Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru

25 października 2019

NR 29 (Październik 2019)

Oligosacharydy w mleku kobiecym

0 31

Mleko kobiece, oprócz podstawowych składników odżywczych, zawiera także składniki bioaktywne, w tym cząsteczki o właściwościach immunomodulujących, które wywierają istotny wpływ na dojrzewanie układu odpornościowego, pokarmowego i nerwowego oraz zapewniają ochronę przed patogenami, stanowiąc niezbędny element odporności przekazywanej noworodkowi wraz z mlekiem matki. Do najważniejszych odpornościowych „cukrowych” składników mleka kobiecego należą glikoproteiny, glikolipidy oraz wolne oligosacharydy (HMO). W artykule przedstawiono najnowsze dane dotyczące budowy, stężenia i występowania oligosacharydów, z uwzględnieniem czynników wpływających na ich profil, w tym statusu „wydzielacza” matki. Omówiono główne funkcje biologiczne, mechanizmy działania anty-bakteryjnego, anty-wirusowego oraz immunomodulującego oraz wpływ na mikroflorę przewodu pokarmowego niemowląt z uwzględnieniem wstępnych badań klinicznych.”

K Karmienie naturalne, szczególnie wyłączne karmienie piersią przez 6 miesięcy lub dłużej, jest najwłaściwszym, zalecanym sposobem żywienia. Aktualne wytyczne WHO i ESPGHAN dotyczące opieki żywieniowej noworodków i niemowląt wskazują jednoznacznie, że mleko kobiece jest nie tylko najlepszym składnikiem odżywczym dla dziecka w ciągu pierwszych 6 miesięcy życia, ale jest również stosowane jako lek na oddziałach intensywnej terapii i patologii noworodków i stanowi nieodłączny element opieki postnatalnej, zwłaszcza dla noworodków urodzonych z małą masą ciała oraz dla noworodków urodzonych przedwcześnie. W porównaniu z karmieniem mieszanką, karmienie naturalne zmniejsza częstość występowania i/lub nasilenia chorób zakaźnych [1]. Wiele schorzeń, w tym biegunka, infekcje dróg oddechowych i układu moczowego, zapalenie ucha środkowego, bakteriemia i martwicze zapalenie jelit występują rzadziej u dzieci karmionych wyłącznie piersią [1, 2]. Ten sposób żywienia ma również wpływ na przebieg innych chorób związanych z układem odpornościowym i tolerancją immunologiczną takich jak celiakia, astma, alergia, cukrzyca typu 1, a także ostra białaczka limfoblastyczna i ostra białaczka szpikowa, oddziałuje także na zmniejszenie częstości występowania tych chorób [1, 3]. Korzyści te mogą częściowo wynikać z wpływu mleka swoistego gatunkowo na mikrobiotę jelitową [3, 4], która stymuluje dojrzewanie i specyficzność błony śluzowej noworodka oraz układu odpornościowego [5]. 
Rekomendacja mleka kobiecego, jako najlepszego sposobu żywienia noworodków i niemowląt, jest związana z jego unikatowym składem. Pokarm matki, oprócz podstawowych składników odżywczych: białek, tłuszczów, cukrów, zawiera także składniki bioaktywne, takie jak czynniki wzrostu, cytokiny, enzymy, hormony, glikoproteiny, glikolipidy, oligosacharydy oraz witaminy. Korzyści wynikające z karmienia piersią dla układu odpornościowego zostały przypisane różnorodnym bioaktywnym składnikom mleka ludzkiego [5, 6, 7]. Ponadto w mleku kobiecym znajdują się cząsteczki o właściwościach immunomodulujących, które wywierają istotny wpływ na dojrzewanie układu odpornościowego, pokarmowego i nerwowego oraz zapewniają ochronę przed patogenami, stanowiąc niezbędny element odporności przekazywanej noworodkowi wraz z mlekiem matki.
Do najważniejszych odpornościowych „cukrowych” składników mleka kobiecego zaliczamy glikoproteiny uczestniczące w odporności swoistej (S-IgA, IgM i IgG) oraz nieswoistej (laktoferyna), glikolipidy oraz wolne oligosacharydy mleka (HMO, ang. human milk oligosaccharides). Oligosacharydy obecne w mleku kobiecym stanowią trzecią co do wielkości frakcję mleka. Oligosacharydy mleka to cukry, które są obecne w mleku w postaci wolnej, tj. nie są przyłączone do cząsteczek białek i lipidów.
Wszystkie HMO zbudowane są na bazie cząsteczki laktozy (disacharydu zbudowanego z cząsteczki galaktozy połączonej wiązaniem β1,4-glikozydowym z cząsteczką glukozy), do której przyłączane są, za pomocą odpowiednich enzymów, inne cząsteczki monosacharydów, takich jak N-acetyloglukozamin (GlcNAc), fukoza (Fuc) i kwas sjalowy (SA). Synteza HMO odbywa się w aparacie Golgiego komórek pęcherzykowych gruczołu sutkowego. HMO reprezentują również niewiarygodną różnorodność strukturalną [8, 9, 10, 11]. W skład HMO wchodzi tylko 5 różnych jednostek monosacharydowych, niemniej jednak poszczególne monosacharady mogą być połączone ze sobą za pomocą różnych typów wiązań, co skutkuje powstawaniem zróżnicowanych struktur przestrzennych. Do tej pory zidentyfikowano ponad 200 różnych struktur wolnych oligosacharydów mleka zbudowanych z 3 do 22 monosacharydów [12, 13, 14]. 
Kluczowe w procesach rozpoznania biologicznego cząsteczki fukozy i kwasu sjalowego, wchodzące w skład poszczególnych HMO, są przyłączane za pomocą wiązań glikozydowych, fukoza może być przyłączona wiązaniem α1,2- i/lub α1,3/4 – odpowiednio do galaktozy (Gal) i GlcNAc, natomiast kwas sjalowy jest przyłączany za pomocą innych wiązań, tj. α2,3 i/lub α2,6 do tych samych cząsteczek monosacharydów. Obecne w strukturach oligosacharydów fukoza i kwas sjalowy, w przeciwieństwie do pozostałych monosacharydów budujących HMO, nie mogą być już podstawione innym monosacharydem [15, 16, 17].
Najprostsze oligosacharydy obecne w mleku kobiecym to trisacharydy, zbudowane z laktozy do której zostały przyłączone cząsteczki fukozy lub kwasu sjalowego za pomocą różnych wiązań glikozydowych. W ten sposób powstają cztery różne oligosacharydy, dwa po przyłączeniu fukozy do laktozy, tj. fukoza przyłączona wiązaniem α1,2-glikozydowym do galaktozy daje 2‘-fukozylolaktozę (2‘-FL), natomiast fukoza przyłączona wiązaniem α1,3-glikozydowym daje 3-fukozylolaktozę (3-FL), oraz dwa po przyłączeniu kwasu sjalowego do laktozy, tj. kwas sjalowy przyłączony wiązaniem α2,3-glikozydowym do galaktozy daje 3‘-sjalolaktozę (3‘-SL), natomiast kwas sjalowy przyłączony wiązaniem α2,6-glikozydowym do galaktozy daje 6‘-sjalolaktozę (6’-SL). Powstałe w ten sposób struktury wykazują znaczne różnice funkcjonalne [15, 18, 19].
Stężenie i wzajemne proporcje HMO ulegają zmianom w zależności od etapu dojrzewania mleka oraz tygodnia zakończenia ciąży. Ze względu na złożoność strukturalną HMO, a także brak standardów oraz stosowanie przez laboratoria różnych metod do oznaczania stężenia HMO, dostępne dane mogą się znacznie różnić. 
Stężenie HMO może się różnić w zależności od tygodnia porodu. Według Morrow i współpracowników [20] stężenie całkowitego HMO w mleku matek, które urodziły przedwcześnie, od 10. do 23. dnia laktacji było prawie dwukrotnie niższe niż w mleku matek, które urodziły w terminie, w tym samym okresie laktacji (odpowiednio 3,6 g/l i 6,1 g/l). Z innej strony, ostatnie badania przeprowadzone przez Kunza i współpracowników [9] wykazały, że całkowite stężenie HMO w mleku matek wcześniaków nie różniło się istotnie od mleka matek noworodków urodzonych o czasie. Brak zależności był widoczny niezależnie od etapu dojrzewania mleka i tak dla siary wartości kształtowały się na porównywalnym poziomie, dla porodu przedwczesnego 8,7 g/l i porodu w terminie 7,5 g/l, dla mleka przejściowego matek, które urodziły przedwcześnie 8,6 g/l i w terminie 9,1 g/l) oraz dla mleka dojrzałego, odpowiednio 8,6 g/l i 8,2 g/l.
W zależności od obecności cząsteczek fukozy i kwasu sjalowego w cząsteczce oligosacharydu, HMO dzielimy na: oligosacharydy obojętne, niezawierające cząsteczki kwasu sjalowego, oraz tzw. oligosacharydy kwaśne, które mogą zawierać jedną lub więcej cząsteczek kwasu sjalowego i są klasyfikowane jako sjalowane HMO. Ponadto oligosacharydy obojętne dzielimy na dwie podgrupy w zależności od obecności w ich strukturach cząsteczki fukozy, i tak wyróżniamy: niefukozylowane obojętne HMO oraz fukozylowane obojętne HMO. Dodatkowo niektóre HMO mogą zawierać zarówno cząsteczkę fukozy, jak i kwasu sjalowego i tworzyć kolejną podgrupę [16, 17]. Trzeba podkreślić, że dane dotyczące zawartości fukozylowanych, sjalowanych i niefukozylowanych obojętnych frakcji HMO nie są jednoznaczne. Według Ninonuevo i współpracowników [21] proporcje fukozylowanych i sjalowanych HMO w mleku ludzkim wynoszą odpowiednio 60–80% i 10–15% i nie różnią się znacząco na różnych etapach laktacji [21].Natomiast, jak ocenili
Donnovan i Comstock [7], zawartość poszczególnych frakcji HMO w mleku matek, które urodziły o czasie, jest inna, a mianowicie wynosi odpowiednio ~ 35–50% fukozylowanych, 12–14% sjalowanych, a 42–55% to niefukozylowane obojętne HMO. Ponadto, jak wykazali Kunz i współpracownicy [9], proporcje poszczególnych frakcji zależą od statusu wydzielniczego matki. W przeciwieństwie do fukozylowanych HMO, całkowity poziom sjalowanych HMO jest podobny i nie zależy od statusu wydzielniczego matek [9].
Matki mogą syntetyzować różne zestawy oligosacharydów. Najbardziej ekstremalne różnice międzyosobnicze dotyczą obecności lub braku fukozy w strukturach oligosacharydowych i są warunkowane przez czynniki genetyczne, które wpływają na tzw. status wydzielniczy oraz układ grupowy krwi Lewis (Lewis Blood Group) [8, 9].
W fukozylacji HMO kluczowe znaczenie odgrywają dwie fukozylotransferazy, a mianowicie FUT2 (kodowana przez tzw. gen wydzielniczy) i FUT3 (kodowana przez tzw. gen Lewis). Na tej podstawie wyróżnia się cztery różne grupy matek, u których profil fukozylowanych HMO jest odmienny:

  • Wydzielacz (Se+/Le+) – stanowi ok. 70% populacji,
  • Wydzielacz (Se+/Le-) – stanowi ok. 9% populacji,
  • Niewydzielacz (Se-/Le+) – stanowi ok. 20% populacji, 
  • Niewydzielacz (Se-/Le-) – stanowi ok. 1% populacji. 

Większość matek (79%) posiada aktywny gen dla fukozylotransferazy (FUT2), enzymu, który jest odpowiedzialny za przyłączanie fukozy wiązaniem α1,2 do końcowej Gal [22] w celu utworzenia struktur oligosacharydowych α2-fukozylowanych. W mleku matek ze statusem „wydzielacza” 2’–fukozylolaktoza (2’-FL) i lakto-N-fukopentoza I (LNFP-I) są jednymi z najbardziej rozpowszechnionych [10, 23, 24]. Matki, które nie mają funkcjonalnego enzymu FUT2 i posiadają status „niewydzielacza”, reprezentują około 21% kobiet, wytwarzają mleko pozbawione α1,2-fukozylowanych oligosacharydów, takich 2’-FL i LNFP I [8, 9]. Brak α2-fukozylowanych struktur oligosacharydowych może mieć konsekwencje funkcjonalne. Na przykład noworodki i niemowlęta karmione mlekiem kobiet, które nie są „wydzielaczami”, wykazują opóźnioną kolonizację bakteriami z rodzaju Bifidobacteriaceae, natomiast wyższą liczebność taksonów Streptococcus [25]. Niemowlęta karmione mlekiem matek „niewydzielaczy” są bardziej narażone na schorzenia przewodu pokarmowego [26]. 
Najnowsze badania Profesora Kunza [9] wykazały, że status „wydzielacza” ma także wpływ na całkowite stężenie HMO na kolejnych etapach dojrzewania mleka, a mianowicie wartość mediany dla całkowitego stężenie HMO w mleku matek „wydzielaczy” była znacząco wyższa niż w mleku matek „niewydzielaczy” i wynosiła dla siary odpowiednio 9,67g/l vs 5,17g/l, dla mleka przejściowego 9,47 g/l vs 5,61g/l i dla mleka dojrzałego 8,67g/l vs 5,54 g/l.
Interesujące jest również to, że stężenia poszczególnych HMO zmieniają się na kolejnych etapach laktacji, przy czym różne HMO wykazują różną dynamikę zmian [27]. Stężenia HMO, takich jak 6‘-SL lub LNT, zmniejszają się szybciej w pierwszych tygodniach laktacji, podczas gdy 2’-FL i 3’-SL zmniejszają się wolniej w dłuższym okresie czasu. Wykazano, że fukozylowane i sjalowane HMO są podobne w mleku kobiet, które urodziły przedwcześnie i w terminie, chociaż mleko kobiet rodzących przedwcześnie jest bardziej zróżnicowane pod względem ekspresji fukozylowanych HMO [28].
W przypadku HMO pytanie, co jest normą, nadal pozostaje bez odpowiedzi. Najnowsze badania wieloośrodkowe wykazały, że na profil HMO w mleku kobiecym oprócz czynników genetycznych mogą mieć wpływ czynniki środowiskowe. 
Stężenia poszczególnych frakcji, a nawet pojedynczych HMO, jak sugerują McGuire i współpracownicy [29], różnią się geograficznie. Badania wykazały, że m.in. stężenie sjalowanych HMO było ponad 2 razy wyższe w mleku matek w Ghanie (średnio 3,6 mmol/l) w porównaniu do stężenia w mleku matek w Szwecji (średnio 1,6 mmol/l), natomiast dla 6’-SL stężenie było ponad czterokrotnie wyższe w mleku matek w Ghanie niż w mleku matek w Szwecji [29]. Autorzy wskazali jednak, że aby potwierdzić tę hipotezę, konieczne są ukierunkowane analizy genomowe w celu ustalenia, czy różnice te wynikają przynajmniej częściowo ze zmienności genetycznej. Brakuje danych dotyczących wpływu diety matki karmiącej na skład HMO. W badaniu obserwacyjnym prowadzonym w Gambii w Afryce stwierdzono znacznie wyższą zawartość HMO w mleku w 20. tygodniu laktacji w porze suchej (n=21) w porównaniu z porą deszczową (n=12) [30].
Rozwój mikrobioty jelitowej niemowląt jest sekwencyjnym procesem, który rozpoczyna się już wewnątrzmacicznie i trwa przez pierwsze 2–3 lata życia. Skład mikrobioty zależny jest od czynników genetycznych, ale również środowiskowych, których głównym elementem jest dieta [3, 4]. W mikrobiocie jelitowej niemowląt karmionych piersią dominują szczepy Bifidobacterium (B. breve, B. adolescentis, B. longum i B. bifidum) (około 73% wszystkich bakterii), podczas gdy Bifidobacterium (około 31%), Bacteroides i Enterobakterie są typowe dla niemowląt karmionych mlekiem modyfikowanym [31, 32]. Badania przeprowadzone w ciągu ostatniej dekady wykazały, że konkretne gatunki Bacteroides i Bifidobacterium, które zwykle kolonizują przewód pokarmowy niemowląt karmionych piersią, wykorzystują HMO w procesach metabolicznych. Dotyczy to szczególnie B. longum ssp. infantis (B. infantis), który jest dominującym mikroorganizmem jelitowym w tej grupie dzieci [7]. Rzeczywiście, w ostatnim badaniu z udziałem niemowląt karmionych mieszanką suplementowaną 2‘-FL (1g/l) i LNnT (0,5g/l) wykazano, że skład mikrobioty niemowląt karmionych mieszankami z dodatkiem 2‘-FL i LNnT był znacząco różny od niemowląt karmionych mieszanką bez dodatku tych oligosacharydów [33].
Przede wszystkim stwierdzono znacznie bogatszą reprezentację Bifidobacterium oraz ubogą – Escherichia i Peptostreptococcaceae. Ponadto stężenia kilku ważnych metabolitów w kale (propionian, maślan i mleczan) u niemowląt karmionych mieszanką suplementowaną HMO były bardziej zbliżone do stężeń stwierdzanych w kale niemowląt karmionych wyłącznie piersią.
HMO stanowią substraty metaboliczne dla specyficznych i potencjalnie prozdrowotnych bakterii w przewodzie pokarmowym [33, 34, 35], co czyni je pierwszymi prebiotykami, które otrzymuje człowiek po urodzeniu, jeżeli jest karmiony piersią.
Bifidobacterium i Lactobacillus spp. obecne w przewodzie pokarmowym noworodków i niemowląt różnią się zdolnością do wykorzystywania i/lub trawienia HMO. Bifidobacterium infantis w porównaniu z Lactobacillus gasseri ma doskonałą zdolność trawienia HMO [36]. Genom B. infantis koduje 24 różne glikozydazy, enzymy odpowiedzialne za odcinanie poszczególnych jednostek monosacharydowych od oligosacharydów, w tym 2 α-sialidazy i 5 α-L-fukozydaz [37]. Ponadto Bifidobacterium bifidum może uwalniać monosacharydy z HMO, ale nie ma możliwości wykorzystania takich monosacharydów jak fukoza, kwas sjalowy i N-acetyloglukozamina [38]. Bifidobacterium breve nie może natomiast „uwalniać” poszczególnych monosacharydów od HMO, ale z kolei ma możliwość ich wykorzystania, jeśli będą obecne w formie wolnej [36, 39].
Ostatnie dane z badań ex vivo sugerują, że działania prebiotyczne różnych HMO różnią się i są specyficzne dla struktury. Skład drobnoustrojów izolowanych z próbek kału niemowląt i hodowanych w warunkach beztlenowych zmienia się w czasie w zależności od tego, jakie HMO są dodawane do mleka. Na przykład skład drobnoustrojów jest inny po ekspozycji na mieszaninę HMO, która została wyizolowana z mleka kobiecego i na pojedyncze HMO, takie jak 2’-FL lub LNT. Ponieważ zróżnicowany skład i aktywność drobnoustrojów są związane ze schorzeniami, takimi jak otyłość, cukrzyca, przewlekłe zapalenie jelit lub autyzm, narażanie niemowląt na działanie pojedynczych HMO w mieszankach zamiast złożonej mieszaniny HMO w mleku kobiecym prawdopodobnie zwiększa prawdopodobieństwo ich wystąpienia w przyszłości [33]. Jednak HMO to coś więcej niż „food for bugs (żywność dla bakterii)”. HMO wykazują bezpośrednie działanie bakteriostatyczne lub bakteriobójcze. Na przykład hamują wzrost Streptococcus agalactiae (Streptococcus grupy B; GBS) wiodącej przyczyny inwazyjnych infekcji bakteryjnych u noworodków, nabywanych podczas porodu na skutek kolonizacji pochwy i kanału szyjki macicy u matki [34]. Zakażenie wiąże się z ryzykiem zapalenia płuc, sepsy i zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych. Badania z zastosowaniem najnowszych technologii, opartych na technikach chromatograficznych wykazały, że efekt bakteriostatyczny zależy od struktury oligosacharydów, a LNT jest najbardziej skuteczny w tym działaniu. Wzrost GBS był specyficznie hamowany przez LNT i LNFP-I, podczas gdy sjalowana frakcja HMO lub galaktooligosacharydy (GOS) nie wykazywały żadnego efektu. Dane eksperymentalne sugerują udział glikozylotransferazy GBS, która prawdopodobnie wiąże się z wybranymi oligosacharydami. Ponadto HMO wykazują synergiczne działanie do stosowanej antybiotykoterapii wankomycyną i cyprofloksacyną [33].

HMO – działanie antyadhezyjne

Mechanizm antybakteryjnego i antywirusowego działania HMO opiera się na podobieństwie strukturalnym HMO do łańcuchów cukrowych glikokoniugatów, tj. glikoprotein i glikolipidów obecnych na powierzchni komórek nabłonkowych noworodków/niemowląt. Dzięki temu HMO „naśladują” powierzchniowe glikany komórek nabłonkowych. Rozpuszczalne fukozylowane i sjalowane oligosacharydy mleka ludzkiego „przechodzące” przez układ pokarmowy noworodka „opłukują” komórki nabłonka gardła, przełyku i jelit noworodka i mogą być rozpoznawane i związane przez (1) receptory lektynowe fukozo- i/lub sjalo-zależnych bakterii i/lub przez (2) receptory lektynowe obecne na powierzchni komórek nabłonkowych gospodarza. W obu przypadkach fukozylowane i/lub sjalowane HMO, jako „wabiki-inhibitory”, uczestniczą w blokowania receptorów lektynowych. Zablokowane przez HMO receptory lektynowe bakterii nie mogą uczestniczyć w reakcji rozpoznania glikotopów obecnych na powierzchni komórek gospodarza, co nie pozwala na ich adhezję i kolonizację, a utworzone kompleksy bakteria-HMO są usuwane wraz z kałem [13, 16, 17, 40]. Hamujący wpływ HMO w adhezji do tkanek gospodarza wykazano dla fukozo- i/lub sjalo-zależnych patogenów takich jak m.in. Campylobacter jejuni [41], enteropatogennych Escherichia coli [42], Listeria monocytogene, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pneumoniae, Vibrio cholerae, niektórych wirusów (norowirusy), a także pierwotniaków – Entamoeba histolytica [35, 43, 44]. HMO mogą również wywierać bezpośredni wpływ na komórki nabłonkowe, niezależnie od drobnoustrojów, powodując ich większą odporność na zakażenie. Na przykład komórki nabłonka pęcherza moczowego, pod wpływem HMO, są znacznie bardziej odporne na uropatogenną inwazję E. coli [45].
Szczególnie interesujące badania dotyczą martwiczego zapalenia jelit (ang. necrotizing enterocolitis, NEC) u noworodków z bardzo małą urodzeniową masą ciała. Częstość występowania w tej grupie wcześniaków wynosi około 5%, a śmiertelność ponad 25%. Natomiast ryzyko wystąpienia NEC u dzieci karmionych mieszanką jest od 6- do 10-krotnie wyższe [41]. W przeciwieństwie do mieszanki, mleko kobiece jest bogatym źródłem HMO. Ponadto w zapobieganiu NEC wykazano wpływ mleka kobiecego z Banku Mleka. Mleko pochodzące z Banku Mleka przed podaniem noworodkom podlega procedurze pasteryzacji, która ma na celu pozbawienie go potencjalnie patogennych mikroorganizmów z jednoczesnym zachowaniem najwyższej z możliwych aktywności biologicznej. Niezależnie od metod pasteryzacji mleka, które w różnym stopniu niszczą lub częściowo dezaktywują wiele bioaktywnych składników mleka, struktury HMO pozostają nienaruszone [46] i nadal są zdolne do pełnienia funkcji biologicznych. Na podstawie tych obserwacji wysunięto hipotezę, że HMO przyczyniają się do niższej częstości występowania NEC u noworodków karmionych mlekiem kobiecym, w tym mlekiem pochodzącym z Banku Mleka.
Ponadto fukozylowane i sjalowane HMO, dzięki właściwościom obniżania toczenia i adhezji leukocytów do komórek śródbłonka, mogą uczestniczyć w wyciszaniu procesów immunologicznych, takich jak zdolność do fagocytozy i wytwarzania reaktywnych form tlenu, które są istotne w rozwoju martwiczego zapalenia jelit [47, 48, 49].
Spośród wielu sjalowanych oligosacharydów mleka, jeden konkretny HMO, disjalolakto-N-tetroza (DSLNT), która zawiera dwie cząsteczki kwasu sjalowego, odgrywa ważną rolę w zmniejszaniu częstości występowania chorób zapalnych, w tym NEC, u niemowląt karmionych piersią w porównaniu do niemowląt karmionych mlekiem modyfikowanym. DS-LNT, który jest jednym z najliczniejszych disjalowanych oligosacharydów mleka ludzkiego, może być stosowany jako środek przeciwzapalny [15, 50]. Enzymatyczne usunięcie tylko jednego z kwasów sjalowych obecnych w strukturze DSLNT doprowadziło do całkowitej utraty funkcji, co wskazuje, że wykazywany efekt biologiczny jest wysoce specyficzny dla tej struktury.
W wieloośrodkowym prospektywnym badaniu kohortowym zaobserwowano, że niektóre niemowlęta nadal rozwijają NEC, mimo że otrzymują głównie mleko kobiece. Ponieważ skład HMO różni się u poszczególnych kobiet, wysunięto kolejną hipotezę, że niemowlęta, u których rozwija się NEC, otrzymywały mleko z mniejszą ilością DSLNT. Do badania włączono 200 pacjentów, przeanalizowano skład HMO w mleku kobiecym w czasie pierwszych 28 dni po porodzie, stężenia DSLNT były znacznie niższe w mleku matek, których dzieci wykazywały objawy NEC. Na podstawie oznaczenia stężenia DSLNT w mleku matek można zidentyfikować pacjentów zagrożonych NEC jeszcze przed jego wystąpieniem. W świetle powyższych doniesień sugeruje się, że DSLNT w mleku ludzkim może stanowić dodatkowy potencjalny nieinwazyjny marker pozwalającym na identyfikację niemowląt z grupy większego ryzyka rozwoju NEC [42, 51]. Ponadto DSLNT może zostać wykorzystana w niedalekiej przyszłości jako naturalny „wzorzec” do opracowywania nowych środków terapeutycznych stosowanych w leczeniu NEC [51].
Ze względu na podobieństwo strukturalne HMO z glikanami śluzówkowymi oraz ich stabilność w przewodzie pokarmowym, prawdopodobnie wpływają one na liczne procesy, w których pośredniczy cukier, jako element rozpoznania biologicznego opartego na receptorze lektynowym i ligandzie cukrowym, takie jak kolonizacja mikrobioty we wczesnym okresie życia i zakaźność patogenów. W oparciu o obserwacje kliniczne i podstawowe dane z badań, HMO działają w sposób specyficzny, zależny od ich struktury, pozwalając na ukształtowanie prawidłowego mikrobiomu, odporności na patogeny oraz właściwej „reaktywności“ bariery błon śluzowych, przyczyniając się w ten sposób do ochrony immunologicznej.
HMO badano w związku z występowaniem zakaźnej biegunki w kohorcie matek i niemowląt w Meksyku (n=93) [52, 53]. Wyższe stężenia α2-fukozylowanych HMO w mleku matki były związane z mniejszą częstością występowania biegunki, niezależnie od patogenu wywołującego, od umiarkowanej do ciężkiej. Najczęstszą zidentyfikowaną przyczyną biegunki w kohorcie był Campylobacter jejuni, a następnie kaliciwirus i enteropatogenna Escherichia coli. W szczególności wyższe stężenia 2’-FL i LNFP-I w mleku matki były skorelowane z niższą częstością występowania odpowiednio biegunki wywołanej przez C. jejuni i kaliciwirusa. Te obserwacje w okresie karmienia piersią nie utrzymały się w okresie po karmieniu piersią, co wskazuje na możliwy „przejściowy“ efekt HMO w ochronie przed zakaźną biegunką. 
W pilotażowym badaniu 49 par matka-niemowlę zbadano zależność między spożyciem oligosacharydów z mleka ludzkiego, zawartością oligosacharydów w kale, a późniejszą chorobowością niemowląt karmionych piersią. Wyższe stężenia pentasacharydu LNF-II w mleku matki po 2 tygodniach były związane z niższym ryzykiem chorób układu oddechowego i pokarmowego u niemowląt w wieku 6 i 12 tygodni [54]. Związek ten nie był już znaczący po okresie zakończenia karmienia piersią. Podobnie w kohortowym badaniu 143 dzieci HIV pozytywnych z Zambii wyższe stężenie fukozylowanych HMO w mleku matki miesiąc po porodzie wiązało się z niższym ryzykiem zgonu do 2. r.ż. [55]. W badaniu matek i niemowląt z Gambii (n=33) wyższe względne stężenia fukozylowanych HMO w mleku matki (LNFP-I i LNFP-III) oraz towarzyszące im niższe stężenie LNT wiązały się z niższym ryzykiem zachorowania do 4. m.ż. [30].
W przypadku patogenów układu oddechowego bezpośrednia ekspozycja na HMO wydaje się mniej oczywista, a zatem w domniemanej ochronie związanej z HMO może pośredniczyć mikrobiom jelitowy. Jednak eksperymentalnie wykazano, że bezpośrednia ekspozycja Streptococcus pneumoniae na LNnT i sjalo-LNnT skutecznie blokowała kolonizację przez ten patogen płuc w modelu króliczym [56]. Wykazano, że 3’-SL i 2’-FL mogą in vitro zmniejszać częstość infekcji wirusowych wywołanych przez syncytialnego wirusa oddechowego (RSV) poprzez znaczące zmniejszenie obciążenia wirusowego RSV i stężenia cytokin w nabłonku dróg oddechowych [57].
Podobny efekt zaobserwowano również dla 6’-SL i LNnT przy obciążeniu wirusem grypy [57].
Od 4 do 14% HMO może być absorbowane w jelicie cienkim noworodka i pozostawać w jego krwiobiegu nawet przez kilka godzin. Stężenie głównego oligosacharydu, 2’-fukozylolaktozy we krwi noworodków osiąga poziom 1,5 mg/l. HMO są następnie usuwane z organizmu wraz z moczem, w którym stężenie 2’-fukozylolaktozy wzrasta do 100 mg/l [13, 47, 58]. Dodatkowo, Goehring i współpracownicy [59] zaobserwowali znacznie wyższe stężenie 6’-SL (26,1±17,2 mg/l) w moczu niemowląt karmionych piersią w porównaniu do niemowląt karmionych mlekiem modyfikowanym (0,9±0,3 mg/l). Obecne w moczu oligosacharydy mogą, podobnie jak to ma miejsce w przewodzie pokarmowym, zapobiegać adhezji patogenów do komórek nabłonkowych układu moczowego i w ten sposób aktywnie uczestniczyć w ochronie niemowląt przed infekcjami układu moczowego [13, 47, 58].HMO mogą także modulow ać funkcjonowanie niedojrzałego układu odpornościowego noworodka na poziomie komórkowym. W osoczu niemowląt karmionych mlekiem kobiecym, HMO wykrywa się w stężeniach 1–133 mg/l [59, 60]. Sugeruje się, że HMO może bezpośrednio wpływać na komórki odpornościowe krążące we krwi. 

Oligosacharydy mleka ludzkiego jako immunomodulatory

Podczas procesów zapalnych, selektyny E i P obecne na powierzchni komórek śródbłonka rozpoznają i uczestniczą w oddziaływaniach z glikotopami sjalo-Lewis X (sLeX), częścią glikokoniugatów na powierzchni leukocytów, które są jednym z elementów uczestniczących w procesie wynaczynienia leukocytów i naciekania błony śluzowej [47, 50]. Podobnie niektóre oligosacharydy mleka ludzkiego mogą być rozpoznawane przez receptory układu odpornościowego i w ten sposób mogą uczestniczyć w modulacji adhezji komórek u niemowląt karmionych piersią [14, 50]. Pierwsze dane eksperymentalne sugerujące, że HMO „zakłócają“ proces toczenie się leukocytów i potencjalnie zmniejszają ich wynaczynienie, zostały zaprezentowane przez Rudloffa i współpracowników [61].
W oparciu o wcześniejsze eksperymenty [61], Bode i Jantscher-Krenn [14] spekulują, że 3’-sjalo-3-fukozylolaktoza (3’-S,3-FL) obecna w mleku ludzkim oraz bardziej złożone strukturalnie cząsteczki HMO, które w swojej strukturze zawierają więcej niż jeden glikotop sjalo-Lewis X, który umożliwia wielowartościowe wiązanie z selektynami, może uczestniczyć w hamowaniu toczenia, a następnie adhezji leukocytów. Ponadto, w porównaniu do glikotopu sjalo-Lewis X i 3’-S,3-FL, pula wszystkich sjalowanych HMO była w tym zakresie bardziej skuteczna. Natomiast zastosowanie najprostszych sjalowanych HMO, takich jak trisacharydy 3’-SL i 6’-SL, nie miało żadnego wpływu na proces toczenia i adhezję leukocytów [14, 61].
Ponieważ HMO są strukturalnie podobne do ligandów selektyny [62], prawdopodobne jest, że HMO mogą „wiązać się“ bezpośrednio z komórkami układu odpornościowego i modulować reakcje immunologiczne. HMO bezpośrednio wpływa na proliferację komórek odpornościowych i produkcję cytokin w eksperymentach ex vivo z komórkami jednojądrzastymi krwi obwodowej (PBMC). HMO indukowały także produkcję cytokin IL-10 oraz IFN-γ [63, 64]. 
Oprócz HMO, które mogą w swojej strukturze zawierać glikotopy typu Lewis lub sjalo-Lewis i stanowić ligandy dla selektyn, przekazywanie informacji przez komórki układu odpornościowego może odbywać się także poprzez inne receptory lektynowe, np. typu S – galektyny oraz typu I – siglektyny. Receptory te rozpoznają określone struktury cukrowe glikokoniugatów (glikoprotein i glikolipidów), które są także obecne w strukturach HMO, 
np. N-acetylo-laktozamina (LacNAc) i sjalowana N-acetylo-laktozamina (sjalo-LacNAc) [65].
Wyniki ostatnich badań świadczące o znaczeniu mikrobioty jelitowej dla zdrowia i występowania takich chorób jak alergia, podkreślają znaczenie tzw. okna możliwości we wczesnym okresie życia, podczas którego interwencje zmieniające mikrobiotę jelitową wywołują długofalowe skutki. Skład i metabolizm mikrobioty jelitowej noworodka mogą odgrywać istotną rolę w ryzyku chorób alergicznych. Karmienie piersią kształtuje mikrobiotę jelitową we wczesnym okresie życia, zarówno bezpośrednio przez „narażenie” noworodka na mikrobiotę obecną w mleku matki, jak i pośrednio, poprzez czynniki mleka matki, takie jak HMO, które wpływają na wzrost bakterii i ich metabolizm. Potencjał mleka do modulowania wczesnej mikrobioty jelitowej potomstwa jest obiecującym narzędziem w zapobiegania alergii [66]. W ostatnich badaniach wykazano, że niskie stężenia LNFP III (<60 μM) w mleku kobiecym było czynnikiem ryzyka rozwoju alergii na białka mleka krowiego [67].
Ponadto, obecne w krwiobiegu niemowlęcia HMO są istotne dla prawidłowego rozwoju mózgu. Fukozylowane i sjalowane HMO stanowią dodatkowe źródło fukozy i kwasu sjalowego do syntezy nowych glikokoniugatów, które odgrywają istotną rolę w prawidłowym rozwoju i funkcjonowaniu ośrodkowego układu nerwowego, m.in. w przekazywaniu impulsów między neuronami [13, 47]. Ruhaak i współpracownicy [60] spekulują, że niewielkie ilości kwasów sjalowych związanych z HMO oraz wolne kwasy sjalowe obecne w świetle jelita cienkiego lub okrężnicy niemowląt karmionych mlekiem matki mogą zostać wchłonięte do krwioobiegu niemowlą...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Forum Pediatrii Praktycznej"
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • Dodatkowe artykuły niepublikowane w formie papierowej
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy