国外大火，中国何时破局？5800字详解母乳低聚糖！
作者：徐海蒂博士（巴斯夫人类营养品事业部），高春辉博士（热心肠生物技术研究院学术部）
母乳是婴幼儿奶粉的黄金标准，婴幼儿配方奶粉产品的进化基本是一个不断向标准母乳靠拢的过程。但母乳成分非常复杂，各成分对婴幼儿健康生长发育的作用也在不断的探索和研究中。
在这个过程中，既需要现代分析技术慢慢揭开母乳的奥秘，也需要了解婴儿的营养需求与各营养成分之间的关系。只有这样，才能不断地促进婴幼儿配方奶粉的里程碑式发展。
历史上，就三大营养素糖类、脂肪和蛋白质而言，脂类经历的里程碑式成分添加包括 DHA、ARA 和 OPO，蛋白质类则包括牛磺酸、酪蛋白磷酸肽和乳铁蛋白，糖类则包括低聚半乳糖（GOS）和低聚果糖（FOS）等。
GOS 和 FOS 等成分的添加，是为了模拟母乳中的低聚糖成分，但是它们本身不是母乳低聚糖，而属于难以消化的碳水化合物（NDC）。
母乳低聚糖（Human Milk Oligosaccharides, HMOs）是母乳的重要组成部分，在母乳中的含量大概在5-15g/L 之间，是仅次于乳糖的第二大类碳水化合物成分和第三大营养成分。
不仅如此，一项研究发现产妇羊水等母体样本中存在多种人乳寡糖（HMO），意味着胎儿在出生前就已经接触到人乳寡糖，其生理意义和重要性还需进一步研究分析。
热心肠日报收录了此项研究论文：
羊水中存在人乳寡糖
Frontiers in Pediatrics[IF:2.335]
① 分析48名孕期女性的分娩前尿液、分娩时的羊水和产后4天的乳汁，发现这3种样本中，均可检测出4种人乳寡糖（HMO）；② 包括2′-岩藻糖基乳糖、3-岩藻糖基乳糖、二岩藻糖基乳糖和6‘-唾液酸乳糖，但每种HMO的含量存在差异；③ 暗示乳腺、肾脏或胎盘的上皮屏障间存在差异运输，或进入过程中存在差异降解。④ 首次表明胎儿在子宫内就已暴露在HMO中，其对胎儿和婴儿健康的短期和长期影响有待研究。
Infants Are Exposed to Human Milk Oligosaccharides Already in utero
10-02 DOI: 10.3389/fped.2018.00270
母乳低聚糖由特异的糖基转移酶合成，通过五种单体加乳糖分子以各种不同的组合排列构成，目前已确定结构的超过200多种。这五种单体分别是 N-乙酰葡萄糖胺（N-Acetyl-Glucosamine, GlcNAc），D-葡萄糖，D-半乳糖，L-岩藻糖（Fucose, Fuc）, N-乙酰神经氨酸（唾液酸Sialic Acid，Neu5AC）。
根据乳糖分子上连接的单体，可将母乳低聚糖分为3大类：盐藻糖基化中性母乳低聚糖 （35%-50%），唾液酸化酸性母乳低聚糖（12%-14%）和非盐藻糖基化母乳低聚糖 （42%-55%）等。
基于牛奶的婴儿配方奶粉中无 HMO，向其中添加 NDC 成分是为了代替 HMO 的功能。这些 NDC 包括低聚半乳糖（GOS）、低聚果糖（FOS）、GOS/FOS 混合物、果胶低聚物等。它们虽然具有某些与 HMO 相似的功能，但是无法代替 HMO。
热心肠日报收录的相关研究论文如下：
CRFSN：益生元有一定作用，但取代不了母乳低聚糖（综述）
Critical Reviews in Food Science and Nutrition[IF:6.704]
① 母乳中的母乳低聚糖（HMO）可支持肠道菌群的定殖、抑制病原体感染、促进免疫发育；② 基于牛奶的婴儿配方奶粉中无HMO，可在其中添加难以消化的碳水化合物（NDC），NDC具有某些与HMO相似的功能；③ 这些NDC包括：低聚半乳糖（GOS）、低聚果糖（FOS）、GOS/FOS混合物、果胶低聚物等；④ 然而，NDC无法代替HMO的所有功能，现有的研究多关注于NDC的益生元特性，未来需要更多地关注NDC（不依赖于菌群的）对免疫系统的影响。
Non-digestible carbohydrates in infant formula as substitution for human milk oligosaccharide functions: Effects on microbiota and gut maturation2018-01-15, doi: 10.1080/10408398.2017.1414030
【主编评语】这是Critical Reviews in Food Science and Nutrition[IF：6.077]针对低聚半乳糖、低聚果糖等用于婴幼儿配方奶粉的重要综述，肯定了它们作为益生元的积极意义，但还是理性提出它们与母乳低聚糖的功能差异。很值得一读，特别推荐。（@szx）
另外，与 NDC 相比，HMO 还能够支持肠道菌群的定殖、抑制病原体感染、促进免疫发育等，下方列举了热心肠日报收录的三项研究论文：
Science advances[IF:12.804]
① 在长双歧杆菌婴儿亚种中鉴定出两个岩藻糖基乳糖转运蛋白（FL转运体-1和2），能促进细菌利用岩藻糖基化的人乳寡糖（HMO）生长；② 这两种转运蛋白有重叠而不同的HMO偏好，与其分子结构有关；③ FL转运体-2与母乳喂养的婴儿肠道中双歧杆菌的丰度呈正相关；④ 进化中的功能获得性突变，使FL转运体2能有效识别捕获多种岩藻糖基HMO；⑤ 双歧杆菌通过寡糖转运蛋白对人乳寡糖的吸收利用，促进了其自身与人类的共生和共同进化。
Evolutionary adaptation in fucosyllactose uptake systems supports bifidobacteria-infant symbiosis08-28, doi: 10.1126/sciadv.aaw7696
【主编评语】母乳喂养能帮助婴儿建立健康的肠道菌群，促进双歧杆菌生长，这种作用与母乳中的多种寡糖成分有关。Science Advances近期发表的一项研究，揭示了双歧杆菌的两种岩藻糖基乳糖转运蛋白在双歧杆菌与人类共进化中的作用。该研究还构建了一种方法，可评估细菌表面的人乳寡糖（HMO）转运蛋白的底物特异性，可用于寻找促进特定有益菌生长的HMO，或有助于婴儿奶粉研发。（@mildbreeze）
Gut[IF:17.943]
① 母乳喂养的新生儿坏死性小肠结肠炎（NEC）发病率比配方奶粉喂养的新生儿低6到10倍；② 母乳中富含寡糖，但配方奶粉不含寡糖，尤其是能预防大鼠NEC的二唾液酸乳-N-四糖（DSLNT），但是DSLNT能否保护早产儿还是未知；③ 招募200对母亲及低出生体重婴儿进行多中心临床实验，分析出生后28天，母乳喂养的婴儿母乳中寡糖组成与NEC的关系；④ 结果表明NEC病例中，DSLNT浓度显著低于对照组，DSLNT浓度可作为NEC的非侵入性生物标志物。
Human milk oligosaccharide composition predicts risk of necrotising enterocolitis in preterm infants2017-03-08, doi: 10.1136/gutjnl-2016-312819
【主编评语】这是一项重要且有很大临床意义的研究，研究对象为200对母亲及低出生体重婴儿，发现母乳中二唾液酸乳-N-四糖与新生儿坏死性小肠结肠炎显著相关。值得认真阅读！（@szx）
Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology[IF:23.57]
① 过去数十年间，坏死性小肠结肠炎（NEC）的预防和治疗均无明显进展；② NEC病因不明，小肠生态失调、炎症反应失衡、细胞死亡增加或都参与发病；③ 母乳低聚糖（HMO）刺激双歧杆菌等肠道有益菌生长，某些特异性亚型能结合致病菌，改善肠道微循环；④ Autran等发现，NEC患儿的母乳中，一种特定的HMO——二唾液酸化乳-N-四糖（DSLNT）水平低于对照组；⑤ 乳汁DSLNT水平可能是鉴定NEC高危患儿的有效的生物标志物，补充DSLNT有望成为有效的预防方法。
Paediatrics: Are human milk oligosaccharides the magic bullet for necrotizing enterocolitis?2017-05-17, doi: 10.1038/nrgastro.2017.65
【主编评语】这是对之前我们推荐的文章（http://www.xunludkp.com/papers/read/1053871368）的介绍，老规矩，这样的文章，看看图就会有收获，不过好好看看文字，有更多收获。（@szx）
2'-O-岩藻糖基乳糖（2'-FL）是母乳中含量最高的一种 HMO。研究发现，含2'-FL 的牛奶配方奶粉成分和功能更接近于母乳，能有效维持婴儿的生长，增强抵抗力，且2'-FL 的相对吸收和排泄与母乳喂养婴儿无显著差异。
相关研究也在热心肠日报中有收录：
Nutrients[IF:4.196]
① 合成的2'-岩藻糖基乳糖（2'-FL）与母乳中的结构相同，已用于一些商业婴儿配方奶粉中；② 含2'-FL的牛奶配方奶粉能有效维持婴儿的生长和耐受性，且2'-FL的相对吸收和排泄与母乳喂养婴儿无显著差异；③ 含2'-FL的部分水解乳清蛋白配方奶粉对健康足月烦躁的婴儿安全且耐受性良好；④ 婴儿配方奶粉中加入0.2g/L 2'-FL后成分和功能更接近于母乳；⑤ 具有与母乳喂养婴儿相似的免疫益处，呼吸道感染发生率较少，并改善了婴儿对配方奶粉不耐受的症状。
Review of the Clinical Experiences of Feeding Infants Formula Containing the Human Milk Oligosaccharide 2'-Fucosyllactose
09-21 DOI: 10.3390/nu10101346
说明母乳喂养之所以能够降低婴儿死亡率和发病率，一个重要的因素可能就在于母乳中含有的 HMO 成分。
HMO 摄入人体后，一小部分在上消化道内被吸收进入血液，大部分在大肠内被微生物利用，剩余未被利用的则直接排出体外。
HMO 具有益生元作用，可以促进有益菌生长，抑制病原菌生长，还能作为糖基受体起抗黏着剂作用，阻碍致病菌或病毒对肠道表面的黏附。另外，HMO 还能与肠道上皮细胞相互作用，影响肠上皮细胞基因表达，发挥免疫调节的作用。
相关研究可以阅读以下两篇论文：
CP：一文读懂母乳低聚糖对早产婴儿的重大意义（综述）
Clinics in Perinatology[IF:2.798]
① 母乳低聚糖（HMO）是从母乳中提取的约200种不同结构的游离糖，可支持婴儿生长发育；② 本综述介绍了HMO的结构、婴儿对HMO的吸收及代谢；③ HMO可作为益生菌、抗（病原体）结合剂、上皮/免疫细胞反应的调节剂；④ 研究表明，HMO通过改变肠道菌群组成、预防坏死性小肠结肠炎及念珠菌感染，降低早产儿的死亡率和发病率，及一些其它免疫相关疾病；⑤ HMO的分析方法、合成促进队列和干预性研究的进展揭示了何种特定的HMO与支持早产儿生长最相关。
Human Milk Oligosaccharides and the Preterm Infant: A Journey in Sickness and in Health2016-12-27, doi: 10.1016/j.clp.2016.11.014
【主编评语】CLINICS IN PERINATOLOGY[IF：3.233]上关于母乳低聚糖如何在早产儿的健康和疾病中发挥作用的综述，IF不高，但特别值得一读。（@szx）
MNFR：母乳低聚糖——很有潜力的抗病毒药物（综述）
Molecular Nutrition and Food Research[IF:4.653]
① 母乳中富含母乳低聚糖（HMO），对婴儿的生长发育有多种功能，如抗病毒感染；② 目前发现抗粘附作用可能是其抗病毒的作用机制，通过模拟病毒受体的结构，阻断对靶细胞的粘附，防止感染；③ 体外研究表明HMO可抵抗诺瓦克病毒、轮状病毒、流感病毒、人类免疫缺陷病毒；④ 因HMO结构多样性，与病毒反应的复杂性，分离和结构表征技术的壁垒，尚未实现将其开发成抗病毒药物；⑤ 鉴于添加HMO在婴儿配方奶粉的临床效果，有望将其抗病毒作用应用于临床。
Human Milk Oligosaccharides as Promising Antivirals2018-01-16, doi: 10.1002/mnfr.201700679
【主编评语】在我们的印象中，母乳低聚糖（HMO）只是在婴儿营养中备受关注，而Molecular Nutrition and Food Research[IF：4.323]这篇重要综述，将关注点放到了HMO作为抗病毒药物的潜力上，系统性总结了体外研究的结果。虽然这方面的研究还处于刚刚开始的阶段，但无疑在应对病毒感染的药物有限的当下，相关尝试很有价值。值得研究和产业界人士重点关注，强烈推荐。（@mildbreeze）
HMO 作为涉及婴配粉特殊行业的新一代功能性成分，其发展受到法规、市场和技术创新等多方面的影响。
欧洲食品安全局（EFSA）2014年公告认为：HMO 是肠道细菌（如婴儿肠道内的双歧杆菌）的主要生长因子之一，负责调节母乳喂养婴儿肠道的菌群结构，解除了 HMO 应用于婴幼儿配方奶粉的制度障碍。
在西方发达国家，2'-FL 是目前已经实现商业化的 HMO 成分。其中，2’-FL 在美国和欧洲市场多年前就已经拥有监管许可。雅培和雀巢/惠氏分别在2016年和2017年上市了含有2’-FL 成分的婴配奶粉产品，是最先上市含有HMO 成分的婴配奶粉产品的两大跨国公司。
目前，在亚太地区，中国香港特别行政区、巴基斯坦、新加坡、马来西亚、越南和新西兰等国家和地区也先后通过了监管许可。据不完全统计，含有母乳低聚糖的产品自2016年上市以来已经在45个国家生产或销售。
除了2'-FL以外，乳酸-N-新四糖（LNnT）是另一个率先实现商业化的 HMO 成分。欧盟法规批准的2017/2470——欧盟新食品原料统一清单中针对2’-FL 和 LNnT 列出了六项内容，包括：
食品范围包括婴儿配方奶粉、后续阶段配方奶粉、针对幼儿的乳基饮品及其相似产品、非调味巴氏杀菌或灭菌（包括 UHT 高温瞬时灭菌）乳基产品、谷物基加工食品和针对婴幼儿的婴儿食品和针对特殊医学用途的食品。
EFSA 专家委员会根据欧洲人母乳中低聚糖的组成，对 2’-FL 与 LNnT 添加在婴儿和较大婴儿配方奶粉使用做出规定：允许浓度为不高于1.2g／L的 2’-FL 和不高于0.6g／L的 LNnT，混合比例为2:1。
2019年7月22日，澳大利亚澳新食品标准局（FSANZ）发布85-19号通告，其中1155号申请拟批准在婴儿配方食品与其他产品中使用 2'-FL 与 LNnT，并规定：①如果仅添加2'-FL，2'-FL不超过96 mg/100 kJ；②如果添加2'-FL 和 LNnT，则LNnT不超过24 mg/100 kJ， 并且2'-FL 和 LNnT 的总和不超过96mg/100kJ。
毋庸置疑，随着全球各地监管和法规进程的推进，可以预计会有越来越大的 HMO 市场容量被释放出来。
虽然 HMO 目前最大的应用是婴幼儿配方奶粉产品，但是显然 HMO 对健康的巨大价值不单单限于婴幼儿。
最近几年，肠道健康对人体系统性健康的重要性已经被广泛认可。如火如荼的肠道菌群研究进展为肠道健康领域新产品的开发提供了越来越多的科学证据。
根据我们目前的认识，肠道健康几乎可以和人体全身各大重要生理系统的健康与疾病联系起来。在营养健康领域的从业人员，无论是科研工作者还是产业界人士，如果不知道“肠脑轴”，没有听说过“肠道好比人类的第二大脑”类似说法，可以说是已经落伍或正处于落伍的边缘了。
此外，一些科研及临床证据也已经证明，通过促进肠道健康，还能明显改善慢性代谢疾病、呼吸系统、免疫系统和神经系统在衰老过程中最常出现的健康问题。
HMO 因其结构和功能的独特性，正是在肠道部位发挥其主要作用，与肠道健康密切相关。已有证据表明，2’-FL 和 LNnT 在较大儿童和成年人中有相似的安全性和耐受性，能够明显改善肠道的微生物菌群。因此，HMO 在调节肠道健康领域的市场规模也在急速膨胀。
目前，市场上 HMO 的供应商主要有五家：BASF（巴斯夫）、DuPont（杜邦）、Glycom、Jennewein 和 Frieslan Campina（菲仕兰）。
通常可以采用化学合成和生物合成两种工艺途径生产 HMO。其中，基于大肠杆菌、酵母菌等生物工程菌的合成生物学途径具有生产成本低、环境污染小等优势，是当今商业化产品中积极采用的合成方法。
国际上对 HMO 进行安全评估的主要原则包括：一、高纯度，即没有污染和杂质，生产用微生物作用等同于加工助剂，需要被完全移除（没有微生物菌体、DNA 和蛋白质，没有环境曝露至生产用生物）；二、证实与母乳2’-FL 和 LNnT 是化学等同；三、有初生动物实验研究的支持；四、有婴儿、儿童和成年人的临床研究支持。
在我国，使用合成生物学途径生产的 HMO 须由农业部和卫生部两个部门协调工作才能完成注册审批流程。据专业人士乐观估计，仍需要三到五年的时间。然而中国市场巨大的规模和潜力使得产业相关各方都非常关注并积极推动其法规注册和审批的进程。
今年（2019年）9月份在南京召开的第十四届全国营养科学大会暨第十一届亚太临床营养大会上，来自北京大学公共卫生学院的张玉梅教授在报告中提出两点建议：
一、按照我国母乳实际情况制定中国的专家建议含量。
二、促使我国相关企业开发2’-FL 及其他 HMO 产品，并能获得新食品原料许可。
综上所述，HMO 是一种经得起科学和实践检验的天然益生元。可以想象，随着研究的进步和监管政策的跟进，HMO 在儿童及成人特医食品，甚至 OTC 药品中的应用都十分可期。中国的 HMO 产业化也将具有光明的未来。
关于 HMO，你还可以扫描下方二维码，通过热心肠日报了解更多。
（全文结束）
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