編者按
在嬰幼兒發育的關鍵期，營養攝入起著至關重要的作用。母乳被公認為嬰兒營養的“黃金標準”，但當母乳喂養不可行時，配方奶粉是毋庸置疑的替代選擇。然而，如何準確模擬腸道對不同配方奶的吸收和代謝效果，一直是乳企面臨的重大挑戰。
2026年2月25日，Nature子刊《npj Science of Food》上發表了一項突破性研究成果，通過構建小腸類器官（SIOs）消化與吸收模型，首次系統比較了人小腸類器官與傳統Caco-2細胞模型在模擬嬰兒配方奶粉和母乳營養吸收方面的性能差異，確立了小腸類器官可作為研究營養吸收和毒理效應的優質模型，并為優化嬰兒配方奶粉加工工藝提供了科學依據。結果顯示，小腸類器官模型在區分不同樣本、富集生長發育相關通路方面表現出更高的分辨率、更接近人體腸道生理的特征。
目前，環特已建立基于斑馬魚模型的10余種奶粉營養功效與安全性評價模型，類器官相關奶粉評價模型正在建立中，歡迎有需要的客戶垂詢！
01、研究亮點
首次證明了小腸類器官在模擬嬰兒腸道對配方奶粉/母乳的復雜生理反應方面，其敏感性、分辨率和生理相關性均顯著優于傳統的Caco-2細胞模型；
比較了不同品牌奶粉及加工工藝（干法、單步濕法、兩步濕法），揭示了生產工藝對腸道生物學效應的影響；
發現采用兩步濕法工藝的配方奶粉（IFC）在處理的小腸類器官中，顯著富集了氧化應激和對外源毒性物質反應的基因通路，并伴隨特定脂質過氧化終產物的積累，表明該工藝可能帶來更高的氧化損傷風險；
在分子層面證實了母乳具有區別于所有測試配方奶粉的獨特代謝特征，同時所有配方奶粉均能共同上調與生長發育相關的核心通路，為配方奶粉的改良提供了方向和基準。
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02、主要研究成果
1. 構建體外消化與吸收模型
研究團隊通過人胚胎干細胞（hESCs）定向分化，成功構建了人源小腸類器官 (SIOs)消化吸收模型，模擬吸收細胞、杯狀細胞等多種腸道上皮細胞，可以有效再現營養物質吸收過程中人類腸道的結構和功能特征，并通過形態學染色和免疫組織化學進行了全面驗證，發現其具有完整的腸上皮結構、細胞連接和增殖/干細胞區域，更真實地模擬了人類小腸的生理狀態。
隨后，利用這兩種模型，對三種采用不同工業加工工藝的嬰幼兒配方奶粉品牌(IFA、IFB和IFC，即干法、單步濕法、兩步濕法)及母乳樣本進行了體外消化實驗，并將消化產物分別作用于小腸類器官和Caco-2細胞模型，進行轉錄組測序分析。
圖2
2. 腸道類器官模型優于Caco-2細胞模型
為了比較腸道類器官模型與Caco-2模型的性能，研究人員對RNA測序數據進行了分析。結果顯示，與Caco-2細胞相比，腸道類器官模型層次聚類更準確、差異表達基因數量更多，且在區分不同樣本、富集生長發育相關通路，如在胚胎形態發生、胚胎器官發育、組織形態發生等方面表現出更高的分辨率和更接近人體腸道生理的特征。因此，腸道類器官在模擬嬰兒腸道對配方奶粉/母乳的復雜生理反應方面，其敏感性、分辨率和生理相關性均顯著優于傳統的Caco-2單層細胞模型，更適合研究復雜的營養效應研究。
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3. 嬰兒配方奶粉與母乳的整體特征差異
通過對差異顯著表達基因(DEGs)的分析，研究人員發現配方產品與母乳在代謝反應方面總體上具有相似性，大多數基因在各組間共享。進一步分析揭示了其關鍵差異：IFC特有的差異表達基因在生長發育和毒理學通路中富集比例更高；纖毛相關通路在IFA和IFB中顯著正富集；脂質相關通路在IFA和IFB中強正富集，而母乳和IFC相對較弱。這些結果表明，加工工藝可能影響配方奶粉的功能特性。
圖4
4. 不同配方奶粉的共性與特性
通過識別DEGs來觀察不同配方奶粉的分子特征發現，133個共同上調的差異表達基因和34個共同下調的差異表達基因，富集于組織發育、脂質代謝調節、細胞連接組裝和MAPK信號通路等關鍵發育過程。所有配方奶粉處理均能上調激活這些基礎通路。然而，盡管不同配方品牌的奶粉均富含對生長發育很重要的通路，但獨特的基因表達模式反映出它們各自獨特的營養成分構成機制。
對特定品牌DEGs的通路富集分析，揭示了不同配方品牌的不同營養效應。IFA（干法工藝）奶粉，在脂質生物合成和細胞連接組裝通路方面較為豐富，其核心基因為ACLY、MLXIPL、SH3BP1、VCL；IFB（單步濕法工藝）奶粉，則側重于纖毛組裝和細胞連接和氨基酸代謝等，其核心基因為BBS4、SH3BP1、VCL；IFC（兩步濕法工藝）奶粉，則側重于分泌作用、免疫負調控和細胞周期等，其核心基因為NR1H4、ELF4、CLCA1、LYZ，這突顯了各配方奶粉品牌之間在營養和功能特性上的顯著差異。
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5. 兩步濕法工藝的潛在毒理學風險
嬰兒配方奶粉的加工過程可能產生潛在有毒物質，如脂質氧化產物等。IFC（兩步濕法工藝）表現出顯著更高的毒物反應和氧化應激敏感性。GSVA(基因集變異)分析顯示，IFC對有毒物質和氧化應激的敏感性較高。非靶向代謝組學證實，IFC組中特定脂質過氧化終產物顯著積累，如13-HODE、4-羥基己烯醛和異前列烷衍生物等。與IFA和IFB相比，IFC上調了涉及細胞因子和趨化因子的炎癥通路，這可能與有毒物質引起的應激有關。RT-qPCR驗證了氧化應激相關基因的基因表達水平與測序結果一致。
這些結果表明，IFC對有毒物質和氧化應激的反應比IFA和IFB更為強烈，表明可能存在潛在的毒性效應。盡管IFA和IFI在毒理學效應方面并無顯著差異，但進一步分析發現，IFA能增強離子和有機酸轉運功能，而IFB則能促進與細胞外基質相關的活動。
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近年來，環特生物深耕健康美麗產業，開創性地提出“循證功效”研究理念，并自主建立了以細胞、類器官、斑馬魚、哺乳動物、皮膚外植體和人體臨床為特色的多維生物技術解決方案。目前，環特已建立基于斑馬魚模型的10余種奶粉營養功效與安全性評價模型，類器官相關奶粉評價模型正在建立中，歡迎有需要的客戶垂詢！
03、編者點評
本研究不僅系統驗證了小腸類器官在營養吸收研究中的優越性能，更為嬰幼兒配方奶粉的優化提供了重要科學依據。通過揭示不同加工工藝對腸道生物學效應的影響，研究為開發更安全、更營養的配方奶粉指明了方向。在精準營養和個性化醫療的時代，類器官技術正在為嬰幼兒健康保駕護航開辟全新的路徑！
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物基于多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務，歡迎來電咨詢！