與母乳的相容性

母乳：嬰兒營養的最佳來源

母乳的組成

母乳是嬰兒營養的黃金標準，對嬰兒的健康發展起著至關重要的作用。它的秘訣在於其精妙獨特的成分。

母乳含有嬰兒生長發育所需的重要營養素和獨特的生物活性分子，其中包括碳水化合物（主要是乳糖）、脂肪、蛋白質、母乳寡糖（HMO）、維生素和礦物質、免疫因子、生長激素、母乳微生物群以及溶菌酶等抗菌成分。

母乳中含有雙歧桿菌增殖因子

母乳在嬰兒腸道菌叢的建構中發揮重要作用，而嬰兒腸道菌叢通常以雙歧桿菌為主。這種富含雙歧桿菌的腸道菌叢被認為能為嬰兒帶來許多健康益處。已有研究報告，配方奶餵養嬰兒的腸道菌群與母乳餵養嬰兒的腸道菌群存在差異，配方奶餵養嬰兒的腸道菌群中雙歧桿菌含量較低[1]。母乳中含有多種生物活性因子，這些因子可能作為選擇性因子，促進嬰兒腸道中雙歧桿菌的富集。人類乳寡糖（HMO）和溶菌酶被認為是母乳中兩種促進雙歧桿菌生長的因子。

Reference:

  1. 1Tannock G. W., Lawley B., Munro K., Pathmanathan S. G., Zhou S. J., Makrides M., et al. . (2013). Comparison of the compositions of the stool microbiotas of infants fed goat milk formula, cow milk-based formula, or breast milk. Appl. Environ. Microbiol. 79, 3040-3048.

HRB：由母乳篩選

人乳中HRB的成長

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

HRB和非高親和力雙歧桿菌（non-HRB在人類乳中的生長適應性方面存在差異。一項體外研究評估了37株雙歧桿菌在人類乳中的生長能力。將這些HRB和非HRB菌株接種到健康母親捐贈的人乳中，並在37℃下培養24小時。對培養前後培養物中的細菌細胞數量進行計數。

HRB與母乳高度相容

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

結果清楚地表明，從嬰兒中分離出的所有HRB菌株，包括短雙歧桿菌（B. breve）和長雙歧桿菌嬰兒亞種（B. longum subsp. infantis），均能在人乳中良好生長，而成人型HRB（長雙歧桿菌長亞種，B. longum subsp. longum）則表現出菌株特異性。同時，大多數非HRB菌株在人類乳中培養過夜後無法生長甚至死亡[1]。

與我們的觀察結果一致，Tannock等人（2013）比較了母乳哺育和配方奶餵養嬰兒糞便中的微生物群組成，發現母乳餵養嬰兒糞便中雙歧桿菌屬HRB菌種（如長雙歧桿菌和短雙歧桿菌）的含量更高[2]。此外，一項交叉臨床研究報告稱，早產兒補充嬰兒長雙歧桿菌（B. longum subsp. infantis）兩週後，其腸道菌群中雙歧桿菌的豐度高於補充動物雙歧桿菌乳亞種（B. animalis subsp. lactis）兩週後[3]。

Reference:

  1. 1Minami, J., Odamaki, T., Hashikura, N., Abe, F. and Xiao, J., 2016. Lysozyme in breast milk is a selection factor for bifidobacterial colonisation in the infant intestine. Beneficial Microbes 7: 53-60.
  2. 2Tannock G. W., Lawley B., Munro K., Pathmanathan S. G., Zhou S. J., Makrides M., et al. . (2013). Comparison of the compositions of the stool microbiotas of infants fed goat milk formula, cow milk-based formula, or breast milk. Appl. Environ. Microbiol. 79, 3040-3048.
  3. 3Underwood, M.A., Kalanetra, K.M., Bokulich, N.A., Lewis, Z.T., Mirmiran, M., Tancredi, D.J. and Mills, D.A., 2013. A comparison of two probiotic strains of bifidobacteria in premature infants. Journal of Pediatrics 163: 1585-1591.

HMO的代謝

什麼是HMO？

Prepared from Kunz et al., 2000, Annu Rev Nutr

人類乳寡糖（HMO）是人乳中含量豐富且特有的非結合型複雜碳水化合物。已知它們是人類乳中含量第三高的成分，僅次於乳糖和脂肪酸，並具有雙歧桿菌增殖作用，可選擇性地刺激嬰兒型人類乳寡醣HRB的生長，並有助於腸道菌叢的定植。

人類乳寡糖（HMO）包含200多種不同的分子結構。其中，乳糖-N-二糖（LNB）或乳糖-N-四糖（LNT）結構的成分含量特別豐富。這些HMO主要成分的降解被認為是HMO代謝的關鍵步驟。

嬰兒型HRB專門利用 HMO

Prepared from Odamaki et al., 2015. Int J Genom.

一些研究表明，嬰兒雙歧桿菌（B. longum subsp. infantis）可以利用人乳低聚醣（HMOs）作為唯一的碳源並旺盛生長[1,2]。人類乳低聚醣HRB和非人乳低聚醣細菌（非HRB基因組的比較也證明了人類乳寡糖HRB同化低氮低聚醣（LNT）的功能能力[2]，特別是嬰兒型人HRB，如嬰兒雙歧桿菌（B. longum subsp. infan 3），它被認為是典型的醣乳菌（B. longum subsp. infan 3），它被認為是典型細菌的典型。

這些研究表明，嬰兒型人類HRB經歷了特定的遺傳適應，並與嬰兒宿主進行了嚴格的協同進化。這些研究也揭示了嬰兒型HRB在利用人類乳寡醣（HMO）的特殊性。

Reference:

  1. 1Asakuma, S., Hatakeyama, E., Urashima, T., Yoshida, E., Katayama, T., Yamamoto, K., Kumagai, H., Ashida, H., Hirose, J. and Kitaoka, M., 2011. Physiology of consumption of human milk oligosaccharides by infant gut-associated bifidobacteria. Journal of Biological Chemistry 286: 34583-34592.
  2. 2Odamaki, T., Horigome, A., Sugahara, H., Hashikura, N., Minami, J., Xiao, J.-Z. and Abe, F., 2015. Comparative genomics revealed genetic diversity and species/strain-level differences in carbohydrate metabolism of three probiotic bifidobacterial species. International Journal of Genomics 2015: 5678092015.
  3. 3Sela, D., Chapman, J., Adeuya, A., Kim, J., Chen, F., Whitehead, T., Lapidus, A., Rokhsar, D., Lebrilla, C.B. and German, J.B., 2008. The genome sequence of Bifidobacterium longum subsp. infantis reveals adaptations for milk utilization within the infant microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 105: 18964-18969.

對溶菌酶的耐受性

人乳中的溶菌酶作為選擇因子

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

不僅是 HMO，溶菌酶也可能是雙歧桿菌在嬰兒腸道中選擇性定植的另一個重要關鍵因素。

據報道，人類乳中溶菌酶的含量通常比牛乳高約 1000 至 3000 倍，因此溶菌酶是天然「抗生素」的重要因素之一，尤其對嬰兒健康而言。

最近的研究表明，溶菌酶的存在有助於雙歧桿菌與人類乳的選擇性相容性[1,2]，並可能影響嬰兒腸道中占主導地位的菌種。

HRB對溶菌酶具有高度耐受性

Prepared from Minami et al., 2016. Beneficial Microbes

森永乳業進行的一項體外研究[1]表明，大多數嬰兒型HRB菌株具有中等耐受性；另一方面，非HRB菌株對人乳和蛋清溶菌酶都很敏感。

此外，溶菌酶天然存在於幾乎所有組織、體液和分泌物中，例如淚液、鼻涕或唾液，尤其是在人乳中。從這個意義上講，對溶菌酶的敏感性可能威脅到雙歧桿菌在人體腸道中的存活，這表明具有溶菌酶耐受性的HRB更適合在人體腸道中定植。

Reference:

  1. 1Minami, J., Odamaki, T., Hashikura, N., Abe, F. and Xiao, J., 2016. Lysozyme in breast milk is a selection factor for bifidobacterial colonisation in the infant intestine. Beneficial Microbes 7: 53-60.
  2. 2Rockova, S., Rada, V., Nevoral, J., Marsik, P., Vlkova, E. and Bunesova, V., 2012. Inter-species differences in the growth of bifidobacteria cultured on human milk oligosaccharides. Folia Microbiologica 57: 321-324.

ILA生產和轉換

ILA：HRB產生的新物質

什麼是ILA？ ILA是吲哚-3-乳酸，一種芳香族乳酸，也是一種腸道代謝產物，據報道對嬰兒具有抗菌、免疫調節和抗發炎作用。根據我們最近的研究，HRB（尤其是嬰兒型）可以產生高水平的ILA，這表明HRB在嬰兒發育中起著關鍵作用[1]。

將每株雙歧桿菌在 MRS-C 培養基中於 37°C 的厭氧條件下培養 24 小時。
Sakurai T et al., Microorganisms. (2019)

HRB將吲哚轉化為 ILA，對身體有益。

Yong CC et al., Gut Microbes. (2024)

腸道細菌產生的吲哚在肝臟中代謝並轉化為典型的尿毒症毒素—硫酸吲哚酚。已知吲哚和硫酸吲哚酚均參與促進腎衰竭HRB進展。我們的研究表明，HRB能將大腸桿菌產生的吲哚轉化為色氨酸 (Trp)，進而轉化為吲哚-3-乳酸 (ILA)。 HRB 含有一個基因，將尿毒症毒素的前驅物－吲哚轉化為有益的 ILA [2]。

Reference:

  1. 1Sakurai, T.; Odamaki, T.; Xiao, J.-z. Production of Indole-3-Lactic Acid by Bifidobacterium Strains Isolated fromHuman Infants. Microorganisms 2019, 7, 340.
  2. 2Yong, Cheng Chung et al. “Human gut-associated Bifidobacterium species salvage exogenous indole, a uremic toxin precursor, to synthesize indole-3-lactic acid via tryptophan.” Gut microbes vol. 16,1 (2024)