《Journal of Dairy Science》：Estimating the Within-herd Transmission Rate of Highly Pathogenic Avian Influenza H5N1 Virus in a Dairy Herd using an Approximate Bayesian Computation Approach
编辑推荐：
神经酰胺磷酸酯（Sphingomyelin, SM）是人乳（Human Milk, HM）中一种营养重要的极性脂质，对婴儿神经发育至关重要。其消化主要由远端肠道中的碱性神经酰胺磷酸酯酶（Alkaline sphingomyelinase, Alk-SMase）
神经酰胺磷酸酯（Sphingomyelin, SM）是人乳（Human Milk, HM）中一种营养重要的极性脂质，对婴儿神经发育至关重要。其消化主要由远端肠道中的碱性神经酰胺磷酸酯酶（Alkaline sphingomyelinase, Alk-SMase）介导，但其在上部胃肠道的初始去向尚不明确。研究人员采用一种模拟胃和近端肠道条件的体外消化模型，并补充神经酰胺磷酸酯酶，比较了人乳与3种市售婴儿配方奶粉（Infant Formulas, IFs）之间SM和甘油磷脂的消化率。使用超高效超临界流体色谱-四极杆飞行时间质谱（UPC2-Q-TOF-MS）进行脂质组学分析，并使用31P-核磁共振（31P-NMR）进行组成分析。结果表明，SM在上部胃肠道消化过程中非常稳定，在人乳中水解仅限于约4%，在IF-1中高达约16%。相反，甘油磷脂，特别是磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine, PC），表现出广泛的水解（>88%）。共聚焦激光扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM）表明，人乳中天然的乳脂肪球膜（Milk Fat Globule Membrane, MFGM）结构有助于其极性脂质相较于婴儿配方奶粉中更易接近的磷脂结构具有更高的稳定性。这些发现突出了上部肠道中极性脂质消化率的差异，并强调了在婴儿配方奶粉设计中利用模拟MFGM的结构来调节早期脂质消化的潜在作用。
论文解读：人乳与婴儿配方奶粉中极性脂质在上消化道中的消化行为研究
研究背景与意义
人乳被认为是婴儿最优的营养来源，提供宏量营养素和生物活性成分以支持生长、免疫功能和认知发育。脂质约占婴儿能量摄入的40%–55%，其中虽以三酰甘油（Triacylglycerols, TAGs）为主，但微量极性脂质包括磷脂和鞘脂（如神经酰胺磷酸酯，Sphingomyelin, SM）因其显著的生理作用日益受到关注。SM是人乳中占主导且功能重要的鞘脂，主要位于包裹脂肪液滴的乳脂肪球膜（Milk Fat Globule Membrane, MFGM）的三层结构中，是胆碱的关键来源，支持神经发育、髓鞘形成和肠道健康。尽管其营养重要性已被确立，但SM在婴儿体内的消化历程仍不完全清楚。其主要的酶促裂解由碱性神经酰胺磷酸酯酶（Alkaline sphingomyelinase, Alk-SMase）催化，该酶在远端回肠和结肠的碱性环境中具有最佳活性。这一生理特点对标准的体外消化模型提出了挑战，因为后者通常聚焦于上部肠道的TAG脂解，且常省略鞘脂代谢特异性酶。因此，SM和甘油磷脂在消化初期（进入胃肠道时的稳定性和早期水解）在人和婴儿配方奶粉（Infant Formulas, IFs）之间的系统性比较尚属空白。这种认知缺口限制了对脂质结构和整体配方特征差异如何影响SM和其他极性脂质在关键消化初期的生物利用度的理解。研究人员假设，由于其结构差异，SM和甘油磷脂在上部胃肠道会表现出不同的消化命运，且人乳天然的界面架构将比婴儿配方奶粉中加工后的基质赋予脂解更大的抵抗力。该研究旨在调查上部胃肠道中SM和甘油磷脂的初始消化行为，为先进婴儿配方奶粉设计中考虑脂质结构组织提供科学依据。该论文发表在《Journal of Dairy Science》。
主要关键技术方法
研究人员采集了中国无锡8名健康、营养良好母亲捐赠的成熟人乳，混合成池样；同时购买了3种市售婴儿配方奶粉（IF-1、IF-2、IF-3）。采用优化的体外动态消化模型模拟上部胃肠道（胃相和近端肠相）条件，并在肠相中添加细菌神经酰胺磷酸酯酶以评估潜在早期水解。通过Folch法提取总脂质，固相萃取（SPE）纯化极性脂质。使用31P-核磁共振（31P-NMR）分析极性脂质组成；利用超高效超临界流体色谱-四极杆飞行时间质谱（UPC2-Q-TOF-MS）进行脂质组学分析以识别和定量极性脂质分子物种；通过高效液相色谱（HPLC）分析TAG脂解程度（Lipolysis Degree, LD）；使用激光衍射和动态光散射测量消化物粒径分布及zeta电位；采用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察消化过程中的微观结构变化。所有实验至少进行3次独立重复，数据以均值±标准差表示，并进行统计学分析（One-way ANOVA及Duncan多重范围检验）。
研究结果
极性脂质组成（Polar lipid composition of human milk and infant formulas）
初始极性脂质谱分析显示，IF-2因添加了磷脂而具有最高的总磷脂含量（15.1 mg/g脂质），人乳为8.3 mg/g，与IF-1（8.9 mg/g）和IF-3（7.0 mg/g）相似。SM绝对含量在IF-2中最高（3.8 mg/g），超过人乳（2.5 mg/g），IF-1和IF-3较低（约2.1 mg/g）。SM在总极性脂质中的相对比例在人乳和IF-3中约为30%，在IF-1和IF-2中较低（约24%–25%）。甘油磷脂组成也存在差异，PC是所有IF中的主导极性脂质，而在人乳中SM和PC含量更为接近。脂质组学分析表明，人乳富含特定的长链SM物种，尤其是SM d18:1/24:1（占其SM库的17.9%），而IFs的SM库以SM d18:1/23:0和SM d18:1/22:0为主，反映了其牛乳来源。
三酰甘油脂解（Triacylglycerol lipolysis）
在整个消化过程中监测了核心TAG的水解。在胃阶段，LD稳步增加，人乳显示出最高的终末胃LD（约19.6%），可能由于存在内源性胆盐刺激脂酶。IFs也表现出高胃脂解，这是其较小的初始液滴尺寸提供更大表面积所致。进入肠阶段后，由于胰脂肪酶和胆盐的共同作用，所有样品的LD急剧增加。在120分钟肠消化结束时，LD值在73%至78%之间达到平台期，人乳和IFs之间无统计学显著差异（P > 0.5），表明尽管存在初始结构差异，但在该模型条件下引入胰酶后，TAG水解的总程度相似。
极性脂质的消化与稳定性（Digestion and stability of polar lipids）
极性脂质的命运与TAGs形成鲜明对比。在胃阶段，所有样品的总极性脂质含量（不包括溶血磷脂）保持稳定。在肠阶段，总极性脂质含量减少但程度不同：人乳减少最小（约48%），IF-1减少最大（约66%）。SM含量变化显示，在胃消化期间，IF-1的SM含量显著下降（P < 0.05），而人乳、IF-2和IF-3保持相对稳定。在肠阶段，人乳和婴儿配方奶粉中的SM含量开始下降。消化结束时，IF-1的降低最大（约15.8%），其次是IF-2（约6.7%）和人乳（约4.0%），IF-3无变化。
消化过程中神经酰胺磷酸酯和甘油磷脂的分子物种变化（Molecular-species changes of sphingomyelin and glycerophospholipids during digestion）
脂质组分析进一步揭示了消化过程中SM和甘油磷脂分子物种谱的变化。对于SM，IFs的主要分子物种为d18:1/16:0、d18:1/22:0、d18:1/23:0和d18:1/24:0，而人乳还含有较高比例的d18:1/24:1。消化过程中，各样品中单个SM物种的相对比例发生偏移，长链SM物种（如d18:1/22:0和d18:1/23:0）在肠阶段的相对丰度降低，d18:1/16:0变得更为突出；人乳中d18:1/24:1在消化后也下降，而d18:1/24:0保持相对稳定。对于甘油磷脂，在这些极性脂质的水解导致了相应的溶血磷脂产物（LPC和LPE）的显著增加。分子谱显示，不饱和PC物种（如PC 16:0/20:4）比饱和对应物（PC 16:0/16:0）水解更快，形成的主要溶血磷脂为LPC 16:0/0:0，表明偏好在sn-2位置裂解。
消化过程中的微观结构变化（Micro-structural changes during digestion）
脂质液滴的物理状态在消化过程中显著改变。人乳脂肪球初始体积加权平均粒径（D4,3）为4.68 μm，远大于IFs中的亚微米液滴（0.80–1.33 μm）。胃消化期间，由于液滴聚结和絮凝，粒径增大，IF-1聚集最显著。肠阶段，所有样品的粒径进一步增加，达到16.6至22.6 μm，因为胆盐和脂解产物导致大的混合胶束和囊泡结构形成。Zeta电位测量显示，所有样品初始带负电荷，肠消化过程中电位变得更负，这是由于阴离子游离脂肪酸积累和胆盐吸附到颗粒表面驱动。CLSM显示，起始（G0）时人乳呈现大的球形球状结构，界面染色清晰；IFs显示更小、结构不太明显的液滴。消化进行时，最初球形结构变形并聚集；到肠阶段后期（I120），原始球状结构大多消失，被含有脂质物质的大而不规则聚集体取代。值得注意的是，NBD-SM（标记SM）的荧光信号在聚集体中相对持久，即使在I120时也是如此，而NBD-PC（标记PC）的信号相当减弱，从视觉上证实了SM相对于PC具有更高的稳定性。
讨论与结论总结
讨论部分指出，该研究最显著的发现是SM在模拟上部胃肠道消化中对水解的显著抵抗性，这与已知的SM消化部位特异性一致，即主要的内源性SM消化酶Alk-SMase在远端小肠和结肠的碱性环境中最优。除了生化解释，SM的物理性质（如较高的相变温度、强分子间相互作用形成的紧密堆积脂质域）也有助于其消化抵抗性，可能形成脂筏状结构并产生空间位阻，从而减少消化液和酶的接近。这种稳定性意味着SM可能在上部肠道主要以完整形式发挥局部效应（如影响肠道屏障功能），并将其生物活性代谢物（神经酰胺、鞘氨醇）的释放延迟到远端肠道。甘油磷脂（特别是PC）的广泛水解与SM的稳定性形成鲜明对比，突显了不同极性脂质类的不同代谢途径，模型中的胰蛋白酶含有磷脂酶A2，可轻易水解PC和PE。大量溶血磷脂（尤其是LPC）的形成在营养上很重要，因为它们是长链多不饱和脂肪酸跨肠黏膜的有效载体。关于脂质架构的作用，人乳中天然MFGM的三层结构（SM和胆固醇形成有序脂质微域“脂筏”）赋予刚性和减少酶接近性，研究人员的CLSM观察和人乳中较低的极性脂质水解支持了这种天然架构的保护作用；相反，IFs中的极性脂质通常以较不有序的单层排列稳定油水界面，似乎更易被磷脂酶A2以及有限程度的神经酰胺磷酸酯酶接近，导致更高水解。研究局限性包括未涉及胆固醇（与SM相互作用的关键物质）数据，以及体外模型未涵盖远端肠或结肠阶段；此外，所比较的婴儿配方奶粉在脂质来源、乳化剂/极性脂质成分和加工历史等多个维度同时不同，无法严格分离界面结构效应与整体配方组成效应。
结论部分总结：该研究表明了上部胃肠道中极性脂质之间的对比消化行为。具体而言，神经酰胺磷酸酯（SM）表现出显著的稳定性，水解极小（在人乳中限于约4.0%），这与其在远端肠道靶向的生理消化部位一致。相反，甘油磷脂，特别是磷脂酰胆碱，在胃和近端肠条件下经历快速且广泛的降解。此外，脂质组学分析显示，不同的SM分子物种固有地抵抗界面脂解，而甘油磷脂高度敏感。通过将化学变化与物理状态联系起来，微观结构分析确定人乳中的天然乳脂肪球膜（MFGM）架构比许多商业婴儿配方奶粉中发现的加工、蛋白质主导的界面赋予极性脂质消化更大的抵抗力。这些不同的消化命运强调，膳食极性脂质的营养递送和功能不仅取决于其总浓度，还关键取决于其特定分子物种和结构呈现。因此，未来先进婴儿配方奶粉设计的策略应优先考虑模拟天然MFGM的复杂组成和结构矩阵，以有效调节关键生物活性脂质的时空消化和生物利用度。
