背景

认知能力包括学习、记忆及信息整合等多种功能，其神经基础在于大脑突触连接的可塑性。其中长时程增强（LTP）是被广泛认可的核心衡量指标——它是突触可塑性的典型电生理表现，反映神经元之间信号传递效率的持续提升，LTP水平越高，通常意味着学习和记忆能力越强。研究发现，母乳喂养婴儿在认知发展方面往往优于传统配方奶喂养，这一差异与母乳中特有的母乳低聚糖（HMOs）密切相关。作为最丰富的HMOs之一，2′-岩藻糖基乳糖（2′-FL）不仅在免疫调节和肠道健康中发挥作用，还可能通过“肠–脑轴”调节神经功能、提升认知表现。本研究在大鼠模型中，结合电生理与行为学实验，评估2′-FL对海马突触可塑性及认知能力的影响，并利用迷走神经切断实验探讨其作用机制。

PART.1

研究设计和方法

本研究包含两个相互独立的实验。实验一为三组设计：对照组（Control）、岩藻糖组（Fucose）与2′-FL实验组，在清醒状态下记录海马CA3–CA1通路的场兴奋性突触后电位（fEPSP）以量化突触传递效率，并高频刺激（HFS）诱导和跟踪LTP。实验二为四组设计，用以验证迷走神经的必要性：对照+假手术（Control-Sham：保留迷走神经）、对照+迷走神经切断（Control-Vagotomized）、2′-FL+假手术（2′-FL-Sham）、2′-FL+迷走神经切断（2′-FL-Vagotomized）；除记录LTP外，使用操作性条件反射评估学习执行能力。

PART.2

主要发现

 1. 2′-FL增强海马突触可塑性

在实验一的三组比较中，2′-FL组在高频刺激（HFS）后呈现更高且更持久的长时程增强（LTP），显著优于对照与岩藻糖组，表明其可显著提升突触连接强度，而有助于学习和记忆能力的增强；岩藻糖与对照组无差异，表明完整的2′-FL分子而非其岩藻糖组分是增强LTP的关键机制依据。

图1:长期给予2′-FL可增强大鼠海马LTP

 2. 2′-FL对LTP的促进依赖迷走神经完整性

在实验二的四组条件下，2′-FL-Sham的大鼠LTP水平显著高于其他组；而迷走神经切断不仅降低LTP，还消除了2′-FL的增益效应（2′-FL-Vagotomized不再优于对照-Vagotomized）。这直接证明了肠–脑轴中的迷走神经是2′-FL发挥中枢效应的必要通路。

图2：长期给予2′-FL可增强大鼠海马LTP，但这种积极作用依赖于双侧迷走神经的完整性

 3. 2′-FL改善操作性条件反射表现，且同样依赖迷走神经

在实验二的操作性条件反射任务中，动物通过按压杠杆获取食物奖励，连续多日达到规定次数即视为达标。四组大鼠均能完成此学习标准；2′-FL-Sham组较两组迷走神经切断组更快达标，且在训练期间的日均按压次数显著高于2′-FL-Vagotomized和Control-Vagotomized。当切断迷走神经后，2′-FL的行为优势不再出现，与LTP结果一致，表明改善认知相关的学习与执行能力同样依赖迷走神经通路的完整性。

图2：长期给予2′-FL可增强大鼠对操作性条件反射任务的习得，但这种积极作用依赖于双侧迷走神经的完整性

 讨论和展望

本研究从机制与功能两方面揭示了2′-FL对认知的促进作用：一方面，2′-FL显著增强了海马区LTP，表明其可改善神经元突触可塑性；另一方面，在操作性条件反射任务中，2′-FL显著提高了学习速度和任务完成能力。值得注意的是，这些效果在迷走神经切断后消失，表明其作用依赖完整的肠–脑信号传递。该结果不仅验证了2′-FL通过迷走神经影响大脑功能的可能机制，也为HMOs在认知健康领域的应用提供了实验依据。未来可在不同发育阶段及认知障碍模型中开展研究，并结合肠道菌群与代谢组学，深入解析其在脑健康营养干预中的潜力。

参考文献

[1] Vazquez, Enrique, et al. "Dietary 2′-fucosyllactose enhances operant conditioninglong-term potentiation via gut-brain communication through the vagus nerve in rodents." PloS one 11.11 (2016): e0166070.