母婴唾液酸营养状况与婴儿精神发育系统综述

林咏惟,张 娜,2,周淑益,申贵元,曲 畅,宋咏烨,马冠生,2

(1.北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系,北京 100191;2.食品安全毒理学研究与评价北京市重点实验室,北京 100191)

唾液酸(sialic acid)是一族带负电荷的亲水糖分子,其基础化学结构具有9个碳原子骨架,且第1个和第5个碳原子分别与羧基和氨基连接[1]。唾液酸广泛存在人类、脊椎生物、高等无脊椎生物的多种组织器官中[1-2]。在人体内,唾液酸具有细胞信息传递和免疫调节等重要的生理功能,且相继发现唾液酸对各个组织器官所产生的健康相关效应[1,3-4]。N-乙酰神经胺酸(N-acetylneuraminic acid,Neu5Ac)和N-羟乙酰神经胺酸(N-glycolylneuraminic acid,Neu5Gc)是生物体中最常见的两种唾液酸衍生物。人体内的唾液酸主要是以糖蛋白、糖脂、唾液酸聚糖或游离唾液酸形式存在的Neu5Ac。

唾液酸及唾液酸聚糖在哺乳动物脑部及神经系统发育中起到至关重要的作用。神经节苷脂(ganglioside,GA)是一种含神经氨酸的糖脂,在神经细胞中分布最广,也占人类脑部900μg/g总唾液酸含量的75%,其表达兼具丰富性与复杂性,在细胞代谢和一系列神经发育机制如神经细胞分化、神经树突延长及突触形成中,扮演着不可取代的角色[5-7]。多聚唾液酸(polysialic acid,PSA)则可与神经细胞黏附分子(neural cell adhesion molecule,NCAM)连接,构成PSA-NCAM,负责调控细胞形态、细胞生长和细胞迁移,并持续对神经可塑性和认知功能起调节作用[7]。

唾液酸对新生儿脑部和神经发育具有重要意义,母亲的唾液酸营养状态,也可能对后代健康产生潜在影响,探讨母亲及新生儿的唾液酸营养状况及相关效应,对促进母婴双方的健康十分必要。因此,本文将综合近年来国内外相关文献,阐述唾液酸在婴儿神经发育中的作用,归纳孕期母体和母乳唾液酸水平变化及其影响因素,探索母体与新生儿唾液酸水平和生长发育情况间的潜在关联,评价唾液酸人群实验中产生的健康效应。

1 资料与方法

1.1 文献检索策略

所有文献来源于以下数据库:PubMed、Embase、Medline、Cochrane、中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)、万方数据知识服务平台(Wanfang Data)及中国医学文献数据库(China Biology Medicine disc,CBMdisc)。检索时间限定在2000年1月1日至2022年9月1日。唾液酸检索中文关键词包含:“唾液酸”“N-乙酰神经氨酸”“聚唾液酸”“多聚唾液酸”及“神经节苷脂”;检索英文关键词包含:“Sialic acid”“N-Acetylneuraminic acid (Neu5Ac)”“sialoconjugates”“polysialic acid”“ganglioside”。研究对象检索中文限定词为:“孕期”“孕妇”“胎儿”“婴儿”“新生儿”;英文限定词为: “pregnancy”“pregnant women”“fetal”“fetus”“infant”“infancy”“neonatal”。

1.2 文献纳入与排除标准

文献纳入标准:①2000年1月1日至2022年9月1日公开发表的中文及英文文献;②干预性实验的研究对象为人类孕妇或婴儿,实验组干预措施为唾液酸、唾液酸衍生物或唾液酸聚合物,采用随机对照双盲设计,具备完整的基线及结局指标数据。文献排除标准:①重复文献;②未完成或未发表的研究;③阅读标题或摘要后发现不符合主题的文献。

1.3 文献检索结果处理

基于前述检索词,从7个数据库中检索到唾液酸与母婴健康相关的中文及英文文献共4 039篇,经初步筛选,剔除重复、非中英文及明显不相关文献后,剩余959篇。再剔除研究质量不符合纳入标准文献,以及病例报告、会议摘要、综述、方法学等类型的文献,最终符合要求的文献共24篇。筛选流程见图1。

图1 文献检索筛选流程Fig.1 A flow diagram of literature inclusion and exclusion

2 结果

2.1 母体与新生儿唾液酸营养状况

在整个孕期内,唾液酸都对母亲与胎儿的健康具有重要影响。唾液酸处于宫颈黏液蛋白糖链末端的特殊位置,可通过增加宫颈黏液的黏稠度,在受孕过程中起辅助调控作用[8-9]。即唾液酸在孕前就已对母亲的生殖健康产生影响。

2.1.1 母体孕期唾液酸表达

胚胎作为携带外来遗传物质的移植物,需要建立母胎免疫耐受(maternal-fetal immunetolerance),方可免于母体免疫系统的攻击,在母体子宫内顺利植入并发育。此时,细胞表面的糖类,尤其是具有免疫调节功能的唾液酸及唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(sialic acid-binding Ig-like lectins,Siglecs),深度参与这一机制的建立[10-13]。母体孕期蛋白组学检测结果也显示,在整个妊娠期内Siglec-6的表达丰度较孕前呈现超出5倍的变化,孕早期胎盘Siglec-10表达丰度也有显著增加,佐证了其在免疫调节和胚胎发育等生理过程中的重要作用[11,14]。

魏学文[15]与Öztürk等[16]分别对比了健康未孕女性与孕晚期和不同孕期女性的血清和唾液中总唾液酸含量(total sialic acid,TSA),发现我国江苏省孕晚期女性血清和土耳其孕中期女性唾液TSA均显著高于未孕对照组。孕早期至孕晚期,母体血清和唾液的TSA整体呈上升趋势,如2013年,李海英等[17]测定了150名正常孕妇孕(20±2)周、孕(32±2)周及足月时的静脉血清TSA,结果依次为(1.68±0.01)mmol/L、(1.83±0.01)mmol/L和(2.25±0.007)mmol/L,TSA含量与孕周呈正相关。乔阳等[18]和Zhu等[19]也相继于2013年和2017年测得孕妇孕中期、孕晚期血清TSA显著高于孕早期水平。羊水中的TSA,尤其是α2-6连接复合唾液酸的表达量,从孕中期、孕晚期至围产期,整体也呈显著上升趋势[20]。

2.1.2 母体唾液酸水平与母乳及新生儿唾液酸水平的关联

经由胎盘和脐带,母体唾液酸可传输至胎儿体内,以满足胎儿发育,尤其是孕中期、孕晚期的胎儿脑部和神经组织发育所需。有研究采用酶联免疫吸附法(enzyme linked,immunosorbent assay,ELISA)或高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)检测并分析了母血TSA与新生儿脐带血TSA间的相关性,见表1。

表1 足月母血TSA与新生儿脐血TSA关系的研究Table 1 Researches on correlation between maternal serum TSA and cord blood TSA of full term newborn

2.1.3 母乳及婴儿配方奶粉唾液酸含量

围生期内,新生儿肝脏合成唾液酸的机制尚未发展完善,内源性唾液酸的分泌不足以满足生命早期发育所需,母乳则是新生儿摄入唾液酸的最佳及主要途径。人乳中富含多种低聚糖,而唾液酸正是母乳中重要的一类功能性低聚糖。此前研究提示,人乳TSA为0.3～1.6g/L,多以结合形式存在,其中约75%与低聚糖结合,余下部分多与蛋白质结合,仅约3%与GA结合或以游离态存在[24]。对比近年研究报告的不同阶段母乳及婴儿配方奶粉的TSA,总结见表2。

表2 母乳及婴儿配方奶粉中TSA (mmol/L)Table 2 TSA levels in breast milk and formula milk powder for infant (mmol/L)

2.2 唾液酸与新生儿生长发育

近年开展了多项关注唾液酸与人类新生儿智能及体格发育指标的关联性研究,这些研究多采用中国儿童发展中心制定的0～3岁婴幼儿智能发育量表作为评估工具,得出精神发育指数(mental deve-lopmental index,MDI)和运动发育指数(physical development index,PDI),仅有一项研究采用第三版贝利婴幼儿发展量表(Bayley Scales of Infant Development,Bayley-Ⅲ)。各研究结论见表3。

表3 母婴TSA与新生儿发育情况的关联性研究Table 3 Researchers on association between maternal TSA and neonatal neurodevelopment

2.3 唾液酸及其结合物干预与母婴健康

在以往基于动物模型的随机对照实验中,唾液酸及其结合物已在仔鼠和仔猪的脑部结构性指标和神经发育水平等方面表现出一定潜在效应。而在人群试验方面,GA已被广泛应用于新生儿缺氧性脑病的临床治疗中,相关研究较多,这些研究报告了GA独立或联合其它药物及疗法在治疗婴幼儿神经损伤中的有效性。唾液酸的临床应用还体现在新生儿的流感治疗中,奥司他韦(Oseltamivir)就是一种唾液酸水解催化剂的特异性抑制剂,也是临床上新生儿常用的一线抗流感病毒药物[31]。

2.3.1 双盲随机对照试验结果

母婴营养领域现有的干预研究采用的主要干预措施是乳脂球膜(milk fat globule membrane,MFGM)强化婴儿配方奶粉,其功能性成分复合乳脂(complex milk lipid,CML)中富含GA,采用常规婴儿配方奶粉作为对照,纯母乳喂养作为参照;主要研究对象为婴儿,仅有一项CML与母婴系列研究(complex lipids in mothers and babies,CLIMB)将孕早期孕妇作为干预对象,追踪其后代的生长发育状况。上述研究结果总结见表4。

表4 含GA强化奶粉与母婴健康双盲随机对照研究Table 4 Double blind randomized controlled studies on GA fortified milk powder and maternal and infant’s health

2.3.2 唾液酸摄入与婴儿精神发育证据评价

综合前述队列研究与随机对照研究的结果,对新生儿唾液酸摄入情况与智能发育水平进行关联证据等级评价,共纳入5项队列研究及 3项双盲随机对照研究,无meta分析或系统综述,评价结果见表5[17,19,21,28-30,32-34]。在队列研究和干预研究中,分别评估母乳唾液酸含量及含唾液酸强化婴儿配方奶粉干预与婴儿精神发育水平的关系,发现较高的母乳唾液酸水平或含唾液酸MFGM强化婴儿配方奶粉干预与婴儿精神发育水平具一定促进作用,证据等级为B。

表5 唾液酸与新生儿智能发育证据等级评价Table 5 Gradings of evidences on sialic acid and neonatal mental development

3 讨论

3.1 母体与新生儿唾液酸水平

在吴尤佳等[21]的研究中,高母血TSA组后代的脐血TSA显著高于低母血TSA组后代。此外,乔阳等[23]测量了母体胎儿间的唾液酸胎盘转运率,发现该值在0.16～0.76间波动。尽管检测方法与检测时点存在差异,但上述研究均未发现母血与脐血TSA存在显著正相关,研究者们就此总结出,胎儿脐血TSA波动范围显著低于母血TSA。综合本研究所纳入的研究结果,母体与胎儿间唾液酸的胎盘转运或存在动态平衡调节机制,但母体唾液酸营养状况仍对后代唾液酸营养状况存在一定影响趋势。

3.2 母乳与婴儿配方奶粉中的唾液酸

综述结果表明,随着月龄增加,从初乳、过渡乳至成熟乳,母乳TSA整体呈下降趋势,但母乳唾液酸含量显著高于牛乳和婴儿配方奶粉,且有研究比较母乳与婴儿配方奶粉中唾液酸的生物可利用度,发现初乳中唾液酸的生物利用度为(96±7)%,高于成熟乳的(72±5)%及婴儿配方奶粉的88%～93%[24]。

对于早产儿而言,维持良好的唾液酸营养状况对其后续脑部及神经发育则更为重要。2014年,华春珍等[37]对比早产儿及足月儿出生时的血清TSA,发现血清TSA与胎龄、出生体重均呈正相关关系,早产儿组的血清TSA[(26.6±7.5)mg/dL]显著低于足月儿[(29.8±9.3)mg/dL]。或是为了满足早产儿更为紧迫的发育需求,早产儿母亲的母乳唾液酸含量往往高于足月儿母亲,早产儿配方奶粉中的唾液酸含量也高于普通婴儿配方奶粉[24-25]。

受限于检测方法、调查人群、地域、奶粉品牌等因素,不同研究测得的唾液酸含量可比性有限,但各项研究均发现各阶段母乳的唾液酸含量高于同研究中婴儿配方奶粉的唾液酸含量。另有多项研究分析比较了母乳、牛乳及婴儿配方奶粉中的GA含量,发现母乳中的GA含量同样高于牛乳及婴儿配方奶粉[38-41]。

3.3 母乳唾液酸含量的影响因素

现有研究在调查母体及母乳唾液酸水平时,还分析了影响母体及母乳唾液酸含量的因素。以往研究总结出孕期内母体唾液酸含量总体呈现随孕周增长的趋势;哺乳期内,初乳唾液酸含量高于成熟乳,早产母乳唾液酸含量高于足月母乳。此外,有研究提示,母亲年龄、孕前BMI、分娩方式及其他环境与行为因素,均可能对母体和母乳唾液酸含量产生影响[42]。

乔阳[28]发现规律锻炼及良好的食欲均是孕早期血清、母乳唾液酸含量的促进因素,反之,围产期被动吸烟是母乳唾液酸含量的危险因素;膳食方面,孕中期维生素A、锰元素、红肉及牛乳摄入量较高的孕妇血清唾液酸含量更高。然而,2022年,Xie等[27]分析了乳母膳食唾液酸摄入与母乳唾液酸水平的关联,发现乳母产后不同时点的膳食唾液酸摄入量有差异,且不同时点母乳唾液酸水平均高于膳食摄入,但并未发现膳食唾液酸摄入与母乳唾液酸水平存在显著关联。

尽管人群的研究结果存在争议,仍有动物实验结果显示,孕期及围产期补充唾液酸对后代神经认知发育具有积极影响[43-49]。因此,膳食摄入对母体及后代的唾液酸营养状况及生长发育的影响,仍待后续深入研究探索。

3.4 唾液酸与新生儿生长发育

此前,研究者们已基于动物模型积累了大量有关唾液酸在哺乳动物脑部与神经发育中作用的研究证据。有研究指出,用富含唾液酸的母乳喂养对后代认知功能发育具有潜在的积极影响。2021年,Pisa等[50]报告,采用剔除唾液酸乳糖母乳喂养的小鼠成年后注意力、空间记忆力及工作记忆力均显著低于对照组,提示生命早期的唾液酸营养状况对个体认知功能可能具有长期影响。本研究纳入的多项关联性研究发现,母血、母乳或脐血TSA均可能与新生儿的神经运动发育及智能发育水平存在正相关关系。

在以含GA的MFGM为干预措施的干预实验中,则未报告干预对婴儿体格发育存在显著影响。其中,CLIMB研究仅发现,接受和未接受CML强化奶粉干预的孕妇在血清总GA上的差异,而或是由于前述胎盘对母婴唾液酸等营养素的动态调节作用,这一效应在其后代的脐血GA水平中则并未体现[35-36]。

干预对象为婴儿的3项研究均报告,干预组婴儿较对照组具有更高的血清GA水平,提示经膳食补充的GA能有效进入新生儿的血液循环,与早前的动物实验结果相一致,且动物实验发现补充唾液酸化乳寡糖(sialylated milk oligosaccharides)的仔猪脑部的神经递质含量显著增加,有利于神经发育,脑部代谢物比例改变显著,这可能是唾液酸及含GA的MFGM干预促进新生儿脑部发育及提升神经认知功能的潜在作用机制[51]。

近年一项动物实验结果提示,大鼠孕期补充Neu5Ac,可提升子代学习与记忆能力[52]。而在新生儿认知功能发育方面,Timby等[33]和江博文[34]均采用Bayley-Ⅲ量表,评估婴儿12月龄时的认知发育水平,两项研究干预组的认知相关指标均显著高于对照组。江博文[34]则报告,干预组较对照组具有更好的短期记忆能力,以及更高的社会情感和一般适应性得分。Gurnida等[32]则发现,接受GA强化奶粉干预的婴儿较对照具有更高的手眼协作智力商数(intelligence quotient,IQ)、表现IQ及一般IQ。然而,在与母乳喂养参照组进行对比时,上述各项研究的干预组都并未表现出更高的认知发育水平。值得留意的是,现有MFGM干预研究中,Gurnida等[32]与CLIMB研究均声明接受某新西兰乳品企业的产品、经费与技术人员资助,江博文[34]也采用了同一企业产品进行干预。

人乳、动物乳及婴儿配方奶粉中GA构成不同,可能是母乳喂养婴儿与婴儿配方奶粉喂养婴儿在生长发育层面差异的原因[37]。人乳中70%～90%的GA是结构简单的神经节苷脂GD3和神经节苷脂GM3,也是胚胎期脑部表达的两种主要GA,而哺乳动物乳及婴儿配方奶粉中的GA以GD3为主,GM3含量较低[37,40,53-54]。提示在生命早期的神经发育关键阶段,富含唾液酸且GA构成适应婴儿所需的母乳,仍是婴儿的理想的营养来源。

3.5 结论

孕期母体唾液酸水平整体随着孕周增长呈显著上升趋势,但是由于胎盘的调控作用,母体血清TSA与后代脐血TSA无显著相关性。但若干研究结果表明,母体血清TSA或母乳TSA与后代生长发育发育指标(MDI、PDI),呈正相关关系。因此,有必要重视孕期的唾液酸营养状况,孕妇规律锻炼、摄入红肉等富含唾液酸的食物或补剂,或有助于促进母体血清和母乳TSA水平。

也有研究者对唾液酸在母婴中的营养应用展开了探索,以GA含量更高的MFGM强化奶粉作为干预措施,且仅在与常规婴儿配方奶粉比较时,对婴儿血清GA和部分认知相关指标表现出改善与提升的效应,而与接受母乳喂养者无显著差异,这可能是由于母乳的唾液酸相关营养素比例优于动物乳和婴儿配方奶粉,生物利用度较高,更适应后代生长发育所需。因此,后续仍应关注母乳唾液酸含量的膳食影响因素。

但是,现有双盲随机对照研究多在利益相关企业资助下开展,资助内容包括资金、技术人员及干预产品。从利益相关方角度出发,积极的干预结果有利于相应产品的推广应用,结合学术界普遍存在的发表偏倚效应,即更倾向于发表阳性研究结果,故仍需开展更多研究以评估唾液酸及GA等唾液酸结合物干预对新生儿生长发育的全面影响。