人乳寡糖、源自人乳的益生菌及其组合对幼鼠免疫功能及肠道四界微生物群落的影响

《International Dairy Journal》：Effects of human milk oligosaccharides, human milk-derived probiotics, and their combination on immune function and four-kingdom intestinal microbiota in suckling rats

　　

•功能性成分调节 2 日龄乳鼠的四界肠道微生物群。
•按中国人乳比例匹配的 HMOs 显示出更有利的免疫效果。
•164 个四界肠道物种与免疫指标显著相关。

引言
人乳在婴儿生长发育中起着至关重要的作用，人乳寡糖（HMOs）和益生菌是关键的功能成分，对肠道屏障的建立以及免疫系统的发育和成熟发挥关键作用。HMOs 是人乳中仅次于乳糖和脂质的第三大固体成分，在成熟乳中的浓度通常范围为 5 至 15 g L?1（约 0.5–1.5% (w/v)）。初乳中的 HMO 浓度较高，并在整个哺乳期逐渐降低（Ren 等，2023）。作为一类碳水化合物，HMOs 在人体内不被直接消化或吸收，而是作为益生元被有益肠道细菌选择性利用，以促进微生物群的生长和定殖（Marcobal & Sonnenburg, 2012）。用与人乳比例相匹配的 HMOs 混合物补充婴儿配方奶粉，显示可诱导配方奶喂养婴儿粪便微生物群向母乳喂养婴儿发生持续转变，在婴儿生长发育期间产生更大的健康效益（Holst 等，2023）。

据估计，每天消耗 800 mL 人乳的婴儿在母乳喂养期间可能摄入约 8 × 10?–8 × 10? 个共生细菌（Heikkil? & Saris, 2003）。常见的人乳来源益生菌包括双歧杆菌属和植物乳植杆菌（Damaceno 等，2023）。这些益生菌通过多种机制发挥有益作用：首先，它们竞争性排斥病原体定殖并分泌抗菌肽和有机酸（如乳酸和乙酸），降低肠道 pH 值，从而抑制病原体生长并维持肠道稳态（Lau & Chye, 2018）；其次，它们激活树突状细胞和巨噬细胞，促进白细胞介素 -10（IL-10）和转化生长因子 -β等抗炎细胞因子的分泌，诱导免疫耐受并支持婴儿免疫系统发育（Kwon 等，2010）。与这些发现一致，食用补充有人乳来源副干酪乳杆菌的配方奶的婴儿，其免疫反应调节因子水平（包括白细胞介素 -2 和干扰素 -γ）与母乳喂养婴儿更为接近，而非未补充配方奶的婴儿（Lee 等，2022）。这些发现强调了人乳来源益生菌作为婴儿配方奶粉中支持免疫发育的有价值成分的潜力。

作为益生元，HMOs 选择性促进有益肠道细菌（如双歧杆菌和乳杆菌）的增殖（Zhang 等，2021）。这些细菌发酵 HMOs 产生短链脂肪酸（SCFAs），包括乙酸、丙酸和丁酸，降低肠道 pH 值，从而抑制病原体生长（Li 等，2024）。具体而言，乙酸促进抗炎介质产生（Vieira 等，2017）；丙酸通过核因子 -κB（NF-κB）信号通路减轻炎症（Chen 等，2021; McLoughlin 等，2017）；丁酸增强肠道屏障功能（You 等，2025）；其他 SCFAs 如异丁酸、异戊酸和己酸进一步有助于紧密连接调节、抗炎反应和屏障完整性维持（Guo 等，2025; Xun 等，2023）。此外，HMOs 和益生菌的协同作用激活淋巴细胞，刺激抗体产生，并增强宿主免疫功能（Maher 等，2024），同时它们的联合作用还促进肠道发育、矿物质吸收和改善粪便稠度（Morales-Ferré 等，2021）。

肠道微生物群在宿主能量代谢、免疫调节和稳态中起着至关重要的作用（Nicholson 等，2012; Rooks & Garrett, 2016），并且是肠道 γ-氨基丁酸（GABA）的主要来源（Otaru 等，2021），可增强上皮屏障完整性，调节肠道免疫反应，并促进 SCFA 产生（Xie 等，2017）。在色氨酸衍生产物中，5-羟色胺（5-HT）影响肠道运动和情绪调节（Zhu 等，2023），同时通过不同的受体介导途径发挥促炎和抗炎作用（Spohn 等，2016）；3-吲哚丙酸（3-IPA）是由肠道微生物色氨酸代谢产生的生物活性吲哚代谢物，介导与自身免疫调节相关的免疫抑制作用（Guijas 等，2022）。在屏障水平上，双歧杆菌和乳杆菌等益生菌上调紧密连接蛋白（如 ZO-1、occludin 和 claudin-1），从而增强上皮完整性并减轻炎症，同时塑造肠道微生物群落（Wang 等，2018）。

除细菌外，真核生物、古菌和病毒在维持肠道稳态方面也发挥着关键作用。尽管真核生物丰度较低，但它们对营养、代谢和免疫有贡献（Wu 等，2021），并与细菌发生跨界相互作用（Iliev 等，2012）。古菌主要以产甲烷菌为代表，与细菌互营共生以增强 SCFA 产生，间接支持宿主健康（Ruaud 等，2020）。病毒通过选择性细菌裂解塑造肠道微生物群组成和多样性，而真核生物和古菌可能通过代谢和跨界相互作用调节病毒活性（Jaswal 等，2023）。共同而言，这四个界形成了复杂的共生网络，共同调节宿主免疫并维持肠道稳态。然而，跨界动态仍未得到充分表征，且人乳功能性成分对四界肠道微生物群（FKIM）的影响鲜有报道。

目前关于 HMOs 的研究主要集中在目前批准用于婴儿配方奶粉的 2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）和 N-乳糖新四糖（LNnT）上，只有少数产品含有五种到六种 HMOs（Wichmann, 2024）。然而，已显示按与人乳比例相匹配的混合 HMOs 可以增加肠道双歧杆菌的相对丰度，并使婴儿粪便微生物群更接近母乳喂养婴儿（Holst 等，2023），表明其益生元效果优于单一 HMOs。人乳含有六种主要 HMOs——2'-FL、3'-唾液酸乳糖（3'-SL）、3-岩藻糖基乳糖（3-FL）、6'-唾液酸乳糖（6'-SL）、乳糖四糖（LNT）和 LNnT（Slater 等，2025）——其比例在不同人群中差异显著（Vinjamuri 等，2022），导致人群特异性的免疫调节作用。

然而，尚不清楚按中国人乳比例匹配的 HMOs 与中国人乳来源益生菌相比是否具有不同的免疫调节作用，以及它们的组合是否通过调节 FKIM 产生叠加或协同效益。因此，本研究检验了 HMOs、人乳来源益生菌及其组合如何差异调节乳鼠免疫功能和 FKIM 的假设。还评估了对体重、免疫因子和肠道紧密连接基因 mRNA 表达的影响，为开发适合中国婴儿的人乳化婴儿配方奶粉提供理论依据。

章节片段
菌株与培养
植物乳植杆菌 M8 和短双歧杆菌 S26 是从湖南省采集的人乳中分离而来，保存在扬州大学生物与食品深加工重点实验室。将 L. plantarum M8 在 de Man, Rogosa and Sharpe (MRS) 肉汤（青岛海博生物技术有限公司）中于 37°C 静止培养 18 小时。将 B. breve S26 在改良 MRS 肉汤（HB0384; 青岛海博生物技术有限公司）中静止培养...

乳鼠体重和器官指数
如图 2A 所示，乳鼠体重在整个实验期间呈现一致的上升趋势。具体而言，出生后第 2 天至第 14 天体重增长缓慢，而在第 14 天后观察到更快的生长率。出生后第 28 天，IF_HM、IF_BL 和 IF_MH 组乳鼠的体重分别为 93.84 g、87.03 g 和 86.76 g，均显著高于 IF_Con 组的 78.31 g。

讨论
本研究显示，IF_HM、IF_BL 和 IF_MH 组在乳鼠中表现出差异性的免疫调节作用，尽管干预措施之间的幅度和潜在途径有所不同。所有三种干预措施都促进了体重增加，其中 IF_HM 组增幅最大，且 IF_HM 组的胸腺指数高于 IF_Con 组（p < 0.05），表明 T 细胞发育和适应性免疫增强（Balcells 等，2022; Si 等，2021）。

结论
总之，HMOs、人乳来源益生菌及其组合通过调节免疫相关 FKIM 类群（如双歧杆菌、未分类_f__Myoviridae、根霉和甲烷球菌）、免疫相关功能途径（如“脂质与动脉粥样硬化”）和关键代谢物（SCFAs、GABA 和 3-IPA）差异性地调节了乳鼠的免疫功能。在三种干预措施中，单独使用 HMOs 显示出最显著的免疫调节功效，表明直接...

CRediT 作者贡献声明
金雨石：撰写 - 原稿、数据管理、概念化。夏子涵：正式分析、概念化。孙涵：可视化、数据管理。郭雪：调查、数据管理。马奔：调查。瓦云超：撰写 - 审阅与编辑。张辰辰：撰写 - 审阅与编辑。官成然：撰写 - 审阅与编辑。屈恒先：撰写 - 审阅与编辑。马文龙：撰写 - 审阅与编辑。黄玉军：撰写 - 审阅与编辑。顾瑞霞：撰写 - 审阅与...

伦理声明
本研究按照 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经扬州大学伦理委员会批准。（批准号：202307006）

生成式人工智能使用声明
作者在本手稿的撰写过程中未使用生成式人工智能或人工智能辅助技术。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢
本研究得到中国国家重点研发计划（2022YFD2101503）、国家自然科学基金（32272362）、江苏省研究生科研与实践创新计划（SJCX25_2414）以及扬州大学生物与食品深加工重点实验室（YZ2020265）的支持。本研究还得到扬州大学青蓝工程的资助。图表使用 BioGDP（https://biogdp.com）创建。

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