Oligosacharydy pokarmu kobiecego w żywieniu niemowląt

Pokarm kobiecy jest jeszcze wciąż, i długo pozostanie, niedoścignionym i wręcz niemożliwym do podrobienia wzorcem dla producentów mlek modyfikowanych, choć dzięki ich zaangażowaniu i gigantycznej pracy badawczej są odkrywane coraz to nowsze tajniki mleka kobiecego i bardziej lub mniej nieudolnie naśladowane.
Ważnymi składnikami, występującymi w pokarmie kobiecym, jakie stosunkowo niedawno pojawiły się w mieszankach mlecznych są prebiotyki, czyli oligosacharydy, takie jak scGOS (krótkołańcuchowe galaktooligosacharydy)/lcFOS (długołańcuchowe fruktooligosacharydy) w stosunku 9: 1, wykazujące korzystny wpływ na mikrobiotę i konsystencję stolca oraz HMO (human milk oligosaccharides; oligosacharydy pokarmu kobiecego) [1], takie jak: 2’-fukozylolaktoza (2’-FL), 3’-sjalolaktoza (3’-SL), lakto-N-neo-tetraoza (LNnT). Jeszcze nowszym osiągnięciem, jak się wydaje, jest połączenie 3’-galaktozylolaktozy (3’GL) z 2’FL i scGOS/LcFOS 9: 1 [2].

HMO to złożone węglowodany, w skład których wchodzą: glukoza, galaktoza, N-acetyloglukozamina, fukoza i kwas sjalowy. Szkieletem HMO jest laktoza, która może ulec przedłużeniu lub rozgałęzieniu, a następnie także fukozylacji lub sjalizacji [1, 3]. Ich bogactwo ilustruje rycina 1. 

HMO stanowią ilościowo trzeci (po laktozie i tłuszczach) składnik pokarmu kobiecego. Stężenie HMO w siarze wynosi ok. 20–30 g/l, a w dojrzałym mleku kobiecym − ok. 5–15 g/l [1]. Obserwuje się istotne różnice populacyjne, jeśli chodzi o skład HMO [4]. Znaczący wpływ na ilość i rodzaj HMO w pokarmie odgrywają czynniki genetyczne matki, a w szczególności obecność czynnika wydzielniczego (Se) oraz układu grupowego krwi Lewis (Le).
Na podstawie obecności lub braku produktów ekspresji genów FUT2 i FUT3 (Galactoside 2-alpha-L-fucosyltransferase 2 i Galactoside 3(4)-L-fucosyltransferase 3)
oraz obecności lub nieobecności układu grupowego Lewis wyróżnia się 4 fenotypy [2, 3]:

• wydzielacz Se+/Le+ (ok. 70%);
• niewydzielacz Se-/Le+ (ok. 20%);
• wydzielacz Se+/Le- (ok. 9%);
• niewydzielcz Se-/Le- (ok. 1%).

Szacuje się, że w pokarmie kobiecym znajduje się > 1000 różnych strukturalnie HMO, zawierających od 3 do 21 monocukrów [1].
HMO można podzielić na grupy [2, 3]:

• neutralne (łącznie stanowiące ponad 75% wszystkich HMO):
  • fukozylowane, np. 2’-FL (ok. 35–50%),
  • niefukozylowane, np. LNnT (ok. 42–55%);
• kwaśne, sjalowenp. 3’-SL (ok. 12–14%).

Każda matka wytwarza specyficzny dla siebie zestaw HMO. Trudno dzisiaj zdecydowanie ocenić, jakie to ma znaczenie, ale zwykle natura nie produkuje niczego całkowicie niepotrzebnie, więc być może nauka jeszcze nie określiła tego znaczenia.
Pojawiające się i proponowane w piśmiennictwie funkcje HMO pochodzą głównie z badań prowadzonych in vitro, ex vivo
lub badań na zwierzętach [2, 3].Jak to wpływa na:

• Mikrobiotę jelitową
  Prebiotyki to zgodnie z aktualną definicją substraty selektywnie wykorzystywane przez mikroorganizmy gospodarza, które wywierają korzystny efekt zdrowotny [5]. W przewodzie pokarmowym niemowląt HMO stymulują rozwój wybranych bakterii z rodzaju Bifidobacterium, w szczególności B. longum subs. infantis (B. infantis), B. breve i B. bifidum [6, 7]. Bakterie te wytwarzają m.in. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (mleczan, propionian, octan) stanowiące istotny czynnik odżywiający m.in. kolonocyty i wpływające na odpowiedź odpornościową. 
• Funkcjonowanie bariery jelitowej (komórki nabłonkowe, szczelność i przepuszczalność bariery jelitowej, działanie przeciwdrobnoustrojowe)
  Ze względu na znaczne podobieństwo między receptorami na powierzchni komórek nabłonkowych człowieka a HMO te ostatnie funkcjonują jako „fałszywe przynęty” – wiążą patogeny, zapobiegając ich połączeniu z receptorem komórek nabłonkowych jelita, a następnie kompleks drobnoustrój-HMO wydalany jest ze stolcem. 
  Prowadzi on do zmiany ekspresji genów odpowiedzialnych za syntezę receptorów nabłonkowych, co w efekcie utrudnia adhezję patogenów, uniemożliwiając zainicjowanie reakcji zapalnej [9, 10].
  Najnowsze mieszaniny prebiotyków, w tym prebiotyków pochodzących z procesu fermentacji, korzystnie wpływają na syntezę i skład krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, w tym zwłaszcza maślanu, mających korzystny wpływ na tworzenie tzw. bariery nabłonkowej i jej uszczelnianie [8].
• Układ odpornościowy
  Uważa się, że HMO mogą bezpośrednio modulować działanie układu odpornościowego na poziomie wewnątrzkomórkowym poprzez zmianę profilu wytwarzanych cytokin (np. aktywując procesy regulujące równowagę Th1/Th2), stymulację makrofagów, zmniejszenie przechodzenia leukocytów przez ściany małych naczyń krwionośnych i ich aktywacji [9, 10, 11, 12]. Najnowsze badania wskazują, że połączenie 2’FL z scGOS/lcFOS stymuluje komórki dendrytyczne w kierunku profilu cytokinowego sprzyjającego rozwojowi tolerancji odpornościowej [13].
• Rozwój mózgu
  HMO są źródłem kwasu sjalowego będącego czynnikiem wpływającym na rozwój mózgu [14, 15].
  Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (European Food Safety Authority, EFSA) oraz Agencja Żywności i Leków (Food and Drug Administration, FDA). Obie instytucje, niezależnie od siebie, potwierdziły bezpieczeństwo 2’-FL i LNnT stosowanych oddzielnie lub łącznie, dodawanych do mleka modyfikowanego początkowego, następnego lub mleka dla małych dzieci (typu junior) [16].
  Organizacje te opierały się na wynikach szeregu badań klinicznych, których wnioski sprowadzały się do tego, że stosowanie mieszanek wzbogacanych w HMO jest bezpieczne, zapewnia rozwój podobny do dzieci karmionych pokarmem kobiecym, zmniejsza także częstość infekcji (zapalenia oskrzeli) i zużycie leków przeciwgorączkowych i antybiotyków [17, 18, 19].

Podsumowanie

Od 1950 roku mleka modyfikowane przeszły ogromne zmiany i w pewnym stopniu, choć wciąż nieudolnie, starają się naśladować pokarm kobiecy. Wciąż nie mamy jednak pewności, jakie będą odległe skutki tych modyfikacji. HMO choć nie mają znaczenia odżywczego, mają wyjątkową strukturę i metabolizm, i służą przede wszystkim wybiórczemu żywieniu niektórych drobnoustrojów, głównie B. infantis, B. bifidum i B. breve, zasiedlających przewód pokarmowy. Drobnoustroje te korzystnie modyfikują mikrobiotę i przyczyniają się do zmniejszenia ryzyka wystąpienia wielu chorób, przede wszystkim zakażeń przewodu pokarmowego. Niemowlęta karmione sztucznie pozbawione są korzyści wynikających z obecności HMO. Jednak współczesna biotechnologia pozwoliła na produkcję przemysłową przynajmniej niektórych HMO. Są one dodawane do niektórych mlek modyfikowanych. Dotychczasowe badania wykazują, że są bezpieczne. Na długoterminową ocenę ich stosowania będziemy musieli jednak jeszcze poczekać. 

Piśmiennictwo:

1. Bode L., Human milk oligosaccharides: every baby needs a sugar mama, Glycobiology 2012; 22: 1147–1162.
2. Beghin L., Tims S., Roelofs M. et al., Combination of prebiotic oligosaccharides and fermented infant formula (with Bifidobacterium breve C50 and Streptococcus thermophilus O65) is safe and modulates the gut microbiota towards a microbiota closer of that of breastfed infants, J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2019; 68: p1–1243. N–O–039.
3. Bode L., Jantscher-Krenn E., Structure-function relationships of human milk oligosaccharides, Adv Nutr 2012; 3: 383–391. 
4. McGuire M.K., Meehan C.L., McGuire M.A. et al. What’s normal? Oligosaccharide concentrations and profiles in milk produced by healthy women vary geographically. Am J Clin Nutr 2017; 105: 1086–1100.
5. Gibson G.R., Hutkins R., Sanders M.E. et al. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics, Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2017; 14: 491–502.
6. Bezirtzoglou E., Tsiotsias A., Welling G.W., Microbiota profile in feces of breast- and formula-fed newborns by using fluorescence in situ hybridization (FISH), Anaerobe 2011; 17: 478–482.
7. Sela D.A., Mills D.A., Nursing our microbiota: molecular linkages between bifidobacteria and milk oligosaccharides, Trends Microbiol 2010; 18: 298–307.
8. Tan J., McKenzie C., Potamitis M. et al. The role of short-chain fatty acids in health and disease, Adv Immunology 2014; 121: 91‑119.
9. Bode L., Kunz C., Muhly-Reinholz M. et al. Inhibition of monocyte, lymphocyte, and neutrophil adhesion to endothelial cells by human milk oligo saccharides, Thromb Haemost 2004; 92: 1402–1410. 
10. Bode L., Rudloff S., Kunz C. et al. Human milk oligosaccharides reduce platelet-neutrophil complex formation leading to a decrease in neutrophil beta 2 integrin expression., J Leukoc Biol 2004; 76: 820–826.
11. Comstock S.S., Wang M., Hester S.N. et al. Select human milk oligosaccharides directly modulate peripheral blood mononuclear cells isolated from 10-d-old pigs, Br J Nutr 2014; 111: 819–828.
12. Newburg D.S., Tanritanir A.C., Chakrabarti S., Lactodifucotetraose, a human milk oligosaccharide, attenuates platelet function and inflammatory cytokine release, J Thromb Thrombolysis 2016; 42: 46–55.
13. Overbeek S., Blijenberg B., Kettelarij N. et al. Human milk oligosaccharide 2’-fucosyllactose more efficiently modulates immunogenicity during maturation of human dendritic cells in the presence of scGOS/lcFOS, „Journal of Pediatric Gastroenterology & Nutrition” 2019; 68: p1–1243.N–O–008.
14. Victora C.G., Bahl R., Barros A.J. et al. Lancet Breastfeeding Series Group. Breastfeeding in the 21st century: epidemiology, mechanisms, and lifelong effect. Lancet 2016; 387: 475–490.
15. Ballard O., Morrow A.L., Human milk composition: nutrients and bioactive factors, Pediatr Clin North Am 2013; 60: 49–74.
16. EFSA NDA Panel (EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies), 2015. Scientific opinion on the safety of 2’-O-fucosyllactose as a novel food ingredient pursuant to Regulation (EC) No 258/97. EFSA Journal 2015; 13: 4184, 32 pp.
17. Puccio G., Alliet P., Cajozzo C. et al. Effects of Infant Formula With Human Milk Oligosaccharides on Growth and Morbidity: A Randomized Multicenter Trial, J Pediatr Gastroenterol Nutr 2017; 64(4): 624–631.
18. Goehring K., Marriage B., Oliver J. et al. Similar to those who are breastfed, infants fed a formula containing 2’-Fucosyllactose have lower inflammatory cytokines in a randomized controlled trial. J Nutr 2016; 146(12): 2559–2566.
19. Marriage B.J., Buck R.H., Goehring K.C. et al. Infants Fed a Lower Calorie Formula With 2’FL Show Growth and 2’FL Uptake Like Breast-Fed Infants, J Pediatr Gastroenterol Nutr 2015; 61(6): 649–58.