产品名称: 乳糖-N-四糖
英文名: Lacto-N-tetraose
中文别名: 乳糖基-N-四糖；乳糖-N-四糖-APD-KLH
英文别名: LNT；LNT-KLH；LCOSE4
Cas 号: 14116-68-8
产品编码:BP5475
分子式: C₂₆H₄₅NO₂₁
分子量: 707.632
来源:
化合物类型: 寡糖(Oligoses)

纯度: 95%~99%
分析方法: HPLC-DAD or/and HPLC-ELSD
鉴定方法: 质谱（Mass）, 核磁（NMR）
包装: 棕色小玻璃瓶，按客户需求包装。
存储: 贮存在避光密闭容器中，冷藏或者冷冻长期保存。
样品溶液最好临用新配。如果需要提前配制的话，最好分成独立包装冷冻保存（-20℃以下），临用前再取出解冻，通常可以保存2周。

可以满足克级以上大量需求，详情请咨询。

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乳糖-N-四糖的HPLC图谱

乳糖-N-四糖的核磁图谱

储存条件：短期保存 2~8℃，长期保存 -20 ~ -80℃

乳糖-N-四糖：人乳低聚糖核心结构的药理活性与临床应用前景

引言/概述

人乳被誉为婴儿营养的“金标准”，其独特的成分构成不仅提供了生长发育所需的能量与营养素，更蕴含着一类具有重要生物学功能的生物活性分子——人乳低聚糖（Human Milk Oligosaccharides, HMOs）。作为母乳中含量第三丰富的固体成分（仅次于乳糖和脂肪），HMOs在婴儿肠道健康、免疫系统发育及抗感染防御中扮演着不可替代的角色。在目前已鉴定的200余种HMOs中，乳糖-N-四糖（Lacto-N-tetraose, LNT）作为核心结构单元，占据着特殊的枢纽地位。

乳糖-N-四糖（CAS号：14116-68-8）是一种由半乳糖（Galactose）、N-乙酰氨基葡萄糖（N-Acetylglucosamine）和葡萄糖（Glucose）通过特定糖苷键连接而成的四糖分子。其化学结构为Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc，是I型HMOs（Type I HMOs）的典型代表。在母乳中，LNT不仅是含量最丰富的核心四糖之一，更是多种复杂HMOs生物合成的前体分子。研究表明，LNT在初乳中的浓度可达1-2 g/L，随着哺乳期的延长逐渐下降，但始终维持在具有生理意义的水平。

近年来，随着对HMOs研究的深入，LNT的生物学功能逐渐被揭示。从最初的益生元效应，到免疫调节、抗炎、抗病毒等多维度药理活性，LNT展现出超越传统营养素的治疗潜力。尤其值得关注的是，LNT已被多个国家和地区的监管机构批准作为婴儿配方奶粉的功能性添加成分，这标志着其从基础研究向产业应用的成功转化。然而，LNT在更广泛的临床场景中的应用，如成人肠道疾病、免疫相关疾病及感染性疾病的辅助治疗，仍处于探索阶段。本文将从化学结构、药理活性、作用机制及成药性等角度，系统综述LNT的研究进展，并展望其未来的临床应用方向。

化学结构与理化性质

分子结构特征

乳糖-N-四糖的分子式为C26H45NO21，分子量为707.63 Da。其结构由四个单糖单元通过β-糖苷键线性连接而成：非还原端的半乳糖（Gal）通过β1-3键与N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）相连，GlcNAc再通过β1-3键与半乳糖（Gal）连接，而还原端的半乳糖则通过β1-4键与葡萄糖（Glc）相连。这一结构骨架构成了I型HMOs的核心四糖单元，区别于以乳糖-N-新四糖（LNnT）为代表的II型HMOs。

从立体化学角度看，LNT中的所有糖苷键均为β构型，这种构型赋予了分子特定的空间构象。核磁共振（NMR）和分子动力学模拟研究表明，LNT在溶液中呈现较为刚性的延伸构象，其糖环之间的扭转角受到分子内氢键网络的稳定。这种构象特征对于LNT与受体蛋白的识别至关重要。

理化性质参数

LNT的理化性质决定了其在生物体内的行为模式。其LogP值为-5.0，表明该分子具有极高的水溶性，几乎不溶于有机溶剂。这一特性源于分子表面密集分布的羟基（21个氢键受体位点）和极性基团，拓扑极性表面积（TPSA）高达370 Ų。高极性和大分子量共同决定了LNT难以被动扩散通过生物膜屏障。

在稳定性方面，LNT在酸性环境中（如胃液pH 1-3）相对稳定，这得益于β-糖苷键对酸水解的耐受性。然而，在强酸或高温条件下，糖苷键可能发生断裂，导致结构降解。LNT在碱性环境中较为稳定，但在强碱条件下可能发生差向异构化或降解反应。在储存方面，LNT应避免高温和强光照射，推荐在-20°C干燥条件下长期保存。

光谱学特征

LNT的结构鉴定依赖于多种光谱学技术。红外光谱（IR）中，3400 cm⁻¹附近的宽峰对应O-H伸缩振动，1650 cm⁻¹附近的吸收峰对应酰胺I带（N-乙酰基的C=O伸缩），1550 cm⁻¹附近的吸收峰对应酰胺II带（N-H弯曲）。核磁共振氢谱（¹H NMR）中，异头质子信号出现在δ 4.4-5.2 ppm区域，其中β-构型的异头质子通常位于δ 4.4-4.7 ppm，而α-构型则出现在δ 5.0-5.2 ppm。质谱分析中，LNT的[M+Na]⁺离子峰出现在m/z 730.2，[M+H]⁺峰出现在m/z 708.2，通过串联质谱（MS/MS）可获得糖苷键断裂的特征碎片离子。

植物来源与提取方法

天然来源

LNT最丰富且最经典的天然来源是人乳。在哺乳动物乳汁中，HMOs的组成和含量存在显著的种属差异。人类乳汁中HMOs含量最高（5-15 g/L），而牛乳中HMOs含量极低（<0.1 g/L），且结构以II型为主。在人类中，LNT的含量受遗传因素（如Lewis血型系统和Secretor状态）影响，约80%的女性为“分泌型”（Secretor positive），其乳汁中LNT含量较高。

除人乳外，LNT在其他生物源中也有发现。某些哺乳动物（如黑猩猩、大猩猩）的乳汁中含有类似结构的HMOs。此外，部分微生物来源的糖苷水解酶可用于体外合成LNT，但天然提取仍主要依赖人乳。

提取与纯化技术

从人乳中提取LNT面临原料稀缺、成分复杂等挑战。传统的提取流程包括：脱脂、除蛋白、超滤/纳滤、活性炭柱层析、离子交换层析和制备型高效液相色谱（Prep-HPLC）等步骤。具体而言，人乳经离心脱脂后，加入有机溶剂（如乙醇）沉淀酪蛋白和乳清蛋白，上清液经超滤（截留分子量10 kDa）去除大分子蛋白和多肽。随后，利用活性炭柱层析富集低聚糖组分，再通过阴离子交换层析（如DEAE-Sephadex）去除酸性HMOs，最后通过凝胶过滤层析（如Bio-Gel P-2）或制备型HPLC（使用氨基柱或石墨化碳柱）分离纯化LNT。

然而，天然提取法产量极低（每升人乳仅可获得数十毫克纯品），难以满足研究和应用需求。因此，化学合成和酶法合成成为LNT规模化制备的主要途径。化学合成通常采用保护基策略，通过糖基化反应逐步构建四糖骨架，但步骤繁琐、产率低。酶法合成利用糖基转移酶（如β1-3-半乳糖基转移酶、β1-3-N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶）和糖核苷酸供体，在温和条件下高效合成LNT。近年来，利用工程化大肠杆菌或酵母菌株的发酵法生产LNT取得了突破性进展，通过代谢工程改造，使微生物以廉价碳源（如乳糖、葡萄糖）为底物，实现LNT的规模化生物合成。

质量控制

LNT的质量控制涉及纯度、结构鉴定和安全性评估。高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC-PAD）是分析LNT纯度的常用方法，可同时检测中性低聚糖和酸性低聚糖。质谱和核磁共振技术用于结构确证。在婴儿配方奶粉应用中，LNT的添加量通常为0.2-0.5 g/L，需确保不含内毒素、重金属和致敏蛋白。

药理活性研究

益生元效应

LNT最经典的生物学功能是作为益生元，选择性促进肠道有益菌群的生长。体外发酵实验表明，LNT可被双歧杆菌（如长双歧杆菌婴儿亚种、短双歧杆菌）和乳杆菌（如鼠李糖乳杆菌）高效利用，而致病菌（如大肠杆菌、沙门氏菌）对其代谢能力有限。这种选择性利用的分子基础在于：双歧杆菌基因组中编码了丰富的糖苷水解酶（如β-半乳糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶）和低聚糖转运系统，能够将LNT降解为单糖并进入中央代谢途径。

动物实验进一步证实了LNT的益生元效应。在新生仔猪模型中，补充LNT（1 g/L）可显著增加肠道中双歧杆菌的相对丰度，降低梭菌属和肠杆菌科的丰度，同时提高短链脂肪酸（尤其是乙酸和丁酸）的浓度。在无菌小鼠定植模型中，LNT的益生元效应依赖于特定菌株的存在，例如长双歧杆菌婴儿亚种ATCC 15697在LNT存在下可定植并产生抗炎代谢产物。

免疫调节作用

LNT对免疫系统的调节作用涉及先天免疫和适应性免疫两个层面。在先天免疫方面，LNT可直接与肠上皮细胞表面的模式识别受体（如Toll样受体TLR4、TLR2）相互作用，调节下游信号通路。研究发现，LNT可抑制脂多糖（LPS）诱导的TLR4活化，减少促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6、IL-8）的释放，同时促进抗炎细胞因子（如IL-10、TGF-β）的产生。这种调节作用在肠道炎症模型中尤为显著。

在适应性免疫方面，LNT可影响T细胞的分化和功能。体外实验显示，LNT可促进调节性T细胞（Treg）的分化，增加Foxp3表达和IL-10分泌。在小鼠过敏性气道炎症模型中，口服LNT可减轻气道嗜酸性粒细胞浸润，降低血清IgE水平，同时增加肺组织中Treg细胞的比例。此外，LNT还可调节B细胞的抗体类别转换，促进IgA的产生，这对于黏膜免疫防御至关重要。

抗炎作用

LNT的抗炎活性在多种炎症模型中得到了验证。在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中，口服LNT（100-500 mg/kg/天）可显著减轻体重下降、结肠缩短和组织病理学损伤。机制研究表明，LNT通过抑制NF-κB和MAPK信号通路的活化，降低促炎介质（如COX-2、iNOS、IL-1β、IL-6）的表达。在肠道上皮细胞系（如Caco-2、HT-29）中，LNT预处理可减轻TNF-α或IL-1β诱导的屏障功能损伤，增加紧密连接蛋白（如occludin、ZO-1）的表达。

值得注意的是，LNT的抗炎作用具有组织特异性。在巨噬细胞中，LNT可抑制M1型极化（促炎表型），促进M2型极化（抗炎表型），表现为CD86表达下降、CD206表达上升，以及精氨酸酶-1（Arg-1）活性增加。这种巨噬细胞极化调节作用在组织修复和炎症消退中具有重要意义。

肠道细胞反应调节

LNT对肠道上皮细胞的调节作用涉及增殖、分化和屏障功能。在肠上皮细胞系中，LNT可促进细胞迁移和伤口愈合，这一效应与表皮生长因子受体（EGFR）的磷酸化有关。在类器官模型中，LNT可调节肠道干细胞的分化方向，促进杯状细胞和潘氏细胞的分化，增加黏蛋白（MUC2）和抗菌肽（如溶菌酶、防御素）的分泌。

屏障功能是肠道健康的核心。LNT可增强肠上皮屏障的完整性，降低通透性。在Caco-2单层细胞模型中，LNT处理可增加跨上皮电阻（TEER），减少荧光素钠的通透率。这种屏障增强作用与紧密连接蛋白的重新分布和表达上调有关，可能通过激活蛋白激酶C（PKC）和AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号通路实现。

抗菌活性

LNT具有直接的抗菌活性，尤其是对某些肠道致病菌。研究表明，LNT可抑制幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）对胃黏膜上皮细胞的黏附，其机制在于LNT作为糖基类似物，竞争性结合幽门螺杆菌表面的黏附素（如BabA、SabA），从而阻断细菌与宿主细胞表面糖缀合物的结合。类似地，LNT可抑制空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni）对肠上皮细胞的黏附，降低感染风险。

此外，LNT可增强抗菌药物的效力。在体外实验中，LNT与抗生素（如万古霉素、环丙沙星）联用，可降低耐药菌株的最小抑菌浓度（MIC）。这种协同作用的机制可能涉及LNT对细菌生物膜形成的抑制，以及对细菌代谢状态的调节。

抗病毒活性

LNT的抗病毒活性主要针对肠道病毒和呼吸道病毒。在轮状病毒（Rotavirus）感染模型中，LNT可抑制病毒与宿主细胞受体的结合，减少病毒进入和复制。轮状病毒利用唾液酸作为受体，而LNT虽不含唾液酸，但可通过空间位阻效应干扰病毒与受体的相互作用。在诺如病毒（Norovirus）模型中，LNT可阻断病毒样颗粒（VLPs）与组织血型抗原（HBGAs）的结合，后者是诺如病毒进入宿主细胞的关键受体。

在呼吸道合胞病毒（RSV）模型中，LNT可减轻病毒感染引起的炎症反应和细胞病变效应。此外，LNT对流感病毒（Influenza virus）也表现出一定的抑制作用，可能通过干扰血凝素（HA）与唾液酸受体的结合实现。这些发现提示LNT在预防和治疗病毒性感染方面具有潜在价值。

作用机制与分子靶点

受体识别与信号转导

LNT的生物学功能始于其与细胞表面受体的相互作用。作为糖类分子，LNT可被多种凝集素样受体识别，包括C型凝集素受体（如DC-SIGN、甘露糖受体）、半乳糖凝集素（Galectins）和唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素（Siglecs）。其中，DC-SIGN（树突状细胞特异性细胞间黏附分子-3捕获非整合素）是LNT的重要靶点。LNT与DC-SIGN的结合可调节树突状细胞的成熟状态，影响抗原呈递和T细胞极化。

在肠道上皮细胞中，LNT可与半乳糖凝集素-3（Galectin-3）结合，后者是一种β-半乳糖苷结合蛋白，参与细胞黏附、增殖和凋亡的调节。LNT与Galectin-3的相互作用可激活下游信号通路，包括PI3K/Akt和ERK通路，促进细胞存活和屏障功能维持。

肠道微生物组调节

LNT通过调节肠道微生物组的组成和功能，间接发挥多种药理活性。LNT作为益生元，选择性促进双歧杆菌和乳杆菌的生长，这些有益菌可产生短链脂肪酸（如丁酸）、次级胆汁酸和色氨酸代谢产物（如吲哚-3-丙酸），这些代谢产物通过激活G蛋白偶联受体（如GPR41、GPR43）和芳香烃受体（AhR），调节宿主免疫和代谢。

此外，LNT可抑制致病菌的定植，通过竞争性排斥和直接抗菌作用减少病原体负荷。这种微生物组重塑效应在维持肠道稳态和预防感染中发挥关键作用。

表观遗传调控

近年来的研究表明，LNT可能通过表观遗传机制调节基因表达。在肠道上皮细胞中，LNT处理可改变组蛋白乙酰化水平，增加H3K27乙酰化（H3K27ac）在抗炎基因启动子区域的富集。这种表观遗传修饰可能通过调节组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的活性实现。此外，LNT可影响microRNA的表达谱，例如上调miR-146a（一种抗炎miRNA），从而抑制NF-κB信号通路。

成药性评价与药代动力学

成药性参数分析

基于经典的“类药五原则”（Lipinski规则），LNT的成药性面临挑战。其分子量（707.63 Da）超过500 Da，氢键受体数（21）超过10，LogP（-5.0）远低于理想范围（0-5），这些参数提示LNT的口服生物利用度可能较低。然而，对于作用于肠道局部的药物（如益生元、肠道抗炎药），这些参数并非绝对限制。LNT的TPSA（370 Ų）远高于140 Ų，表明其难以穿透细胞膜，但这也意味着LNT主要作用于肠道黏膜表面，全身暴露量低，从而降低了系统性毒性的风险。

在安全性评估方面，LNT表现出良好的安全性特征。计算机预测模型显示，LNT无肝毒性、无心脏毒性、无hERG抑制活性，Ames试验结果未知但基于其天然来源和结构特征，遗传毒性风险较低。在动物毒理学研究中，LNT的NOAEL（未观察到有害作用的剂量）在口服给药途径下超过5 g/kg/天，安全窗口较宽。

药代动力学特征

LNT的药代动力学研究主要集中于口服给药途径。由于LNT的高极性和大分子量，其在胃肠道中的吸收极为有限。放射性标记实验表明，口服LNT后，超过90%的剂量以原型形式到达结肠，仅有少量（<1%）被吸收进入体循环。这种低吸收特性使得LNT主要作用于肠道局部，而全身暴露量极低。

在结肠中，LNT被肠道菌群代谢，主要代谢产物为单糖（半乳糖、葡萄糖、N-乙酰氨基葡萄糖）和短链脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸）。部分LNT可被双歧杆菌摄取后以磷酸化形式进入细菌代谢途径。未被代谢的LNT随粪便排出体外。

在静脉注射途径下，LNT的分布容积较小，主要分布于细胞外液，半衰期约为30-60分钟。LNT在体内不被肝脏代谢，主要以原型经肾脏排泄。然而，静脉给药途径在LNT的临床应用中并不常见。

剂型与递送策略

鉴于LNT的口服生物利用度低，开发合适的剂型对于实现其治疗潜力至关重要。目前，LNT主要以粉末或溶液形式添加到婴儿配方奶粉中，剂量为0.2-0.5 g/L。对于成人应用，可开发肠溶胶囊或缓释制剂，以保护LNT免受胃酸降解，并实现结肠靶向释放。此外，纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒）可提高LNT的稳定性，并可能促进其与肠道黏膜的相互作用。

临床应用前景与展望

婴儿营养与肠道健康

LNT在婴儿配方奶粉中的应用已获得广泛认可。多项临床研究表明，添加LNT的配方奶粉可促进婴儿肠道双歧杆菌的定植，降低粪便pH值，增加短链脂肪酸浓度，减少致病菌（如大肠杆菌、艰难梭菌）的丰度。在安全性方面，LNT添加组婴儿的生长参数（体重、身长、头围）与母乳喂养组无显著差异，且不良事件发生率与标准配方组相当。

未来，LNT在婴儿营养中的应用可能进一步优化。例如，根据婴儿的遗传背景（如Secretor状态）定制LNT含量，或与其他HMOs（如2'-岩藻糖基乳糖、乳糖-N-新四糖）复配，以模拟母乳的HMOs组成。此外，LNT在早产儿营养中的应用值得探索，因为早产儿肠道菌群发育不成熟，对HMOs的需求可能更高。

成人肠道疾病

LNT在成人肠道疾病中的治疗潜力正在被探索。在炎症性肠病（IBD）模型中，LNT可减轻结肠炎症，促进黏膜修复。临床前研究提示，LNT可能作为IBD的辅助治疗手段，与标准治疗（如5-氨基水杨酸、抗TNF-α生物制剂）联用，提高疗效并减少副作用。在肠易激综合征（IBS）中，LNT的益生元效应和屏障增强作用可能改善腹胀、腹痛和排便异常等症状。

此外，LNT在预防和治疗抗生素相关性腹泻（AAD）中具有潜在价值。抗生素治疗常导致肠道菌群失调和艰难梭菌感染，LNT可通过促进双歧杆菌生长、抑制致病菌定植，降低AAD的发生风险。

感染性疾病

LNT的抗病毒和抗菌活性为其在感染性疾病中的应用提供了依据。在轮状病毒和诺如病毒感染的预防中，LNT可作为功能性食品成分，降低婴幼儿腹泻的发病率和严重程度。在幽门螺杆菌感染的根除治疗中，LNT可作为辅助治疗，提高根除率并减少抗生素耐药性的产生。此外，LNT在呼吸道病毒感染（如流感、RSV）中的预防作用值得进一步研究。

代谢性疾病

新兴研究表明，LNT可能对代谢性疾病具有改善作用。在肥胖小鼠模型中，LNT可减轻体重增加，改善葡萄糖耐量，降低血清内毒素水平。这些效应可能与LNT调节肠道菌群、增强肠道屏障功能、减少代谢性内毒素血症有关。在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中，LNT可能通过调节肠-肝轴，减轻肝脏炎症和脂肪变性。

挑战与未来方向

尽管LNT展现出广阔的应用前景，但仍面临若干挑战。首先，LNT的规模化生产仍存在成本问题，虽然微生物发酵法已取得进展，但与传统益生元（如低聚果糖、低聚半乳糖）相比，LNT的生产成本仍然较高。其次，LNT在成人疾病中的临床证据尚不充分，需要开展更多高质量的随机对照试验。此外，LNT的作用机制仍需深入研究，特别是其与宿主免疫系统的相互作用细节。

未来，LNT的研究可能向以下方向发展：开发新型生物合成工艺以降低成本；探索LNT与其他HMOs或益生菌的协同效应；利用组学技术（如宏基因组学、代谢组学）揭示LNT对宿主-微生物组互作的影响；开展针对特定疾病（如IBD、IBS、代谢综合征）的临床试验；开发LNT的衍生物或类似物，以增强其药理活性或改善药代动力学特性。

结语

乳糖-N-四糖作为人乳低聚糖的核心结构单元，其生物学功能已从传统的益生元效应拓展至免疫调节、抗炎、抗病毒等多维度药理活性。LNT通过调节肠道微生物组、与宿主受体相互作用、影响信号转导和表观遗传调控，在维护肠道健康和全身免疫稳态中发挥重要作用。其良好的安全性特征和低全身暴露特性，使其成为肠道局部作用的理想候选分子。

从婴儿配方奶粉的功能性添加到成人肠道疾病的潜在治疗，LNT的应用前景令人期待。然而，从基础研究到临床转化仍面临诸多挑战，包括生产成本、临床证据和机制阐明等。随着合成生物学技术的进步和临床研究的深入，LNT有望在精准营养和个性化医疗中占据一席之地，为人类健康做出更大贡献。正如人乳这一自然界的“完美食物”所启示的，LNT的研究不仅深化了我们对母乳成分生物学功能的理解，也为开发新型功能性食品和药物提供了宝贵的分子模板。