吳少輝，魏遠(yuǎn)安*，吳嘉儀，鄭惠玲，霍金洪

精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)是通過對(duì)個(gè)體的遺傳特征、腸道微生態(tài)、代謝特征、生理狀態(tài)、生活方式以及臨床指標(biāo)等相關(guān)因素對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求和干預(yù)效果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得到它們之間的相互影響統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以此指導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的最優(yōu)化選擇、判別和干預(yù)[1-2]。

益生元是現(xiàn)代腸道功能、微生態(tài)調(diào)節(jié)的重要功能因子，是許多慢性代謝性疾病的預(yù)防、干預(yù)手段之一。益生元的安全性和腸道菌群調(diào)節(jié)功能等已被大量的現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，但由于整個(gè)腸道菌群的復(fù)雜性和益生元結(jié)構(gòu)的多樣性，單一成分純化、生產(chǎn)困難，研究手段、方法缺少、滯后，其發(fā)展速度相對(duì)緩慢，臨床科學(xué)研究更是遭遇瓶頸。

近年來越來越多的研究表明：人體共生微生物對(duì)人體健康存在有益的影響，尤其是對(duì)宿主的代謝表型具有調(diào)節(jié)作用，在很多代謝性疾病（例如糖尿病，肥胖等）的發(fā)生和發(fā)展過程中起著重要的作用。目前，對(duì)于人體腸道微生物的研究已經(jīng)從以實(shí)驗(yàn)室研究為主逐步發(fā)展到采用特定益生元進(jìn)行預(yù)防干預(yù)的臨床驗(yàn)證階段。通過研究人體腸道微生物菌群，了解人類微生物菌群分布和菌群與益生元相互影響因素，確定了益生元對(duì)人體代謝性疾病、免疫系統(tǒng)疾病等的預(yù)防、干預(yù)治療方案，并在臨床上取得了良好效果，這進(jìn)一步顯示了益生元產(chǎn)品在今后的微生態(tài)健康醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中具備極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

伴隨著宏基因組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)分析方法的進(jìn)步，基于個(gè)體特征的精準(zhǔn)益生元概念和益生元臨床應(yīng)用逐漸形成，預(yù)期將成為今后益生元學(xué)發(fā)展的重要方向。那么什么是精準(zhǔn)益生元，如何實(shí)現(xiàn)益生元的精準(zhǔn)化應(yīng)用？本文將討論和分析國(guó)際上益生元的一些最新研究成果，提出對(duì)益生元精準(zhǔn)化發(fā)展的研究方向和展望。

1 益生元概念的演進(jìn)和精準(zhǔn)益生元時(shí)代的開啟

關(guān)于益生元，自1995年英國(guó)Reading大學(xué)的Gibson等[3]提出后，其定義一直在不斷發(fā)展和演進(jìn)。在2010年，國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)定義膳食益生元為“選擇性發(fā)酵的成分，它能使胃腸微生物的組成和/或活性產(chǎn)生特定變化，進(jìn)而有利于宿主的健康”[4]。隨著研究技術(shù)的提高以及人們對(duì)益生元、腸道菌群、腸道功能、腸道免疫功能等的再認(rèn)識(shí)，Bindels等[5]提出將益生元進(jìn)一步定義為“一種不被消化的混合物，通過腸道微生物的代謝，調(diào)節(jié)腸道微生物組成和/或活性，從而賦予宿主有益的生理影響”。有別于傳統(tǒng)的益生元特定性刺激雙歧桿菌等某種益生菌概念，Bindels等[5]提出的最新概念呼吁益生元作用要關(guān)注到整個(gè)微生態(tài)的結(jié)構(gòu)與功能的變化，更廣泛地關(guān)注有益于人體健康的物質(zhì)。全球市場(chǎng)上有多個(gè)作為益生元的碳水化合物產(chǎn)品，但迄今只有4 個(gè)是有良好人體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持的，即菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖和合成二糖——乳果糖，其他功能性低聚糖目前被列為可能的候選益生元。國(guó)內(nèi)外研究表明，益生元具有增殖有益菌、抑制有害菌、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)免疫力、潤(rùn)腸通便、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收的作用，對(duì)結(jié)腸癌、炎癥性腸道疾病和急性感染具有有益的影響[6-7]。然而，益生元的臨床證據(jù)表明相同益生元對(duì)不同人群效果不一，這可能是由于不同人群的腸道菌群具有特異性，益生元不僅能特異性增殖雙歧桿菌、乳酸桿菌，還能改變整個(gè)腸道菌群微生態(tài)，致使存在個(gè)性化效應(yīng)。同時(shí)，大部分益生元為混合物，對(duì)人體有健康效益的具體成分及作用機(jī)理還不明確。

精準(zhǔn)益生元是通過對(duì)益生元的物理化學(xué)性質(zhì)、成分、結(jié)構(gòu)、生理作用機(jī)制的研究和深刻理解，以現(xiàn)代精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的規(guī)律和要求為指導(dǎo)，針對(duì)不同人群或個(gè)體的菌群、代謝、營(yíng)養(yǎng)特征和需求，以獨(dú)立或協(xié)同作用的方式，實(shí)現(xiàn)益生元在微生態(tài)健康產(chǎn)品、生物醫(yī)藥研發(fā)、醫(yī)療服務(wù)上的精準(zhǔn)化定制和科學(xué)配方。

要實(shí)現(xiàn)上述精準(zhǔn)益生元的科學(xué)應(yīng)用，至少必須在以下幾個(gè)層面上對(duì)各種特定的益生元進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究：1）在細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)的層面上，研究、闡明特定益生元的直接生理功能機(jī)制，為進(jìn)一步指導(dǎo)和應(yīng)用該益生元提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)；2）分離、純化單一化學(xué)組分的益生元，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單一組分益生元的功效研究，建立該組分益生元“結(jié)構(gòu)-菌群-功能”方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為單組分益生元向藥物研究和臨床應(yīng)用提供精準(zhǔn)的依據(jù)；3）以自然界最好的天然多組分益生元——母乳中的低聚糖為模板和參照，研究母乳低聚糖（human milk oligosaccharides，HMOs）的組成和各組分在泌乳期的動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合母嬰腸道微生態(tài)狀況、膳食營(yíng)養(yǎng)和身體發(fā)育健康狀況等進(jìn)行大樣本、大數(shù)據(jù)收集、分析，總結(jié)出其中相關(guān)因素的關(guān)聯(lián)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以此為各種特定益生元的精準(zhǔn)復(fù)配和協(xié)同應(yīng)用提供科學(xué)的配比、劑量等方面的指導(dǎo)。

2 益生元精準(zhǔn)化研究進(jìn)展

2.1 益生元的直接生理功能機(jī)制

益生元對(duì)健康的促進(jìn)作用一直被認(rèn)為是通過增殖雙歧桿菌等有益菌或者充當(dāng)抗黏附抗菌劑而發(fā)揮間接作用[4,8-9]。乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌能利用益生元，從而提高與有害菌爭(zhēng)奪有限的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；同時(shí)它們會(huì)代謝產(chǎn)生短鏈脂肪酸，例如乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等，以創(chuàng)造一個(gè)帶酸性的微環(huán)境來抑制有害菌的生長(zhǎng)[9]。另外，特定的益生元能直接充當(dāng)抗黏附抗菌劑來阻止或減少病原菌在黏膜上的黏附[10]。例如，致病性大腸桿菌會(huì)表達(dá)一種低聚糖黏附素，能與黏膜細(xì)胞表面糖鏈結(jié)合從而黏附在黏膜上，而低聚半乳糖則與黏膜細(xì)胞表面的糖鏈結(jié)構(gòu)相似，作為可溶性的受體與大腸桿菌結(jié)合，以抑制大腸桿菌在腸道的黏附，減少感染的風(fēng)險(xiǎn)[11]。然而在細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)的層面上，鮮有研究闡明益生元的直接生理功能機(jī)制。

最新研究發(fā)現(xiàn)，益生元能誘導(dǎo)基因差異性表達(dá)和調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)答，對(duì)宿主腸道上皮細(xì)胞發(fā)揮直接作用。Vogt等[12]研究發(fā)現(xiàn)β（2→1）果聚糖能有效保護(hù)人類腸道上皮T84細(xì)胞的屏障，并發(fā)現(xiàn)Toll樣受體2（Toll-like receptor-2，TLR2）很可能是β（2→1）果聚糖產(chǎn)生保護(hù)效應(yīng)的靶點(diǎn)。該研究通過加入4 種不同鏈長(zhǎng)組合的β（2→1）果聚糖培養(yǎng)T84細(xì)胞，以丙二醇甲醚醋酸酯（2-acetoxy-1-methoxypropane，PMA）處理細(xì)胞層作為腸上皮屏障破壞模型，以不作處理的細(xì)胞作為空白對(duì)照，測(cè)定T84細(xì)胞層的跨膜電阻（transepithelial electrical resistance，TER）來評(píng)價(jià)腸上皮屏障功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PMA組TER為空白對(duì)照組（100%）的（61.5±5.8）%，聚合度3～10的果聚糖組（先經(jīng)糖處理后經(jīng)PMA處理）為（91.0±6.6）%，能有效緩解PMA導(dǎo)致的TER降低（P＜0.001），而更高聚合度的果聚糖則沒有觀察到顯著的緩解作用。為了證明β（2→1）果聚糖的保護(hù)效應(yīng)與TLR2有關(guān)，在加入聚合度3～10的果聚糖的同時(shí)加入TLR2的阻斷抗體，然后添加10 nmol/L PMA，發(fā)現(xiàn)β（2→1）果聚糖對(duì)PMA導(dǎo)致的TER降低的緩解作用有所減弱，即其保護(hù)腸屏障的功能被顯著抑制，顯示短鏈β（2→1）果聚糖是TLR2的配體，并推測(cè)β（2→1）果聚糖與蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）誘導(dǎo)的信號(hào)通路有關(guān)。隨后Wu等[13]為驗(yàn)證這一猜想，利用大腸桿菌O157:H7（腸出血性大腸桿菌（enterohemorrhage E. coli，EHEC））引起腸道上皮細(xì)胞緊密連接損傷作為腸道屏障破壞模型，通過Caco-2BBe1細(xì)胞和人類腸道組織培養(yǎng)細(xì)胞群來測(cè)定菊粉和短鏈低聚果糖（short-chain fructo-oligosaccharide，scFOS）對(duì)腸道上皮屏障功能的影響。研究表明，菊粉和scFOS在EHEC腸上皮屏障損傷模型中能通過誘導(dǎo)作用提高封閉蛋白和緊密連接蛋白（ZO-1蛋白）的表達(dá)水平來維持TER，減少葡聚糖的漏出，并且這種誘導(dǎo)作用是通過激活PKC的δ亞型相關(guān)的信號(hào)通路來進(jìn)行的，從而改變腸上皮屏障和緊密連接蛋白的功能。從Wu等[13]的研究還發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，EHEC侵染的Caco-2BBe1細(xì)胞和腸組織培養(yǎng)細(xì)胞群在大分子滲透量和TER的響應(yīng)上是一致的，但是在未侵染的細(xì)胞中scFOS引起的TER響應(yīng)和總PKC的磷酸化程度卻有較大差異。究其原因，可能是因?yàn)镃aco-2BBe1細(xì)胞是來源于結(jié)腸直腸癌細(xì)胞克隆得到的單一類型的細(xì)胞，而腸組織培養(yǎng)細(xì)胞群是來源于非癌性的十二指腸活體組織且包含多種不同類型的細(xì)胞，這種相同益生元對(duì)癌變細(xì)胞系和原代腸道細(xì)胞群之間的屏障功能效應(yīng)差異為我們提出了一個(gè)新的啟示：相同益生元在腸道中對(duì)不同的細(xì)胞可能會(huì)引起不同的效應(yīng)。

另外，益生元除了通過改變?nèi)梭w腸道菌群組成或腸道上皮細(xì)胞應(yīng)答來間接影響人體的免疫系統(tǒng)外，也能直接調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。一系列研究認(rèn)為，scFOS等益生元能通過調(diào)控單核細(xì)胞和腸道上皮細(xì)胞中TLR2或Toll樣受體4（Toll-like receptor-4，TLR4）信號(hào)通路的方式來調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1、IL-8或CXCL-8、IL-10、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)[14-18]。Johnson-Henry等[19]發(fā)現(xiàn)：無論Caco2-bbe細(xì)胞是否受到EHEC的感染，scFOS均能增加IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）的mRNA表達(dá)水平，而菊粉只能增加TGF-β的mRNA表達(dá)水平；在EHEC感染前用scFOS和菊粉預(yù)處理Caco2-bbe細(xì)胞，可觀察到TNF-α mRNA表達(dá)量的增加和CXCL-8 mRNA表達(dá)量的減少。Lehmann等[15]在有/無乳酸菌存在的情況下培養(yǎng)健康人的單核樹突細(xì)胞，用短鏈低聚半乳糖和長(zhǎng)鏈低聚果糖混合物（shortchain galacto-oligosaccharide，scGOS/long-chain fructooligosaccharide，lcFOS）進(jìn)行刺激，24 h后用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定細(xì)胞因子IL-10和白細(xì)胞介素12p70（interleukin-12p70，IL-12p70）的分泌情況：發(fā)現(xiàn)在無乳酸菌存在的情況下，scGOS/lcFOS能促進(jìn)IL-10的釋放，但沒有引起IL-12p70的變化；在乳酸菌存在的情況下，scGOS/lcFOS能更顯著地促進(jìn)IL-10的分泌，但仍然沒有增加IL-12p70的生成；無論是單獨(dú)使用低聚糖刺激還是低聚糖和乳酸菌共同刺激，阻斷TLR4時(shí)均會(huì)消除促進(jìn)IL-10釋放的效應(yīng)，這說明scGOS/lcFOS可能通過TLR4而發(fā)揮作用。Ortega-González等[18]用4 種益生元（低聚果糖、菊粉、山羊乳低聚糖、低聚半乳糖）處理腸道上皮IEC-18細(xì)胞和HT-29細(xì)胞，以脂多糖為陽(yáng)性對(duì)照，檢測(cè)細(xì)胞因子的分泌情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在IEC-18細(xì)胞和HT-29細(xì)胞中，4 種益生元均能誘導(dǎo)生長(zhǎng)相關(guān)癌基因α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-2等細(xì)胞因子的生成。同時(shí)加入益生元和Bay11-7082（一種核因子κB-α磷酸化抑制劑，能夠調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor-κB，NF-κB）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑）處理時(shí)細(xì)胞因子的分泌受到抑制；當(dāng)敲除TLR信號(hào)通路中的一個(gè)關(guān)鍵接頭分子髓樣分化因子（myeloid differentiation factor88，Myd88）或TLR4基因后，細(xì)胞的免疫響應(yīng)極大地降低，從而推測(cè)益生元是腸道上皮細(xì)胞中TLR4的配體，可能通過激活TLR4/NF-κB信號(hào)通路來促進(jìn)免疫應(yīng)答。

上述一系列研究表明，益生元能通過調(diào)節(jié)參與免疫的細(xì)胞數(shù)量、比例或免疫相關(guān)細(xì)胞因子的基因表達(dá)水平來調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫反應(yīng)。

2.2 單一組分益生元的功效

目前市售及使用較多的益生元主要為菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖，均是含有不同聚合度寡糖或多糖的混合物，如菊粉是聚合度為2～60的果聚糖混合物；蔗果型低聚果糖含有蔗果三、四、五糖及新蔗果三糖和新蔗果四糖等。益生元對(duì)人體的有益作用（如調(diào)節(jié)腸道菌群，增強(qiáng)免疫力，對(duì)結(jié)腸癌、炎癥性腸道疾病和急性感染存在有益的影響等）已被大量文獻(xiàn)和人體實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但大多是采用益生元混合物進(jìn)行的研究[20-24]。然而，益生元對(duì)人體產(chǎn)生有益作用的具體成分是什么，單一組分通過何種方式或通過何種有益菌株對(duì)人體產(chǎn)生何種精準(zhǔn)的有益作用，對(duì)這方面的認(rèn)識(shí)仍然甚少。

伴隨著宏基因組學(xué)研究的不斷深入，人們對(duì)益生菌的認(rèn)識(shí)范圍也逐步擴(kuò)大。人類結(jié)腸中存在大約1 000～1 150 種細(xì)菌（這個(gè)數(shù)據(jù)還在隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步而增加），每個(gè)人腸道內(nèi)大約也有160 種以上的細(xì)菌。以往人們認(rèn)識(shí)的益生菌主要為雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、乳球菌屬、鏈球菌屬、腸球菌屬等，其中雙歧桿菌和乳桿菌是公認(rèn)安全的益生菌，對(duì)機(jī)體健康沒有致病性。目前人們對(duì)腸道益生菌的認(rèn)識(shí)有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)，逐漸延伸至普拉梭菌屬（Faecalibacterium prausnitzii）、普雷沃氏菌屬、丁酸弧菌屬等。其中的普拉梭菌是新近發(fā)現(xiàn)的一類可能的腸道益生菌，也是健康人群腸道中最豐富的微生物之一，約占腸道糞便細(xì)菌總數(shù)的5%～15%[25-26]，能代謝產(chǎn)生大量的丁酸鹽等，具有抗炎效應(yīng)，可明顯改善腸道炎癥，同時(shí)能通過調(diào)節(jié)單核細(xì)胞和腸道上皮細(xì)胞的細(xì)胞因子（如IL-8、IL-10等）的表達(dá)提高腸黏膜屏障功能[27-29]。隨著對(duì)益生菌認(rèn)識(shí)的深入，益生元對(duì)人體健康的促進(jìn)作用也許不僅局限于通過增殖乳桿菌和雙歧桿菌等傳統(tǒng)意義的益生菌而實(shí)現(xiàn)。開展益生元對(duì)普拉梭菌、普雷沃氏菌等新型益生菌的增殖效果研究，將進(jìn)一步明確益生元、益生菌與人體健康的關(guān)系。

從世界前沿的研究來看，益生元干預(yù)、治療疾病的研究已開始細(xì)化至單一組分益生元的作用研究，逐步建立起“結(jié)構(gòu)-菌群-功能”的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Shibata等[30]10多年來研究蔗果三糖（1-kestose，GF2）對(duì)治療嬰幼兒特異性皮炎（atopic dermatitis，AD）的臨床影響。由于雙歧桿菌在治療及預(yù)防過敏上有潛在的有益影響，在對(duì)嬰幼兒喂食GF2的條件下，Shibata等[30]首先研究了雙歧桿菌與嬰幼兒AD臨床癥狀改善之間的關(guān)系，采用隨機(jī)、雙盲、對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究，選取患有AD的嬰幼兒為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，連續(xù)12 周每人每日口服1～2 g GF2或麥芽糖，以AD嚴(yán)重程度（scoring atopic dermatitis，SCORAD）評(píng)分為AD癥狀評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明在GF2組中大便初始雙歧桿菌數(shù)量小于109CFU/g的受試者中，雙歧桿菌數(shù)量顯著增加（從108.5CFU/g增加至109.1CFU/g）；但在整個(gè)研究人群（包含GF2組和安慰劑組）中大便初始雙歧桿菌數(shù)量大于109CFU/g的受試者的雙歧桿菌數(shù)量間沒有明顯差異，推測(cè)定植于嬰幼兒腸道微生態(tài)系統(tǒng)中的內(nèi)源性雙歧桿菌數(shù)的上限值約為109CFU/g大便。而在實(shí)驗(yàn)第0、6、12周時(shí)，GF2組的SCORAD評(píng)分分別為41.3、25.3、19.5；安慰劑組的SCORAD評(píng)分分別為38.3、36.4、37.5，反映不論初始雙歧桿菌數(shù)量是否達(dá)到上限，服食GF2使SCORAD評(píng)分得到持續(xù)改善。結(jié)果表明GF2具有減輕嬰幼兒AD臨床癥狀的作用，然而SCORAD評(píng)分與雙歧桿菌含量沒有明顯相關(guān)性，暗示攝入GF2后，除了雙歧桿菌外，可能存在另一種機(jī)制改善嬰幼兒AD患者臨床癥狀。為此，Koga等[31]開展了GF2對(duì)普拉梭菌及嬰幼兒AD隨年齡的影響的研究，結(jié)果顯示普拉梭菌在嬰兒出生后在腸道的定植和增殖要比雙岐桿菌滯后一些，到2 歲左右含量才趨于穩(wěn)定，為108～109CUF/g大便，接近成年人水平；2～5 歲受試者攝入GF2后第6周時(shí)SCORAD評(píng)分改善情況與普拉梭菌含量增加成顯著正相關(guān)（P＝0.044），而對(duì)于0～1 歲嬰幼兒，GF2組在實(shí)驗(yàn)12 周內(nèi)，普拉梭菌含量均顯著增加，但可能由于初始基數(shù)小，兩者未見顯著相關(guān)性。為此，作者認(rèn)為考慮年齡因素的影響，GF2對(duì)較大嬰幼兒能有效刺激腸道內(nèi)普拉梭菌增殖，并可能因此而持續(xù)地改善嬰幼兒AD癥狀。另外，Jinno等[32]研究了GF2對(duì)小鼠乳汁中免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）水平的影響，給BALB/c小鼠的飲食中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的GF2，發(fā)現(xiàn)GF2的添加顯著提高總IgA的含量（P＜0.05），表明GF2的添加可能會(huì)影響腸道和乳腺的免疫系統(tǒng)。

在對(duì)益生元組分的深入研究中逐步證實(shí)，益生元的種類及糖鏈的鏈長(zhǎng)對(duì)人體健康的有益作用存在差異。劉言佳[33]研究發(fā)現(xiàn)菊粉的聚合度對(duì)乳酸桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌的生長(zhǎng)影響很大，隨著菊粉的聚合度增加，乳酸桿菌的生長(zhǎng)效果逐漸變差；聚合度大于12時(shí)，菌株不能生長(zhǎng)；聚合度小于4的菊粉對(duì)長(zhǎng)雙歧桿菌的促生長(zhǎng)作用優(yōu)于葡萄糖和果糖；聚合度大于5時(shí)，菊粉對(duì)長(zhǎng)雙歧桿菌的促生長(zhǎng)作用隨聚合度的增加而降低。李琬聰[34]發(fā)現(xiàn)菊粉三糖、四糖對(duì)保加利亞乳桿菌、乳雙歧桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌等7 種益生菌的增殖作用明顯，但隨著聚合度的增加，益生菌生長(zhǎng)狀況有所下降。Vogt等[12]的研究發(fā)現(xiàn)β（2→1）果聚糖能有效保護(hù)T84細(xì)胞的屏障，并發(fā)現(xiàn)聚合度3～10果聚糖能有效緩解PMA導(dǎo)致的TER值降低，而高聚合度果聚糖則沒有顯著的緩解作用。

2.3 天然多組分益生元——HMOs

人類母乳中天然存在著一類益生元——HMOs，是繼乳糖、脂肪之后的第三大固體組分，在嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育中起到重要作用。HMOs以乳酰-N-四糖，乳酰-N-新四糖，乳酰-N-六糖為核心結(jié)構(gòu)，可以再度延伸或進(jìn)行巖藻糖基化和唾液酸化從而形成各種不同的HMOs（例如2’-FL、3-FL、LNT、LNFP I等），總體包含中性低聚糖和酸性低聚糖：中性低聚糖又可分為無巖藻糖基及含巖藻糖基的低聚糖，約占HMOs含量的70%；酸性低聚糖是包含唾液酸及硫酸鹽結(jié)構(gòu)的低聚糖，約占HMOs含量的30%[35-38]。HMOs具有調(diào)節(jié)腸道菌群、增殖有益菌、抑制有害菌的作用；可作為抗黏附型抗菌劑，以可溶性的誘餌型受體方式防止病原體黏附到嬰兒的黏膜表面，降低感染的風(fēng)險(xiǎn)；能夠調(diào)節(jié)表皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞應(yīng)答，減少黏膜白細(xì)胞的過度浸潤(rùn)和過度激活；并降低壞死性小腸結(jié)腸炎發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)為嬰兒提供唾液酸作為大腦發(fā)育和認(rèn)知力提高的潛在必要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[39]。

母乳是嬰兒最好的營(yíng)養(yǎng)和食物，是一切嬰幼兒配方乳粉研發(fā)的金標(biāo)準(zhǔn)，是精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)最好的標(biāo)桿?，F(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，母乳中的各種營(yíng)養(yǎng)成分，特別是其中的HMOs，伴隨母親泌乳階段、所處外部環(huán)境不同以及種族、血型、基因、年齡、體質(zhì)差異等，均顯示出顯著的不同[40-41]。所以，以HMOs為模板和參照，研究HMOs的組成和變化規(guī)律及母嬰腸道微生態(tài)狀況等，分析、統(tǒng)計(jì)、總結(jié)其內(nèi)在關(guān)聯(lián)，可以為各種特定益生元的精準(zhǔn)復(fù)配、協(xié)同應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

2.3.1 中國(guó)母親HMOs成分在泌乳期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化

目前對(duì)HMOs研究所得到的一些結(jié)果多基于歐美母親母乳，而對(duì)中國(guó)母親HMOs組分的分析和研究很少?？赡苡捎跈z測(cè)手段和受檢人群的差異，結(jié)果存在較大差距。過往對(duì)HMOs的研究分析主要采用高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）或HPLC-質(zhì)譜串聯(lián)法，樣品需除去蛋白、脂肪及部分乳糖，再經(jīng)衍生化后測(cè)定。姚文等[42]用HPLC衍生化法檢測(cè)了上海51 位母親母乳中9 種中性低聚糖的變化趨勢(shì)，認(rèn)為其中2′-FL和3-FL的質(zhì)量濃度在泌乳期呈上升趨勢(shì)，分別從579.6 mg/L增至787.8 mg/L和84.6 mg/L增至485.8 mg/L，LNFP I的質(zhì)量濃度則從596.9 mg/L持續(xù)下降至304.5 mg/L。而Austin等[43]用HPLC法檢測(cè)了北京、廣州、蘇州共450 位母親母乳中10 種低聚糖的變化趨勢(shì)，卻認(rèn)為包括2′-FL在內(nèi)的9 種低聚糖的含量在初乳或過渡乳時(shí)達(dá)到最高，保持一定時(shí)間后逐漸減少。近年來高效陰離子交換色譜-脈沖電化學(xué)檢測(cè)法迅速發(fā)展起來，具有高效、靈敏、準(zhǔn)確、線性范圍寬、針對(duì)性強(qiáng)、無需衍生化處理、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，避免了糖類因初分、衍生化而產(chǎn)生的誤差，非常適用于復(fù)雜低聚糖混合物的定性和定量分析。魏遠(yuǎn)安等[44]建立了一種一次可檢測(cè)22 種HMOs的離子色譜-積分脈沖安培檢測(cè)法，同時(shí)密集收取22 位中國(guó)江門地區(qū)母親共163 份母乳樣品，分析其組成和質(zhì)量濃度變化。該研究結(jié)果與Austin等[43]研究的HMOs變化趨勢(shì)基本一致，但具體質(zhì)量濃度有較大差異，特別是2’-FL、3-FL、LNT、LNFP I這4 種HMOs，質(zhì)量濃度范圍為15～2 840 mg/L，比Austin等[43]的15～4 900 mg/L變動(dòng)范圍要小，而3-FL是所有HMOs成分中唯一隨泌乳時(shí)間延長(zhǎng)而保持質(zhì)量濃度增加的成分。上述一系列結(jié)果表明，在整個(gè)泌乳期內(nèi)HMOs的組成及含量是動(dòng)態(tài)變化的。

2.3.2 Lewis血型和相關(guān)基因?qū)MOs組分的影響

目前已確定了超過200 種不同的HMOs，但不是每一個(gè)婦女合成的HMOs都是一樣的[45]。Lewis血型的不同能反映HMOs的組分特性，而血型最根本是受基因的調(diào)控。決定Lewis血型的2 個(gè)巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶基因FUT2（Se基因或分泌基因）和FUT3（Lewis基因）調(diào)控的產(chǎn)物分別是α-1,2-L-巖藻糖轉(zhuǎn)移酶和α-1,3/4-L-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶，其在體內(nèi)表達(dá)含量和活性的高低決定了Lewis血型糖鏈和HMOs糖鏈中成分結(jié)構(gòu)的差異和特點(diǎn)[46-50]。在Lewis血型系統(tǒng)中的Lea抗原是由FUT3基因控制，而Leb抗原是由FUT3基因和FUT2基因共同控制，根據(jù)個(gè)體紅細(xì)胞Lea抗原和Leb抗原的檢測(cè)結(jié)果，可分為4 種抗原表型：Le（a+b-）、Le（a-b+）、Le（a-b-）和Le（a+b+），這4 種表型受Lea和Leb抗原分泌狀態(tài)的影響。FUT3基因表達(dá)產(chǎn)物為α-1,3/4-L-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶，該酶控制產(chǎn)生α-1,3/4-L-巖藻糖基化的低聚糖；FUT2基因表達(dá)產(chǎn)物為α-1,2-L-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶，該酶控制產(chǎn)生α-1,2-L-巖藻糖基化的低聚糖。根據(jù)FUT2是否正常表達(dá)并分泌α-1,2-L-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶可以將母乳分為分泌型和非分泌型。分泌型母乳中含有豐富的α-1,2-L-巖藻糖基化低聚糖，而非分泌型母乳中缺乏或只存在很少α-1,2-L-巖藻糖基化低聚糖。同樣根據(jù)FUT3是否正常表達(dá)并分泌α-1,3/4-L-巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶可以將母乳分為L(zhǎng)e陽(yáng)性型和Le陰性型。通過Lewis血型鑒定和母乳中低聚糖組成分析可研究比對(duì)兩者的調(diào)控關(guān)系。

姚文等[42]分析不同基因型母親中性寡糖的特異性分類特點(diǎn)，51 位母親的Lewis表型分布情況為：29 位母親屬于Le（a-b+），占此人群的56.8%；10 位母親屬于Le（a-b-），占19.6%；12 位母親屬于Le（a+b-），占23.6%，與在浙江人群中的Lewis基因分型比例相近。在Chaturvedi等[51]的研究中發(fā)現(xiàn)，Le（a-b+）占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的墨西哥人群中，母乳中2′-FL和LNFP I含量最多，居前兩位。Musumeci等[52]研究意大利母親的初乳，得出73.3%的母親為L(zhǎng)e（ab+），23.3%為L(zhǎng)e（a-b-），而3.3%為L(zhǎng)e（a+b-）。魏遠(yuǎn)安等[44]對(duì)Lewis血型與HMOs成分關(guān)系進(jìn)行了研究，基于Lewis血型類型，在國(guó)內(nèi)首次提出將中國(guó)母親母乳分為分泌型和非分泌型，結(jié)果表明分泌型母親的母乳中富含α-1,2-L-巖藻糖基化低聚糖（例如2’-FL、LNFP-I、LDFT、LNDFH I）。在分泌型與非分泌型母乳中，α-1,2-L-巖藻糖基化低聚糖的質(zhì)量濃度范圍分別是1 211～7 272 mg/L和100～920 mg/L，然而α-1,3/4-L-巖藻糖基化低聚糖（例如LNDFH II、DFLNH、3-FL、LNFP II）的質(zhì)量濃度范圍則分別是181～2 722 mg/L和476～4 931 mg/L，分泌型母親母乳的總HMOs質(zhì)量濃度比非分泌型母親高500～1 000 mg/L。

目前可根據(jù)FUT2基因和FUT3基因表達(dá)情況將個(gè)體的乳汁樣本分為4 種類型，但對(duì)于復(fù)雜的HMOs仍過于簡(jiǎn)單化，例如，F(xiàn)UT2和FUT3會(huì)競(jìng)爭(zhēng)某些相同底物等現(xiàn)像[46,48,53]，甚至Se－Le－的婦女乳汁中雖不能表達(dá)FUT2和FUT3，但乳汁中含有巖藻糖基HMOs，如3-FL或LNFP III。為此，Newburg等[54]認(rèn)為可能含有其他獨(dú)立于FUT2、FUT3基因以外的FUTs（如FUT4、FUT5、FUT6、FUT7或FUT9）。另外，α-1,2-L-巖藻糖基HMOs也被發(fā)現(xiàn)存在于非分泌型婦女哺乳期快結(jié)束時(shí)的乳汁中，且Newburg等[54]提出FUT1可能參與HMOs的巖藻糖基化。

2.3.3 巖藻糖基化HMOs的地域差異

據(jù)Glycom A-S公司2014年申報(bào)的FDA GRASS文件GRN000546的附件A中總結(jié)的多項(xiàng)研究數(shù)據(jù)，認(rèn)為2′-FL在母乳中的平均質(zhì)量濃度為2 000～4 000 mg/L，但是這一結(jié)論主要是根據(jù)歐美地區(qū)母親母乳的分析結(jié)果得出。魏遠(yuǎn)安等[44]對(duì)中國(guó)母親母乳的研究表明，2’-FL在中國(guó)母親母乳中的變動(dòng)范圍要小得多：其最低點(diǎn)平均值在非分泌型母親母乳中，為11 mg/L；最高點(diǎn)平均值在分泌型母親母乳中，為1 305 mg/L。在過去的報(bào)道中，也有2’-FL含量較低的情況出現(xiàn)。Asakuma等[55]檢測(cè)日本母親成熟乳中2’-FL平均質(zhì)量濃度為1 480 mg/L，Leo等[56]分析了南太平洋薩摩亞群島母親的初乳，其2’-FL的質(zhì)量濃度為330 mg/L。Erney等[41]對(duì)10 個(gè)國(guó)家母親的母乳進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)78%的中國(guó)母親乳汁中含有2’-FL，而菲律賓僅有46%的母親乳汁中含有2’-FL，可見2’-FL的分泌與地域也存在一定關(guān)系，所以是否中國(guó)或亞洲地區(qū)和歐美地區(qū)母乳中2’-FL存在較大差別，甚至其他巖藻糖基化HMOs的含量變化也存在人群差異，值得進(jìn)一步進(jìn)行大樣本量的比對(duì)分析和研究。

3 結(jié) 語

伴隨著精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的發(fā)展，益生元以其在健康維護(hù)、疾病預(yù)防、輔助干預(yù)治療中的獨(dú)特作用勢(shì)必受到關(guān)注和重視。精準(zhǔn)益生元將是基于人群個(gè)體遺傳背景、生活特征（膳食、運(yùn)動(dòng)、生活習(xí)慣等）、代謝指征、腸道微生物特征和生理狀態(tài)（營(yíng)養(yǎng)水平、疾病狀態(tài)等）等因素基礎(chǔ)上的綜合分析與精準(zhǔn)使用。精準(zhǔn)益生元在微生態(tài)健康醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開對(duì)益生元的物理化學(xué)性質(zhì)、成分、結(jié)構(gòu)、生理作用機(jī)制的深入研究和深刻理解。對(duì)益生元在細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)層面的直接生理功能機(jī)制及單一組分益生元功效和天然多組分HMOs等方面的精準(zhǔn)化研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)益生元在微生態(tài)健康產(chǎn)品、生物醫(yī)藥研發(fā)、醫(yī)療服務(wù)上的精準(zhǔn)化定制和科學(xué)配方具有重要的社會(huì)、商業(yè)價(jià)值和科學(xué)意義，也是益生元今后的重點(diǎn)發(fā)展方向。

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