天然產物低聚糖在調節腸道菌群和免疫調節方面的應用
糖類廣泛存在于自然界中，在生命活動過程中起著重要作用，不僅是維持生命活動的主要能量來源，更與蛋白和脂類結合成糖蛋白、糖脂，參與到細胞識別、免疫應答等過程中。根據所含糖分子的個數不同，可將糖類分為單糖、低聚糖和多糖。其中低聚糖因其結構不如多糖復雜而又具有多種活性而得到關注。
圖 1. 低聚糖的合成方法[1]。
根據低聚糖的來源和結構的不同可以對其進行分類，其中母乳低聚糖 (Human milk oligosaccharides, HMOs)、低聚木糖和殼聚糖受到較多關注。
對于大多數嬰兒來說，母乳是最獨特和理想的營養來源。母乳中的營養成分包括抗體、激素以及 200 多種被明確定義的 HMOs[2]。母乳低聚糖是結構多樣且復雜的非共軛聚糖，是繼乳糖和脂類之后人乳的第三大固體成分，大體上可被分為三類 (表 1)[3]。值得注意的是，不同母體的母乳低聚糖的差距很大，母體的分泌狀態、遺傳、地理位置、飲食和體重指數都會對 HMOs 造成影響[4]。
備注：2′FL: 2′-fucosyllactose; 3′FL: 3′-fucosyllactose; LNnT: lacto-N-neotetraose; LNT: lacto-N-tetraose; 3′SL: 3′-sialyllactose; 6′SL: 6′-sialyllactose; Neutral (Fucosylated) HΜΟ: 中性 (含巖藻糖基) 母乳低聚糖; Neutral N-containing НMO: 中性含氮母乳低聚糖; Acid (sialylated) HMO: 酸性 (唾液酸化的) 母乳低聚糖。
HMOs 能夠促進益生菌生長，抑制有害菌黏附，保護腸道屏障，調控腸道細胞增殖與分化，調節機體免疫，促進認知功能發育等 (圖 2)[5][6]。其中 2′FL 、 3′FL、LNnT 、 LNT 、3′SL 和 6′SL 是被研究的較多的 HMOs。
圖 2. HMOs 對于嬰兒過敏性疾病的影響[6]。
據文獻報道，LNnT 對嬰兒具有優越的益生元特性，其他作用如免疫調節、抗炎、預防壞死性小腸結腸炎、抗粘連抗菌劑、抗病毒活性和促進腸上皮細胞成熟等也已得到證實[7]。此外，2′F L 可調節 CD14 在人類腸上皮細胞中的表達，從而減弱 LPS 誘導的炎癥[8]。
近日，2′F L 和 LNnT 正式批準為食品營養強化劑,可應用于嬰幼兒配方奶粉、兒童調制乳粉,以及特殊醫學嬰兒食品中，標志著國內嬰配領域的母乳低聚糖時代正式開啟。
殼聚糖(chitosan) 是由beta1-4 linked D-glucosamine和N-acetyl-D-glucosamine 連接而成的聚合物，因具有生物降解性、生物相容性、無毒性、抑菌、抗癌、降脂、增強免疫等多種生理功能，被廣泛應用于多種生物醫學和生物領域，包括用作藥物載體和組織工程載體材料等[10]。例如，以殼聚糖、碳酸氫鈉及膠原為基本原料，通過冷凍干燥方法制備的殼聚糖膠原海綿，具有良好的抗菌止血及促進組織愈合效果[11]。
圖 3. 殼聚糖膠原海綿的抗菌止血性能[11]。
海綿兼具殼聚糖的抗菌止血性能及膠原良好的生物相容性和天然可降解性，碳酸氫鈉的微發泡作用強化海綿的止血效果，用于降低傷口感染發生率，并促進組織愈合。
低聚糖具有多種生理活性，尤其在調節腸道菌群和免疫調節方面有著重要作用。其應用范圍也很廣泛，不僅應用于醫藥領域，更可用作載體和材料。
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調節 CD14 的表達，緩解結腸炎，調節腸道菌群。 |
| 具有益生元、免疫調節、促進新生兒大腦發育和抗菌功能。 |
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一種唾液酸化的人乳低聚糖，可以促進雙歧桿菌的增殖并塑造腸道菌群。 |
| 可作為合成各種低聚糖的起始原料，具有益生元作用。 |
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可用于研究 α-乳清蛋白的糖化和磷酸化。 |
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可通過促進益生菌的增殖或在腸道內產生有益物質，間接防止結腸癌細胞生長。 |
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內源性代謝物，可以抑制 TNF-α 誘導的未成熟上皮細胞中的 IL-8 分泌。 |
| 六個木糖殘基組成的低聚木糖，可作為木聚糖水解性能測定的底物。 |
| Chitotetraose (tetrahydrochloride)
KYA 激活放線菌植物物種中 AM 真菌依賴性保守共生信號通路。 |
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具有益生元作用、免疫調節作用、抗炎作用、腸道細胞反應調節作用、抗菌活性和抗病毒活性。已被廣泛添加到嬰兒配方奶粉中。 一種人乳低聚糖，可預防新生大鼠壞死性小腸結腸炎。 |
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參考文獻：
[1] Krasnova L, et al. Oligosaccharide Synthesis and Translational Innovation. J Am Chem Soc. 2019;141(9):3735-3754.
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[11] Zhu Hong, et al. Antibacterial and hemostatic properties of chitosan collagen sponge. drug delivery materials. 2023, Vol. 27 ›› Issue (16): 2525-2533.
