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糖类广泛存在于自然界中，在生命活动过程中起着重要作用，不仅是维持生命活动的主要能量来源，更与蛋白和脂类结合成糖蛋白、糖脂，参与到细胞识别、免疫应答等过程中。根据所含糖分子的个数不同，可将糖类分为单糖、低聚糖和多糖。其中低聚糖因其结构不如多糖复杂而又具有多种活性而得到关注。
低聚糖又被称为寡糖，是由 2-10 个单糖单元通过糖苷键连接而成的碳水化合物。它们常常与蛋白质或脂类共价结合，以糖蛋白或糖脂的形式存在。低聚糖作为糖蛋白和糖脂的一部分参与细胞识别和信号转导过程。低聚糖可以通过提取得到，也可以通过基因重组等生化技术和酶反应合成得到[1]。图 1. 低聚糖的合成方法[1]。 根据低聚糖的来源和结构的不同可以对其进行分类，其中母乳低聚糖 (Human milk oligosaccharides, HMOs)、低聚木糖和壳聚糖受到较多关注。
对于大多数婴儿来说，母乳是最独特和理想的营养来源。母乳中的营养成分包括抗体、激素以及 200 多种被明确定义的 HMOs[2]。母乳低聚糖是结构多样且复杂的非共轭聚糖，是继乳糖和脂类之后人乳的第三大固体成分，大体上可被分为三类 (表 1)[3]。值得注意的是，不同母体的母乳低聚糖的差距很大，母体的分泌状态、遗传、地理位置、饮食和体重指数都会对 HMOs 造成影响[4]。 表 1. 母乳低聚糖 (HMOS) 的结构分类[3]。
备注：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 (含岩藻糖基) 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 能够促进益生菌生长，抑制有害菌黏附，保护肠道屏障，调控肠道细胞增殖与分化，调节机体免疫，促进认知功能发育等 (图 2)[5][6]。其中 2′FL 、 3′FL、LNnT 、 LNT 、3′SL 和 6′SL 是被研究的较多的 HMOs。 图 2. HMOs 对于婴儿过敏性疾病的影响[6]。据文献报道，LNnT 对婴儿具有优越的益生元特性，其他作用如免疫调节、抗炎、预防坏死性小肠结肠炎、抗粘连抗菌剂、抗病毒活性和促进肠上皮细胞成熟等也已得到证实[7]。此外，2′F L 可调节 CD14 在人类肠上皮细胞中的表达，从而减弱 LPS 诱导的炎症[8]。 近日，2′F L 和 LNnT 正式批准为食品营养强化剂,可应用于婴幼儿配方奶粉、儿童调制乳粉,以及特殊医学婴儿食品中，标志着国内婴配领域的母乳低聚糖时代正式开启。
低聚木糖 (Xylooligosaccharide, XOS) 是由 2-9 个木糖分子以 β-1,4 糖苷键连接而成的低聚糖，被认为是一种潜在的益生元，在调节肠道菌群、增强肠道屏障和抑制肠道炎症方面具有多种有益作用。据文献报道，XOS 通过刺激双歧杆菌来预防沙门氏菌感染，双歧杆菌通过维持肠道短链脂肪酸水平和抑制粘附性来抵抗沙门氏菌的定植[9]。
壳聚糖(chitosan) 是由beta1-4 linked D-glucosamine和N-acetyl-D-glucosamine 连接而成的聚合物，因具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，被广泛应用于多种生物医学和生物领域，包括用作药物载体和组织工程载体材料等[10]。例如，以壳聚糖、碳酸氢钠及胶原为基本原料，通过冷冻干燥方法制备的壳聚糖胶原海绵，具有良好的抗菌止血及促进组织愈合效果[11]。图 3. 壳聚糖胶原海绵的抗菌止血性能[11]。 海绵兼具壳聚糖的抗菌止血性能及胶原良好的生物相容性和天然可降解性，碳酸氢钠的微发泡作用强化海绵的止血效果，用于降低伤口感染发生率，并促进组织愈合。
 低聚糖具有多种生理活性，尤其在调节肠道菌群和免疫调节方面有着重要作用。其应用范围也很广泛，不仅应用于医药领域，更可用作载体和材料。
 调节 CD14 的表达，缓解结肠炎，调节肠道菌群。 | | 具有益生元、免疫调节、促进新生儿大脑发育和抗菌功能。 | 一种唾液酸化的人乳低聚糖，可以促进双歧杆菌的增殖并塑造肠道菌群。 | | 可作为合成各种低聚糖的起始原料，具有益生元作用。 | 可用于研究 α-乳清蛋白的糖化和磷酸化。 | 可通过促进益生菌的增殖或在肠道内产生有益物质，间接防止结肠癌细胞生长。 | 内源性代谢物，可以抑制 TNF-α 诱导的未成熟上皮细胞中的 IL-8 分泌。 | | 六个木糖残基组成的低聚木糖，可作为木聚糖水解性能测定的底物。 | | Chitotetraose (tetrahydrochloride) KYA 激活放线菌植物物种中 AM 真菌依赖性保守共生信号通路。 | 具有益生元作用、免疫调节作用、抗炎作用、肠道细胞反应调节作用、抗菌活性和抗病毒活性。已被广泛添加到婴儿配方奶粉中。 一种人乳低聚糖，可预防新生大鼠坏死性小肠结肠炎。 |
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[1] Krasnova L, et al. Oligosaccharide Synthesis and Translational Innovation. J Am Chem Soc. 2019;141(9):3735-3754. [2] Ballard O.,et al. Human Milk Composition. Nutrients and Bioactive Factors. Pediatric Clin. North. Am. 2013;60:49–74. [3] Micha Wiciński, et al. Human Milk Oligosaccharides: Health Benefits, Potential Applications in Infant Formulas, and Pharmacology[J]. Nutrients, 2020, 12(1). [4] Han SM, et al. Maternal and Infant Factors Influencing Human Milk Oligosaccharide Composition: Beyond Maternal Genetics. J Nutr. 2021;151(6):1383-1393. [5] Craft KM, et al. Mother Knows Best: Deciphering the Antibacterial Properties of Human Milk Oligosaccharides. Acc Chem Res. 2019;52(3):760-768. [6] Tarrant I, et al. Human milk oligosaccharides: potential therapeutic aids for allergic diseases. Trends Immunol. 2023;44(8):644-661. [7] Zhang P, et al. Recent Advances on Lacto-N-neotetraose, a Commercially Added Human Milk Oligosaccharide in Infant Formula. J Agric Food Chem. 2022;70(15):4534-4547. [8] He Y,et al. The human milk oligosaccharide 2'-fucosyllactose modulates CD14 expression in human enterocytes, thereby attenuating LPS-induced inflammation. Gut. 2016;65(1):33-46. [9] Pang J, et al. Xylo-oligosaccharide alleviates Salmonella induced inflammation by stimulating Bifidobacterium animalis and inhibiting Salmonella colonization. FASEB J. 2021;35(11):e21977. [10] Abd El-Hack ME, et al. Antimicrobial and antioxidant properties of chitosan and its derivatives and their applications: A review. Int J Biol Macromol. 2020;164:2726-2744. [11] Zhu Hong, et al. Antibacterial and hemostatic properties of chitosan collagen sponge. drug delivery materials. 2023, Vol. 27 ›› Issue (16): 2525-2533.
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