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为探究合成人乳寡糖（HMOs）对断奶后儿童肠道微生物群的影响，研究人员以 7 名健康幼儿粪便微生物群落为对象，对比 0.5g/L 2’- 岩藻糖基乳糖（2’FL）和 4.0g/L 混合 HMOs（pHMOs）的作用。结果显示 pHMOs 显著改变群落组成和代谢，2’FL 单独作用不明显。该研究为 HMOs 应用提供依据。
在婴幼儿的成长过程中，母乳就像一座 “营养宝库”，为人的生长发育提供各种必需的营养成分。其中，人乳寡糖（Human Milk Oligosaccharides，HMOs）作为母乳中的重要组成部分，虽然不能被婴幼儿完全消化吸收，却在肠道中发挥着极为关键的作用，比如抑制有害病菌的生长、增强肠道屏障功能、助力免疫系统的发育，还能作为益生元为肠道微生物提供 “食物”。然而，目前人们对 HMOs 的了解还十分有限，尤其是当 HMOs 被添加到婴儿配方奶粉中，脱离了母乳这个复杂的 “大环境” 后，它对断奶后儿童肠道微生物群落会产生怎样的影响，我们知之甚少。
为了填补这一知识空白，来自多个研究机构的科研人员联合开展了一项研究，其中包括美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校、芬兰赫尔辛基大学、加拿大多伦多儿童医院、加拿大圭尔夫大学等。他们的研究成果发表在了《Microbiome》杂志上。
研究人员为了深入了解 HMOs 对断奶后儿童肠道微生物群的影响，进行了一系列实验。首先，他们从参与 DIABIMMUNE 出生队列研究的儿童中，选取了 7 名 18 - 24 个月大的健康幼儿，收集了他们的粪便样本。这些儿童携带与 1 型糖尿病（Type 1 Diabetes，T1D）发病风险增加相关的人类白细胞抗原（Human Leukocyte Antigen，HLA）等位基因，但在收集样本时均未患糖尿病或其他疾病。
研究人员使用多功能生物反应器系统模拟人类远端结肠的生理条件，将粪便样本接种到生物反应器中，让微生物群落达到稳定状态。随后，分别用 4.0g/L 的混合 HMOs（pHMOs，从多名分泌型（Se）阳性个体的母乳中提取纯化）、0.5g/L 的 2’- 岩藻糖基乳糖（2’FL，这是目前最广泛添加到婴儿配方奶粉中的 HMO 结构）以及不做处理的水作为对照，对微生物群落进行处理。之后，利用多种技术对处理后的微生物群落进行分析。比如，通过流式细胞术对细胞进行计数；采用 16S rRNA 基因测序来分析微生物群落的分类组成；运用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术评估微生物群落的代谢输出；还进行了微生物分离和 HMO 利用实验，以探究不同细菌对 HMOs 的代谢能力 。
研究结果表明：
- HMOs 被微生物群落快速降解：在添加 pHMOs 后的 24 小时内，91.0 ± 5.4% 的定量 HMO 结构被降解，其中 2’FL 的代谢效率最高，无论是单独添加还是在 pHMOs 混合物中，大部分 2’FL 在 3 小时内就被降解。不过，部分 HMO 结构，如 3FL、6’SL、DFLac 和 LNFP3，降解并不完全，这可能是由于添加的 HMO 结构与较大结构降解产生的 HMOs 存在重叠。
- pHMOs 改变微生物群落组成：通过 16S rRNA 基因测序分析发现，在 HMO 处理之前，不同微生物群落的 alpha 多样性存在差异。经 ADONIS（PERMANOVA）分析，供体身份对群落组成有显著影响；而处理因素的影响在 60 小时时间点才显著体现出来。进一步用 MaAsLin2 分析发现，pHMOs 处理后，拟杆菌属（Bacteroides）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）和埃希氏菌 - 志贺氏菌属（Escherichia - Shigella）等的绝对丰度显著增加，而萨特氏菌属（Sutterella）、副萨特氏菌属（Parasutterella）和塞利氏菌属（Sellimonas）等的丰度下降。相比之下，2’FL 处理并未引起群落组成在属水平上的变化。
- pHMOs 影响微生物群落的代谢输出：利用 NMR 技术检测发现，与 2’FL 单独处理或不处理的对照组相比，pHMOs 处理的群落表现出独特的功能特征。在检测的 47 种代谢物中，有 18 种因 pHMOs 处理而上调，包括一些氨基酸和短链脂肪酸（Short - Chain Fatty Acid，SCFA）中的乙酸盐；同时，pHMOs 处理还抑制了对甲酚等某些代谢物的产生。而 2’FL 单独处理时，代谢产物浓度大多与对照组相似，仅 Child_3 群落有明显变化。
- 多种物种的生长受 pHMOs 影响：研究人员对 330 株细菌分离株进行实验，发现它们在添加 pHMOs 后的生长策略各不相同，包括逻辑斯蒂生长、双峰或振荡生长、长时间延迟期后的生长、比对照条件下更低的生长上限以及生长后进入死亡期等，甚至还有部分菌株生长完全受到抑制。总体而言，193 株（101 种）分离株在添加 pHMOs 后生长曲线下面积（Area Under Curve，AUC）比对照组更大，40 株（34 种）分离株的 AUC 更小；189 株（97 种）分离株的最大光密度（Optical Density，ODh）更高，32 株（30 种）分离株的 ODh更低。
- HMOs 的结构特异性降解和菌株依赖性异质性：对细菌分离株的 HMO 结构偏好性分析发现，不同分离株对 HMO 结构的代谢能力差异很大。一些菌株能够代谢多种结构，如瘤胃球菌属（Ruminococcus）的某些种、阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）、拟杆菌属（Bacteroides）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）的部分菌种。部分菌株则表现出结构特异性，如普拉氏黄酮菌（Flavonifractor plautii）优先降解 DSLNT 和 LNFP3。总体上，唾液酸化结构的代谢程度高于岩藻糖化结构。此外，在对同一物种的多个分离株研究中发现，种内存在显著的 HMO 代谢异质性，不同菌株对 pHMOs 的生长反应和 HMO 降解谱并不总是一致。
在讨论部分，研究人员指出，虽然之前的临床试验表明添加 HMOs 的婴儿配方奶粉对婴儿有益，但关于 HMOs 在母乳之外对儿童肠道微生物群的影响研究较少。本研究发现，尽管儿童在断奶后饮食发生了变化，但肠道微生物群落仍保留了水解常见 HMO 结构的能力。不过，像 Child_3 群落对某些较大 HMO 结构的降解能力有限，这表明补充多种 HMO 结构可能对微生物群落多样性有限的儿童更为重要。pHMOs 处理后，微生物群落组成和代谢活动发生了显著变化，这些变化可能对宿主健康有益，比如促进有益代谢物的产生，抑制有害代谢物的生成。而 2’FL 单独处理时，对微生物群落的影响较小，这可能与断奶后部分婴儿肠道中缺乏能发酵 2’FL 的双歧杆菌菌株有关。此外，研究还发现除双歧杆菌外，还有许多其他物种能与 HMOs 相互作用，并且同一物种内不同菌株对 HMOs 的代谢能力存在很大差异。
这项研究具有重要意义，它让人们对 HMOs 的健康促进特性有了更深入的了解，强调了进一步研究将单个 HMO 结构添加到婴儿配方奶粉中调节肠道微生物群的有效性的必要性。同时，研究结果也表明，HMO 补充并非 “一刀切” 的模式，单一或少数几种 HMO 结构可能无法满足所有儿童肠道微生物群的需求。未来的研究可以进一步探索不同 HMO 混合物的作用，结合更多技术手段深入研究微生物对 HMOs 的利用机制，为婴儿配方奶粉的优化和儿童健康的促进提供更有力的理论依据。
