磷脂重塑与三层膜重构介导人源化乳脂球对新生大鼠认知功能的影响

本刊推荐：本研究首次通过模拟人乳乳脂球膜（MFGM）磷脂组成并重构其三层膜结构，系统评估了人源化乳脂球（MFG）对认知功能的促进作用。研究发现人源化MFGM磷脂（MFGM-PL+SM）显著促进海马神经祖细胞（NPC）增殖与神经元分化，并通过转录组与蛋白组分析揭示其上调胆碱能信号通路和神经营养因子通路。采用逐层沉积技术构建的三层乳脂球（T-MFG）较单层结构（S-MFG）具有更优的稳定性和消化特性。动物实验表明，含人源化MFG的配方奶可调节幼鼠血清代谢谱，提升海马鞘磷脂水平，并使关键神经发育蛋白表达接近母乳喂养组。该研究为开发促进婴幼儿认知发育的功能性配方食品提供了创新策略和理论依据。

　　

引言

人乳（HM）被公认为婴幼儿最理想的营养来源，其复杂的脂质组成不仅提供能量，更对认知发育产生深远影响。人乳乳脂球（MFG）以乳液形式存在，为婴儿生长发育提供约50-60%的能量需求。每个MFG由富含磷脂和蛋白质的三层膜结构——乳脂球膜（MFGM）包裹。MFG的关键结构特征（如球体尺寸、表面特性和脂质组成）在脂质消化、吸收和代谢中扮演重要角色。相比之下，婴儿配方奶中的脂肪球主要被酪蛋白包裹，导致其结构与人乳MFG存在显著差异，这可能影响脂质生物利用度及相关生理功能。近年来，肠-脑轴在神经发育中的作用日益受到关注，这条双向通讯网络通过神经、免疫和代谢途径连接胃肠道与中枢神经系统。人乳中的脂质不仅作为重要能量来源，更通过影响肠道菌群组成和活性，间接调控神经发育与认知结局。

人源化MFGM磷脂组成促进海马NPC增殖与分化

基于前期研究发现人乳与牛乳MFGM磷脂组成存在显著差异，特别是鞘磷脂（SM）含量（人乳约32% vs. 牛乳15%），研究团队通过增加SM含量构建了人源化MFGM磷脂组成（MFGM-PL+SM）。体外实验表明，MFGM-PL+SM（15和30 μg mL^?1）处理显著促进海马神经祖细胞（NPC）形成的神经球尺寸增大，且30 μg mL^?1 MFGM-PL+SM处理7天后效果最为显著。免疫荧光分析显示，MFGM-PL+SM处理显著提升神经元标志物βIII-tubulin表达，而对星形胶质细胞标志物GFAP表达无显著影响。

转录组学分析鉴定出73个差异表达基因（DEGs），其中40个在MFGM-PL+SM组上调。KEGG通路富集分析显示这些基因主要参与胆碱能突触信号通路，其中钾通道基因Kcnj4和胆碱受体基因Chrna7表达显著上调。基因集富集分析（GSEA）进一步证实MFGM-PL+SM处理上调神经活性配体-受体相互作用和MAPK信号通路。蛋白质组学分析发现25个差异表达蛋白，主要涉及信号转导和神经退行性疾病相关通路。值得注意的是，线粒体编码的ATP合酶（神经退行性疾病中氧化应激的关键标志物）在MFGM-PL+SM组表达显著上调。

人源化乳脂球重构及其体外消化特性

研究采用逐层沉积技术，以牛乳来源MFGM为原料，通过"MFGM脂质组成重塑"和"三层膜结构重构"双策略构建了三层乳脂球（T-MFG）。激光共聚焦显微镜（CLSM）表征证实了甘油三酯核心被MFGM单层（内层，红色荧光）和两个额外MFGM层形成的双层结构（外层，绿色荧光）包裹的三层结构。T-MFG呈现单峰粒径分布（5.594 μm），小于人乳MFG的9.943 μm，其zeta电位也略低于人乳。

体外模拟婴幼儿胃肠消化实验表明，T-MFG在整个消化过程中保持更好的结构完整性。胃消化1小时后，人乳和T-MFG组的磷脂包被结构保持相对完整，表明多层磷脂涂层有助于延迟胃脂肪酶对甘油三酯（TAG）的水解。肠消化2小时（I 2h）时，所有组的聚集体基本分散，表明TAG和磷脂被显著水解。总体而言，T-MFG的消化行为与人乳脂肪更为接近，并能有效减少消化过程中的絮凝和聚集。

体内消化、脂质组学与代谢组学分析

通过新生大鼠模型评估人源化MFG的体内消化代谢特性。体内胃消化0.5小时后，人乳和T-MFG组保持完整的脂肪球结构，而S-MFG组完全崩解。肠消化后，对照组保留大量未消化的TAG和磷脂，而人乳和T-MFG组显示更彻底的TAG和磷脂分解。

脂质组学分析显示，胃内容物中T-MFG与人的脂质组成相关性系数（0.87）高于S-MFG与人的相关性（0.81）。胃阶段差异脂质种类主要包括甘油二酯（DG，23.01%）、神经酰胺（Cer，8.37%）、SM（8.37%）和甘油三酯（TG，8.37%），这些脂质主要参与甘油磷脂代谢以及脂肪和维生素消化吸收途径。代谢组学分析鉴定出367个显著差异代谢物，最主要类别为脂肪酰基（13.9%）、羧酸及其衍生物（12.81%）、酚脂（10.35%）以及类固醇和类固醇衍生物（9.54%）。

肠消化阶段，T-MFG组的SM水平显著高于人乳组。差异脂质中TG比例显著增加（26.24% vs 胃阶段8.37%）。血清脂质组学显示，所有处理组与人乳的脂质谱均呈现强正相关（相关系数>0.8）。15个显著差异脂质种类中13个为TG，T-MFG和人乳组血清TG水平较低，而PC 34:7和SM 41:1;O2水平在T-MFG组显著高于S-MFG组。

人源化MFG促进幼鼠反射发育与海马结构完善

配方奶喂养大鼠实验表明，添加人源化MFG虽未显著增加脑海马重量，但行为学评估显示FM-S-MFG和FM-T-MFG组悬崖回避反射出现时间显著早于FM组，且与母乳喂养（BF）组相当。FM和FM-S-MFG组地理反射出现时间较BF组显著延迟，而FM-T-MFG组与BF组无显著差异。

组织形态学分析显示，BF组海马组织结构完整，神经元形态正常；FM组齿状回区域神经元层厚度减少，神经元数量减少；而FM-S-MFG和FM-T-MFG补充显著恢复齿状回细胞层厚度，增加神经元密度，促进细胞排列有序化。免疫荧光分析进一步证实，FM-T-MFG组βIII-tubulin和GFAP阳性细胞数量显著高于FM组，与BF组无显著差异。

人源化MFG调节血清代谢谱并增强认知相关通路

代谢组学分析揭示，配方奶喂养组血清代谢谱与人乳组存在显著差异，而配方奶各组间无显著差异。BF与FM组间发现217个显著差异代谢物，主要为羧酸及其衍生物和脂肪酰基化合物。这些代谢物参与神经活性配体-受体相互作用、突触能量代谢、鞘脂信号通路和黑色素生物合成等认知相关通路。在鞘脂信号通路中，FM-T-MFG组呈现独特的代谢特征，血清丝氨酸和SM水平显著升高。

海马脂质组学检测到64个脂类和1341个脂质分子，其中56个脂质物种在FM与BF组间存在显著差异。这些差异脂质与认知相关通路密切关联，包括逆行内源性大麻素信号和神经营养因子信号通路。人源化MFG补充显著提高海马SM水平，特别是SM 42:2;O2。

蛋白质组学分析发现，FM与BF组间存在200个显著差异蛋白（101个上调和99个下调），FM-T-MFG与FM-S-MFG组间存在119个差异表达蛋白（55个上调和64个下调）。KEGG通路富集显示，FM与BF组差异蛋白主要富集于细胞外基质（ECM）-受体相互作用通路，而FM-T-MFG与FM-S-MFG组差异蛋白显著富集于cGMP-PKG信号通路和长时程增强等神经功能相关通路。

相关性分析发现海马SM 42:2;O2与多个蛋白呈显著正相关，包括多萜醇激酶（DK1）、半乳糖凝集素-9（Gal-9）、组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）、硫酸乙酰肝素6-O-磺基转移酶1（HS6ST1）和短链脱氢酶/还原酶家族39U成员1（SDR39U1）。Western blot验证显示，DK1、HDAC3、HS6ST1和SDR39U1在FM-T-MFG组表达显著上调，与BF组无显著差异；Gal-9在FM-T-MFG组表达显著高于FM组。

人源化MFG调节肠道菌群组成

16S rRNA测序分析显示，人源化MFG未显著改变肠道菌群α多样性，但β多样性分析表明配方奶喂养组与BF组菌群组成存在显著差异。门水平分类分析发现，配方奶喂养幼鼠 Firmicutes 相对丰度降低，Bacteroidota 相对丰度增加。属水平上，BF组拥有22个独特菌属，FM组仅5个，FM-S-MFG和FM-T-MFG组分别拥有4和9个独特菌属。FM-T-MFG补充显著增加Turicibacter和Eubacterium ventriosum group相对丰度。LEfSe分析发现BF组显著富集梭菌纲（Clostridia）和阿克曼菌（Akkermansia），这两个菌属与肠道健康和神经发育密切相关。

讨论与展望

本研究通过"MFGM脂质组成重塑"和"三层膜结构重构"双策略成功构建了人源化MFG（T-MFG），系统评估了其对脂质代谢和神经发育的协同调控机制。研究发现T-MFG具有优异的消化吸收特性，其胃肠双相调控特征为脂质代谢研究提供了新视角。除优化脂质消化吸收外，人源化MFG通过调节多个神经发育相关信号通路，促进神经可塑性和认知功能。具体而言，人源化MFG调控神经元分化、增强海马神经元结构完整性，并通过调节肠道菌群间接改善认知功能。

研究局限性包括物种差异（啮齿类与人类在泌乳生物学、肠道菌群组成和脑发育时间线等方面存在显著差异）、实验室控制环境与人类婴儿可变暴露之间的差异，以及研究持续时间仅涵盖早期发育阶段，无法得出对成人健康长期影响的结论。未来需要严格的临床评估来验证人源化MFG在人类婴儿中的功效和安全性。

该研究为婴幼儿配方奶应用提供了关键理论支持，并为功能性脂质的设计和优化提供了创新解决方案。未来成本效益分析对于评估人源化MFG作为婴儿配方奶行业下一代成分的商业可行性和竞争定位至关重要。