母乳与黏蛋白聚糖协同塑造合成婴儿肠道微生物群落结构

本研究针对婴儿肠道微生物群落的形成机制，探讨了母乳寡糖(HMOs)与黏蛋白聚糖如何通过营养竞争与交叉喂养调控微生物群落结构。研究人员构建了包含7种婴儿肠道菌株的合成群落(BabyBac)，通过体外分批发酵实验发现黏蛋白和HMOs是驱动群落变异的关键因素：黏蛋白促进专性降解菌Akkermansia muciniphila定植，而HMOs偏好支持双歧杆菌等降解菌。该研究揭示了婴儿肠道中饮食与宿主来源聚糖的空间梯度如何塑造微生物生态位分化，为理解早期肠道菌群定植规律提供了新视角。

　　

婴儿出生后肠道微生物群的建立对其终身健康具有深远影响，这一过程受到饮食成分与宿主分泌物质的共同调控。母乳喂养婴儿的肠道中，母乳寡糖(HMOs)作为"第一益生元"促进双歧杆菌等有益菌增殖；与此同时，肠道黏液层逐渐发育，其核心成分黏蛋白聚糖为另一类微生物提供生存空间。有趣的是，这两类聚糖具有相似的结构单元（如半乳糖、N-乙酰葡糖胺等），使得部分细菌能同时利用它们。但当前尚不清楚，当这两类聚糖同时存在时，微生物群落如何通过竞争与合作建立平衡。这一科学问题的解答，对理解婴儿肠道菌群发育规律至关重要。

荷兰瓦赫宁根大学的研究团队在《FEMS Microbiology Ecology》发表的研究中，创新性地构建了包含7种典型婴儿肠道菌株的合成群落BabyBac，涵盖专性HMOs降解菌(Bifidobacterium infantis)、专性黏蛋白降解菌(Akkermansia muciniphila)、广谱聚糖利用菌(Bifidobacterium bifidum, Ruminococcus gnavus)以及代谢产物利用菌(Escherichia coli, Blautia producta)等不同营养级菌株。通过设计6种聚糖组合的体外发酵实验，结合16S rRNA基因测序、qPCR定量和代谢产物分析，系统揭示了聚糖类型对群落结构的调控机制。

关键技术方法包括：1）构建包含7菌株的合成群落BabyBac；2）设计6种聚糖组合（HMOs、黏蛋白、GOS/FOS及其混合体系）的厌氧分批发酵；3）通过16S rRNA基因扩增子测序和物种特异性qPCR定量群落组成；4）利用HPLC分析短链脂肪酸等代谢产物；5）基于dbCAN2数据库预测菌株糖苷水解酶谱。

主要研究结果

BabyBac成员具有重叠的聚糖降解酶谱
通过糖苷水解酶(GH)预测发现，各菌株具备降解不同聚糖的酶系特征：A. muciniphila具有典型的黏蛋白特异性GH（如GH33唾液酸酶、GH29岩藻糖苷酶），而B. bifidum和R. gnavus则同时具有HMOs和黏蛋白降解酶。这种酶谱重叠为营养竞争提供了分子基础。

聚糖组合决定群落结构与代谢输出
在含黏蛋白的条件中，A. muciniphila相对丰度达70%以上，而在HMOs主导的条件中其被完全淘汰。值得注意的是，即使添加黏蛋白单体（唾液酸、N-乙酰葡糖胺等）和2'-岩藻糖基乳糖(2'-FL)，也无法恢复A. muciniphila的生长，表明其依赖完整黏蛋白结构。代谢分析显示，所有条件均以乙酸和甲酸为主要产物，但黏蛋白条件下的总代谢物浓度显著低于HMOs条件。

黏蛋白与HMOs是群落变异的主要驱动因素
冗余分析(RDA)表明，黏蛋白(p=0.001)和HMOs(p=0.001)显著影响群落变异，而GOS/FOS无显著影响。LinDA分析进一步证实，A. muciniphila在含黏蛋白组中呈现>30倍的log2倍数增长，而R. gnavus在HMOs组中丰度最高。这种"非此即彼"的分布模式揭示了明显的生态位分化。

讨论与意义
该研究首次通过合成群落模型揭示，婴儿肠道中饮食与宿主来源聚糖通过"双轨制"调控微生物群落：黏蛋白为A. muciniphila等黏液专性菌创造生态位，而HMOs支持双歧杆菌等腔道菌增殖。这种空间分工解释了临床观察到的现象——母乳喂养婴儿中A. muciniphila的定植晚于双歧杆菌。研究还发现，黏蛋白单体的补充不能替代完整黏蛋白，暗示微生物对复杂聚糖的利用具有高度特异性。

从转化医学角度看，该研究为婴幼儿配方奶粉开发提供了新思路：单纯添加HMOs或单体成分可能难以模拟母乳对黏膜菌群的调控作用。未来研究可结合空间模拟系统（如黏液涂层微球）进一步验证这些发现。这项成果不仅深化了对早期肠道菌群组装机制的理解，也为通过饮食干预精准调控微生物群落提供了理论依据。