《Food Science & Nutrition》：2′-FL's Depiction of the Human Physiological Function Landscape
2′-岩藻糖基乳糖（2′-FL）是一种主要的岩藻糖基化人乳寡糖，其特征是末端α1,2-连接的岩藻糖残基，这支持其与肠道微生物、宿主聚糖识别系统和病原体结合位点的相互作用。本综述提出，2′-FL主要通过一个层级化的宿主-微生物机制发挥作用：它首先塑造肠道微生物组成，然后影响微生物代谢物如短链脂肪酸（SCFAs），进而促进肠道屏障完整性、免疫稳态和更广泛的生理结果。目前的证据最强的是关于含2′-FL婴儿配方奶粉的安全性、其双歧杆菌效应以及在肠道屏障和免疫调节中的作用。临床前研究进一步提示在过敏调节中的潜在益处，通过肥大细胞稳定化、抑制Th2偏斜反应和增强调节性免疫途径，以及抑制TLR4/NF-κB介导的炎症。然而，抗病毒、代谢和神经保护作用仍处于新兴阶段，主要得到体外（in vitro）、类器官、动物或计算研究的支持。通过区分临床证据与机制和临床前发现，本综述旨在提供关于2′-FL生理功能和转化潜力的结构化、基于证据的概述。
论文主体部分系统总结了2′-FL的生理功能，内容涵盖其结构特征、生产方法、对肠道微生物群的作用、免疫调节效应、抗感染与抗病毒活性以及神经保护影响。以下按小标题进行总结。
**2 2′-Fucosyllactose: Structural Features, Biosynthesis, and Current Production**
**2.1 Structural Basis of Function and Biosynthesis in the Mammary Gland**
2′-FL是一种典型的中性岩藻糖基化三糖，结构为Fucα1-2Galβ1-4Glc，由L-岩藻糖、D-半乳糖和D-葡萄糖组成，末端α-1,2-岩藻糖修饰使其能模拟宿主表面聚糖结合位点，从而发挥受体诱饵、抗病原体黏附和调节肠道微生物群的功能。在人类乳腺中，α-1,2-岩藻糖基转移酶（FUT2）催化从GDP-岩藻糖向乳糖转移岩藻糖残基，FUT2活性受遗传调控：约70%–80%的欧洲裔个体为分泌型（FUT2活性），母乳中2′-FL含量高；非分泌型则含量极低。分泌型表型影响婴儿从母乳中获取2′-FL的暴露量，而配方奶粉添加2′-FL可提供策略以均衡不同分泌型表型的暴露。
**2.2 Current Production Methods and Translational Challenges**
2′-FL的工业化生产主要依赖微生物发酵和酶法合成。微生物发酵利用工程化大肠杆菌（Escherichia coli）或枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），通过代谢工程构建补救途径和从头合成途径。补救途径以L-岩藻糖和乳糖为底物，但成本高；从头合成途径以廉价碳源（如葡萄糖、甘油）起始，通过多步酶催化生成GDP-L-岩藻糖，再经α1,2-岩藻糖基转移酶（α1,2-FT）合成2′-FL。目前大肠杆菌是主要宿主，通过敲除乳糖降解基因和竞争性途径，并过表达关键酶，可实现高产量（如141.27 g/L）。此外，来自固氮螺菌（Azospirillum lipoferum）和螺杆菌（Helicobacter sp.）的高特异性α1,2-FT可避免副产物生成。未来方向包括AI辅助酶设计、动态代谢调控和低成本碳源利用。
**2.3 Clinical Application in Infant Formula**
2′-FL作为母乳中含量最高的岩藻糖基化HMO，被添加到婴儿配方奶粉中以缩小与母乳的组成和功能差距。多项随机对照试验和上市后监测一致表明，含2′-FL的配方奶粉（通常1.0 g/L，单独或与LNnT联用）在健康足月儿中安全、耐受良好，并支持正常生长。
**3 The Role of 2′-FL and the Intestinal Microbiota**
**3.1 Starting Point: Selective Shaping of the Gut Microbiota**
**3.1.1 Selective Microbial Enrichment and Clinical Evidence**
2′-FL最一致的效应是选择性富集双歧杆菌（Bifidobacterium），尤其在生命早期和成人中。人类研究显示，口服2′-FL增加粪便中双歧杆菌丰度，该效应具物种和年龄依赖性，受基线微生物群组成限制。
**3.1.2 Microbial Cross-Feeding and Cooperative Utilization**
2′-FL的微生物群调节不仅依赖直接富集双歧杆菌，还通过交叉喂养机制。双歧杆菌分解2′-FL释放乳糖和岩藻糖，供阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）等利用，产生丙酸盐，促进上皮发育和杯状细胞功能。丁酸盐产生菌如罗斯氏菌（Roseburia inulinivorans）和丁酸梭菌（Clostridium butyricum）也受益于双歧杆菌代谢产物，丁酸盐具有免疫调节和抗炎作用。
**3.1.3 Pathogen Suppression and Recovery After Antibiotic Perturbation**
2′-FL的病原体相关效应主要通过生态调节和黏膜防御增强实现，而非直接抗菌。体外和体内研究显示，2′-FL可减少大肠杆菌O157:H7等病原体黏附至肠黏膜。在万古霉素干预后，2′-FL补充短暂增强肠道微生物群恢复力，但未持续至全程，反映适应性稳定而非完全恢复。
**3.2 Intermediates: Mediation by Microbial Metabolites**
**3.2.1 SCFAs As the Central Metabolic Node**
2′-FL通过选择性底物利用和微生物群重塑促进短链脂肪酸（SCFAs）产生。SCFAs通过SCFA感知G蛋白偶联受体（FFAR2、FFAR3、GPR109A）和组蛋白去乙酰化酶抑制，调节炎症小体通路、促进上皮IL-18产生、增强紧密连接蛋白表达，从而强化上皮屏障。丁酸盐尤其重要，可促进上皮修复、诱导IL-18分泌和FOXP3
+调节性T细胞分化。在DSS结肠炎模型中，2′-FL与双歧杆菌联用可减轻炎症并改善屏障完整性。人体补充研究显示，每日0.3–5 g 2′-FL可增加总SCFAs水平。SCFAs还可通过刺激肠内分泌L细胞分泌GLP-1、GLP-2和PYY，参与全身代谢调节。
**3.2.2 Other Metabolic Pathways: Amino Acids and Bile Acids**
多组学研究表明，2′-FL还调节氨基酸和胆汁酸代谢。婴儿代谢组学发现，含2′-FL和LNnT的配方奶粉改变粪便中N-乙酰化氨基酸和γ-谷氨酰化氨基酸，与双歧杆菌和拟杆菌丰度正相关。胆汁酸代谢途径也受到HMO响应微生物群重塑的影响，但证据较SCFAs少，机制尚不明确。
**3.2.3 Metabolic Relevance in Obesity and Related Disorders**
临床前研究显示，2′-FL可减轻肝脂肪变性、改善胰岛素抵抗，但效应高度模型依赖。在肥胖Ldlr
?/?.Leiden小鼠中，长期补充2′-FL降低肝脂肪变性和空腹胰岛素，但不影响体重。在高脂饮食模型中，2′-FL减少体重和脂肪增加，改善葡萄糖耐量，但盲肠SCFAs未增加。人类研究仅报告中间生物标志物变化（如循环丁酸盐、IL-6降低），未一致改善葡萄糖稳态。长期随机对照试验仍缺乏。
**3.3 Local Effects on Intestinal Barrier Function**
2′-FL通过两种协调机制增强黏液屏障：直接调节杯状细胞分泌程序和抑制上皮炎症信号。在TNF-α刺激的LS174T杯状细胞中，2′-FL增加MUC2、TFF3和CHST5表达；抗炎作用部分通过NLRP6和抑制TLR4/MyD88/NF-κB轴实现。在DSS结肠炎中，2′-FL减少FITC-葡聚糖渗漏、增加ZO-1和闭锁蛋白表达，保护紧密连接。宿主FUT2状态可能影响反应。在高脂饮食模型中，2′-FL改变黏液产生和糖基化相关基因表达。这些屏障保护效应在DSS模型中得到验证，但缺乏人类疾病试验。
**4 Immune Cell–Mediated Immunomodulatory Effects of 2′-FL**
**4.1 Regulation of Innate Immune Cells**
**4.1.1 Macrophages**
2′-FL对巨噬细胞的免疫调节具高度上下文依赖性。在非感染性炎症条件下，2′-FL通过TLR4/NF-κB信号抑制M1极化，减少TNF-α、IL-6、IL-1β，并通过miR-146a–TLR4/NF-κB轴发挥抗炎作用；同时促进M2极化（CD206、TGF-β）。在病原体感染时，2′-FL可增强M1样反应（如上调TNF-α、IL-6），促进吞噬和病原体清除，但最强效应见于6′-SL而非2′-FL。
**4.1.2 Dendritic Cells**
2′-FL通过DC-SIGN（树突状细胞特异性细胞间黏附分子-3-抓取非整合素）与树突状细胞结合，但不足以直接触发分化或成熟信号，其效应主要通过间接机制（如通过肠上皮细胞介导）实现。
**4.1.3 T Cells**
**4.1.3.1 Indirect Regulation of T-Cell Differentiation Through Dendritic Cells**
2′-FL作用于肠上皮细胞，诱导释放半乳糖凝集素-9和TGF-β1，进而调节单核细胞来源树突状细胞的功能，促进Th1和调节性T细胞发育，诱导IFN-γ和IL-10分泌。
**4.1.3.2 Regulation of Th1/Th2 Balance and Suppression of Allergic Responses**
在食物过敏小鼠模型中，2′-FL减轻过敏症状，降低过敏原特异性IgE，抑制Th2型反应，增强CD4
+Foxp3
+调节性T细胞反应，恢复Th1/Th2平衡。
**4.1.3.3 Regulation of the Th17/Treg Axis and Inflammatory Tolerance**
2′-FL在衰老和银屑病模型中抑制STAT3磷酸化和RORγt表达，降低Th17细胞分化，恢复Th17/Treg稳态，减轻炎症。
**4.2 Clinical Application of 2′-FL to Improve Immune Function**
**4.2.1 Allergy-Related Applications of 2′-FL**
临床前研究表明2′-FL可减轻卵清蛋白或β-乳球蛋白致敏小鼠的过敏症状，机制涉及改善肠道屏障、调节微生物群、增加SCFAs、抑制Th2反应和增强Treg活性。人类关联性证据支持但不足，需进一步因果验证。
**5 Broader Anti-Infective and Antiviral Effects**
2′-FL可能通过受体诱饵、抑制病原体黏附、上皮屏障支持和免疫调节发挥抗病毒作用，但证据强度因病毒而异。
**5.1 Norovirus**：2′-FL在人类肠道类器官中显著减少GII.4悉尼株复制，机制为HBGA模拟诱饵，但效应依赖宿主糖基化状态和病毒基因型。
**5.2 Rotavirus**：2′-FL在新生大鼠模型中减轻腹泻严重程度，但机制为宿主导向（肠道成熟、屏障功能），而非直接病毒中和；某些HMO甚至增强P[11]轮状病毒感染性。
**5.3 SARS-CoV-2**：体外结合实验、假病毒实验和肺泡芯片模型显示2′-FL抑制RBD-ACE2和DC-SIGN介导的结合，并降低IL-6，但缺乏临床感染数据。
**5.4 Coxsackievirus-A9**：细胞感染实验表明2′-FL在进入阶段抑制病毒附着和内化，受体机制部分基于计算预测。
**5.5 Other Potential Antiviral Activities**：2′-FL可能通过免疫调节增强抗病毒免疫，但效应具病毒和菌株依赖性。
**6 Neuroprotective Impact of 2′-FL**
**6.1 Microbiota-Dependent Mechanisms: Microbial Metabolites as Key Mediators**
2′-FL通过肠道微生物代谢间接影响神经功能。在肠道-神经元共培养模型中，完整2′-FL不直接改变神经元活性，而双歧杆菌发酵产物诱导BDNF释放。5-HTP/5-HT轴是重要下游通路：2′-FL补充提高小鼠海马5-HT和5-HTP，抗生素消除认知益处，提示微生物依赖。SCFAs也可能通过屏障和免疫调节参与。
**6.2 Effects in Neurodegenerative and Brain Injury Models**
**6.2.1 Alzheimer's Disease (AD) and Oxidative Stress**：在5xFAD小鼠中，2′-FL改善认知、减少Aβ斑块和TNF-α/IL-6，抑制NF-κB；在D-半乳糖诱导的神经元中，减少ROS、保护线粒体、恢复BDNF等突触标志物。
**6.2.2 Stroke and Ischemia Models**：2′-FL减轻谷氨酸/NMDA诱导的损伤，减少梗死体积，抑制小胶质细胞活化，上调BDNF和GDNF，促进增殖和迁移，并促进M2型表型。
**6.2.3 Evidence From Neurodevelopmental Disorder Models**：在母体免疫激活模型中，2′-FL改善孤独症样行为，恢复肠道屏障，增加阿克曼氏菌和双歧杆菌，改变胆汁酸信号和免疫标志物。在丙戊酸诱导模型中，2′-FL与BB-12联用产生更强效果。
**7 Concluding Remarks**
2′-FL的生物学效应高度依赖基线微生物群、宿主遗传（FUT2）、年龄、饮食和疾病状态；最佳剂量和干预时机尚不确定；多数非婴儿应用仍基于临床前证据。未来研究应转向精准营养，结合多组学和合生元策略，并继续推进生产技术以降低成本和提高纯度，使2′-FL成为可编程的营养分子，在生命全程重塑宿主-微生物群互作并支持免疫-代谢稳态。
