生活在肠道中的细菌与食物成分相互作用，从而人们的影响健康和福利。根据一项新的研究，来自美国华盛顿大学圣路易斯分校医学院的Jeffrey Gordon博士领导的一个研究团队发现母乳的关键成分促进婴幼儿健康生长，以及肠道细菌之间如何相互作用促进这一过程。相关研究结果于2016年2月18日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Sialylated Milk Oligosaccharides Promote microbiota-Dependent Growth in Models of Infant Undernutrition”。
儿童营养不良每年造成300多万人死亡，并且导致发育迟缓、免疫和认知发育缺陷。在非洲的马拉维，5岁以下的儿童几乎一半因营养不良而发育迟缓。在这项研究中，Gordon团队与马拉维当地的研究人员合作开展研究，获得了来自健康婴儿或发育迟缓婴儿母亲的少量母乳样品。他们发现与大脑发育相关联的唾液酸化糖（sialylated sugars）在健康婴儿的母乳中要比发育迟缓婴儿的母乳中更加充裕。
这提示着这些母乳寡糖可能促进婴幼儿健康成长。为了验证是否是这种情形，研究人员根据他们同时在Science期刊上发表的研究揭示肠道细菌是机体正常生长的重要调节者的结论，建立动物模型，从而允许他们对它们的饮食和肠道微生物组（microbiome）进行操纵。Gordon和他的团队将从营养不良婴儿粪便样品中分离出的一群细菌菌株植入到小鼠或小猪的体内。研究人员然后给它们喂食类似于典型马拉维人饮食的食物：主要是玉米面粉、黄豆、花生和某些蔬菜，单独依靠这种食物不足以导致健康生长。
随着从模拟营养不良马拉维婴幼儿的饮食和微生物组过渡到固体食物，研究人员随后测试了唾液酸化糖的影响。考虑到从人母乳纯化大量化合物的难度，研究人员将目光转向牛奶，牛奶含有唾液酸化糖，但是浓度比母乳中的低20倍。通过一系列的分离步骤，他们从奶酪制造时的副产物乳清中分离出唾液酸化糖，然后将它喂食给这些动物。显著地，这些动物表现出显著的生长改善，去脂体重和骨体积增加，以及肝脏、肌肉和大脑代谢变化增加，这些提示着在多种条件下调动营养成分的能力得到提升。关键的是，这些效果都依赖于肠道菌群的存在。
鉴于对这项研究中分离出出的肠道细菌的分类已被建立，而且也能够在培养皿中培养它们，研究人员因而能够梳理出哪些细菌受到唾液酸化糖的影响，以及不同的细菌菌株之间如何相互作用。他们发现一种细菌菌种以唾液酸化糖为食物，另一种细菌菌种接着以这些唾液酸化糖的消化产物为食物，这就表明在生活在肠道中的细菌群体之间存在一种食物网。然而，单单这两种细菌并不能够促进小鼠的健康生长，相反地，需要不同类型肠道细菌之间更加复杂的相互作用来促进生长。
这项研究为鉴定婴儿健康所需的母乳成分以及它们与肠道微生物组和其他其他食物成分之间如何相互作用奠定基础。研究人员很高兴能够将这种方法延伸到对其他的母亲和婴儿的研究以便看看一般性观察结果是什么。Gordon说，“以一种非常可控的方式研究食物如何在微生物群体不同成员之间分配以及这种群体的代谢产出如何影响人类生物学特征是我们正在开展的研究课程的一部分。”
这项研究的一种可能的应用就是改善婴儿奶粉配方和用于治疗营养不良的食疗食品，这两种产品目前都是基于牛奶制作出来的，因此缺乏足够多的唾液酸化糖。研究人员充满希望地但又谨慎地指出还需要更多地了解不同类型的细菌如何与母乳和辅助食品中的成分相互作用，并且确保还有的肠道细菌不会因为这些成分大量滋生而获得超过有益细菌的优势。
Gordon说，“尽管我们的意图是好的，但是我们要确保我们不会造成伤害。这仅仅是漫长旅程---理解健康生长如何与肠道菌群的正常建立如何相关联以及我们如何能够确定治疗性地修复未正常建立的菌群是否可能提供更好的临床结果---的开始。”
doi:10.1016/j.cell.2016.01.024
Sialylated Milk Oligosaccharides Promote Microbiota-Dependent Growth in Models of Infant Undernutrition
Mark R. Charbonneau,David O’Donnell et al.
Undernourished children exhibit impaired development of their gut microbiota. Transplanting microbiota from 6- and 18-month-old healthy or undernourished Malawian donors into young germ-free mice that were fed a Malawian diet revealed that immature microbiota from undernourished infants and children transmit impaired growth phenotypes. The representation of several age-discriminatory taxa in recipient animals correlated with lean body mass gain; liver, muscle, and brain metabolism; and bone morphology. Mice were cohoused shortly after receiving microbiota from healthy or severely stunted and underweight infants; age- and growth-discriminatory taxa from the microbiota of the former were able to invade that of the latter, which prevented growth impairments in recipient animals. Adding two invasive species, Ruminococcus gnavus and Clostridium symbiosum, to the microbiota from undernourished donors also ameliorated growth and metabolic abnormalities in recipient animals. These results provide evidence that microbiota immaturity is causally related to undernutrition and reveal potential therapeutic targets and agents.
