人乳低聚糖的生物学功能,2002,p4

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有一种存在于人乳的含有红细胞三糖残端的脂多糖 (B%$>$=:68$45 %3<:8L6;<),能够结合志贺毒素和志贺类毒素。在母 乳 中 , 含 有 水 解 性 脂 肪 酸 的 这 种 脂 多 糖 的 浓 度 为 G’?L$% (GG"7 M N)。含有非水解脂肪酸的这种脂多糖的浓度为 ,"?L$% (,’"7 M N)。据报道,这种人乳成分具有预防志贺氏毒素或志贺 氏类毒素引起的婴儿腹泻的功能 I*KJ。 !& ! 人乳低聚糖对肠道生态平衡的保护
遗憾的是,抗生素的泛滥对这种平衡造成了极大的破坏。 自从青霉素问世以来,人类与病原微生物的大规模对抗就一直 在不断的扩大与翻新中。这使得具有抗生素抗性细菌的感染率 不断上升 I*G J。*))’ 年,G 万美国患者死于从医院感染的对抗生 素有抗性的疾病中。不仅药品,食物中也往往含有大量的抗生 素。牧场为了预防感染和提高牲畜生长速度,往往给动物投入 大量的抗生素。而这些抗生素,不仅使动物体内对抗生素具备 抗性的病原微生物大量增加,而且还残留于肉类和牛奶等畜牧 产品中 I*F J。有资料证明,为了预防奶牛感染性疾病的发生,有多 达 F" 种的抗生素被允许以一定浓度存在于牛奶中。这使得 *))! 年美国有关部门注意到,有 K+ 种抗生素足以使消费者因 饮用牛奶而“引起健康关注”。这意味着在这些牛奶消费者体内,病 原微生物将获得对这些抗生素的抗性。最近,在 P2=7<:4 大学的研 究发现,被美国食品与药物管理局 .1QRE 认为处于安全水平的抗 生素投放量能够使得细菌对抗生素的抗性从 K""H 增加到 !G""H
微量 Q Q Q Q
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微量 微量 微量 微量
! 人乳低聚糖的生成,代谢及卫生学意义
成份不仅能够满足新生儿在物资和能量上的需求,而且对消化
人乳低聚糖由哺乳期的乳腺细胞合成并随母乳分泌体 外。在哺乳期,人乳低聚糖随母乳直接进入小儿消化系统。然 而,在小儿消化道内,有研究推测可能只有不到 7W 的低聚糖被 消化分解 P7 T,绝大部分以原型排出体外。因此推测,人乳低聚糖 不以提供能量和参与机体构造为主。
人乳低聚糖成份具有直接封闭肠道上皮细胞表面受体的 功能。在人乳低聚糖的体外实验中显示,海藻低聚糖 (123$45%$%67$483398:6;<) 在 对 抗 由 内 毒 素 性 大 肠 杆 菌 所 释 放 的 耐热内毒素 (9<8= - 4=8>%< <?=<:$=$@6?A /0)中,表现出了良好的抑 制功能。其机理在于,镶嵌于细胞膜上的跨膜鸟苷一磷酸 . BCD E 环化酶的膜外部分包含了一个 /0 毒素结合位点。而在 其胞内部分则含有一个蛋白激酶活性区和一个 BCD 环化酶活 性区。/0 毒素一旦与 BCD 环化酶的膜外受体部分结合,就会跨 膜激活 BCD 环化酶膜内活性区。从而催化鸟苷三磷酸(B0D)向 环鸟苷酸(3BCD)的转化。3BCD 具有抑制氯离子通道的功能。 因而使得液体大量通过肠道内皮细胞微绒毛表面,涌入肠腔。 并随排泄物排出体外,形成菌痢。在用体外肠道细胞模型 0F+ 的实验中,人乳低聚糖和处于结合状态的海藻低聚糖抑制了 G" - F"H 的 BCD 环化酶活性。通过对碘 *!, 标记的 /0 的结合 抑制实验,结果显示,该实验中所用人乳低聚糖,主要是通过结 合 /0 受体而不是 /0 毒素本身,抑制了大肠杆菌耐热内毒素所 引起的细菌性痢疾 I*" J 。
糖是自然界中贮量最丰富的天然化合物。在生物体内,它
母乳是新生儿出生后联系母体唯一的物质和能量纽带。其
不仅是最主要的能量来源,也是最主要的结构单位之一。同样 重要的是,许多糖分子与分子识别和免疫等过程紧密相关。细
表 . 人乳和牛乳中的部分Байду номын сангаас聚糖
胞与细胞之间的信号传导,糖蛋白分子结构的稳定和功能的发 挥,糖脂分子的抗原特性等等都与其表面的糖链结构有着不可 分割的联系P 。 !,##
糖对许多致病微生物和毒素都有抑制作用。其中以含有海 藻糖残基的低聚糖的报道为多(表 !)I*! J。
另外,还有一类含有唾液酸残基的低聚糖广泛存在于母乳 中。其唾液酸残基具有抑制病毒,细菌和神经毒素的功能。在对 病毒抑制的研究中发现,这种低聚糖对侵入上呼吸道的流感病 毒具有良好的抑制作用。这种作用在很大程度上弥补了新生儿 上呼吸道抵抗力脆弱的不足 I *’ J 。
由于组成人乳低聚糖的单糖和糖苷键在连接方式上的不 同,使得人乳低聚糖在结构和功能上复杂多样。一些人乳低聚 糖由于含有和肠道表皮细胞表面受体类似的结构,通过竞争性 抑制,直接结合于病原微生物和毒素表面,阻止其与肠道上皮 细胞的结合。另一些则结合到消化道粘膜上皮细胞的受体上, 阻止病原微生物或毒素与肠道上皮细胞的受体结合,从而防止感 染的发生 P!$ T 。还有的人乳低聚糖具有滋养功能,通过刺激肠道有 益细菌的生长,间接抑制有害细菌。以保持肠道的生态平衡 P!!T。
成份
乳糖 低聚糖 乳 Q * Q 四糖(一型) 乳 Q * Q 海藻五糖(一型) 乳 Q * Q 海藻五糖(二型) 乳 Q * Q 海藻五糖(三型) 乳 Q * Q 双海藻六糖(一型) XZ Q 唾液酸乳糖 )Z Q 唾液酸乳糖 唾液酸乳 Q * Q 四糖 1 唾液酸乳 Q * Q 四糖 . 双唾液酸 Q * Q 乳四糖 低聚糖 (总计)
!综述
食品科学
表 ! 人乳中具有抑菌作用的低聚糖
人乳低聚糖结构
半乳糖 * - + - ( - 乙酰葡萄糖胺 * - ’ 半乳糖 * - + 葡萄糖 海藻戊糖 海藻低聚糖类 (海藻糖 !* - ! 半乳糖 . * - + - ( - 乙 酰葡萄糖胺 & & & ) 海藻低聚糖类 (海藻糖 !* - ! 半乳糖 & & & )
含量A0 R SB
人乳 77 Y [$
牛乳 "$ Y 7$
$( 7 Y !( 7 !( # Y !( [ $( ) Y !( $ $( $! Y $( # $( ! Y $( # $( ) Y $( 7 $( ! Y $( ) $( $) Y $( # $( ! Y $( X $( # Y $( X 7( $ Y 3( $
!& * 人乳低聚糖对外来病原菌及其毒素的抑制机理 所有病原微生物在其致病机理上都有其共性。感染的第一
步必需首先结合到其所要侵入的细胞表面。然后进一步侵入细 胞,释放毒素和摄取营养,并导致一系列临床症状的发生。而这 第一步的结合已证明是由致病微生物或毒素通过其表面的糖 链末端与肠道上皮细胞表面的受体结合来完成的。
在对幽门螺旋杆菌的抑制机理的研究中,用碘 *!, 标记发 现,含有唾液酸残基的三糖结构起着重要作用。而且,唾液酸 .! - !A ’ E 乳糖明显优于唾液酸 . ! - !A K E 乳糖的功能。 进一步 的抑制实验还证明唾液酸 . ! - !A ’ E 乳糖结合的是蛋白受体。这 个 !, 千道尔顿的细胞膜外蛋白受体具有凝集素样的功能。它 通过结合细菌表面脂多糖影响幽门螺旋杆菌对细胞表面的吸
# 人乳低聚糖的生物学功能
系统的早期发育,出生后免疫系统的完善以及体内生态平衡的 建立等都必不可少。这是母乳替代品所无法比拟的。虽然近年 来营养学方面的研究已获长足进展,人乳替代品在添加了各种 营养成份如能量,蛋白质,必需氨基酸,维生素和微量元素等 后,许多问题仍然无法解决 P+ T。进一步的研究和分析认为,人乳 低聚糖的生物学功能应受重视。
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食品科学
!综述
(") : 倍)<!,=。 实际上,由于抗菌素并不区分肠道微生物的有益还是有
害,任何经口摄入的抗生素都将引起肠道菌群特征的改变。而 有害菌群往往会在广谱抗菌素留下的生态真空中大量繁殖。这 无疑使得肠道有益菌群受到严重破坏,加重已经存在的具有抗 生素抗性病原微生物所引发的危机。因此,为了使人类在与肠 道病原微生物的对抗中处于有利地位,明显而且合理的是,重 建并保持肠道菌群的生态平衡。
有意义的是,母乳喂养或用添加有人乳低聚糖的母乳替代 品喂养的婴儿,其粪便中的有害细菌数大大降低。同时,母乳喂 养或用添加有人乳低聚糖的母乳替代品喂养的婴儿中,因细菌 感染而引起的死亡,明显低于用不含有人乳低聚糖的母乳替代 品喂养的婴儿。由此可见,人乳低聚糖很可能具有明显的抗感 染和某些重要的非特异性免疫学功能 PX Y 3#。并由此产生重要的 人群流行病学意义。
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食品科学
人乳低聚糖的生物学功能
!综述
吕玉泉 王 鹏 美国密执根州韦恩州立大学科学学院化学系 ,-./-012 "3#$# 456 肖 敏 曲音波 山东大学微生物技术国家重点实验室 济南 #7$!$$
摘 要 人乳低聚糖是一类存在于人乳中的天然低聚糖。它不仅具有抵御肠道病原微生物感染,而且还有维持肠道生 态平衡的双重作用。其它许多生物学功能正在研究中。在人类与病原菌的抗争中,人乳低聚糖的开发和应用给了我们 一个新的理念,并提供了一条有效的途径。 关键词 人乳低聚糖 生物学功能 !"#$%&’$ 89:12 ,-’; <’-0&=1../1>-?@= A 8,< B -= 1 =&>C &D 21C9>1’ &’-0&=1../1>-?@= @E-=C-20 -2 /9:12 :-’;( F/@G 2&C &2’G /1H@ I>&C@.C-H@ D92.C-&2= 101-2=C -2C@=C-21’ -2D@.C-&2= J9C 1’=& I’1G 12 -:I&>C12C >&’@ -2 ;@@I-20 01=C>&-2C@=C-21’ @.&=G=C@: J1’12.@( K2 1?L ?-C-&2M C/@G 1’=& /1H@ :12G &C/@> -:I&>C12C J-&’&0-.1’ D92.C-&2= 92?@> -2H@=C-01C-&2( K2 C/@ =C>900’@ &D /9:12 J@-20 101-2=C I1C/&’&0-.1’ :-.>&&>012-=:=M 8,< &DD@>= 9= 1 2@N .&2.@IC 12? 1 H1’91J’@ ./&-.@( ()* +,%-# <’-0&=1../1>-?@ O-&’&0-.1’ D92.C-&2
附。唾液酸乳糖的这种抑制作用在哺乳类胃粘膜上皮细胞上得 到了同样的证明 I*+J。
唾液酸低聚糖的唾液酸残基还有调节细胞表面吸附功能 的作用 I*, J。这种调节作用不仅在纤维母细胞和上皮细胞上表现 明显,而且在 0 淋巴细胞上的表现也是如此。由此可知,这类人 乳低聚糖的生物学功能并不简单,需进一步探明。
肠道微生物群落数以兆计。共约有 *"" O +"" 个不同的菌 种。据估计,这些细菌的数量是机体细胞数量的 *" O *"" 倍。占 将近大便干重的三分之一。维持这些微生物之间十分微弱的平 衡,对人体健康至关重要。因为这个平衡是决定肠道内容物向 人体有益化合物转化还是向有害化合物转化的关键。如果平衡 倾向于促使肠道菌群向有害特征出现的方向转化,人体健康就 会受到影响。因此,使肠道环境向有利于有益菌群生长的方向 转变是保持健康的基础。
在具有重要生物学功能的糖类中,由 # Q !$ 个单糖分子组 成的低聚糖占有相当大的比重和具有关键性的作用。它们广泛 存在于自然界中。同样,也存在于动物的母乳中。其中人乳中所含有 的低聚糖称为人乳低聚糖(89:12,-’;<’-0&=1../1>-?@M 8,<)。
不同于其它动物的母乳,人乳中的低聚糖十分丰富。不仅 种类多,而且含量高。特别是在分娩后的初乳中,有报道含量可 达 #$0 R SP) T。这是牛乳所无法比拟的。许多成份,如乳 Q * Q 海 藻五糖类(S*UV),在人乳中很丰富,但牛乳中却没有。还有存在 于人乳中的乳 Q * Q 四糖 (S*F)和唾液酸乳 Q * Q 四糖 (S5F), 在牛乳中含量极低(表 !)P" T。
病原微生物 肺炎链球菌 内源性致病大肠杆菌 侵袭性空肠弯曲杆菌
大肠杆菌的耐热性内毒素(/0)
!""!,#$%& !’,($& ) *+,
抑制机理 体外抑制肺炎链球菌的黏附作用
体外抑制大肠杆菌的黏附作用 体外抑制侵袭性空肠弯曲杆菌的 黏附作用 活体中抑制感染 结合侵袭性空肠弯曲杆菌 体外抑制 /0 与受体的结合 活体抑制 /0 诱导的痢疾 结合毒素受体
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