突破益生元瓶颈，合成糖登场！开启犬猫精准营养新篇章！

近年来，宠物营养领域日益重视“肠道健康”与“微生态调节”的研究。犬猫作为人类重要的伴侣动物，其肠道菌群结构及代谢状态与整体健康息息相关——从腹泻、IBD、抗生素后菌群失衡，到体重控制、免疫调节，肠道微生态都扮演着关键角色。

在传统宠物食品中，低聚糖类等已作为益生元广泛使用，但仍存在结构单一、靶向性差、对病原菌无选择性等缺陷。因此，能否引入结构更复杂、代谢更可控、能精准调节菌群的新型糖类，成为下一个关键方向。

本文所介绍的合成聚糖（Synthetic Glycans, SGs）不仅在小鼠模型中表现出优秀的抗炎与抗感染能力，更在菌群调控方面展现高度选择性与安全性，未来有望成为宠物食品中功能性益生元的新一代核心添加剂。

 

1研究背景：微生态干预的“糖”新路径

 

肠道菌群作为人体重要的“第二基因组”，其代谢产物与组成结构深刻影响宿主的免疫、代谢与神经系统健康。已有研究表明，不同菌属对碳源利用能力的差异构成了微生态稳定的基础，而膳食糖类（如低聚糖、膳食纤维）因能选择性促进有益菌生长，被广泛作为益生元用于肠道干预。

 

但传统天然糖类也存在以下局限：  成分来源不稳定，季节和地域差异大;  结构较为简单，难以精准调控菌群;  易被致病菌利用，存在潜在安全隐患。

 

因此，研究团队提出：通过合成结构复杂、连接方式多样的“合成聚糖” ——（ Synthetic Glycans，SGs），以精准调控菌群结构，实现靶向微生态干预。

 

2研究设计：从高通量筛选到动物验证

 

研究团队合成并筛选了653种结构多样的SGs，与110种商业可获得的参考糖类（如FOS、GOS、XOS等）进行比较分析，构建了一个系统的实验平台：

图1/分析流程以及糖基组成和发酵动力学的描述

 

3主要实验包括

1体外厌氧发酵：评估糖类的发酵速率、代谢产物、气体产量、pH变化

2代谢组学/菌群测序：评估SCFA生成、Shannon指数、NMDS聚类等

3结构分析：聚合度（DP）、连接键类型、单糖种类

4动物模型验证：DSS诱导的溃疡性结肠炎、艰难梭菌感染小鼠模型

5结构分析：复杂的合成糖类具备独特的发酵特征

 

研究重点筛选了两种代表性合成糖：BRF（基于葡萄糖）和BQM（基于葡萄糖+半乳糖），进行深入分析：

1平均聚合度分别为11.3和10.9

2连接键包括1,2-、1,3-、1,4-、1,6-等多种方式

3含有19%（BRF）和14%（BQM）以上的支链单元

4结构多样性显著高于参考糖类，且低单体含量（＜2.2%）

这类复杂结构导致其发酵速率更缓慢、产气更低，有望提高临床耐受性。

 

4体外发酵结果：改变菌群结构、增强代谢功能

在厌氧粪菌体外发酵系统中，SGs显示出如下优势：

1SGs可显著提升丙酸和丁酸等短链脂肪酸（SCFA）产量

2发酵SGs产生的气体速率低于参考糖类，提示更好的耐受性

3BRF与BQM显著提高菌群的多样性与物种丰度

4NMDS分析显示SGs显著改变菌群结构，且差异性高于参考糖类

5K均值聚类进一步确认SGs能诱导特异菌群组合，支持其精准调控潜力

 

图2/聚糖对粪便群落代谢输出和分类组成的影响

 

增强菌群多样性与物种丰富度：

1多数SGs不能支持Klebsiella pneumoniae和Enterococcus faecium的生长，最大OD600显著低于参考糖类

2在模拟病原菌定植的粪便共培养体系中，BRF和BQM显著降低三种病原菌的相对丰度

3FOS 组未显示类似抑制效果

4结果提示 SGs 具备 不利于条件致病菌扩张的选择性碳源特性，可能用于耐药菌去定植策略

 

图3/纯培养物中的肠道病原体生长和在聚糖上生长的粪便群落中的相对丰度

 

5动物实验证实：有效缓解肠炎和艰难梭菌感染

DSS诱导小鼠结肠炎模型

1在DSS结肠炎模型中，BRF显著改善体重下降、粪便评分、内镜及组织病理评分，疗效优于FOS

2在艰难梭菌感染模型中，BRF和BQM均能提升小鼠生存率，改善临床评分

3FOS组未见显著效果

4结果表明，合成糖BRF和BQM在炎症性肠病与感染模型中具良好保护作用，且可替代或辅助抗生素使用

 

图4/DSS结肠炎和艰难梭菌感染小鼠模型中的聚糖效应

 

艰难梭菌感染模型

1BRF和BQM无法作为C. difficile的有效碳源，不利于其生长

2在感染模型中，BRF和BQM可显著缓解症状、提升生存率，效果接近甚至优于万古霉素

3BQM疗效优于FOS，表现为更少体重损失、更高存活率和更佳临床评分

4合成糖类通过重塑菌群实现保护作用，为耐药感染提供了微生态替代干预路径

 

6总结

本研究首次系统评估了合成糖类对肠道菌群的影响及其治疗潜力，结果显示：

1SGs可精准调节肠道菌群结构和代谢功能，具高度可控性

2BRF与BQM显著增加抗炎菌属（如Roseburia、Parabacteroides等

3SGs在小鼠模型中有效缓解IBD和艰难梭菌感染相关症状

4相比活菌类干预，SGs不依赖菌株定植、剂量一致性好、生产稳定

5未来可进一步探索其在肿瘤、脂肪肝、感染控制等疾病中的微生态调节潜力

 

7拓展思考：合成糖如何走进宠物食品

鉴于本研究中BRF、BQM等SGs在调节菌群、提升SCFA、抑制致病菌等方面的多重优势，未来可考虑将其开发为宠物犬猫食品中的功能性添加剂，应用场景包括：

1处方食品配方优化：用于腹泻、IBD、抗生素后恢复期犬猫

2功能罐头与主粮升级：替代FOS等传统益生元，提升调控精准性

3益生菌协同产品开发：增强定植率、改善菌群结构

4老年、体弱动物营养支持：低产气、高耐受性，适合敏感个体

 

若将SGs应用于犬猫配方食品中，需进一步开展如下研究工作：

1宠物专属体外发酵系统构建

2适口性、安全性、长期适应性评价

3临床腹泻模型验证

4与现有益生元、益生菌联合配伍评价

合成糖类技术为“精准营养”时代的宠物食品研发提供了新思路，或将在未来成为连接微生态调节与慢病管理的重要纽带。

 

需要注意的是，目前大多数合成糖类尚未被纳入我国《饲料原料目录》或《宠物食品添加剂目录》，因此其在宠物食品中的应用尚需完成法规合规注册流程。此外，由于犬猫为特殊伴侣动物，其肠道结构、代谢特性与人类存在差异，仍需开展系统的安全性、适口性、剂量响应、长期摄入耐受性与功效验证，为后续产业化应用奠定科学依据与法规基础。

 

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

引用期刊：《Nature Communications》，2022年第13卷第1244号