含罗伊氏乳杆菌与GOS的幼儿配方奶粉通过调控肠道菌群增强骨骼与肌肉发育的随机试验

《Nature Communications》：A young child formula with Limosilactobacillus reuteri and GOS modulates gut microbiome and enhances bone and muscle development: a randomized trial

本研究针对幼儿期骨骼与肌肉发育关键窗口，通过随机对照试验验证了含罗伊氏乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）DSM 17938和低聚半乳糖（GOS）的合生元配方奶粉（EYCF）对幼儿骨骼质量（胫骨声波速度SOS）和肌肉力量（握力）的促进作用。研究发现EYCF干预6个月后，胫骨SOS提升58.91 m/s（p=0.002），握力增强11%（p=0.015），并通过宏基因组学和代谢组学揭示了肠道微生物群（如双歧杆菌富集）及其代谢产物（如吲哚类物质）在肠道-肌肉骨骼轴中的关键调控作用，为早期营养干预策略提供了新见解。

　　

在生命早期，骨骼和肌肉的健康发展对儿童的长期成长至关重要。然而，如何通过营养干预优化这一过程仍是科学界和医学界关注的焦点。近年来，肠道微生物群（gut microbiome）作为调控宿主健康的关键因素，其与骨骼和肌肉的相互作用——即“肠道-骨骼轴”（gut-bone axis）和“肠道-肌肉轴”（gut-muscle axis）——逐渐受到重视。尽管在成人及老年群体中已有相关研究，但在幼儿期这一关键发育窗口，肠道微生物群如何通过特定营养干预影响骨骼和肌肉发育，尚缺乏高质量的临床证据。此外，传统的营养策略如钙和维生素D补充虽有一定效果，但作用有限，且其效果在停止补充后可能消失。因此，探索通过调制肠道菌群来促进骨骼和肌肉健康的新方法，具有重要的科学价值和临床意义。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，由Nicolas Bonnet和Marie-Noelle Horcajada等人领导的研究团队，通过一项随机、双盲、对照试验，首次在幼儿中探讨了含特定合生元（synbiotic）的配方奶粉对骨骼和肌肉发育的影响。该合生元由罗伊氏乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）DSM 17938和低聚半乳糖（galacto-oligosaccharides, GOS）组成。研究结果显示，干预6个月后，实验配方奶粉（EYCF）显著提高了幼儿的胫骨声波速度（speed of sound, SOS）（增加58.91 m/s, p=0.002）和肌肉力量（握力增加11%, p=0.015）。通过宏基因组测序（shotgun metagenomics）和代谢组学分析，研究进一步揭示EYCF调控了肠道微生物组成和功能，如富集了罗伊氏乳杆菌和双歧杆菌（Bifidobacterium），并促进了色氨酸（tryptophan）代谢途径中多种有益代谢物（如吲哚-3-乳酸和吲哚-3-丙酸）的产生。这些发现不仅证实了合生元干预的有效性，还为理解肠道-肌肉骨骼轴在早期生命中的作用提供了机制性见解，为开发新的营养策略奠定了坚实基础。

研究采用了多项关键技术方法，包括：随机对照试验设计，纳入182名2-3岁菲律宾幼儿，随机分为实验组（EYCF）和对照组（CM），干预6个月；通过定量超声测量胫骨和桡骨声波速度（SOS）评估骨质量，握力计测量肌肉力量；利用宏基因组测序分析粪便微生物组成，非靶向代谢组学检测粪便代谢物；体外实验评估配方消化产物和特定代谢物对成骨细胞（MC3T3-E1细胞系）和肌肉祖细胞（人原代细胞）分化的影响。

实验配方在体外积极影响肌生成

研究人员首先通过体外实验评估了合生元对肌肉祖细胞的影响。将人肌肉祖细胞暴露于实验配方（含GOS和罗伊氏乳杆菌）的体外发酵产物后，发现肌管融合指数和总面积显著增加（分别增加10%和18%），而单独使用GOS或罗伊氏乳杆菌则无显著效果，表明两者具有协同作用。

实验性幼儿配方奶粉增强骨骼和肌肉力量

在临床试验中，与对照组（CM）相比，EYCF组在干预6个月后胫骨SOS显著提高（平均差异58.91 m/s, p=0.002），且在3个月时差异已显着（53.00 m/s, p=0.024）。同时，EYCF组握力显著高于对照组（11%, p=0.015）。骨转换指数（bone turnover index）在EYCF组也更高（+25%, p=0.02），表明骨代谢活性增强。其他生长指标（如身高、体重）组间无显著差异。

实验性幼儿配方奶粉中的维生素和矿物质水平不驱动对骨骼和肌肉力量的影响

尽管EYCF组血液维生素D水平显著高于对照组（+17%, p<0.0001），并消除了维生素D缺乏，但维生素D水平与胫骨SOS或握力无关联。粪便钙脂肪酸皂（fecal calcium fatty acid soaps）在EYCF组排泄减少，但钙排泄量无组间差异，且这些矿物质指标与骨骼肌肉结局无显著相关。

实验性幼儿配方奶粉诱导双歧效应

肠道微生物组分析显示，EYCF干预6个月后，微生物群落组成发生显著改变。EYCF组中罗伊氏乳杆菌和多种双歧杆菌（如Bifidobacterium breve、B. longum）显著富集，而链球菌属（Streptococcus）等物种在对照组中更丰富，表明合生元具有双歧效应（bifidogenic effect）。

实验性幼儿配方奶粉改变氨基酸的微生物代谢

代谢组学分析发现，EYCF组有266种代谢物与对照组差异显著，其中69种得到明确注释。包括哌可酸（pipecolinic acid）、吲哚-3-羧醛（indole-3-carboxyaldehyde）、吲哚-3-丙酸（indole-3-propionic acid, IPA）和吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid, ILA）在内的色氨酸代谢产物显著增加，提示微生物氨基酸代谢通路被激活。

实验性幼儿配方奶粉影响与临床结局相关的微生物种类和代谢物

微生物与代谢物关联分析显示，罗伊氏乳杆菌和双歧杆菌的丰度与多种代谢物水平相关。进一步地，37种微生物物种和15种代谢物与临床结局（如胫骨长度、握力）显著相关。例如，罗伊氏乳杆菌与胫骨长度、桡骨长度和握力相关；吲哚-3-乳酸与握力正相关。体外实验验证了部分代谢物（如吲哚-3-乳酸、哌可酸）可直接促进成骨细胞标志物（如ATF-4）表达和肌管融合。

罗伊氏乳杆菌丰度增加与临床结局相关

将受试者按干预期间罗伊氏乳杆菌丰度是否增加分组后发现，丰度增加者（主要来自EYCF组）其握力、胫骨SOS和维生素D水平提升更显著，提示益生菌的功效与其在肠道内的定植增加有关。

食用EYCF安全且耐受性良好

胃肠道耐受性问卷（TGCQ）显示两组耐受性均良好，无显著差异。不良事件发生率组间相似，无严重不良事件报告。

本研究通过严谨的临床试验和多组学分析，首次在幼儿中证实了含罗伊氏乳杆菌和GOS的合生元配方奶粉可通过调控肠道微生物组及其代谢功能，有效促进骨骼质量和肌肉力量的发育。研究发现，干预不仅显著提高了胫骨声波速度（骨质量指标）和握力（肌肉力量），还诱导了肠道双歧杆菌和罗伊氏乳杆菌的富集，并促进了色氨酸代谢途径中多种活性代谢物（如吲哚类物质）的产生，这些代谢物部分在体外实验中显示出直接促进成骨和肌生成的能力。值得注意的是，罗伊氏乳杆菌丰度的增加与临床改善显著相关，突出了益生菌定植的重要性。此外，研究排除了维生素D和矿物质吸收作为主要驱动因素的可能性，进一步强化了微生物组的核心作用。这些结果不仅为“肠道-肌肉骨骼轴”在早期生命的存在提供了有力证据，也为开发基于微生物组调控的营养干预策略提供了科学依据。尽管研究证明了短期益处，但这种早期获得的骨骼和肌肉优势是否能持续至儿童期后期乃至成年，仍需长期随访验证。总体而言，这项研究深化了我们对早期营养、肠道菌群和生长发育之间复杂相互作用的理解，对促进儿童健康具有重要转化价值。