母乳寡糖調節新生兒腸道粘膜免疫系統發育的生理機制

　　母乳作為嬰幼兒的天然食品，含有大量的營養物質，能夠促進新生兒大腦、腸道和免疫系統的快速發育。母乳寡糖（HMOs）是牛奶中含量第三高的活性成分，已經發現并表征了200多種單獨的寡糖，包括中性寡糖和酸性寡糖。初乳含有比成熟乳更多的活性寡糖。HMOs能夠通過減少白細胞粘附和通過凝集素受體DC-SIGN[16]、2-巖藻糖基乳糖（2'-FL）和唾液酸（α2,3）乳糖（3SL）與樹突細胞特異性結合通過CD14/TLR4調節炎癥等多種方式，調節細胞因子的產生、防止炎癥性腸病的發展和調節腸粘膜免疫的發展，具有廣泛的抗炎活性。

　　HMOs能夠幫助新生兒腸道粘膜免疫系統發育和建立一個健康的腸道內部微生物菌群，最大限度地降低消化道疾病的發生，為新生兒消化和免疫系統的發育和成熟提供保護。因此，HMOs成為國際高端嬰幼兒奶粉的主要活性添加成分，并于2016年獲得FDA批準，市場價格高達數百美元一克。

　　嬰兒腸道的粘膜和更深層含有許多免疫調節細胞，如巨噬細胞和樹突細胞。這些細胞通過模式識別受體（PRRs）識別與微生物病原體相關的分子模式（PAMPs）調節炎癥反應，并將腸粘膜免疫系統從先天免疫轉變為過繼免疫，維持免疫耐受和平衡。腸道巨噬細胞是體內最常見的白細胞之一，它們通過促進清除凋亡細胞、傷口愈合和免疫調節在粘膜穩態中發揮關鍵作用。除了經典的炎癥反應，腸道巨噬細胞可以被觸發成為抗炎、吞噬中性粒細胞和凋亡細胞碎片。腸道巨噬細胞能夠通過PRR激活，替代性表達或分泌抗菌因子、蛋白水解酶、趨化因子和抗炎細胞因子，如IL-10、IL-4和IL-6、IL-1R拮抗劑，以及生長因子，如血管內皮細胞生長因子（VEGF）和胰島素樣生長因子(IGF)-1等，實現腸道炎癥反應后，在愈合過程中從炎癥到增殖的轉變。

　　外泌體 (尺寸為40~150nm)、微泡和多囊泡內體(MVE)(尺寸為100~1000nm)是不同形式的細胞外載體(EV)，它們是從細胞內體腔分泌的小包膜顆粒。EVs大量存在于人體體液中，例如血液、尿液、母乳和唾液。外泌體的分泌受到嚴格控制，它們在細胞間通訊、細胞內運輸和生理調節中發揮關鍵作用。外泌體膠囊含有大量生物活性成分，如蛋白質、miRNAs和碳水化合物（糖蛋白）等，執行復雜多樣的生理功能，并且通過靶細胞內吞作用的方式，成為靶向細胞特異攝取活性物質的天然方式之一。目前，已經在母乳外泌體中發現了執行生物學功能和調節嬰兒免疫系統發育的多種成分，例如免疫調節蛋白、miRNAs等。作為在嬰兒腸道粘膜免疫系統的發育中起著關鍵作用的HMOs，長期以來被認為作為“游離糖”分布于母乳之中。到目前為止，母乳外泌體中關于主要活性成分的HMOs的具體情況知之甚少。

　　中國科學院昆明植物研究所植物化學與西部植物資源持續利用國家重點實驗室劉樹柏研究組使用Nanosight和NanoView外泌體動態研究技術實時動態分析、鑒定母乳外泌體的特性（尺寸、濃度），并采用高分辨率質譜分析和鑒定母乳外泌體中所包封的活性寡糖特征譜。同時，采用THP-1分化的巨噬細胞作為細胞模型，結合全轉錄組表達譜分析、熒光圖像分析和小鼠細菌感染炎癥模型等，探索HMOs的轉運調節機制。結果直接表明，HMEOs通過外泌體吞噬作用進入巨噬細胞，激活替代激活信號通路，從而調節腸粘膜免疫發育中的信號傳導，抑制細菌感染引起的過渡炎癥反應及其引起的組織損傷。這些發現揭示HMOs從母親到新生兒的天然運輸途徑，闡明了HMOs在嬰兒粘膜保護和粘膜免疫系統發育和成熟中的作用，為利用HMOs治療嬰幼兒腸道細菌感染性炎癥疾病提供了新的思路和策略。

　　相關研究揭示了HMOs利用外泌體轉運到巨噬細胞，解析其調節腸道粘膜免疫系統分化和成熟的關鍵信號通路，抑制粘附侵襲性大腸桿菌(AIEC)感染的新機制。外泌體包裹的HMOs揭示了一種實現HMOs調節新生兒腸道粘膜免疫系統發育的生理機制，為HMOs治療嬰幼兒腸道細菌感染性疾病采用外泌體樣顆粒將HMOs運輸到其特定細胞提供了新思路和策略。

　　研究結果以Milk Exosomes Transfer Oligosaccharides into Macrophages to Modulate Immunity and Attenuate Adherent-invasive E. coli (AIEC) Infection為題在Nutrients上發表。該研究得到昆明植物所引進海外杰出人才項目和昆明植物所植物化學與西部植物資源持續利用國家重點實驗室自主探索項目等基金資助。

　　圖1 母乳外泌體的動態特征

　　圖2 液相色譜與串聯質譜聯用測定的母乳外泌體寡糖特征譜

　　圖3 母乳外泌體內吞進入巨噬細胞及其細胞質內分布

　　圖4 初乳外泌體包裹寡糖顯著調節巨噬細胞中的經典過程網絡和信號通路

　　圖5 HMOs通過外泌體作為載體來調節巨噬細胞的替代激活并幫助重塑嬰兒的粘膜免疫的細胞模型