近年來，寵物營養(yǎng)領(lǐng)域日益重視“腸道健康”與“微生態(tài)調(diào)節(jié)”的研究。犬貓作為人類重要的伴侶動(dòng)物，其腸道菌群結(jié)構(gòu)及代謝狀態(tài)與整體健康息息相關(guān)——從腹瀉、IBD、抗生素后菌群失衡，到體重控制、免疫調(diào)節(jié)，腸道微生態(tài)都扮演著關(guān)鍵角色。

在傳統(tǒng)寵物食品中，低聚糖類等已作為益生元廣泛使用，但仍存在結(jié)構(gòu)單一、靶向性差、對(duì)病原菌無選擇性等缺陷。因此，能否引入結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、代謝更可控、能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)菌群的新型糖類，成為下一個(gè)關(guān)鍵方向。

本文所介紹的合成聚糖（Synthetic Glycans, SGs）不僅在小鼠模型中表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗炎與抗感染能力，更在菌群調(diào)控方面展現(xiàn)高度選擇性與安全性，未來有望成為寵物食品中功能性益生元的新一代核心添加劑。

 

1研究背景：微生態(tài)干預(yù)的“糖”新路徑

 

腸道菌群作為人體重要的“第二基因組”，其代謝產(chǎn)物與組成結(jié)構(gòu)深刻影響宿主的免疫、代謝與神經(jīng)系統(tǒng)健康。已有研究表明，不同菌屬對(duì)碳源利用能力的差異構(gòu)成了微生態(tài)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，而膳食糖類（如低聚糖、膳食纖維）因能選擇性促進(jìn)有益菌生長，被廣泛作為益生元用于腸道干預(yù)。

 

但傳統(tǒng)天然糖類也存在以下局限：  成分來源不穩(wěn)定，季節(jié)和地域差異大;  結(jié)構(gòu)較為簡單，難以精準(zhǔn)調(diào)控菌群;  易被致病菌利用，存在潛在安全隱患。

 

因此，研究團(tuán)隊(duì)提出：通過合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接方式多樣的“合成聚糖” ——（ Synthetic Glycans，SGs），以精準(zhǔn)調(diào)控菌群結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靶向微生態(tài)干預(yù)。

 

2研究設(shè)計(jì)：從高通量篩選到動(dòng)物驗(yàn)證

 

研究團(tuán)隊(duì)合成并篩選了653種結(jié)構(gòu)多樣的SGs，與110種商業(yè)可獲得的參考糖類（如FOS、GOS、XOS等）進(jìn)行比較分析，構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：

圖1/分析流程以及糖基組成和發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的描述

 

3主要實(shí)驗(yàn)包括

1體外厭氧發(fā)酵：評(píng)估糖類的發(fā)酵速率、代謝產(chǎn)物、氣體產(chǎn)量、pH變化

2代謝組學(xué)/菌群測(cè)序：評(píng)估SCFA生成、Shannon指數(shù)、NMDS聚類等

3結(jié)構(gòu)分析：聚合度（DP）、連接鍵類型、單糖種類

4動(dòng)物模型驗(yàn)證：DSS誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎、艱難梭菌感染小鼠模型

5結(jié)構(gòu)分析：復(fù)雜的合成糖類具備獨(dú)特的發(fā)酵特征

 

研究重點(diǎn)篩選了兩種代表性合成糖：BRF（基于葡萄糖）和BQM（基于葡萄糖+半乳糖），進(jìn)行深入分析：

1平均聚合度分別為11.3和10.9

2連接鍵包括1,2-、1,3-、1,4-、1,6-等多種方式

3含有19%（BRF）和14%（BQM）以上的支鏈單元

4結(jié)構(gòu)多樣性顯著高于參考糖類，且低單體含量（＜2.2%）

這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其發(fā)酵速率更緩慢、產(chǎn)氣更低，有望提高臨床耐受性。

 

4體外發(fā)酵結(jié)果：改變菌群結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)代謝功能

在厭氧糞菌體外發(fā)酵系統(tǒng)中，SGs顯示出如下優(yōu)勢(shì)：

1SGs可顯著提升丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸（SCFA）產(chǎn)量

2發(fā)酵SGs產(chǎn)生的氣體速率低于參考糖類，提示更好的耐受性

3BRF與BQM顯著提高菌群的多樣性與物種豐度

4NMDS分析顯示SGs顯著改變菌群結(jié)構(gòu)，且差異性高于參考糖類

5K均值聚類進(jìn)一步確認(rèn)SGs能誘導(dǎo)特異菌群組合，支持其精準(zhǔn)調(diào)控潛力

 

圖2/聚糖對(duì)糞便群落代謝輸出和分類組成的影響

 

增強(qiáng)菌群多樣性與物種豐富度：

1多數(shù)SGs不能支持Klebsiella pneumoniae和Enterococcus faecium的生長，最大OD600顯著低于參考糖類

2在模擬病原菌定植的糞便共培養(yǎng)體系中，BRF和BQM顯著降低三種病原菌的相對(duì)豐度

3FOS 組未顯示類似抑制效果

4結(jié)果提示 SGs 具備 不利于條件致病菌擴(kuò)張的選擇性碳源特性，可能用于耐藥菌去定植策略

 

圖3/純培養(yǎng)物中的腸道病原體生長和在聚糖上生長的糞便群落中的相對(duì)豐度

 

5動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)：有效緩解腸炎和艱難梭菌感染

DSS誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎模型

1在DSS結(jié)腸炎模型中，BRF顯著改善體重下降、糞便評(píng)分、內(nèi)鏡及組織病理評(píng)分，療效優(yōu)于FOS

2在艱難梭菌感染模型中，BRF和BQM均能提升小鼠生存率，改善臨床評(píng)分

3FOS組未見顯著效果

4結(jié)果表明，合成糖BRF和BQM在炎癥性腸病與感染模型中具良好保護(hù)作用，且可替代或輔助抗生素使用

 

圖4/DSS結(jié)腸炎和艱難梭菌感染小鼠模型中的聚糖效應(yīng)

 

艱難梭菌感染模型

1BRF和BQM無法作為C. difficile的有效碳源，不利于其生長

2在感染模型中，BRF和BQM可顯著緩解癥狀、提升生存率，效果接近甚至優(yōu)于萬古霉素

3BQM療效優(yōu)于FOS，表現(xiàn)為更少體重?fù)p失、更高存活率和更佳臨床評(píng)分

4合成糖類通過重塑菌群實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用，為耐藥感染提供了微生態(tài)替代干預(yù)路徑

 

6總結(jié)

本研究首次系統(tǒng)評(píng)估了合成糖類對(duì)腸道菌群的影響及其治療潛力，結(jié)果顯示：

1SGs可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和代謝功能，具高度可控性

2BRF與BQM顯著增加抗炎菌屬（如Roseburia、Parabacteroides等

3SGs在小鼠模型中有效緩解IBD和艱難梭菌感染相關(guān)癥狀

4相比活菌類干預(yù)，SGs不依賴菌株定植、劑量一致性好、生產(chǎn)穩(wěn)定

5未來可進(jìn)一步探索其在腫瘤、脂肪肝、感染控制等疾病中的微生態(tài)調(diào)節(jié)潛力

 

7拓展思考：合成糖如何走進(jìn)寵物食品

鑒于本研究中BRF、BQM等SGs在調(diào)節(jié)菌群、提升SCFA、抑制致病菌等方面的多重優(yōu)勢(shì)，未來可考慮將其開發(fā)為寵物犬貓食品中的功能性添加劑，應(yīng)用場景包括：

1處方食品配方優(yōu)化：用于腹瀉、IBD、抗生素后恢復(fù)期犬貓

2功能罐頭與主糧升級(jí)：替代FOS等傳統(tǒng)益生元，提升調(diào)控精準(zhǔn)性

3益生菌協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)：增強(qiáng)定植率、改善菌群結(jié)構(gòu)

4老年、體弱動(dòng)物營養(yǎng)支持：低產(chǎn)氣、高耐受性，適合敏感個(gè)體

 

若將SGs應(yīng)用于犬貓配方食品中，需進(jìn)一步開展如下研究工作：

1寵物專屬體外發(fā)酵系統(tǒng)構(gòu)建

2適口性、安全性、長期適應(yīng)性評(píng)價(jià)

3臨床腹瀉模型驗(yàn)證

4與現(xiàn)有益生元、益生菌聯(lián)合配伍評(píng)價(jià)

合成糖類技術(shù)為“精準(zhǔn)營養(yǎng)”時(shí)代的寵物食品研發(fā)提供了新思路，或?qū)⒃谖磥沓蔀檫B接微生態(tài)調(diào)節(jié)與慢病管理的重要紐帶。

 

需要注意的是，目前大多數(shù)合成糖類尚未被納入我國《飼料原料目錄》或《寵物食品添加劑目錄》，因此其在寵物食品中的應(yīng)用尚需完成法規(guī)合規(guī)注冊(cè)流程。此外，由于犬貓為特殊伴侶動(dòng)物，其腸道結(jié)構(gòu)、代謝特性與人類存在差異，仍需開展系統(tǒng)的安全性、適口性、劑量響應(yīng)、長期攝入耐受性與功效驗(yàn)證，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定科學(xué)依據(jù)與法規(guī)基礎(chǔ)。

 

 論文原文：Synthetic glycans control gut microbiome structure and mitigate colitis in mice

引用期刊：《Nature Communications》，2022年第13卷第1244號(hào)