《Nutrients》：Oligosaccharides, Gut Microbiota, and Mucosal Health: Molecular Mechanisms and Implications for Early-Life Gut Health
寡糖（Oligosaccharides）是一类结构多样的聚糖，其通过超越传统益生元活性的机制影响肠道稳态。本综述考察了膳食来源、人乳来源、宿主来源以及生物技术生产的寡糖如何调节肠道菌群和黏膜宿主-微生物相互作用，尤其关注儿科健康。非消化性寡糖支持解糖微生物群落、交叉喂养网络以及短链脂肪酸（SCFAs）的产生，从而影响管腔pH、上皮代谢、黏液产生、屏障完整性和免疫信号传导。其生物学效应在很大程度上取决于单糖组成、连接构型、分支、电荷、聚合度、末端残基和空间呈现方式。中性人乳寡糖（HMOs）和半乳寡糖（GOS）可能通过模拟宿主聚糖、占据黏附素结合位点、修饰上皮糖基化以及限制生物被膜形成而减少病原体定植。选择性壳寡糖可通过与细菌外被的电荷依赖性相互作用发挥直接抗菌作用，尽管这些作用取决于分子大小、电荷和化学衍生化。此外，胃MUC6的α1,4-GlcNAc末端O-聚糖基序为宿主相关聚糖介导的细菌代谢抑制提供了一个独特实例。在婴儿期，人乳寡糖促进富集双歧杆菌（Bifidobacterium）的菌群，并可能有助于肠道和免疫成熟。添加半乳寡糖和果寡糖（FOS）的配方奶可再现部分与菌群和代谢物相关的效应，但预防感染性、过敏性或炎症性疾病的证据仍不一致。实验研究结果还提示其在抗生素相关菌群失调恢复中具有一定作用，但临床证据受到异质性人群、暴露因素、配方和终点的限制。未来研究应采用结构明确的化合物、机制特异性检测方法和临床相关结局，以建立因果性的构效关系，并确定最可能受益的儿科人群。
**1. Introduction**
寡糖是介于单糖与多糖之间的结构多样的碳水化合物，其生物活性取决于聚合度、单糖组成、连接构型、分支、电荷、末端残基等因素。本综述旨在区分寡糖经微生物介导、宿主介导、抗黏附、抗生物被膜和杀菌等不同机制，并整合结构-功能关系与早期生命应用。
**2. Relevance to the Gut Microbiota and Human Health**
非消化性寡糖可被结肠细菌代谢，支持解糖微生物群落和交叉喂养网络，产生短链脂肪酸（SCFAs），影响管腔pH、上皮代谢、黏液表达和免疫信号。膳食背景是决定反应的重要因素，植物性饮食促进解糖代谢，而西式饮食可能不利于有益发酵菌。
**2.1. Mucus, Mucins, and the Intestinal Glycome**
肠道糖组由分泌型黏蛋白、跨膜黏蛋白等构成；MUC2是主要凝胶形成黏蛋白，其O-聚糖末端结构影响微生物结合和屏障功能。结肠内层黏液通常限制细菌接近上皮，MUC2缺失或O-糖基化缺陷会增加炎症易感性。
**2.2. Dietary Modulation of Mucins and the Intestinal Glycome**
饮食可调节糖基转移酶、核苷酸糖和黏蛋白合成。高脂饮食可改变十二指肠和结肠黏蛋白糖基化，补充鹰嘴豆纤维可部分恢复MUC2表达；游离果糖可导致年龄依赖性黏液重塑。膳食纤维缺乏可增加微生物对宿主黏液的利用并削弱屏障，而发酵纤维或双歧杆菌可保护黏液完整性。
**3. Molecular Mechanisms Underlying Oligosaccharide-Mediated Modulation of Bacterial Colonization and Mucosal Host–Microbe Interactions**
本节主要讨论寡糖影响细菌黏附、被膜完整性、宿主炎症和生物被膜形成的分子机制。
**3.1. Interaction with the Bacterial Surface**
细菌被膜由脂多糖/脂寡糖、荚膜多糖、磷壁酸、菌毛等构成。寡糖可通过占据黏附素结合域、空间屏蔽菌体、改变黏附素组织或诱导无效聚集来减少黏附，而不影响细菌活力。
**3.1.1. Pili, Mucus-Binding Proteins, and Multivalent Adhesion**
菌毛可延伸聚糖结合域至细菌表面之外。多价性将弱相互作用转化为高亲和力黏附，如LGG的菌毛和黏液结合蛋白表现出的连续解离及弹簧样力学行为，提示有效抑制剂需破坏多价交互。
**3.1.2. Glycan–Glycan Interactions**
细菌表面聚糖与宿主聚糖之间也存在直接相互作用，如脑膜炎奈瑟菌和志贺菌的黏附。单个聚糖-聚糖键较弱，但聚集和多价可产生生物学相关的亲和力。
**3.2. Direct Effects on Bacterial-Envelope Integrity**
阳离子壳聚糖和部分壳寡糖可通过电荷依赖机制破坏细菌外膜/细胞膜，其活性受分子量、脱乙酰度、pH等影响。中性果寡糖、半乳寡糖或大多数人乳寡糖不具备这种膜裂解作用。
**3.3. Targeted Inhibition of Bacterial-Envelope Metabolism**
胃MUC6的α1,4-GlcNAc末端基序可抑制幽门螺杆菌（H. pylori）胆固醇α-葡萄糖基转移酶，进而抑制其生长，该机制不同于膜裂解和受体模拟。
**3.4. Competition with Host–Cell Glycan Receptors**
可溶性寡糖可作为诱饵受体，竞争细菌黏附素与上皮糖蛋白/糖脂的结合。其抗黏附活性高度依赖结构，包括异头构型、连接位置、分支和末端岩藻糖基化/唾液酸化。
**3.4.1. HMOs and Enteric Pathogens**
人乳寡糖（HMOs）含有类似黏膜聚糖的岩藻糖基化或唾液酸化基序，可在体外和动物模型中减少肠致病性大肠杆菌（EPEC）等肠道病原体的黏附/定植，并可能改变上皮糖基化。
**3.4.2. GOS and Enteric Pathogens**
特定半乳寡糖（GOS）制剂可减少肠致病性大肠杆菌和鼠伤寒沙门菌的黏附与感染，但体内作用可能还涉及菌群组成和代谢产物。
**3.4.3. FimH–Mannose and PapG–Galabiose Systems**
FimH-甘露糖和PapG-半乳糖二糖系统是研究结构特异性黏附素-聚糖识别的典型例子，说明配体结构、多价性和力学因素影响抗黏附效果。
**3.4.4. BabA–Lewis b and SabA–Sialyl-Lewis Interactions**
幽门螺杆菌通过BabA识别岩藻糖化Lewis抗原，并在炎症驱动下转向依赖SabA识别唾液酸化Lewis抗原，从而适应宿主糖组重塑；该机制体现了炎症相关糖组变化对持续性定植的影响。
**3.5. Glycan Topology, Clustering, and Multivalency**
黏液和上皮糖蛋白上的聚糖呈异质性斑块分布，局部高密度受体可增强多价黏附。多价配体的间隔、连接灵活性、取向和可达性决定其是阻断黏附素还是非生产性聚集。
**3.6. Modulation of Host Immune and Inflammatory Responses**
寡糖可通过直接与上皮/免疫细胞上的聚糖结合受体相互作用，或间接通过微生物发酵产生的短链脂肪酸调节免疫和炎症。例如HMOs可减弱NF-κB信号，2′-岩藻糖基乳糖减轻空肠弯曲杆菌相关炎症，GOS/FOS则更多通过代谢产物影响屏障和免疫细胞功能。
**3.7. Effects on Bacterial Biofilm Formation**
寡糖可干扰生物被膜的不同阶段，但抗黏附、预防生物被膜、破坏成熟生物被膜和杀菌活性不能等同。特定HMO组分可抑制B族链球菌的生长和生物被膜，磺化壳聚糖可抑制铜绿假单胞菌黏附和生物被膜；GOS/FOS等可发酵底物可能反而促进能利用它们的菌株生长。
**3.8. Mechanistic Diversity of Oligosaccharide-Mediated Effects**
总之，寡糖减少细菌定植的机制包括黏附素结合、宿主聚糖竞争、上皮糖基化调节、菌群介导的定植抵抗及直接作用于细菌被膜。中性HMOs/GOS主要通过糖模拟和受体竞争，膜损伤主要见于壳聚糖，MUC6聚糖则选择性抑制H. pylori被膜代谢。
**4. Oligosaccharides in Pediatric Health: Effects on Gut Microbiota and Immune Function**
婴幼儿期肠道菌群、黏液屏障和免疫系统仍在成熟，寡糖的微生物调节、抗黏附、屏障支持和免疫调节效应具有特殊临床意义。
**4.1. Human Milk Oligosaccharides and Early Microbial Colonization**
人乳寡糖是母乳中含量最高的聚糖之一，浓度在初乳中可达20–25 g/L，成熟乳约5–15 g/L。它们抵抗上消化道消化，到达结肠后被双歧杆菌等选择性利用，产生乙酸和乳酸，并可经交叉喂养支持丙酸/丁酸产生。早产儿中较低DSLNT浓度与坏死性小肠结肠炎（NEC）风险存在观察性关联，但不能证明补充HMO可预防NEC。
**4.2. GOS- and FOS-Supplemented Infant Formulas**
添加半乳寡糖和果寡糖的配方奶旨在模拟HMO的菌群调节效应，但结构复杂性有限。GOS/FOS可促进双歧杆菌生长、调节菌群和代谢，并可能通过增强定植抵抗间接抗感染。临床试验和系统评价显示，scGOS/lcFOS（9:1）配方总体耐受良好，可改善粪便性状和肠道菌群标志，但预防感染或过敏性疾病的证据不一致；ESPGHAN仅给出弱推荐。
**4.3. Oligosaccharides and Antibiotic-Associated Dysbiosis**
体外动态结肠模型显示，阿莫西林/克拉维酸暴露后，2′-岩藻糖基乳糖或GOS可促进菌群恢复，但阿奇霉素暴露下GOS效果有限。儿童临床证据异质性较大；一项随机安慰剂对照试验显示，补充菊粉型果聚糖可在抗生素治疗期间维持较高的双歧杆菌丰度。多组分干预如TOBBI试验无法单独归因于寡糖。
**4.4. Clinical Outcomes and Current Limitations**
HMO可能通过塑造婴儿菌群与后续抗生素使用存在观察性关联，但不能推断因果。多种合生元/多组分产品对呼吸道感染结果的影响不能归因于其中寡糖成分。总体而言，HMOs在塑造婴儿菌群中的作用明确，GOS/FOS可影响菌群和粪便性状，但预防感染、过敏或炎症性疾病的证据有限。
**5. Conclusions**
寡糖是结构异质性聚糖，其作用超越传统益生元，包括微生物发酵、黏膜糖基化、屏障功能、细菌黏附、免疫信号及特定化合物的抗菌/抗被膜活性。在生命早期，HMOs对婴儿菌群形成有明确作用，GOS/FOS配方可部分再现菌群和代谢效应，但不能等同于疾病预防。未来应使用结构明确化合物、区分机制终点与临床终点，并设计高质量儿科试验。
