetraose,DSLNT)，是母乳HMOs中的一種唾液酸化HMOs，其濃度均顯著低于對(duì)照組，由此推測(cè)母乳中DSLNT含量是一種潛在的標(biāo)記物，可用于識(shí)別有NEC風(fēng)險(xiǎn)的嬰兒，并篩查高危的捐贈(zèng)母乳。

3 影響母乳HMOs種類和含量的因素

母乳HMOs的種類和含量受多種因素影響，包括遺傳、孕期狀況、分娩方式、泌乳階段、遺傳、膳食、環(huán)境等，詳見(jiàn)圖2。

圖2 影響母乳HMOs種類和含量的因素Fig.2 Factors affecting the type and content of HMOs in breast milk

3.1 泌乳階段與HMOs

母乳中的HMOs含量和種類與母親產(chǎn)后的泌乳階段有著密切聯(lián)系。一般而言，在泌乳的早期階段，HMOs的總體含量較高，由初乳(1～7天)中的20～25g/L到成熟乳(15天以后)中的5～20g/L[12]。而單個(gè)HMOs的濃度也是根據(jù)泌乳階段的變化而變化。雖然已被發(fā)現(xiàn)的母乳HMOs有200多種，但是以表1中的15種HMOs為主，這15種占HMOs總量的75%[19]。整個(gè)泌乳期最豐富的中性巖藻糖基HMOs是2′-FL，最豐富的中性非巖藻糖基HMOs是LNT，最豐富的唾液酸化HMOs是6′-SL[20]。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)HMOs在初乳后表現(xiàn)出減少或保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，而3′-FL在初乳后表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)[21]，這也許意味著3′-FL在嬰兒生長(zhǎng)發(fā)育的后期階段發(fā)揮作用。因?yàn)槟溉槌煞职l(fā)生變化，通常是為了滿足生長(zhǎng)中嬰兒的營(yíng)養(yǎng)和發(fā)育的動(dòng)態(tài)需求。

表1 主要HMOs的名稱及分類[19]Table 1 Names and classifications of main HMOs

3.2 遺傳因素與HMOs

母親的遺傳和生理狀態(tài)也是影響HMOs組成的主要因素。巖藻糖基HMOs的組成和含量主要由多種巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶(fucosyltransferase,FUT)的活性決定，巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶主要由分泌基因(Se)和Lewis(Le)基因編碼[20]。Se基因編碼巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶2(fucosyltransferase 2,FUT2)，該酶通過(guò)α-1,2鍵將巖藻糖基連接到HMOs的核心結(jié)構(gòu)上；Le基因編碼巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶3(fucosyltransferase 3,FUT3)，該酶通過(guò)α-1,3鍵或α-1,4鍵將巖藻糖基連接到HMOs的核心結(jié)構(gòu)上[22]。Se基因和Le基因都有顯性表達(dá)和隱性表達(dá)兩種。Se基因顯性表達(dá)時(shí)(Se+)，F(xiàn)UT2具有活性，相應(yīng)的α-1,2鍵巖藻糖HMOs含量多，如2′-FL、LNFP-I，稱為分泌型[12]；反之，Se基因隱性表達(dá)時(shí)(Se-)，F(xiàn)UT2不具有活性，相應(yīng)的α-1,2鍵巖藻糖HMOs含量較少或檢測(cè)不到，稱為“非分泌型”[12]。Le基因顯性表達(dá)時(shí)(Le+)，F(xiàn)UT3具有活性，通過(guò)FUT3作用的α-1,3鍵或α-1,4鍵的巖藻糖HMOs含量多。當(dāng)Le基因隱性表達(dá)時(shí)，母乳缺乏這些具有α-1,3鍵或α-1,4鍵的巖藻糖，如LNFP-II和3′-FL[23]。FUT2/3失活遺傳變異存在于高達(dá)30%的人群中，導(dǎo)致Se-/Le-陰性表型，顯著影響母乳HMOs總量和濃度[24]。

FUT2/3失活遺傳變異主要是Se和Le基因單核苷酸位點(diǎn)多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)引起的。一項(xiàng)研究表明Se基因的SNP位點(diǎn)rs601338的G/A多態(tài)性是來(lái)自美國(guó)的母親控制母乳α-1,2巖藻糖基寡糖水平的關(guān)鍵位點(diǎn)，但該位點(diǎn)的基因型并不影響中國(guó)母親母乳α-1,2巖藻糖寡糖的表達(dá)[25]，另一個(gè)SNP位點(diǎn)rs1047781的A/T多態(tài)性則是控制中國(guó)母親ɑ-1,2巖藻糖基寡糖水平的關(guān)鍵位點(diǎn)[26]。

3.3 膳食因素與HMOs

母乳中HMOs的濃度和成分也會(huì)受到哺乳期母親飲食的影響，研究表明哺乳期婦女膳食中宏量營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入量與HMOs濃度有一定關(guān)聯(lián)。Azad等[27]發(fā)現(xiàn)總蛋白質(zhì)攝入量和唾液酸-乳糖-N-四糖b(Sialyllacto-N-tetraose b,LSTb)之間存在微弱的負(fù)相關(guān)，該研究還發(fā)現(xiàn)谷物攝入量和巖藻糖基乳糖-N-六糖(Fucosyllactose-N-hexose,FLNH)之間存在正相關(guān)。Quin等[28]的研究中報(bào)告，幾種磺化的HMOs與單不飽和脂肪和多不飽和脂肪攝入量呈正相關(guān)，與飽和脂肪和膳食膽固醇攝入水平呈負(fù)相關(guān)。近期的研究也證實(shí)了改變哺乳期婦女的飲食，特別是碳水化合物的來(lái)源，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致一些主要HMOs成分的改變。在一項(xiàng)交叉對(duì)照喂養(yǎng)研究中，Seferovic等[29]發(fā)現(xiàn)高脂肪飲食(>40%的總能量)導(dǎo)致唾液酸化HMOs濃度降低，葡萄糖與半乳糖飲食相比更容易影響巖藻糖基HMOs的分布。在這項(xiàng)研究中將哺乳期婦女隨機(jī)分到攝入特定的膳食碳水化合物—葡萄糖組或半乳糖組，經(jīng)過(guò)30～57h嚴(yán)格飲食再經(jīng)過(guò)1～2周“洗脫”期后再進(jìn)行自身交叉試驗(yàn)，結(jié)果表明相對(duì)于半乳糖飲食，葡萄糖飲食的母乳中巖藻糖基化HMOs顯著減少，而唾液酸化HMOs無(wú)明顯變化。該研究還將哺乳期婦女隨機(jī)分配到高碳水化合物飲食或高脂肪飲食(等熱量、等氮營(yíng)養(yǎng)成分)，經(jīng)過(guò)8天嚴(yán)格飲食再經(jīng)過(guò)1～2周“洗脫”期后再進(jìn)行自身交叉試驗(yàn)，與高碳水化合物飲食組相比，高脂飲食組哺乳期婦女的母乳唾液酸化HMOs顯著降低，巖藻糖基HMOs無(wú)明顯變化。

選擇植物性膳食還是動(dòng)物性膳食對(duì)HMOs是否有影響，在一項(xiàng)評(píng)估純素食、部分素食和非素食膳食對(duì)哺乳期婦女的母乳HMOs組成的研究發(fā)現(xiàn)，這三類飲食的母乳樣本中總HMOs成分沒(méi)有顯著性差異，且總的巖藻糖基HMOs和唾液酸化HMOs含量也無(wú)顯著性差異[30]。哺乳期婦女飲食中的微量營(yíng)養(yǎng)素含量對(duì)HMOs是否有影響，現(xiàn)階段的證據(jù)也有限。一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)飲食中維生素A攝入量較高的哺乳期婦女的母乳中唾液酸化HMOs濃度較高[31]。

總的來(lái)說(shuō)，評(píng)估母親膳食攝入與HMOs含量和分布的相關(guān)研究較少，且評(píng)估方法的差異太大，膳食與HMOs之間的關(guān)系仍處于推測(cè)狀態(tài)，懷孕期間的飲食攝入和食物的質(zhì)量似乎對(duì)HMOs沒(méi)有顯著影響[27]，而一些單獨(dú)的飲食成分和補(bǔ)充劑可能短期對(duì)HMOs有影響[28]。

3.4 體質(zhì)量指數(shù)與HMOs

在分析孕前體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)與HMOs是否相關(guān)時(shí)，研究結(jié)果之間出現(xiàn)了一些分歧。Ferreira等[32]發(fā)現(xiàn)孕前BMI與LNnT濃度呈正相關(guān)，但Samuel等[24]發(fā)現(xiàn)，孕前BMI與LNnT、LNT及LNFPV濃度呈負(fù)相關(guān)；同時(shí)在哺乳的前4個(gè)月，只有3′-SL和6′-半乳糖基乳糖(6′-Galactosyllactose,6′-GL)與孕前較高的BMI呈正相關(guān)。Larsson等[33]的研究結(jié)果卻并未發(fā)現(xiàn)孕前BMI與這些HMOs之間的關(guān)聯(lián)?？赡芤?yàn)檫@些研究是在不同的隊(duì)列中進(jìn)行的，遺傳因素或地理位置存在比較大的影響。

在分析產(chǎn)后BMI與HMOs是否相關(guān)時(shí)，研究結(jié)果比較一致，總HMOs和總巖藻糖基化HMOs含量與產(chǎn)后BMI均呈正相關(guān)，特別是2′-FL。對(duì)于單個(gè)HMOs與產(chǎn)后BMI的關(guān)聯(lián)，McGuire等人[34]發(fā)現(xiàn)產(chǎn)后BMI和與2′-FL和FLNH呈正相關(guān)，與DSLNT和LNnT呈負(fù)相關(guān)。Isganaitis等[35]發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)后1個(gè)月的BMI與2′-FL、LNFP I顯著負(fù)相關(guān)，與LNFPII和LNFP III顯著正相關(guān)，但這些相關(guān)性并未延伸至產(chǎn)后6個(gè)月。Larsson等[33]發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)后5個(gè)月的BMI與6′-SL和LSTb呈負(fù)相關(guān)，與2′-FL呈正相關(guān)。總之，需要更多的證據(jù)來(lái)證實(shí)母親BMI與單一HMOs之間的關(guān)聯(lián)。

3.5 其他因素

除了以上因素外，母乳中HMOs的含量可能還受到環(huán)境、胎齡、分娩方式等因素的影響。非洲岡比亞的一項(xiàng)人群研究報(bào)道，與在旱季哺乳時(shí)相比，在雨季哺乳的母親產(chǎn)生的HMOs濃度較低[36]。此外，加拿大的一項(xiàng)研究表明，氣候、陽(yáng)光和過(guò)敏原暴露等其他季節(jié)性因素可能會(huì)影響加拿大哺乳期婦女的HMOs合成[27]。胎齡方面，與足月產(chǎn)后的母乳相比，早產(chǎn)后的母乳中含有更高的3′-SL、LSTb、DSLNT、LSTa、LSTc和更低的6′-SL[37-38]。剖宮產(chǎn)產(chǎn)婦的母乳中2′-FL、3′-SL、6′-GL濃度低于陰道分娩產(chǎn)婦的母乳，剖宮產(chǎn)和陰道分娩期間母體產(chǎn)生的生理差異，如應(yīng)激反應(yīng)、激素分泌等可能是HMOs組成產(chǎn)生差異的原因[38]。

4 總結(jié)與展望

HMOs的含量在母乳固體成分中僅次于乳糖和脂肪。越來(lái)越多的證據(jù)表明，HMOs對(duì)嬰幼兒健康有著重要作用，HMOs有益生元、病原體抑制、抗炎、免疫調(diào)節(jié)和促進(jìn)大腦發(fā)育等作用。母乳中HMOs的含量和種類受泌乳階段、遺傳因素、飲食、BMI、環(huán)境、胎齡和分娩方式等因素的影響。但是目前對(duì)于HMOs的研究方法缺少“金標(biāo)準(zhǔn)”，各研究中母乳采集的時(shí)間和方式，以及HMOs的檢測(cè)和分析方法各有不同，且研究對(duì)象樣本量相對(duì)較少，使得在獲取標(biāo)準(zhǔn)化HMOs數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)一定困難，影響進(jìn)一步的研究結(jié)果。因此，優(yōu)化研究方法、擴(kuò)大樣本量將使我們能夠更好地了解影響母乳中HMOs分布的各種因素，而后我們希望通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)因素優(yōu)化HMOs分布進(jìn)而促進(jìn)嬰兒的健康水平。此外，HMOs對(duì)嬰兒的臨床意義及影響機(jī)制尚未完全明確，未來(lái)需要更多相關(guān)方面的研究進(jìn)行深入探討。