日本明治大学与东京大学研究团队近日成功实现对母乳中主要成分之一——拉クト-N-テトラオース（LNT）的高效酶法合成。该成果基于双酶级联反应体系，通过改造源自婴儿双歧杆菌的糖质加水分解酶LnbX，使其从分解酶转变为可催化糖链合成的糖基转移酶（即“糖苷合成酶”），并结合GNB/LNB磷酸化酶完成从底物到目标产物的连续转化。该技术在200 mM乳糖浓度条件下，实现了49.1%的理论收率，生成物经HPAEC-PAD、LC-MS及¹H-NMR多重验证确认为纯度合格的LNT。
研究核心在于对LnbX酶活性中心的关键氨基酸残基进行精准突变。研究人员将原本负责水解反应的第418位天冬氨酸（Asp418）替换为丝氨酸（Ser），得到D418S突变体。实验表明，该突变体的水解活性下降超过200倍，但保留了完整的糖基转移能力，从而具备作为糖苷合成酶的功能。这一发现突破了传统上认为糖质加水分解酶仅能降解糖链的认知，为利用废弃或低价值酶资源开发新型生物合成工具提供了范例。研究团队通过X射线晶体结构解析揭示了Ser418残基在催化过程中协助氟离子离去的分子机制，为后续酶工程优化提供了结构基础。
整个合成过程采用“一锅法”（one-pot）设计，第一阶段由GNB/LNB磷酸化酶以化学合成的GlcNAc-F和Gal-1P为原料，生成中间体LNB-F；第二阶段则由改造后的LnbX D418S突变体将LNB-F转移到乳糖上，形成最终产物LNT。两步反应在同一反应容器中连续进行，无需中间分离，显著降低操作复杂性与成本。研究还发现提高乳糖浓度可有效提升LNT产量，提示未来可通过调控底物浓度进一步优化产率。
该技术对婴幼儿配方奶粉、功能性食品及科研试剂领域具有重要应用价值。目前市场上主流的HMO（人乳寡糖）产品多依赖化学合成或发酵法生产，存在副产物多、选择性差、环境负担重等问题。而本研究所建立的酶法路径具备高特异性、温和反应条件和低污染排放等优势，符合绿色生物制造发展趋势。尤其LNT作为多种类型HMO的共通核心骨架，其稳定、低成本的获取将极大推动相关功能研究，包括双歧杆菌代谢机制、肠道菌群调控、免疫调节效应评估以及标准化糖链参考品的制备。
对中国相关产业而言，此技术进展意味着未来可能面临更高质量、更具成本竞争力的进口糖链原料供应。目前尚未进入商业化阶段，但其背后所体现的酶工程策略——即通过对天然酶进行理性改造实现功能逆转——已具备向工业级放大转化的潜力。中国企业在采购高端功能性糖类原料时，应关注此类基于酶法合成的新技术动态，提前布局替代路径。在自研HMO类产品或益生元配方开发中，可借鉴该研究中的“双酶级联+突变筛选”模式，探索本土化酶资源的应用可能性。对于从事生物医药、食品添加剂、临床营养品的企业，该成果也提示需加强在糖链分析、结构确证与稳定性测试方面的技术储备，以应对未来更高标准的原料要求。