唾液酸对婴幼儿健康影响的研究进展

揭 良，苏米亚

（乳业生物技术国家重点实验室，上海乳业生物工程技术研究中心，光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海 200436）

糖在人体内内源性转化，除了作为能量来源外，还参与生物功能，因此形成一类潜在的新型功能性食品成分。唾液酸是一种人体中普遍存在的九碳链单糖，除少部分以游离唾液酸形式存在于人体内，大部分以细胞膜糖蛋白、糖脂、神经节苷脂等形式存在并分布于人体组织，如大脑、母乳、唾液及尿液中[1]。大量研究表明，唾液酸作为糖链的末端糖具有多种不同的生物学功能，如神经传递、白细胞分泌、抗病毒或细菌感染、促进肠道健康和营养吸收及脑部认知发育等[2-3]。近10 年来对人乳和动物乳中唾液酸进行深入研究，大部分集中在唾液酸的检测分析方法、功能和特殊形式的唾液酸，如唾液酸与低聚糖结合（人乳低聚糖）、与神经节苷脂结合方面的研究[4]。关于唾液酸的分布以及婴幼儿对唾液酸的需求等方面的系统报道很少。要了解婴幼儿对唾液酸的需求，最重要的是了解婴幼儿膳食来源的唾液酸分布以及唾液酸在体内的合成机制。在摄入量方面，深入了解人乳和动物乳中唾液酸含量很重要。母乳是婴儿出生后最初6 个月的唯一食物。由于一些原因母乳喂养不能实现时，婴儿配方乳粉作为替代品也是唾液酸的一个可能来源。在国内由于法规的限制还不能在婴幼儿配方乳粉中加入唾液酸，但随着对母乳研究及婴幼儿营养研究的深入，在婴儿配方乳粉中加入各种母乳含有的营养成分，从而使其成分高度接近母乳成为必然。人体能够内源性生物合成唾液酸，但有新的证据表明，人体对唾液酸的需求增加，超过了人体能够产生的水平，尤其初生儿发育生长期间，婴儿自身的内源性唾液酸合成不能满足其对唾液酸的高需求量，需从外源食物中获取唾液酸[5]。

如上所述，为了更好地理解婴幼儿对唾液酸需求增加的情况，本文对唾液酸的基本分布特性、功能、来源及主要成分及其结合物对婴幼儿健康的功效进行全面概述。

1 唾液酸的分布特性

唾液酸是由瑞典生化学家Blix最早在牛的额下腺黏蛋白，通过加热酸性水解物结晶发现的[6]。唾液酸是一种天然化合物，不仅存在于所有脊椎动物和高等无脊椎动物中，在低等无脊椎动物和真菌中也存在少量唾液酸化合物。每个物种都有分布在其组织或体液中的特征唾液酸，但值得注意的是，它们都在乳汁中普遍存在。常见的主要唾液酸单体有N-乙酰神经氨酸、N-羟乙酰神经氨酸、3-脱氧-D-甘油-D-半乳壬酮糖，其中主要代表形式为N-乙酰神经氨酸（图1）[7]。在牛乳制品和其他乳中，唾液酸通常以复合物的形式存在，包括聚唾液酸、唾液酸寡糖、唾液酸蛋白及唾液酸脂质类等。

唾液酸在妊娠期的母体通过胎盘进入到胎儿血液中，胎儿在妊娠晚期生长发育加速，通过胎盘信号传递自身需求，妊娠期唾液酸水平的升高与胎盘中唾液酸转移酶活性的增强和胎儿生长发育时对唾液酸需求的增加有关系[8]。出生后，母乳是婴儿最佳的营养来源，而对于婴儿来说，出生后早期其自身合成唾液酸的能力不足，唾液酸的摄入只有通过母乳。但由于某些原因不能实现母乳喂养的婴儿，婴幼儿配方乳粉也是潜在的唾液酸来源。由表1可知，人乳中的总唾液酸含量约为200～1 500 mg/L，其中初乳时期的人乳唾液酸含量最高，随着泌乳期的延长逐渐下降[9-11]。牛乳中唾液酸含量相比人乳较低，总唾液酸含量约为30～200 mg/L[12-16]。因此基于牛乳的婴儿配方乳中唾液酸含量只有65～288 mg/L[11-12,17]。研究发现，在人乳和牛乳中唾液酸除了含量差异外，最主要的差异还在于唾液酸的主要存在形式和主要唾液酸单体不同，在人乳中唾液酸的主要存在形式为与低聚糖结合的形式，即唾液酸低聚糖，主要唾液酸单体为N-乙酰神经氨酸，不存在N-羟乙酰神经氨酸；相反地，牛乳中唾液酸的主要存在形式为与蛋白结合的形式，牛成熟乳中只含有少量与低聚糖结合的唾液酸，且主要唾液酸单体为N-乙酰神经氨酸和N-羟乙酰神经氨酸的混合物[10]。而N-羟乙酰神经氨酸的膳食摄入是不利于人体健康的一个风险因素[18]。

由表1可知，人乳中唾液酸含量变化很大。很多原因影响人乳中唾液酸含量的变化，如母乳的泌乳期、胎龄、饮食习惯等[9]。人乳的营养成分不是一成不变的，具有动态变化的特点。哺乳动物出生后的发育是特殊的，乳母以人乳的形式为婴儿提供营养来源和环境刺激的重要组成部分。一般来说，乳是最复杂的生物液体之一，提供营养、保护性化合物和生长发育因子。根据品种的不同，泌乳时间和泌乳量及其成分也有所不同。同样，在不同的哺乳动物物种中，有些成分进化保守度较高，有些则较低。对于保守成分来说，表明尽管哺乳动物的生命历史不同，栖息地也不同，但它们在新生儿发育过程中扮演着普遍的角色。母乳成分的差异也表明，每种哺乳动物都对其母乳成分进行了调整，以适应其新生儿的特殊需求。

表 1 唾液酸在人乳、牛乳和婴儿配方乳中的含量对比Table 1 Sialic acid levels previously reported in human and bovine milks and in infant formulas mg/L

2 唾液酸的功能性及对婴幼儿健康的影响

新生儿需要快速的生长和发展，尤其是神经系统，大脑最初的生长速度超过任何其他器官或身体组织。到2 岁的时候，大脑的质量大约是成年人的80%。早产或小于胎龄出生的婴儿在生命早期特别脆弱。生殖和新生儿技术的进步已经增加了接近胎龄出生婴儿的比例。然而，早产儿的长期神经发育结果仍然很差，其特征是学习成绩较低、注意力不集中、多动障碍、焦虑障碍和学习困难[19]。大脑的快速生长对前体和营养物质的供应有极高的要求。如果不能在大脑发育的这一关键时期满足全部营养需求，就会对认知发展产生重大影响。研究表明，唾液酸在婴儿成长发育中有很重要的生物学功能，包括：提高婴儿的记忆力和智力水平、调节肠道微生态、抗病毒以及能够抑制白细胞黏附与抗炎作用等[20]。其作用机理基本上可以分为以下3 类：1）唾液酸自身能与被识别的受体上的位点结合，可阻止病原体与宿主细胞结合；2）唾液酸能在细胞之间进行信息传递，唾液酸与神经节苷脂结合参与神经的传导；3）唾液酸减弱细胞或分子对其特异性识别位点的接触。

2.1 唾液酸对婴幼儿大脑认知发育的影响

越来越多的研究报道了母乳喂养对婴儿认知发展的有益影响[20]。唾液酸作为一种支持认知发展的营养物质，从人脑组织中被发现。因此，与婴儿配方乳粉相比，人类母乳中唾液酸的含量较高，它在大脑发育中的作用表明母乳中的唾液酸对婴儿的认知发育有影响[21]。母乳中唾液酸含量相对较高的事实也表明，大脑发育对唾液酸的需求大于婴儿内源性生物合成所能提供的唾液酸[11]。研究发现，婴幼儿时期大脑的发育非常迅速，这一阶段是脑细胞数量和体积增大、功能完善、神经联结网络形成的关键时期，也是大脑发育与智力发展的并行时期。而唾液酸在神经细胞膜中的含量相比其他类型的膜高20 倍，这表明唾液酸在神经结构中具有突出作用[22]。神经组织中的神经节苷脂含有鞘糖脂形式的唾液酸，鞘糖脂在人大脑皮层中含量最高，目前认为，唾液酸化合物在突触途径的结构和功能建立中起到关键性作用。婴幼儿需要足够的唾液酸去满足大脑正常发育的需要。成人自身可由肝脏合成内源性唾液酸，但婴幼儿的肝脏和其他器官尚未发育成熟，自身合成的唾液酸并不能满足其机体的需要。

2.2 唾液酸对婴幼儿免疫调节功能的影响

唾液酸可以通过细胞内吞作用和溶酶体转运方式进入细胞，使其在抗细菌、抗病毒和消炎等方面发挥重要作用[23]。针对影响婴儿免疫的母乳成分，过去和现在均关注较多的为乳铁蛋白、母乳低聚糖、n-3脂肪酸等[24-25]。对婴幼儿免疫系统具有影响的物质除了上述提到的物质以外，唾液酸作为母乳的一种功效成分已经成为目前研究的热点。母乳中丰富的唾液酸能够预先结合流感病毒，使哺乳期婴儿呼吸道黏膜细胞免于流感病毒的侵害，研究表明，末端带唾液酸或唾液酸衍生物的糖蛋白或糖脂是大量病毒的受体，如致病性流感病毒、副流感病毒、腺病毒、肠道病毒、呼吸道合胞病毒、轮状病毒和肿瘤病毒等[26]。游离唾液酸结合病毒上的位点，可阻止病毒与宿主细胞结合。此外，唾液酸低聚糖复合物可通过诱导炎症反应直接调节黏膜免疫，还可增加细胞表面受体、趋化因子和细胞因子的表达水平，调节免疫反应，增加对新生儿的保护[3]。此外，由于唾液酸分子的特殊结构，其形成的多肽结合体在通过消化道系统时不会被消化酶降解，并可通过消化道进入肠道，在肠道内，特定的唾液酸多肽结合体可与已经进入肠道内的毒素、致病菌及病毒粒子竞争性结合，从而阻止肠道致病菌、毒素及病毒粒子与肠道黏膜细胞的吸附[27]。

肠道微生物已被广泛证实在宿主健康中发挥着重要作用，从出生开始并持续到出生后的前2～3 年，婴儿肠道中的微生物组成和多样性变化较大，对婴幼儿的生长和发育极为重要[28-29]。与配方乳粉相比，母乳可以有利地改善婴儿的健康状况，如减少婴儿发生坏死性小肠结肠炎感染；唾液酸是肠道细菌增殖的营养来源，可以作为适应黏膜环境的肠道细菌的代谢底物，如拟杆菌和梭状芽孢杆菌[30]。唾液酸通过调节肠道菌群平衡降低了炎症疾病的风险[31]。游离唾液酸调节肠道微生态作用的报道较少，大多数报道是关于唾液酸低聚糖复合物可被肠道有益微生物（双歧杆菌）利用[32-33]。Lee等[34]证实婴儿肠道共生的双歧杆菌含有吸收和代谢游离唾液酸的基因簇。这为含双歧杆菌婴幼儿配方乳粉中潜在益生元的选择提供了依据。为了更好地评估游离唾液酸通过其对肠道菌群组成的影响从而对健康产生有益影响的潜力，还需要进一步的研究。

3 唾液酸的来源

唾液酸存在于多种动物源性食品中，然而在大多数含唾液酸的食物中，唾液酸的“动物”形式，即N-羟乙酰神经氨酸以相当大的比例存在[35]。如前所述，N-羟乙酰神经氨酸是一种饮食风险因素。目前已知唾液酸含量最高的食物是可食用燕窝，N-乙酰神经氨酸含量为7%～12%[36]。燕窝唾液中唾液酸含量高的原因是干燥的燕窝唾液中富含高唾液酸化黏蛋白糖蛋白[37]。婴幼儿唾液酸的最常见和最方便的营养来源是母乳，除了母乳之外，其他天然来源唾液酸在营养方面都有一个缺点，即通常会含有N-羟乙酰神经氨酸。因此，它们并不是富含唾液酸食品的理想来源，也不是分离纯化唾液酸的原料。牛酪蛋白肽可能是这一普遍规律的一个例外，它含有相对较高含量的N-乙酰神经氨酸[18]。牛酪蛋白肽由多种肽异构体和糖形式的糖肽混合物组成，但未检测出含有N-羟乙酰神经氨酸。

从分子角度来看，更经济的是通过酶合成法、化学合成法、微生物发酵法来获得纯N-乙酰神经氨酸[38-39]。从法规和安全性考虑，化学方法合成的唾液酸可能成为婴幼儿营养素的营养来源。酶合成是将丙酮酸钠和N-乙酰甘露糖胺经过唾液酸醛缩酶的催化合成出N-乙酰神经氨酸。此酶合成法转化率高、提取简单、得到的产品纯度高，但是合成过程复杂、成本高，并且唾液酸醛缩酶不易获得，这在一定程度上限制了生产规模的扩大。生物合成法是通过微生物大量合成聚唾液酸，然后将其水解制备单体唾液酸，是目前唾液酸生产的主要方法之一。通常聚唾液酸发酵选用的菌株为E. coliK1和E.coliK235，该方法具有原料廉价、反应条件温和、易于放大生产的优势，极具产业化前景。

4 唾液酸用于婴幼儿配方食品的安全性依据

婴儿期是出生后快速生长发育的关键期，需要足够的营养支持，但这一时期的器官组织尚未完全发育成熟，容易受营养素、环境等因素的影响。因此唾液酸在婴幼儿食品中的合理性与安全性非常重要。Choi等[40]进行了一项亚慢性饮食毒性研究，向小鼠饮食中添加含量高达1 895 mg/（kg·d）的唾液酸，对小鼠一般生长发育以及其后代没有产生不良影响，也没有观察到任何相关的副作用；在一系列体外基因毒性和致突变性实验中，唾液酸也是无基因毒性的。这些结果支持唾液酸在婴儿配方食品和食品原料中使用的安全性。美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）已批准唾液酸用于婴儿乳粉和普通食品，欧洲食品安全局也已批准唾液酸作为新食品原料，我国于2017将唾液酸列入新食品原料目录。

5 结 语

由于唾液酸及其衍生物对人类营养，尤其是婴幼儿的重要作用，唾液酸可能是迄今为止研究较为广泛的生物分子之一。然而，唾液酸在母乳中的游离形式及其潜在的营养作用长期以来一直被忽视。随着近年来对母乳成分研究的深入，唾液酸逐渐在国外婴幼儿食品中得到应用。美国FDA已于2016年批准唾液酸用于婴儿乳粉和普通食品，国内和欧洲，唾液酸目前也作为新食品原料在应用，但目前还无法在婴幼儿食品中使用。虽然唾液酸及其复合物加入到婴儿配方乳粉中是大势所趋，但唾液酸加入到婴儿配方乳粉的安全性评估和直接的生物功能证据需要进行更多研究，尤其是唾液酸单体对婴幼儿健康的影响需要更多的临床验证。