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任中夏1，石羽杰2，刘 彪2，武 薇1，王美辰1，张玉梅1
（1 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系，北京 100191;
2 内蒙古伊利实业集团股份有限公司，呼和浩特 010110）
摘要：低聚糖是重要的营养与免疫调节物质，与婴幼儿早期生长发育密切相关。作为一种常见的功能性食品添加剂，低聚半乳糖（GOS）具有类似母乳低聚糖（HMOs）的功能，可能对调节婴幼儿肠道菌群、改善肠道功能、促进免疫及预防过敏等起到有益作用。从GOS的结构、功能出发，对强化GOS配方食品的喂养效果进行综述，并对其前景进行展望，以期为GOS在婴幼儿配方食品中的合理应用提供科学依据。
Abstract: Lactulose，also known as isomerized lactose，is a prebiotic-like disaccharide that can promote the growth of bifidobacteria in the intestine. In addition to being used for clinical treatment of diseases such as constipation and hepatic encephalopathy，it is also widely used in food. As a special group，infants and toddlers have special needs for nutrition. When breastfeeding is not available for various rea- sons，formula milk powder has become the main source of nutrition for infants and toddlers. In order to be closer to the effect of breastfeed- ing，isomerized lactose begins to be added in infant formula，and during the application process，the safety of isomerized lactose，whether it can exert certain health effects，and the existing research evidence deserve more attention.
低聚糖（又称寡糖）由3～10个单糖分子经糖苷键连接而成。低聚糖虽不能被人体消化酶分解，但可被结肠微生物消化利用，是重要的营养与免疫调节物质[1]，与婴幼儿早期生长发育也密切相关[2]。母乳是婴幼儿营养的黄金标准。与其他哺乳动物相比，人类母乳低聚糖（HMOs）含量尤为丰富，是仅次于乳糖和脂肪的第3大固体成分[3]。因此，对由于种种原因而无法接受母乳喂养的婴幼儿而言，配方食品中低聚糖的添加也不容忽视。为模拟 HMOs 的功能，目前常用的膳食低聚糖主要包括低聚半乳糖（GOS）、低聚果糖 （FOS）和果胶低聚糖（POS）等。其中，GOS通常以牛乳中乳糖为原料，经半乳糖苷酶催化而来[4]，与母乳关联尤为密切。鉴于此，从GOS的结构、功能出发，对强化GOS配方食品的喂养效果进行综述。
1 HMOs、GOS的结构与含量
母乳中HMOs结构复杂，含量相对较高，其核心结构由半乳糖残基连接构成，另有D-葡萄糖（Glc）、D-半乳糖（Gal）、N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）、L-岩藻糖（Fuc）和N-乙酰神经氨酸（唾液酸，NeuAc）5种单体可与之结合 ，形成独特而稳定的化学结构。迄今为止，母乳中已分离出超过200多种HMOs，在初乳中约10~20g/L，成熟乳中约5~10g/L[2]，其组成与含量具有较为明显的个体差异，受到泌乳期、血型（Lewis血型）、地域等多种因素影响[6-7]。近年研究表明，HMOs在婴幼儿早期生长发育中发挥重要作用，有助于维持肠道健康、调节免疫平衡、促进生长发育等。然而HMOs种类繁多且个体差异较大，目前难以有效模仿。
相较 HMOs，GOS结构相对简单，一般为在半乳糖或葡萄糖分子上连接1～7个半乳糖基，分子式为(C6H11O5)n，n为2~8，分子量为300~2000[8]。GOS在人乳及一些水果蔬菜（如香蕉、大豆等）中天然存在，具有适口性、水溶性和耐酸性等优良性质[4]。研究表明，酶法合成的GOS具有与HMOs类似的效应，食用安全且容易实现大规模工业生产[9]，从2000年开始，婴儿配方食品相关产业尝试添加GOS以实现对母乳成分及功能的进一步模仿[10]。
2 GOS制备及婴幼儿食品应用的相关标准
GOS被美国食品药品管理局（FDA）列为国际公认安全的食品添加剂之一[4]，在日本、美国和欧洲等地区均已实现商品化。我国GOS产业起步则相对较晚。2007年， 中华人民共和国原卫生部第12号公告首次批准GOS为食品添加剂新品种，使用范围为婴儿配方食品、较大婴儿和幼儿配方食品，总量不超过64.5g/kg[11]。2008年第20号公告批准GOS为新资源食品，使用范围扩增至乳制品、饮料、焙烤食品及糖果，食用量≤15g / d[8]。
目前，工业生产GOS通常采用酶法合成，即以乳糖为原料，经β-半乳糖苷酶催化水解半乳糖苷键，将乳糖水解成为半乳糖和葡萄糖，同时通过转移半乳糖苷的作用将水解下来的半乳糖苷转移到乳糖分子的方法[11]。酶法合成的GOS产品为混合物，其分离纯化技术主要包括色谱柱分离法、膜分离法、酶法和生物法等[4]，几类方法各有优劣，仍有待进一步研究开发。
3 GOS与婴幼儿生理健康
3.1 GOS对肠道菌群的调节
婴儿期是肠道菌群定植的关键时期。20世纪50年代，人们首次发现婴儿肠道中的双歧杆菌与母乳尤其是HMOs有关，并提出了“双歧因子”的概念[12]。与母乳喂养婴儿相比，人工喂养婴儿双歧杆菌、乳酸杆菌建立相对延迟，且以大肠杆菌、肠球菌为优势[1,13]。一系列相关研究均表明，配方粉添加GOS等低聚糖能够显著增加内源性双歧杆菌、乳酸杆菌的数量，缩小与母乳喂养的差距[1-2,14]。
GOS 对肠道菌群的调节作用主要得益于结肠共生菌（如多形拟杆菌等）产生的半乳糖内切酶BTGH53[12]。该酶能够水解 GOS，生成短链脂肪酸（SCFA）作为肠道菌群的营养物质，保持肠道内低pH值，有利于双歧杆菌和乳酸杆菌的生长；GOS还能够诱导益生菌群降解黏蛋白型O-聚糖，有利于菌群在肠道黏膜定植[15]。此外，GOS可作为肠道致病菌的可溶性受体[1]，同时有益菌的增殖也能在一定程度上抑制肠道致病菌的过度繁殖，维护肠道稳态。
3. 2 GOS对肠道功能的改善
GOS对婴幼儿肠道的有益作用包括促进肠道发育、增加矿物质吸收、改善大便性状、缓解便秘等。GOS所富集的双歧杆菌等益生菌不仅能够分泌各种消化酶，促进不溶性的蛋白质、脂肪和碳水化合物吸收，还能够合成多种维生素，促进生长发育[1]。细菌分解产物SCFA和乳酸等能够作为结肠粘膜的能量来源，营养结肠，刺激黏膜血流和氧气供应，并影响水钠平衡[16]。此外，Bryk G等[17]利用益生元、矿物质混合物喂养早期营养不良大鼠，结果显示，GOS/FOS有助于促进钙、磷、镁等矿物质的吸收。Drakesmith H 等[18]对来自肯尼亚南部沿海地区的155名6.5~9.5月龄婴儿随机给予仅含铁、 同时含铁和GOS或仅含安慰剂的微量营养素粉（MNPs），干预4个月后结果显示，铁和GOS联合干预不仅有助于提高血红蛋白水平，还能够抵消仅仅补充铁所导致的肠道微生物失衡等副作用。
一系列国内外干预研究均证实，配方粉中添加GOS有助于改善婴幼儿大便性状、缓解便秘，缓解人工喂养婴儿的肠道不适[1-2,19]。一方面GOS能够与水结合，其酵解产物SCFA也能增加肠内渗透压，使肠道内容物吸取水分而增大、变软，进而刺激肠道蠕动；另一方面，SCFA还能作为结肠上皮细胞的能量来源，并诱导肠道环肌的阶段性和强直性收缩[16]。此外，肠道蠕动、排空功能的改善有助于减少胆红素肝胆循环，因此婴儿配方粉添加GOS可能在一定程度上有利于新生儿黄疸的消退[1]。需要注意的是，GOS添加不当可能导致腹泻，应参照相关标准，严格控制添加及摄入量。
3. 3 GOS与免疫调节
胃肠道是人体最大的免疫器官。HMOs可能通过改变肠道微生物群、调节免疫细胞或二者共同作用实现免疫调节[13,20]，因此母乳喂养对于重建孕期偏斜的免疫平衡（怀孕时为避免母体排斥胎儿）尤为重要。与HMOs类似，GOS所富集的双歧杆菌等益生菌及其裂解产物均能激活淋巴细胞，增加抗体产生[1]; 一些益生菌还能够 产生抗菌物质（如抗生素）间接抑制致病菌。此外，GOS还具有抗粘附活性，能够直接抑制病原体在宿主上 皮细胞表面的粘附[21]。在细胞机制维度，新近一项体外实验显示，GOS能通过诱导上皮细胞分化和修复上皮损伤从而对上皮屏障功能进行调节[22]。Thorburn AN等[23]研究提示，GOS的分解产物SCFA可能通过诱导表观遗传改变、直接调节基因转录来增强调节性T细胞功能。
在人群维度，Arslanoglu S等[24]对152名健康足月儿 进行随机对照试验，生后6个月服用GOS/FOS的混合物或安慰剂并随访2年，发现干预组婴儿发生上呼吸道感染、发热及服用抗生素的次数均较低。既往研究结果并非完全一致，Raes M等[25]设计随机对照试验分析是否服用GOS/FOS对婴儿血清免疫球蛋白、淋巴细胞和细胞因子的差别，结果在第8周和第26周时均未检出差异。值得注意的是，上述研究均采用GOS/FOS混合物予以干预， 难以对GOS单独干预的效果进行区分。Sierra C等[19]采用纯GOS在婴儿生后第1年进行干预，结果与未添加GOS的对照组相比，干预组婴儿分泌型免疫球蛋白A下降趋势相对较缓，但未检测到两组婴儿之间感染发生率的差别，GOS的免疫调节能力仍有待进一步探索。
3. 4 GOS与预防过敏
动物和人群相关研究均提示，在生命早期采用低聚糖进行饮食干预可能有助于预防特应性皮炎（AD）、食物过敏、哮喘等过敏性疾病。Moro G等[26]对259名具有高过敏风险的婴儿随机给予GOS/FOS混合物或安慰剂进行干预，其研究首次发现GOS/FOS混合物有助于降低生后前6个月AD的发生率（干预组AD发生率9.8%、对照组23.1%）。ArslanogluS 等[24]长期随访2年发现，停止干预后，GOS/FOS 混合物的预防过敏作用仍在持续，干预组AD、反复喘息、过敏性荨麻疹的 累积发病率仍相对较低。
此外，近期Bouchaud G等[27]研究显示，采用GOS/菊粉混合物对妊娠期/哺乳期小鼠进行饲喂，其对食物过敏的保护作用可延续至子代。研究者对断奶后的子代小鼠给予腹腔注射、口服小麦蛋白致敏，结果显示，GOS/菊粉干预组子代小鼠IgE和组胺水平均相对较低，并对Th2的优势表达具有一定的抑制作用。也有研究者利用小鼠脾细胞进行过继转移试验，其结果提示口服耐受性的获得与CD25+调节性T细胞的参与相关[13]，具体机制仍有待进一步探索。
3. 5 GOS与乳糖不耐受
乳糖不耐受（LI），又称乳糖消化不良或乳糖吸收不良，是指因乳糖酶相对或绝对缺乏而导致以腹痛腹泻等消化道症状为主的现象，若不予重视可导致婴幼儿慢性腹泻、营养不良、贫血等长期危害[28]。LI在我国婴幼儿中发病率相对较高，其防治手段主要包括饮食回避、 服用乳糖酶相关药物、摄入乳制品时使用乳糖酶进行前处理、添加益生菌等[28-29]。
除了上述手段外，近期一项随机对照试验提示，服用高纯度的GOS制品（RP-G28，GOS 纯度>95%）可能有助于改善LI相关症状。Savaiano DA等[30]对85例LI患者进行了为期 35d的RP-G28或安慰剂干预。将乳品重新引入日常饮食30d后，重测结果显示RP-G28组 腹痛症状减轻，汇报乳糖耐受的比例是安慰剂组的6倍；该组受试者粪便中有利于乳糖发酵的双歧杆菌、罗斯氏菌属等数目明显增加[29]。此项研究提示服用高纯度GOS有助于重塑LI人群的肠道菌群，增强其乳糖分解能力。然而遗憾的是，目前尚无在婴幼儿人群中进行的相关研究，亟待进一步探索。
3. 6 GOS与生长发育
与其他低聚糖一致，GOS 具有一定的抗龋齿作用[4]，此外目前研究未发现GOS与婴幼儿一般身体发育（身高、体重等）之间关联的存在[2,14]。GOS与认知发育之间关联的研究也相对较少。Gronier B等[31]对成年大鼠经水补充GOS，结果与对照组（未补充 GOS）相比，干预组大鼠在注意力转移任务中表现出更大的认知灵活性。Schmidt K等[32]对45名健康志愿者的随机对照研究显示，补充GOS 3周后，干预组志愿者的注意力警惕性较高。近年来，肠道微生物与大脑功能之间 “脑肠轴” 的存在得到广泛关注，GOS等低聚糖对人群尤其是婴幼儿认知的影响仍需要进一步研究解码。
4 结论与展望
当前，母乳中HMOs难以有效模仿，包括GOS在内的低聚糖仍具有较为广阔的应用前景。GOS作为一种人乳中天然存在的益生元，表现出优越的调节肠道菌群、 改善肠道功能作用，具有一定的免疫调节、预防过敏能力，但GOS与LI、早期认知发育之间的关系仍有待未来研究进一步阐明。综上所述，GOS至少部分地发挥了与HMOs类似的作用，将其作为功能性食品添加剂纳入婴儿配方食品能够在一定程度上促进婴幼儿健康。
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