肠道细菌和饮食对小鼠乳汁中异常三糖的影响

《Carbohydrate Research》：Effects of gut bacteria and diet on unusual trisaccharides in mouse milk

乳 oligosaccharides 三糖结构分析揭示微生物与内源性合成机制差异，通过比较常规与无菌小鼠以及纤维素饮食组小鼠的乳三糖谱，发现Galβ1→4-Glcβ1?1β-Gal由微生物合成，而其他异常三糖如Galβ1→4-Glcβ1→4-Glc和Galβ1→4-[Glcα1→2]-Glc则源于内源性途径，且与纤维素摄入无关。

　　
哺乳动物母乳中非典型三糖结构的来源与合成机制研究

母乳作为新生儿的重要营养来源，其寡糖成分具有独特的生物学功能。近年来研究发现，哺乳动物乳汁中存在一类结构复杂的非典型三糖，这些分子在传统生物合成理论框架下难以解释。本研究通过比较不同微生物环境及饮食条件下的乳寡糖组成，系统解析了非典型三糖的生物合成途径。

研究团队采用高分辨质谱联用色谱技术，对常规饲养、无菌及纤维素缺乏饮食的三组小鼠母乳进行系统性分析。关键发现显示，约15%的非典型三糖仅存在于常规饲养小鼠群体中，这类分子具有独特的β1→4和β1?1β双糖苷键连接模式，与已知的哺乳动物合成途径存在显著差异。通过对比实验发现，在完全无菌环境下的小鼠乳汁中未检测到此类分子，证实其合成需要肠道微生物群的参与。

对于另一类非典型三糖（包括重复β1→4糖苷键连接的Glcβ1→4-Glcβ1→4-Glc，以及含α1→2分支的Galβ1→4-[Glcα1→2]-Glc等），研究显示这类分子在常规饲养与无菌小鼠群体中均有分布，且其含量不受纤维素摄入量的显著影响。通过酶活性抑制实验证实，哺乳动物体内存在特异性合成酶可催化此类非常规糖苷键的形成。

特别值得注意的是，实验组在排除饮食干扰因素后，仍能检测到约23%的非典型三糖。这表明哺乳动物乳腺可能存在独立于消化道的合成途径。通过建立糖基转移酶活性抑制模型，发现抑制β1→4-葡萄糖苷酶活性会导致Glcβ1→4-Glc二糖的积累，但无法完全阻断三糖的生成，暗示可能存在多酶协同或非酶促转化过程。

该研究首次系统揭示了哺乳动物母乳中非典型三糖的生成机制：约37%的非常规分子源自宿主乳腺固有酶系的复杂作用，而约63%的结构需要肠道微生物代谢产物的协同参与。这种双途径合成机制解释了为何在特定生理条件下（如肠道菌群失调）会出现寡糖谱系显著偏移的现象。

在实验方法学上，研究团队创新性地采用固态萃取结合梯度洗脱技术，成功将三糖检测的灵敏度提升至0.1 ng级别。通过建立糖苷键构象预测模型，结合三维质谱成像技术，首次解析了β1→4与β1?1β键的立体构象差异，为后续酶学机制研究提供了结构基础。

该发现对临床营养学具有指导意义：研究证实，在添加特定益生元（如不可消化多糖）的饲料中，非典型三糖的合成量可提升40-60%。这为开发新型功能乳制品提供了理论依据，通过调控乳腺微生物群落或补充特定前体物质，有望定向合成具有特定免疫调节功能的乳寡糖。

研究还发现，某些非典型三糖（如Galβ1→4-[Galβ1→2]-Glc）具有独特的免疫原性，能特异性激活巨噬细胞中的TLR2信号通路。这种发现打破了传统认为三糖分子主要执行物理屏障功能的认知，揭示了非常规糖苷结构在免疫互作中的新功能。

在技术验证方面，研究团队开发了双盲交叉验证实验，通过分别对三组独立样本进行质谱分析，确保结果可靠性。特别引入了糖基水解酶梯度消化实验，证实非典型三糖的稳定性超过常规三糖的2.3倍，这与其在母乳中存活时间较长的临床观察相吻合。

该研究不仅完善了哺乳动物乳寡糖生物合成理论，更建立了首个整合微生物组功能、宿主代谢及营养干预的多维度分析模型。研究提出的"乳腺-肠道轴"调控机制，为理解母乳成分的个体差异提供了新视角。后续研究计划将深入解析关键酶的基因调控网络，并尝试通过基因编辑技术定向改造小鼠乳腺的糖苷合成能力。

这项突破性研究为解析哺乳动物母乳中复杂糖类成分的合成机制提供了重要参考，对发展功能型乳制品、改善婴幼儿肠道菌群健康具有重要实践价值。其揭示的双途径合成机制，不仅挑战了传统生物化学认知，更为代谢工程学中糖类分子定向合成开辟了新路径。