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人乳寡糖（HMOs）对婴儿健康意义重大，但牛乳中其含量远低于人乳。研究人员开展 HMOs 相关研究，涵盖结构、合成、功能及应用等方面。结果显示 HMOs 有多种功能，部分已用于婴儿配方奶粉。这为改善婴儿营养和健康提供了新方向。
在生命的最初阶段，母乳无疑是婴儿最理想的食物，它蕴含着诸多对婴儿成长至关重要的成分，人乳寡糖（Human Milk Oligosaccharides，HMOs）便是其中极具神秘色彩的一员。HMOs 虽不能为婴儿提供能量，却在多个方面发挥着关键作用，然而，牛乳作为婴儿配方奶粉的常用原料，其中 HMOs 的浓度却远远低于人乳。这一差异引发了科学界的关注，为了深入了解 HMOs 的奥秘，推动婴儿营养与健康领域的发展，研究人员开启了一系列探索之旅。此次研究成果发表于《BBA Advances》，为我们揭示了 HMOs 的诸多秘密。
研究人员主要运用了多种技术方法。在结构鉴定方面，借助先进的质谱（MS）技术，对 HMOs 的结构进行精准解析，发现了多种新型 HMOs 结构。对于 HMOs 的合成研究，采用发酵法，利用重组细菌来生产 HMOs，并通过调整微生物代谢途径，提高目标 HMOs 的产量。在功能研究中，运用体外细胞实验和体内动物模型实验，探究 HMOs 对病原体感染、肠道屏障功能、免疫调节等方面的作用机制。此外，还开展了大量的队列研究，分析母乳中 HMOs 浓度与婴儿健康状况的关联。
在研究 HMOs 的化学结构与浓度时，研究人员发现，人乳中约含 7% 的碳水化合物，其中 HMOs 占 20%，目前已鉴定出约 200 种 HMOs。HMOs 结构复杂，多数在还原端有乳糖单元，并包含葡萄糖（Glc）、半乳糖（Gal）等单糖。其核心结构可分为 21 种，且存在多种修饰形式，如岩藻糖基化、唾液酸化等。HMOs 浓度在不同泌乳阶段有所变化，初乳（产后 0 - 5 天）中约为 17.7g/L，过渡乳（产后 6 - 14 天）为 13.3g/L，成熟乳（产后 15 - 90 天）为 11.3g/L。而且，HMOs 在不同个体间存在差异，与分泌型、非分泌型以及 Lewis 血型相关。
HMOs 的生物合成途径也是研究的重点。研究表明，多种糖基转移酶参与 HMOs 的合成，如 β6 - N - 乙酰氨基葡萄糖基转移酶（IGnT）等。通过对相关酶的研究，构建出 HMOs 的潜在生物合成网络，这有助于深入理解 HMOs 的产生机制，为后续的合成研究提供理论基础。
在实验室规模制备 HMOs 方面，研究人员尝试了多种方法。从人乳中分离 HMOs，需先去除大量的乳糖、脂质和蛋白质，再通过凝胶色谱、碳柱色谱等方法进行分离纯化。同时，还利用酶促反应，如转糖基化反应、使用糖基合成酶等进行 HMOs 的合成。这些方法为研究 HMOs 的功能提供了物质基础。
HMOs 的生物功能研究是该领域的核心内容。在抗感染方面，体外实验和动物实验表明，HMOs 可作为诱饵受体，抑制病原体与宿主细胞的结合，如 2′ - 岩藻糖基乳糖（2′ - FL）、3′ - 唾液酸乳糖（3′ - SL）等可抑制轮状病毒、新冠病毒等的感染。同时，部分 HMOs 还能直接抑制特定病原菌的生长，如对 B 族链球菌（GBS）的生长抑制作用。
HMOs 对肠道屏障功能也有重要影响。研究发现，添加 HMOs 可增强肠道上皮细胞表面粘蛋白的分泌，提高跨上皮电阻（TEER）值，从而加强肠道屏障功能。例如，在 Caco - 2 细胞和 HT - 29 - MTX 细胞的实验中，添加 HMOs 混合物可使 TEER 值升高，减少炎症因子对屏障功能的破坏。
对于坏死性小肠结肠炎（NEC），这是一种严重威胁早产儿生命健康的疾病。研究表明，HMOs 具有预防 NEC 的潜力。通过动物实验发现，喂食 HMOs 混合物或特定 HMOs（如 2′ - FL）的动物，NEC 的发生率降低，炎症反应减轻，肠道屏障功能得到改善，并且脑部损伤也有所修复。
免疫调节方面，HMOs 同样发挥着重要作用。体外实验和动物实验显示，HMOs 可调节免疫细胞的活性，降低炎症因子的分泌。例如，给食物过敏的小鼠喂食 2′ - FL 或 6′ - SL，可改善腹泻频率和营养不良状况，减少肥大细胞数量和炎症因子的产生。
在认知能力方面，研究发现 HMOs 可能通过两种机制提升认知能力。一是唾液酸（Neu5Ac）在肝脏代谢后转运至大脑，参与神经节苷脂和唾液酸糖蛋白的形成；二是结肠细菌代谢 HMOs 的产物通过迷走神经刺激大脑活动。动物实验证实，喂食 3′ - SL、6′ - SL 或 2′ - FL 等 HMOs 的动物，认知能力有所增强。
此外，研究人员还进行了队列研究，分析母乳中 HMOs 浓度与婴儿健康的关系。结果发现，NEC 婴儿母亲的母乳中，二唾液酸乳糖 - N - 四糖（DSLNT）和乳糖 - N - 二岩藻六糖 - Ⅰ（LNDFH - Ⅰ）浓度较低；母乳中 2′ - FL、6′ - SL 等 HMOs 浓度与婴儿认知能力相关；LNFP - Ⅰ 浓度与婴儿疾病频率呈负相关，3′ - SL 浓度与婴儿适宜发育呈正相关。
在工业生产 HMOs 方面，发酵法成为主流生产工艺。通过对微生物进行代谢改造，利用廉价碳源生产 HMOs，如生产 2′ - FL、乳糖 - N - 四糖（LNT）、乳糖 - N - 新四糖（LNnT）、唾液酸乳糖（SL）等。多家公司已成功实现 HMOs 的工业化生产，并开展了干预试验。结果显示，添加 HMOs 的配方奶粉在各年龄组中安全且耐受性良好，可促进婴儿生长，调节肠道微生物群，减少感染发生率，对儿童和成人的肠道微生物群也有调节作用。
综上所述，该研究对 HMOs 的化学结构、生物合成、生物功能以及工业生产等方面进行了全面深入的探究。揭示了 HMOs 在婴儿健康成长中的关键作用，为婴儿配方奶粉的优化提供了科学依据，有望改善婴儿的营养状况和健康水平。同时，也为成人功能性食品的开发提供了新的思路，推动了生命科学和健康医学领域的发展。然而，目前仍有许多问题有待进一步研究，如特定 HMOs 发挥有益作用的详细机制，以及如何更精准地调控 HMOs 的生产和应用等，这也为后续研究指明了方向。
