牛乳糖蛋白浓度梯度调控婴儿肠道菌群生长及抗病原活性的体外研究

本研究针对牛乳乳铁蛋白(LF)、α-乳白蛋白(α-Lac)和骨桥蛋白(OPN)浓度对婴儿肠道相关菌群的差异化调控机制展开深入探索。研究人员通过体外培养模型发现，这三种糖蛋白在模拟人乳不同泌乳期浓度下，对乳酸杆菌（如Lacticaseibacillus rhamnosus和L. paracasei）表现出选择性促生长作用，同时对MRSA和肠致病性大肠杆菌(EPEC)具有显著抑制效果。研究进一步揭示L. rhamnosus可通过降解LF蛋白骨架及修剪N-连接聚糖获得代谢能量，其发酵产物能增强对MRSA的杀菌活性。该成果为婴幼儿配方奶粉的功能性设计和肠道菌群精准调控提供了重要理论依据。

　　

在生命最初的阶段，婴儿的肠道微生物组正处于快速演替的关键时期，其组成模式不仅影响着营养吸收和免疫系统发育，更与远期健康风险密切相关。母乳作为婴儿最理想的天然食物，其动态变化的成分构成一直是科学家们关注的焦点。特别是母乳中的糖蛋白类物质，如乳铁蛋白(Lactoferrin, LF)、α-乳白蛋白(α-Lactalbumin, α-Lac)和骨桥蛋白(Osteopontin, OPN)，它们不仅提供营养，更被认为在塑造婴儿肠道菌群、防御病原体侵袭方面发挥着重要作用。然而，这些糖蛋白在不同泌乳阶段的浓度变化如何具体影响特定菌株的生长？它们对致病菌的抑制效果是否具有浓度依赖性？这些问题至今尚未得到系统解答。

更值得关注的是，当前婴幼儿配方奶粉(Infant Milk Formula, IMF)中这些功能蛋白的添加浓度多基于营养学考量，而非其对微生物组的调控特性。随着对肠道菌群重要性认识的深入，如何通过精确调控蛋白浓度来模拟母乳的生态调控功能，成为提升配方奶粉生物效价的关键挑战。此外，关于骨桥蛋白直接作用于微生物的研究极为匮乏，而乳铁蛋白和α-乳白蛋白在不同浓度下对特定乳酸杆菌和病原体的选择性效应也缺乏系统评估。

在这项发表于《International Dairy Journal》的研究中，来自爱尔兰高威大学的Michelle Kilcoyne团队开展了创新性的体外实验，系统评估了牛乳来源的LF、α-Lac和OPN在不同浓度梯度下对三种婴儿肠道相关乳酸杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus、L. paracasei和Levilactobacillus brevis）和两种常见病原体（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA和肠致病性大肠杆菌EPEC）的生长调控作用。

研究人员采用的主要技术方法包括：①使用自动化微生物生长曲线分析系统进行16小时实时动态监测；②通过菌落形成单位(CFU)计数和Live/Dead细菌活力染色评估细菌增殖与存活率；③运用SDS-PAGE电泳和ImageJ软件定量分析蛋白质降解情况；④采用PNGase F酶切结合NP-HPLC荧光色谱技术解析N-连接聚糖的代谢修饰模式。所有实验均设三个技术重复，数据以平均值±标准差表示，采用Student t检验进行统计学分析。

研究结果方面：

1. 1.
   乳铁蛋白的浓度依赖性效应：在3.0 mg/mL（模拟人乳初乳浓度）和0.7 mg/mL（模拟成熟人乳浓度）条件下，LF对L. rhamnosus表现出显著促生长作用，最大比生长速率(μ_max)增加6.08%，菌落数量达到6.3×10⁹ CFU/mL。相反，对MRSA和EPEC则呈现浓度依赖性抑制，最高使MRSA生长速率降低31%。值得注意的是，LF在0.7 mg/mL时能诱导L. rhamnosus代谢产生更强的抗MRSA活性物质，使病原体死亡率提升至16.1%。
2. 2.
   α-乳白蛋白的选择性调控：α-Lac在1.5-3.3 mg/mL浓度范围内对L. paracasei表现出选择性促生长效应，μ_max提升5.48-8.59%。然而对L. rhamnosus、L. brevis和两种病原体均显示生长抑制，其中对MRSA的抑制率最高达50.07%。一个意外发现是，虽然α-Lac抑制EPEC生长速率达86.85%，却反而促进其最终菌量增加。
3. 3.
   骨桥蛋白的双向调节作用：OPN在0.7 mg/mL（模拟初乳浓度）和0.2 mg/mL（模拟成熟乳浓度）下对L. paracasei产生显著促生长作用（μ_max增加10.44-14.12%），而在0.009-0.02 mg/mL（模拟配方奶粉浓度）则对L. rhamnosus有轻微促进作用。值得注意的是，OPN对所有测试浓度下的L. brevis均显示抑制，对MRSA在低浓度（0.009-0.02 mg/mL）时抑制效果最强，可使菌落数降低至7.0×10⁷ CFU/mL。
4. 4.
   微生物代谢机制解析：通过SDS-PAGE和糖基化分析发现，L. rhamnosus能够降解LF蛋白骨架（最高降解63.6%），并能通过外切糖苷酶"修剪"仍连接在蛋白上的N-聚糖，产生如GlcNAcMan₃GlcNAc₂等简单结构。这种独特的代谢方式为乳酸杆菌利用复杂糖蛋白提供了新解释。

本研究通过精细的浓度梯度设计，首次系统揭示了三种主要乳清糖蛋白在模拟生理浓度下对婴儿肠道相关微生物的差异化调控规律。研究发现不仅证实了LF的已知益生和抗菌特性具有浓度依赖性，更重要的是揭示了α-Lac和OPN这些较少被关注的糖蛋白同样具有显著的微生物调控功能。

特别值得关注的是，研究发现了"浓度-功能"关系的非线性特征：某些蛋白在低浓度时抑制病原体，在高浓度时反而促进益生菌；同一蛋白对不同菌株可能产生完全相反的效应。这种复杂性恰好解释了母乳成分动态变化的生态学意义——通过精确的浓度调配实现肠道菌群的时序性编程。

从转化应用视角，该研究为婴幼儿配方奶粉的精准设计提供了重要科学依据：单纯增加功能蛋白含量未必能获得预期效果，必须考虑各蛋白的最佳浓度配比及其对不同菌株的特异性效应。此外，研究揭示的微生物代谢机制（如乳酸杆菌对糖蛋白的降解和修饰能力）为开发新型益生元制剂提供了新思路。

这项研究的局限性在于体外实验环境无法完全模拟肠道复杂环境，后续需要借助肠道模拟系统和动物模型进一步验证。但毫无疑问，该成果为我们理解母乳生物学功能、设计更科学的婴幼儿营养方案提供了宝贵见解，标志着乳品营养研究正从"营养成分"向"生态功能"视角转变。