SN-2PLUS对婴儿健康的研究综述.doc

ARTICLE IN PRESS菲比安娜巴尔-约瑟夫（FabianaBar-Yoseph*）/前列腺素、白细胞三烯和必需脂肪酸 () 5爱思唯尔（ELSEVIER）目录列表可见SciVerse ScienceDirect前列腺素、白细胞三烯和必需脂肪酸综述SN-2 PLUS对婴儿健康的研究综述作者：菲比安娜 巴尔-约瑟夫（Fabiana Bar-Yoseph*）, 雅埃尔利夫希茨（Yael Lifshitz）, 茨阿弗拉科恩（Tzafra Cohen）文章信息摘要关键词：sn-2位棕榈酸酯；母乳；甘油三酯结构酯在婴儿出生的前几个月内，母乳可为婴儿的成长提供最佳的均衡营养。人类乳腺进化形成了不同寻常的通路，使得脂肪酸在三酰甘油的外部sn-1位和sn-3位，以及中心sn-2位形成特殊定位，这使得母乳脂肪结构不同于其他人体组织和血浆中的甘油三酯结构。对这种甘油三酯结构酯的成功研发可使婴儿配方奶粉类似于母乳的脂肪结构。二十年前进行的多项研究以及最新研究证明，母乳甘油三酯中16:0的特殊定位对于婴儿健康具有全方位的重要影响，例如，这种特殊定位可促进婴儿对脂肪成分和钙的吸收，增加婴儿的骨骼强度，保持其肠道健康和婴儿舒适。本综述的目的在于研究母乳甘油三酯中sn-2位16:0的特殊定位对于婴儿肠道健康、炎症信号通路以及婴儿对脂肪成分吸收后效果的影响。 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.1. 引论在婴儿出生的前几个月内，母乳可为婴儿的成长提供最佳的均衡营养。母乳中约50%的能量来自于母乳甘油三酯中的脂肪酸，母乳中的甘油三酯分子是由三种脂肪酸与甘油发生酯化反应，在甘油的SN-1、SN-2和SN-3位上形成的混合物1。母乳中甘油三酯的合成并非由三种脂肪酸与甘油发生的随机酯化反应，而是脂肪酸在三酰甘油的外部sn-1位和sn-3位，以及中心sn-2位形成特殊定位。人类乳腺进化形成了不同寻常的通路，使得脂肪酸与甘油发生酯化反应生成甘油三酯，通过母乳分泌的形式排出体外，这种特殊通路使得母乳脂肪结构（甘油三酯脂肪酸排列）不同于其他人体组织和血浆2中以及普通膳食脂肪和油脂内的甘油三酯结构。脂肪酸在母乳中甘油三酯的立体定向定位是饱和脂肪酸油酸（16:0）在甘油骨架的中心sn-2位的优先定位，这种定位方式不同于脂肪酸在人体组织和血浆脂类，以及植物油在膳食、普通配方奶粉生产中3的脂肪混合物中的SN-1和SN-3位定位。过去二三十年的大量研究证明，母乳甘油三酯中饱和脂肪酸油酸（16:0）的特殊定位可促进足月儿和早产儿对16:0和钙的吸收4-8。不过，饱和脂肪酸油酸（16:0）在母乳甘油三酯分子中的意义不只是可促进婴儿对饱和脂肪酸和钙的吸收，还能影响非酯化脂肪酸在婴儿肠腔中的成分，以及进入婴儿肠道上皮细胞中的非酯化脂肪酸和sn-2位单甘油酯的成分。最近以来，越来越多的科学家认为膳食脂肪酸可影响肠道菌群，并通过细胞信号的传送和基因表达的调节对神经和免疫系统产生重要而复杂的影响。本综述涵盖了对甘油三酯的最新研究。本文中的甘油三酯结构酯在甘油的中心sn-2位含有饱和脂肪酸油酸（16:0）（也称为-16:0），在SN-1和SN-3位含有18:1n-9，与母乳中甘油三酯的主要成分16:0类似。本文的目的在于阐释母乳甘油三酯中sn-2位16:0的特殊定位对于婴儿肠道健康、炎症信号通路以及婴儿对脂肪成分吸收后效果的影响。2.甘油三酯结构酯棕榈酸（C16:0）是母乳中主要的饱和脂肪酸，占总脂肪酸的17-25%2。同样地，超过70%的16:0在母乳甘油三酯的sn-2位发生酯化反应2,9。母乳中主要的非饱和脂肪酸是油酸（18:1n-9），而油酸主要在甘油三酯的sn-1,3(外层)位置发生酯化反应，结果母乳中主要的甘油三酯结构为18:1n-916:018:1n-9，占总甘油三酯的约11.8%2。早期进行的大量研究证明，与采用含有某种特殊动物脂肪的婴儿配方奶粉喂养的婴儿以及采用某种动物脂肪（其中三酰甘油三个碳原子上16:0比例相同）喂养的婴儿相比，母乳甘油三酯结构能促进母乳喂养婴儿对脂肪成分的吸收10。婴儿配方奶粉含有一种动物脂肪（这种特殊的动物脂肪也含有大量的16:0，并且16:0也是在甘油三酯的sn-2位发生酯化反应）。后期研究显示，对甘油三酯sn-2位重新分配16:0可降低婴儿对脂肪成分的吸收。虽然可以通过混合两种或以上的植物油可以使婴儿配方奶粉中的16:0、18:1n-9 和18:2n-6 平均比例与母乳中的比例相同，植物油甘油三酯的立体定向重排意味着16:0主要出现在甘油三酯sn-1和sn-3位置上3。对甘油三酯结构酯的成功研发使得婴儿配方奶粉中的甘油三酯成分以及结构与母乳类似。采用酶加工工艺将16:018:1n-916:0 转化为18:1n-916:018:1n-9，从而合成甘油三酯结构酯。生成的产物中含有1725% 的棕榈酸，其中40%以上的棕榈酸位于甘油骨架中心sn-2位置上。3. 膳食甘油三酯中16:0的定位可影响婴儿对脂肪酸和钙的吸收数十年前进行的大量研究显示，与采用饱和植物油中提取的16:0制成的婴儿配方奶粉喂养的婴儿相比，母乳喂养的婴儿对脂肪的吸收效率更高，并且，母乳喂养婴儿的大便更软。这种现象与母乳中甘油三酯sn-2位具有大量的16:0有关4-8。当婴儿消化甘油三酯时，内源性脂肪酶可使三酰甘油sn-1和3位的脂肪酸发生水解反应，产生两分子的非酯化脂肪酸，以及一分子的sn-2位单甘油酯，这些产物可进入婴儿的肠腔中11。由于婴儿对非酯化16:0的吸收较差，因此，母乳胆盐激活脂肪酶可促进甘油三酯消化过程发生水解反应，释放含有16:0的sn-2位单甘油酯3。 母乳或婴儿配方奶粉中甘油三酯sn-2位的16:0的结构可促进婴儿对16:0的吸收 12,13，而母乳喂养的婴儿血浆内的乳糜微粒甘油三酯含有大量的sn-2位16:014,15。非酯化16:0除了在管腔内具有较低的溶解度以外，还容易与二价阳离子如钙离子生成不溶性皂，造成较低的吸收率16。总棕榈酸中sn-2位棕榈酸的含量（%）计算得到的经过修改的Cohen效应值C16 的吸收（足月儿）钙吸收（足月儿）C16 的吸收（早产儿）钙吸收（早产儿）图1 配方奶粉甘油三酯中16:0的定位与足月儿和早产儿分别对16:0和钙吸收的Cohen效应值作图。x轴代表配方奶粉中甘油三酯内16:0的百分数，而y轴代表采用Cohen效应值（f2）计算临床研究中早产儿（圆圈）和足月儿（方块）对16:0的吸收（空心圆圈或方块）或钙的吸收（实心圆圈或方块），如图所示（Cohen 1988）17。从图中我们可以看出，配方奶粉中甘油三酯sn-2位而非sn-1或sn-3位16:0含量的增加可引发婴儿对钙和16:0吸收的剂量效应增加。图表中数据点的数字代表已经发表的研究，如文献所述。大量研究已经提供了临床证据，表明采用饱和植物油提取得到的16:0制成的婴儿配方奶粉喂养的婴儿粪便中含有的脂肪酸皂16:0和钙越来越多，并且粪便更硬，而采用含有-16:0 的甘油三酯结构酯制成的婴儿配方奶粉喂养的婴儿粪便则不会出现上述现象4-8。图1显示了母乳中16:0含量或者配方奶粉甘油三酯sn-2位于婴儿脂肪酸与钙吸收之间的关系。该图是利用市场上已经发表的关于足月儿5-7以及早产儿4,8的相关研究数据，采用经过修改的Cohen效应值（f2）17计算得到。由于超过0.8的效应值就被视作是较大效应17，在甘油三酯sn-2位具有超过40%的16:0的-16:0会极大促进婴儿对脂肪酸和钙的吸收。结果表明，配方奶粉中甘油三酯sn-2位16:0数量的增加（以及sn-1和sn-3位16:0数量的减少）使得婴儿对16:0和钙吸收具有剂量依赖性增加（16:0和钙的置信区间r分别为0.95和0.78）。随着婴儿粪便较硬的出现几率减少，婴儿粪便中钙和钙皂中16:0也随之减少6,18,19。4. 骨骼健康采用富含16:0植物油提取得到的16:0制成的婴儿配方奶粉喂养的婴儿对配方奶粉中脂肪酸皂中钙的吸收较低，使科学家不禁思考，母乳和配方奶粉中16:0与婴儿骨矿化之间是否存在联系6。随着定量测量骨密度技术的发展，科学家应用了采用超音速（SOS）测量骨密度的最新技术验证他们的假设。超声骨声呐是一项无创技术，可定量纵向地评估足月儿和早产儿自出生以来胫骨或其他骨骼中骨密度的变化20-22。最近以来，利特马努维茨（Litmanovitz）等人应用超音速技术进行了一项随机、对照和双盲的临床研究，他们测量了采用含有活性营养配方因子InFat的婴儿配方奶粉或者标准植物油混合物喂养的足月儿的骨密度，这种InFat奶粉中含有sn-2位16:0的甘油三酯，并对比研究了非随机组采用母乳喂养的婴儿的骨密度23。母乳喂养组InFat InFat对照组图2. 从出生到十二周大，分别采用含有16:0的甘油三酯结构酯（-16:0）的配方奶粉、未改性的植物油以及母乳喂养的三个足月儿胫骨的超音速测量结果。图中的各个点分别表示每组内各个婴儿的数据。各组平均值采用实心线表示，采用-16:0配方奶粉喂养的婴儿组的平均值远远高于采用标准配方奶粉（n=18）（p0.05）喂养的婴儿组的平均值，不过与母乳喂养婴儿组的平均值大致相同（n=22）。配方奶粉中含有大约20%的16:0，-16:0的配方奶粉以及标准配方奶粉的sn-2位的16:0分别占43%和14%。这两组婴儿出生以来的前三个月内胫骨中的超音速都呈下降趋势，这种现象与采用超音速研究足月儿和早产儿骨密度的研究结果一致24,25。然而，这项最新研究表明，与采用标准植物油混合物配方奶粉喂养的婴儿相比，采用-16:0喂养的婴儿在出生三个月时测量得到的骨骼超音速结果要高很多。而在十年前，肯尼迪等人6采用富含sn-2 16:0的甘油三酯结构酯的配方奶粉而非传统奶粉喂养婴儿十二周，并利用双能量X线吸收法测量婴儿体内的骨密度，研究结果显示这些婴儿体内的骨密度较高。这两项研究结果一致。不过最近以来，祖科蒂（Zuccotti）等人26发表研究报告，对于全母乳喂养（n=25）和配方奶粉喂养的四个月大的婴儿来说，他们的左胫骨超音速测量结果没有差别，这些婴儿十二个月时进行的测量结果也不存在差别。然而，这项研究并没有指出配方奶粉的类型。显而易见，还需要进行更多的研究，评估膳食甘油三酯成分和结构对于婴儿骨矿化和其他特征的早期和潜在的长期影响。5.肠道健康随着科学家了解到在内源性脂肪酶的作用下，甘油三酯的消化过程会释放sn-2单甘油酯和未发生酯化反应的脂肪酸16，而母乳和婴儿配方奶粉中的甘油三酯结构会影响婴儿大便中排出的脂肪酸成分，他们就开始思考肠腔内sn-2单甘油酯和未发生酯化反应的脂肪酸的成分，以及吸收进入肠上皮细胞内的成分是否会影响婴儿的肠道发育和健康。管腔内环境的特征是菌群的复杂群落，这些菌群的数量远远超过人体的上皮细胞数量27。肠内菌群对于肠道健康不可或缺，具有重要作用，包括保护肠道免受致病菌的侵袭，调节炎症和免疫反应，促进肠上皮细胞生长和肠道发育成熟27-29。重要的是，胎儿肠道是无菌环境，在婴儿出生时就会发生肠道细菌定植，采用母乳或配方奶粉进行婴儿肠道喂养，其他环境因素会影响早期的肠道定植30。随着更多的科学家认识到肠道菌群的组成受到婴儿奶粉饮食的影响，不同的菌群种类则与某些疾病风险的增加或降低有关，包括过敏、晚发性自闭症和炎症性肠病，这些认识促使科学家思考奶粉中甘油三酯结构可能会影响婴儿肠道菌群。在最近进行的一项临床研究中，我们发现，与采用普通植物油提取得到的16:0制成的对照组奶粉喂养的婴儿相比，采用含有-16:0的InFat配方奶粉喂养的婴儿在喂养六周后体内具有更多数量的乳酸杆菌和双歧杆菌31。值得注意的是，-16:0可促进婴儿肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌数量增加这一现象同样适用于剖腹产和顺产的婴儿。乳酸杆菌和双歧杆菌与促进肠道成熟和完整性、对抗致病菌以及免疫调节有关32,33。需要理解脂肪酸成分对婴儿肠腔内菌群定殖的促进作用，还需要做大量的研究。鉴于此，最近进行了一些实验，实验中采用粘蛋白2-/-缺乏的老鼠研究奶粉中16:0在甘油三酯中含量和定位对肠道炎症的可能影响。粘蛋白2缺乏的老鼠体内缺乏粘蛋白2-/-，这种粘蛋白是黏液层的主要组成，而黏液层可将肠道上皮细胞与肠腔内容物分离开，并提供物理屏障34，可保护底层上皮细胞免受管腔内容物以及微生物的影响35-37。由于体内缺乏粘蛋白2-/-，老鼠体内黏液层的保护能力可能会受影响38，结果，细菌与肠道上皮细胞直接发生接触39。这种体内缺乏粘蛋白2-/-的老鼠会患上自发性结肠炎，这是一种常见的动物小肠结肠炎疾病4042。在一项对粘蛋白2缺乏的老鼠研究中，与采用含有相同数量的16:0的未改性的标准植物油混合物喂养的老鼠相比，采用含有16:0的InFat奶粉喂养的老鼠患有肠道侵蚀和形态学损伤的程度更低43。将进行更多的研究，了解-16:0（或者未发生酯化反应的16:0）的作用机制对粘蛋白2缺乏的老鼠体内的黏液层保护能力产生何种影响，以及肠道菌群或其代谢产物发生的变化如何影响-16:0的作用机制。6. Infant behavior 婴儿的哭泣行为科学家认为，早期的婴儿哭泣反映了由神经化学机制控制的基本的本能反应，这与对喂养和饮水的控制行为相似。（可参考文献44）。婴儿在出生后前三个月内的哭泣时间具有典型分布，40%的哭泣时间发生在下午四点到晚上十点，仅仅在出生三个月后，婴儿的哭泣时间在一天内的分布更加均衡45,46。哭泣的发育调节伴随着生理节律的发育，这种发育调节部分形成连接哭泣行为和生理节律发育的神经生物学和神经内分泌基础。因此，科学家认为婴儿的哭泣行为可采用能改变神经化学机制的内源性/外源性的刺激进行修改。然而，这种哭泣行为比较复杂，因为婴儿哭泣不仅仅包括自发性内源性哭泣，还有可能是由于与亲近的个体分开造成的精神苦恼、饥饿或者其他身体不适。果不其然，刚出生的婴儿的哭泣时间与睡眠时间成反比关系46,47。在最近进行的一项开放式研究中，采用-16:0配方奶粉喂养的足月儿与母乳喂养的婴儿在出生六周（每天的睡眠时间分别为68.4%和69.5% ）以及出生十二周（每天的睡眠时间分别为64.3%和67.1%）的每天睡眠时间没有很大差异（这些数据未被公布）。萨维诺（Savino）等人于2006年进行的研究证明，富含-16:0的甘油三酯可能会影响婴儿的哭泣行为。在该项研究中，与采用不含有乳清蛋白和低聚糖对照奶粉喂养的婴儿相比，采用含有部分水解的乳清蛋白、益生元低聚糖以及富含16:0的-16:0（41%的配方16:0分布在甘油三酯sn-2位置上）奶粉喂养的足月儿的哭泣时间要少很多49。然而，该项研究中婴儿的哭泣减少并不一定与-16:0有关。最近以来，我们发现，与采用含有20%的16:0 （不过这种16:0来自未改性的植物油）配方奶粉喂养的婴儿相比，采用含有-16:0配方奶粉喂养十二周的足月儿发生哭泣的数量有所减少，白天和晚上哭泣的持续时间有所缩短，尤其是在傍晚和晚上哭泣的时间（如图3所示）。采用含有-16:0配方奶粉喂养的婴儿与采用含有16:0（不过这种16:0来自未改性的植物油）配方奶粉喂养的婴儿哭泣模式的不同可能归因于这些复杂的作用机制。 对照组InFat喂养组母乳喂养组12周哭泣持续时间(min)图3 出生12周内每天总的哭泣持续时间。每天的平均哭泣时间是以父母对每次超过5分钟哭泣的时间计算得到。在12周时，与对照组婴儿相比，母乳喂养的婴儿白天哭泣的时间更少（17.96.5 vs. 64.021.8 分钟，p=0.035）。与对照组的婴儿相比（p=0.087），InFat配方奶粉喂养的婴儿哭泣的时间也更短。几项看似合理的机制认为母乳或富含Sn-1,3 18:1n-9 和sn-2 16:0的甘油三酯结构酯与出生后前几周内自发哭泣的改变相关。由Sn-1,3 18:1n-9 和sn-2 16:0组成的甘油三酯结构酯将会促成肠上皮细胞对非酯化18:1n-9 和sn-2 16:0的吸收16。多个酰化分子，例如酰基乙醇胺和酰基甘氨酸，包括棕榈酰和油酰乙醇胺是内源性大麻素系统的潜在信号分子。这种内源性大麻素系统有助于调节相关生理过程，例如睡眠和对疼痛的敏感50。科学家认为这种系统与生理节律相关51。值得注意的是，内源性阿片能系统页与自发性哭泣有关（可参考文献44）。有趣的是，对哭泣的发育调节伴随生理节律的发育。这一点或许很关键，生理节律发育或者神经内分泌机制的改变可能与膳食变量有关，这种变量会干扰这些体系，使婴儿发生哭泣（见文献52的研究。采用含有-16:0 配方奶粉喂养的婴儿在傍晚发生哭泣的次数减少，这与神经化学机制一致，与生理节律的发育以及通过脑干机制调节的自发哭泣的边缘抑制有关。褪黑素和脂肪酸乙醇胺，包括油酰乙醇胺是科学家需要考虑的要素，这些要素可以调节配方脂肪的效果。有意思的是，最近以来，班尼（Banni）等人发表研究，声称喂养含有-16:0 的配方奶粉可改变断奶后期老鼠的内源性大麻素系统和喂养效率53。他们认为甘油三酯结构酯可能会影响婴儿的多项生理调节功能。 7. 总结母乳中特殊的甘油三酯结构对婴儿生理功能的重要性研究，尤其是16:0选择在甘油sn-2位的优先酰化，大部分的18:1n-9则选择在sn-1和3位发生酰化反应。这些研究如今又引起了科学家的兴趣，部分原因在于，科学技术的进步使结构为18:1n-916:018:1n-9的膳食甘油三酯的合成成为可能。早期研究认为，16:0在母乳中甘油三酯的sn-2定位与高效的脂肪酸吸收、钙吸收不良的预防以及母乳喂养婴儿的较软大便相关联。最新的研究则证实并拓展了这些早期研究结果，证明16:0在甘油三酯sn-2位的定位，以及18:1n-9在sn-1,3位的定位还会增加早期的骨矿化和骨骼发育，影响肠道菌群的组成，降低肠道炎症的程度和严重性，并且还会产生神经生化作用，包括对婴儿早期哭泣的调节。与对最新研究的本综述讨论的那样，富含sn-2 16:0的甘油三酯的作用以及-16:0本身可能会远远超出对脂肪酸和矿物质的吸收，虽然与生物机制和婴儿营养潜在影响相关的因素还有很多需要研究的问题。 致谢最后，我们要特别感谢来自加拿大温哥华儿童和家庭研究院的希拉伊利斯教授，是他为原稿提供了科学支持和重要审评。参考文献1M. 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