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喂养方式塑造婴儿菌群,肠菌唾液酸酶有何关键作用? | 热心肠日报
热心肠研究院 2026-11-05 03:02:12

本文要点

| 研究背景与设计

针对喂养方式塑造婴儿肠道菌群的机制,整合宏基因组挖掘、体外酶学、蛋白结晶及婴儿队列,探究微生物唾液酸酶对唾液酸化人乳低聚糖(sHMO)的代谢作用。

| 核心发现与意义

肠道微生物唾液酸酶对sHMO的水解能力存在显著种间差异,该差异由活性位点邻近环区决定,并伴随母乳与配方奶喂养婴儿早期菌群组成的显著分化。

| 序列挖掘与活性

从成人及婴儿宏基因组中分别鉴定出351和214条独特序列,体外证实Alistipes dispar(Ad)对3′SL和6′SL水解活性最高且偏好α2-3连接的3′SL。

| 结构机制

晶体结构及突变分析证实,Ad可变环区W361突变为丙氨酸导致活性显著下降,而粪副拟杆菌中W169造成空间位阻,决定了底物识别效率。

| 临床队列验证

母乳喂养婴儿1及4月龄时编码唾液酸酶的双歧杆菌属丰度显著高于配方奶组,提示饮食中sHMO可用性可能驱动了特定产酶菌株的定植。

核心关键词

人乳低聚糖  婴儿肠道微生物组  唾液酸  细菌酶  3'-唾液酸乳糖  6'-唾液酸乳糖  母乳喂养  宏基因组学  生命早期  婴儿配方奶粉  双歧杆菌属  饮食-菌群互作

科普解读

襁褓中的婴儿,其肠道像一片亟待耕耘的沃土。母乳与配方奶,这两种截然不同的“养料”,会塑造出截然不同的肠道菌群生态。长久以来,科学界已清晰描绘出母乳喂养儿与配方奶喂养儿在菌群构成上的显著差异,前者通常拥有更“精英化”、以有益菌主导的微生态。然而,驱动这些差异的分子层面的“剪刀手”究竟是谁,却一直是个悬而未决的谜题。

近日,来自北卡罗来纳大学的Matthew R Redinbo团队在权威期刊 Gut Microbes 上发表了一项研究,首次系统性地揭示了答案的关键一环。他们发现,婴儿肠道微生物携带的唾液酸酶,在代谢母乳中独特的唾液酸化人乳寡糖时,展现出惊人的处理差异。这不仅是简单的消化过程,更像一场精密的分子对话,深刻影响着生命早期的肠道菌群定植。

| 挑剔的食客们

故事的开端,源于一个对细菌生长能力的直观观察。研究团队将几种常见的人类肠道共生菌——包括多形拟杆菌、脆弱拟杆菌等——放入厌氧环境中进行培养。它们被分别喂食葡萄糖、游离唾液酸,以及母乳中含量最丰富的两种唾液酸化寡糖:3'-唾液酸乳糖和6'-唾液酸乳糖。

结果清晰可见。这些微生物在选择“主食”时表现得极为挑剔。以脆弱拟杆菌为例,它能高效利用3'-和6'-唾液酸乳糖,却在游离唾液酸上“颗粒无收”。而另一种名为Parabacteroides merdae的细菌,则对各类糖源都来者不拒。这种生长能力的差异指向了一个深层机制:不同细菌切割释放唾液酸的能力,即其唾液酸酶的效能,是其定植优势的关键。

| 一张庞大的酶活性地图

为了追根溯源,研究团队采用了一套结构化的宏基因组分析方法,从成人肠道微生物组数据库中筛选出351种、从婴儿肠道微生物组数据库中筛选出214种独特的唾液酸酶序列。一张基于蛋白质序列相似性的网络图随之展开,酶的世界被清晰地划分为不同族群。

他们从中挑选了11种代表性酶进行体外“考试”,测试它们对多种唾液酸化人乳寡糖的活性。考试结果同样呈现高度分化:一种来自Alistipes dispar的唾液酸酶表现出众,被锁定为“优等生”,对几乎所有底物都拥有极高活性;而来自B. longum subsp. infantis的酶活性较弱;更有甚者,几种酶几乎完全“交白卷”。整体来看,这些酶普遍偏好链接结构更简单的α2-3型唾液酸寡糖,而非α2-6型。这场酶活性的“摸底考试”,首次绘制出一幅清晰的功能图谱。

| 锁定高效能的“分子开关”

为何结构相似的酶,效能却天差地别?为了解答这个问题,研究者们解析了三种代表性酶的晶体结构。分析发现,尽管酶的活性中心高度保守,但邻近区域的细微差异,足以成为功能分野的决定性力量。

低活性的Parabacteroides merdae酶便是一个典型例子。在它的活性位点入口处,矗立着一个体积庞大的色氨酸。这个“拦路虎”会阻碍底物进入。当研究人员通过基因突变将这个色氨酸替换成较小的苯丙氨酸后,酶的活性得到了部分恢复,这证实了它的“门控”作用。反过来,对“优等生”Alistipes dispar酶的研究则揭示了另一个秘密:其活性中心外侧的一个独特色氨酸“触手”,是其高效催化不可或缺的结构。移除此“触手”后,该酶的活性暴跌至普通水平。这表明,除了核心催化区,酶与底物非唾液酸部分的接触同样至关重要。

| 来自真实母乳的终极考验与临床印证

实验室里的纯化底物测试,远比不过真实世界的复杂。研究人员从一位母亲的母乳中,完整提取出了包含多种结构的唾液酸化寡糖混合物,用它来考验这些酶的真实功力。

结果表明,处理真实母乳寡糖的效率,与使用标准底物时观察到的活性强弱完全一致。**“优等生”Alistipes dispar酶**依然一马当先,而之前在纯底物测试中表现平平的酶,在这里也只能带来微弱的游离唾液酸释放。这强有力地证明,酶的内在特性决定了其在复杂肠道环境中的实际作为。

研究的最终印证来自婴儿的粪便宏基因组数据。分析显示,在1个月大时,纯母乳喂养的婴儿肠道中,携带唾液酸酶编码基因的菌群相对丰度显著高于纯配方奶喂养的婴儿。然而,配方奶喂养的婴儿所携带的此类菌种多样性更高,并在1至4月龄间呈现显著变化,而母乳喂养婴儿则保持稳定。尤为重要的是,母乳喂养儿肠道中,编码唾液酸酶的**双歧杆菌属(Bifidobacterium)**占据了压倒性优势,而配方奶喂养儿则富集了更多来自厚壁菌门(Bacillota)的产酶菌种。这种鲜明的差异,在婴儿开始吃固体食物前一直存在,清晰地揭示了喂养方式如何通过唾液酸代谢这一杠杆,精确调控着肠道微生态的建立。

图片摘要

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原文链接

https://rbase.ch​inagut.cn/base/a​rticle/6f8fdbd6d​f344b17a19090b2a​eed5636

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发布时间:2026-11-05 00:21:56


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