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2020年12月,由伊利与荷兰奈梅亨大学医学中心唐德斯大脑认知研究所(Donders Institute)合作,在营养学领域的权威期刊Nutrients上(IF:4.777)发表了关于母乳低聚糖(简称HMO)对认知和行为影响的综述文章,系统介绍了添加HMO的配方相比对照,对大脑发育的促进作用,是中国乳企首发HMO在大脑认知功效领域的权威SCI论文。
合作方奈梅亨大学是全球知名学府,根据2019年ARWU全球大学专业排名,奈梅亨大学的医学工程名列全球第13、神经科学名列全球第35。所属的唐德斯大脑认知研究所是世界顶级的研究大脑、认知和行为学的研究机构,是整个欧洲在心理语言学及神经认知学方面的学术科研中心。
此次合作体现了伊利链接全球顶级科研资源,通过对前沿科技的全方位探索,为中国婴幼儿配方奶的创新赋能。
HMO,是母乳中可促进宝宝免疫、肠道、大脑和神经发育的重要营养成分,也是近年来母乳研究的前沿领域。而大脑又是人体最为神秘,存在诸多未知奥秘的器官,脑科学的研究是自然科学的“终极疆域”。本次文章的发表再次体现了伊利领航母乳研究的科研实力及紧跟前沿趋势的研究能力。
研究新发现
1、HMO 可改善婴儿期空间记忆和物体识别的能力,但不同种类HMO的影响不同;
2、HMO 对复杂认知的有益作用在大鼠、小鼠和仔猪的幼年期就已显现出来,并会持续到整个成年期;
3、HMO(岩藻糖基化或唾液酸化HMO)可以促进突触可塑性。
关于HMO
HMO是母乳中一类不易消化的碳水化合物,也是母乳中含量第三丰富的成分。迄今为止,已鉴定出由5种单糖(葡萄糖、半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、岩藻糖和唾液酸)进行不同排列组合而形成的200多种HMO,主要分为三个主要家族:非岩藻糖基化的中性HMO[如:乳糖-N-新四糖(LNnT)]、岩藻糖基化的HMO[如:2’-岩藻糖基乳糖(2’-FL)]和唾液酸化的HMO[如:3’-唾液酸基乳糖(3’-SL)和6’-唾液酸基乳糖(6’-SL)]。
HMO对认知和行为影响研究的动物模型
目前HMO对认知和行为影响的研究多是基于动物模型,不同的动物模型和测试方法会对结果产生不同的影响。通常被用作行为和认知能力评估的动物包括大鼠、小鼠和猪仔,它们在暴露于新的物品或环境中时,喜欢进行探索,它们探索新环境所花费的时间可以作为空间或认知记忆的衡量标准。
具体的实验根据复杂程度分为简单认知测验,包括Y型迷宫、T型迷宫、Morris水迷宫(MWM)和新物体识别实验(NORT),以及复杂认知实验,包括八臂放射迷宫和操作型任务(如:Skinner-box和Intellicage)(图1)。
图1.认知和行为动物模型测试方法
HMO对实验动物认识和行为的影响
目前进行认知和行为学动物测试的HMO主要有岩藻糖基化HMO和唾液酸化HMO。研究结果表明,无论在实验动物的婴儿期还是在成年期,HMO均有助其学习和记忆力的提高,可显著改善其空间记忆、加速操作性任务的学习速度。且婴儿期摄入HMO的有益影响在幼年时期就已经显现出来,并持续到整个成年期。
图2.目前现有的研究中HMO对认知和行为的改善作用及实验设计类型(叉号表示与对照组相比无显著性差异,对号表示与对照组相比有显著性差异)
HMO对长时程增强作用(LTP)的影响
长时程增强作用(LTP)是指同步刺激两个神经元而发生的信号传输持久增强的现象,被认为是构成学习与记忆基础的主要分子机制之一。研究显示,无论是在婴儿期还是在成年期,当实验动物补充岩藻糖基化或唾液酸化HMO时,LTP反应增强。
HMO影响认知和行为的机制
HMO对认知和行为的影响包括神经、免疫和肠道微生物三个层面:
1、唾液酸化HMO可上调多唾液酸化神经细胞粘附分子(PSA-NCAM),进而影响神经的发育,改善神经的可塑性、影响新生神经元的存活,从而影响认知和记忆。
2、HMO具有调节免疫的功能,免疫激活可直接或间接地影响学习和记忆的神经发育途径,从而影响认知功能。
3、HMO可通过影响肠道微生物改善认知。HMO可调节肠道微生物的组成,并通过肠道菌群的代谢物(如:短链脂肪酸)与大脑相互作用。
当前的问题和未来的研究方向
目前,HMO与认知和脑发育的关系仍有待进一步的研究。问题之一是目前使用的动物模型及测试方法可能不够敏感,无法充分探索HMO能够影响大脑发育和认知的范围。此外,由于实验设计和研究中使用的方法之间存在较大的差异,包括测试年龄、测试和实验参数、动物的性别等,难以比较不同研究中HMO的效果,有必要进行更大规模的研究,考虑所有的影响因素,系统地比较不同HMO单独或联合使用时对复杂认知功能的影响。最后,大多数HMO研究都集中在单一HMO,忽略了不同HMO的相互作用,并不能完全反映母乳成分中不同HMO组合的影响。因此,综合考虑HMO的相互作用,将有助于深入了解肠道微生物及其下游影响认知和发育的因素。
研究结论
基于动物模型的研究表明,HMO可能有助于提高发育过程中的认知能力。岩藻糖基化和唾液酸化HMO在婴儿期及成年期均可显著改善空间记忆和学习能力。但目前,对HMO改善认知和行为的研究还处于起步阶段,需进一步开展更大规模的系统研究,并深入探讨从神经可塑性到免疫功能及肠道菌群的相关机制,将有助于加深我们对HMO及其相互作用如何促进认知和行为发育的理解。
参考文献:
[1]Docq S, Spoelder M, Wang W, Homberg JR. The Protective and Long-Lasting Effects of Human Milk Oligosaccharides on Cognition in Mammals. Nutrients. 2020; 12(11):3572. doi: 10.3390/nu12113572