合成母乳相同神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）的临床前安全性评估

《Food and Chemical Toxicology》：Preclinical safety evaluation of the synthetic human-milk-identical Ganglioside GM3 (d18:1/18:0, Neu5Ac)

　　摘要：商业化婴儿配方奶粉旨在模拟人乳，从而为婴儿提供最佳营养。已发现补充合成的神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）在化学结构上与人乳中的GM3相同。进行了标准的体外遗传毒性试验，发现GM3在体外Ames试验和微核试验中无致突变性。为了在与预期目标人群相对应的模型中研究其毒理学特征，在为期90天的毒性研究中，通过灌胃以0、500、1000和1300 mg GM3/kg bw/天的剂量水平经口给予GM3，该研究经过调整后在出生后第7天的幼年大鼠中进行。基于临床观察、体重增重、食物消耗、体格、功能和神经行为发育、检眼镜检查、临床病理学、器官重量和组织病理学检查结果，连续90天经口给予高达1300 mg GM3/kg bw/天的GM3未产生任何不良效应。基于该90天研究，确定了雄性和雌性大鼠的无可见不良效应水平（NOAEL）为1300 mg GM3/kg bw/天。这些发现支持GM3作为婴儿和成人在不同食品应用中的食品成分的安全性。

引言：神经节苷脂（GG）存在于血液、组织和人乳中，是含有唾液酸的糖鞘脂类，在神经和大脑发育、胃肠道成熟以及免疫系统中具有生物学效应。其生物学从头合成途径在内质网中通过棕榈酰辅酶A和丝氨酸合成神经酰胺而发生。神经酰胺随后被葡萄糖基化生成葡萄糖神经酰胺。在高尔基复合体中，这些分子可经过唾液酸化形成糖鞘脂类（Dong等，2025；D'Angelo等，2013）。

不同组织（神经、肌肉和脑）和生物体液（血液和乳汁）中存在不同的神经节苷脂。在乳汁中，它们是乳脂肪球膜的一部分。单唾液酸化变体Neu5Ac-α-(2,3)-β-D-Gal-(1,4)-β-D-Glc-Cer(d18:1/18:0)（GM3）和二唾液酸化变体Neu5Ac-α-(2,8)-Neu5Ac-α-(2,3)-β-D-Gal-(1,4)-β-D-Glc-Cer（d18:1/18:0）（GD3）是乳汁中的主要类别。这些单唾液酸化和二唾液酸化变体同时存在于牛乳和人乳中，然而，在成熟人乳中（大约出生后2-4周），含有唾液酸的糖鞘脂类（Sia）总浓度显著高于牛乳，成熟人乳含有9.07 mg脂质结合型Sia/L，而牛乳为3.98 mg脂质结合型Sia/L（Bode等，2004）。

在一项系统综述和荟萃分析中，Ni等（2025）报告称，哺乳期母亲乳汁中GM3的水平约为0.63 mg/100 g乳汁，GD3约为0.34 mg/100 g乳汁。Ma等（2015）测量了马来西亚母亲在哺乳期间母乳中平均总神经节苷脂浓度的变化，观察到初乳中总神经节苷脂浓度为26.8 mg/L，过渡乳中为18.9 mg/L。在成熟人乳中，哺乳2、6和12个月时的平均神经节苷脂浓度分别为14.8、25.3和16.6 mg/L（Ma等，2015）。

Perea-Sanz等（2018）在其综述中报告，总体而言，人母乳中GD3含量在泌乳初期高于泌乳后期。随着泌乳的进行，GM3和GD3含量逐渐趋于相等，最终在成熟乳中主要种类为GM3。对于婴儿配方奶粉，使用相同方法测定婴儿配方奶粉和人乳中神经节苷脂的研究表明：首先，婴儿配方奶粉中的含量低于人母乳中测定的含量；其次，与成熟人母乳相反，婴儿配方奶粉中GD3含量达到总神经节苷脂的50%以上，因为婴儿配方奶粉以牛奶为基础。

近期的研究创造了通过化学和酶学方法从头合成与人相同的鞘脂类的机会。在婴儿配方奶粉中使用新型成分GM3将使其更接近人乳这一“金标准”，例如GM3浓度高于GD3。由于新的生产方法，此类制剂需要作为营养成分进行安全性评估，以考虑生产过程中残留物的潜在影响。临床前研究是评估新型婴儿配方奶粉或膳食补充剂成分安全性和质量的第一步。鉴于婴儿被认为具有更高的敏感性，且缺乏官方指南，其他婴儿营养成分使用改良的90天幼年大鼠研究方案进行了评估（Coulet等，2013；Coulet等，2014）。类似的方法被用于为新的与人相同的GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）生成安全性数据，该GM3通过多步化学酶催化反应序列合成。

GM3的安全性评估包括其化学表征，以确定其与天然内源性分子的结构等同性，以及临床前体外和体内研究，以鉴定在制造过程中可能形成的任何意外化学危害。为了更好地反映其作为婴儿配方奶粉成分的预期用途和目标人群，从出生后第7天（PND 7）开始，通过灌胃将GM3经口给予幼年大鼠。基于临床前数据（这些数据提供了该成分在大鼠中的上限耐受水平的有价值信息），可以确定无可见不良效应水平（NOAEL）与推荐摄入水平之间的暴露边际（MOE）。

材料和方法：研究在Labcorp（英国亨廷登和哈罗盖特）根据良好实验室操作规范（GLP）并在适用时按照经济合作与发展组织（OECD）相关测试指南进行。动物研究按照英国《1986年动物（科学程序）法》操作指南、相关测试指南、英国内政部项目许可要求执行，所有动物实验均符合ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南。

细菌回复突变试验：在使用四种鼠伤寒沙门氏菌菌株和一种大肠杆菌进行的细菌回复突变试验中，GM3在高达5000 μg/皿的浓度下无致突变性。在任何测试系列中均未观察到沉淀证据。在第一个测试系列中，任何受试菌株均未观察到细胞毒性（即背景菌苔变薄或回复突变菌落数显著减少）。在预孵育测试系列中，观察到毒性证据，表现为……（原文此处被截断）

讨论：尽管神经节苷脂如神经节苷脂GM3的安全性因其天然存在于人母乳中而得到支持，且预期没有特别的安全问题，但本研究测试的GM3制剂是一种新的合成生产成分，此前尚未以该形式添加至人类（婴儿）食品中。对神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）结构的分析研究确认了其与人乳中天然存在的GG的结构等同性。

结论：对受试物神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）的分析研究确认了其与人乳中天然存在的神经节苷脂的结构等同性。两项体外遗传毒性试验、一项14天剂量范围探索研究以及随后在幼年大鼠中进行的改良90天研究的结果，解决了旨在供婴儿营养使用的合成糖鞘脂类（如神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac））的潜在毒理学问题。基于……（原文此处被截断）

CRediT作者贡献声明：Gerhard Gans：撰写初稿、监督、数据管理。Elisabete Maciel：撰写-审阅与编辑、监督、项目管理、数据管理。Narinder Barraclough：撰写-审阅与编辑、数据管理。

未引用的参考文献：D'Angelo等，2013；EMEA，2008；欧洲食品安全局NDA营养品和过敏原小组，2015；欧洲食品安全局FEEDAP饲料添加剂和产品或物质小组，2016；EFSA等，2025；Giuffrida等，2014；英国政府《饲养和护理动物的规范守则》，2014；Hewelt-Belka等，2023；Lehmann，1975a；Lehmann，1975b；Liao等，1983；OECD，2020；OECD，2016；OECD，2018；Thakur等，1985；美国……（原文此处被截断）

伦理声明：本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经当地伦理审查小组（位于试验设施[Labcorp，哈罗盖特]的动物福利与伦理审查委员会[AWERB]）批准。

利益冲突声明：作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Elisabete Maciel受雇于CarboCode SA，Narinder Barraclough受雇于Labcorp，Gerhard Gans担任CarboCode SA的顾问。

资助：本工作由CarboCode SA资助。

竞争利益声明：作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Elisabete Maciel受雇于CarboCode SA，Narinder Barraclough受雇于Labcorp，Gerhard Gans担任CarboCode SA的顾问。

致谢：作者感谢Louise Gibson BSc（Hons）（Labcorp）作为幼年毒性研究的研究主任所做的工作，Sophia Sokolenko（CarboCode德国有限公司）负责协调样品供应和遗传毒性研究的输入，Marie Claire Fichot的输入和对稿件的批判性审阅。

缩写：ANOVA：方差分析；APTT：活化部分凝血活酶时间；COL：秋水仙碱；CPA：环磷酰胺；Eos：嗜酸性粒细胞；FOB：功能观察组合；GD3：神经节苷脂GD3；GG：神经节苷脂；GLP：良好实验室操作规范；GM3：神经节苷脂GM3（d18:1/18:0，Neu5Ac）（单唾液酸化）；Hb：血红蛋白；HCD：历史对照数据；HCT：红细胞压积；IF：婴儿配方奶粉；LUC：大未染色细胞；Lymp：淋巴细胞；MCH：平均细胞血红蛋白量；MCHC：平均细胞血红蛋白浓度；MCV：平均细胞体积；MMC：丝裂霉素C；MNBN：微核双核细胞；MOE：暴露边际

Elisabete Maciel|Narinder Barraclough|Gerhard Gans