Влияние олигосахаридов грудного молока на иммунитет слизистой кишечника и системный иммунитет новорожденных

Скачать PDF

Шэрон М. Донованa, Сара С. Комтокb

aОтделение нутрициологии и питания человека, Университет Иллинойса, Эрбана, Иллинойс, а также

bОтделение нутрициологии и питания человека, Мичиганский государственный университет, Ист Лансинг, Мичиган, США

Материалы Нестле том 74, №3, 2016, стр. 42-51.

Основные положения
  • Олигосахариды грудного молока (ОГМ) являются его преобладающим компонентом и представляют собой молекулы с разнообразными структурами, имеют нейтральную или кислую реакцию, при этом некоторые формы сиалированы или фукозилированы, что влияет на их биологические функции.
  • ОГМ защищают организм ребенка первого года жизни от патогенных инфекций, способствуют формированию микробиоты кишечника, стимулируют развитие кишечника и иммунной системы.
  • Некоторые типы ОГМ в настоящее время доступны в продаже, их добавляют в формулы для искусственного вскармливания отдельно или в сочетании с другими пребиотиками.
Ключевые слова

Олигосахариды грудного молока, иммунитет, ребенок первого года жизни

Резюме

Иммунная система ребенка первого года жизни является функционально незрелой и характеризуется наивностью, то есть неспособностью к распознаванию чужеродных агентов. Грудное молоко содержит биоактивные белки, липиды, а также углеводы, которые защищают новорожденного и стимулируют развитие врожденного и адаптивного иммунитета. Этот обзор посвящен рассмотрению роли олигосахаридов грудного молока (ОГМ) в развитии и функционировании желудочно-кишечного тракта и иммунной системы у детей первого года жизни. В течение последнего десятилетия проводились интенсивные исследования для определения сложного состава олигосахаридов в молоке многих видов животных, и в настоящее время их разнообразные функции становятся более понятными. Согласно полученным данным, грудное молоко содержит более высокую концентрацию ОГМ, которые характеризуются большей степенью структурного разнообразия и фукозилирования, чем олигосахариды молока других видов млекопитающих, в частности, коровьего молока, из которого производятся формулы для искусственного вскармливания детей первого года жизни. Коммерческая доступность больших количеств некоторых ОГМ способствовала углублению нашего понимания их функций, к которым относится защита организма ребенка первого года жизни от патогенных инфекций, оптимизация формирования микробиоты кишечника, обеспечение развития кишечника, а также стимулирование созревания иммунной системы. Многие указанные функции реализуются посредством углевод-углеводного взаимодействия с патогенами или клетками организма-хозяина. Два ОГМ, 2’- фукозиллактоза (2’FL) и лакто-N-неотетраоза (LNnT), недавно начали добавлять в формулы для искусственного вскармливания. Хотя это первый шаг на пути приближения состава формулы для искусственного вскармливания к грудному молоку, остается неясным, действительно ли добавление 1 или 2 ОГМ позволит добиться той же степени сложности эффектов, которые обеспечиваются присутствием сложной смеси ОГМ, потребляемой детьми, находящимися на грудном вскармливании. По мере появления в продаже большего количества ОГМ, либо выделенных из коровьего молока, либо синтезированных химическим путем или микроорганизмами, ожидается, что большее количество олигосахаридов будет добавляться в формулы для искусственного вскармливания отдельно или в сочетании с другими пребиотиками.

Обоснование исследования

Ребенок рождается с функционально наивной иммунной системой, что влияет на реакции адаптивного и врожденного иммунитета[1] и подвергает новорожденного высокому риску развития распространенных инфекций. Постанатальное созревание иммунной системы стимулируется воздействием антигенов и взаимодействиями организма-хозяина и микроорганизмов [1, 2]. Как и что ребенок первого года жизни получает в качестве питания влияет на развитие и компетентность иммунной системы [3–5]. Грудное молоко защищает ребенка в течение уязвимого периода жизни, обеспечивая биоактивными компонентами, препятствующими развитию патогенной инфекции, поддерживает развитие кишечника, способствует формированию барьерной функции, стимулирует развитие иммунитета, облегчает развитие иммунной толерантности, а также служит питанием для микроорганизмов, населяющих кишечник [2–5]. Таким образом, грудное молоко обеспечивает многоуровневую систему защиты для ребенка первого года жизни.

Грудное вскармливание, в частности, исключительно грудное вскармливание в течение 6 месяцев или более, по сравнению с формулой для искусственного вскармливания, снижает встречаемость и/или степень тяжести инфекционных заболеваний [6]. Многие заболевания с инфекционными и иммунными этиологическими компонентами, включая диарею, инфекции органов дыхания и мочевыводящих путей, отит среднего уха, бактериемию, а также некротизирующий энтероколит, отмечаются реже у детей, находящихся на грудном вскармливании, по сравнению с теми, кто получает искусственное вскармливание [6, 7]. Грудное вскармливание также ассоциируется со снижением встречаемости других заболеваний, вовлекающих иммунную систему и иммунную толерантность, таких как воспалительное заболевание кишечника, глютеновая болезнь, астма, аллергия, диабет 1 типа, острая лимфобластная и острая миелобластная лейкемия [6, 8]. Эти полезные эффекты могут быть частично опосредованы влиянием грудного вскармливания на микробиоту кишечника [8, 9], которая, в свою очередь, стимулирует созревание и специфичность неонатального иммунитета слизистой и иммунной системы в целом [2].

Пользу грудного вскармливания для иммунной системы отчасти объясняли разнообразием биоактивных компонентов, содержащихся в грудном молоке [2–5]. Подтверждением может служить ключевая роль олигосахаридов грудного молока (ОГМ) в развитии и созревании системы защиты в неонатальном периоде. Как описывается далее, ОГМ присутствуют в высокой концентрации в грудном молоке, характеризуются невероятным структурным разнообразием [10–13], а также обеспечивают защиту организма ребенка и опосредуют иммунные реакции посредством определенных механизмов [14, 15].

Содержание и состав ОГМ

ОГМ представляют собой сложные растворимые гликаны, которые находятся в молоке, преимущественно, в свободной форме. Эти гликаны синтезируются из 5 основных моносахаридов: галактозы, глюкозы, N-ацетилглюкозамина, фукозы, а также производной сиаловой кислоты Nацетилнейраминовой кислоты [10, 11]. За несколькими исключениями, все ОГМ содержат лактозу (Galβ1–4Glc) на восстановленном конце, которая может элонгироваться в положении связи β1–3 или β1–6 2 разными дисахаридами, либо Galβ1–3GlcNAc (цепь 1 типа), либо Galβ1–4GlcNAc (цепь 2 типа) [11].

Сообщалось, что содержание ОГМ варьирует от 1 до 10 г/л в зрелом молоке и от 15 до 23 г/л в молозиве [10–13]. В грудном молоке, которое образуется после срочных родов, ~35–50% ОГМ фукозилированы, 12–14% сиалированы, а 42–55% являются нефукозилированными и нейтральными [10–13] (Таблица 1). Однако на состав ОГМ влияют генетические особенности организма матери, включая статус секретора и группу крови по Льюису [10, 11]. Фукозилирование ОГМ происходит при участии 2 фукозилтрансфераз FUT2 (ген секретора) и FUT3 (ген Льюиса). В организме матерей несекреторов, у которых отсутствует функциональный фермент FUT2, к которым относится примерно 30% женщин во всем мире, вырабатывается молоко, в котором отсутствуют α1-2-фукозилированные олигосахариды, такие как 2α - фукозиллактоза (2’ FL) и лакто-N-фукопентаоза (LNFP) I [10, 11]. Отсутствие этих веществ может иметь функциональные последствия. Например, у детей, потребляющих молоко, производимое женщинами несекреторами, происходит более поздняя колонизация кишечника бифидобактериями, в организме присутствует больше таксонов Streptococcus, а также отмечаются функциональные различия в метаболической активности микробиоты [16]. Дети, получающие молоко матерей несекреторов, подвергаются более высокому риску заболеваний, сопровождаемых диареей [17].

Грудное молоко может гармонизировать развитие
желудочно-кишечного тракта Концентрации основных ОГМ в грудном молоке

ОГМ и микробиом

Развитие микробиоты кишечника у ребенка первого года жизни  это последовательный процесс, который начинается внутриутробно и продолжается в течение первых 2–3 лет жизни. Состав и разнообразие видов бактерий формируется под влиянием генетики организма ребенка и многочисленных экологических факторов, из которых рацион является определяющим [8, 9]. Исследования, проведенные в течение последнего десятилетия, показали, что определенные виды Bacteroides и Bifidobacterium, которые обычно колонизируют кишечник детей, находящихся на грудном вскармливании, эффективно используют ОГМ в качестве источника углерода. Это, в частности, верно для B. longum ssp. infantis (B. infantis ), вида, который доминирует в микробиоме кишечника большинства детей, находящихся на грудном вскармливании [18]. Обнаружение участка генома у B. infantis, кодирующего специфические ферменты для метаболизма ОГМ, подтверждает адаптацию этого вида к среде кишечника ребенка, находящегося на грудном вскармливании [18, 19]. Действительно, недавно проведенное исследование по изучению детей, получающих формулу для искусственного вскармливания, обогащенную 2’ FL (1 г/л) и LNnT (0.5 г/л), показало, что общий состав микробиоты детей первого года жизни, получавших формулы для искусственного вскармливания с 2’ FL и LNnT, в значительной степени отличался от микробиоты детей, которым давали формулу для искусственного вскармливания без добавок (p < 0.001) на уровне рода микроорганизмов, и был ближе к составу микробиоты детей, находящихся на грудном вскармливании, в возрасте 3 месяцев [20]. Кроме того, отмечалось преобладание Bifidobacterium (p < 0.01), тогда как Escherichia и неклассифицированные Peptostreptococcaceae встречались реже у детей, получавших формулу для искусственного вскармливания с 2’ FL и LNnT, по сравнению с детьми, получавшими необогащенную формулу для искусственного вскармливания. Кроме того, наблюдаемые уровни были ближе к показателям детей, находящихся на грудном вскармливании [20]. Более того, концентрации нескольких важных метаболитов в фекалиях (пропионат, бутират и лактат) у детей, получавших обогащенную ОГМ формулу для искусственного вскармливания, в большей степени соответствовали показателям детей, находящихся на грудном вскармливании [20].

Ранее экспериментальным образом нами было показано, что ферментирование ОГМ неонатальной микробиотой поросят приводило к образованию короткоцепочечных жирных кислот и способствовало росту полезных бактерий in vitro [21] и in vivo [22]. Бактерии кишечника и реакция иммунной системы, в частности, иммунной системы желудочно-кишечного тракта, тесно связаны [23]. Таким образом, в этом эксперименте удалось показать, что индуцированные ОГМ изменения в популяциях бактерий кишечника поросят могут изменять течение кишечной инфекции [24], что, в свою очередь, может изменить реакцию иммунной системы [22]. С другой стороны, изменение бактерий кишечника может непосредственно влиять на иммунную систему этих животных [2]. Дополнительные способы, посредством которых ОГМ могут влиять на неонатальный иммунитет, описываются далее.

ОГМ как модуляторы иммунной системы

На Рисунке 2 представлены объединенные результаты исследований, демонстрирующие, что ОГМ косвенно и непосредственно влияют на иммунитет слизистой и системный иммунитет у ребенка первого года жизни. В целом, здоровье кишечника и его барьерная функция считаются первой линией защиты, обеспечиваемой врожденным иммунитетом. Пролиферация клеток происходит в криптах, при этом клетки дифференцируются по мере миграции вверх по оси ворсинкакрипта, за исключением клеток Панета, мигрирующих вниз к основанию крипты. ОГМ снижают пролиферацию клеток в криптах кишечника [25, 26], интенсифицируют созревание клеток кишечника [26], а также улучшают барьерную функцию [26] (показано цифрами 1–3 на Рис. 2). Слой, сформированный гликопротеинами слизистой или муцинами, продуцируемыми бокаловидными клетками, действует как смазка и защитный физический барьер между эпителием кишечника и содержимым его просвета (показано цифрой 4 на Рис. 2). ОГМ могут влиять на функционирование бокаловидных клеток, как было показано на примере галактоолигосахаридов (GOS) [27]. ОГМ воздействуют на экспрессию гена иммунитета эпителия как непосредственно [28– 30], так и косвенно через микробиоту [31] (показано цифрами 5 и 6 на Рис. 2, соответственно). Как указывалось выше, ОГМ выполняют функцию пребиотиков, способствуя росту полезных бактерий, включая представителей родов Bifidobacteria и Bacteroides [32] (показано цифрами 7 на Рис. 2). Кроме того, ОГМ замедляют развитие инфекций, вызываемых бактериями и вирусами, либо связываясь с патогеном в просвете кишечника, либо препятствуя связыванию с рецепторами гликанов на поверхности клеток [14–15, 22] (показано цифрами 8 на Рис. 2). Помимо этого, получаемые с пищей олигосахариды становятся частью выстилающего слоя кишечника, благодаря чему репертуар гликанов кишечника становится более разнообразным [33]. ОГМ также усиливают барьерную функцию эпителия, поддерживая рост of B. infantis в кишечнике младенцев [10, 18]. B. infantis продуцирует пептиды, которые, по данных эксперимента на мышах по моделированию колита, нормализуют проницаемость кишечника за счет усиления экспрессии белков, благодаря чему усиливается зона плотного контакта [34]. Есть вероятность, что ОГМ поддерживают другие бактериальные виды, которые важны для поддержания целостности кишечника. Эти изменения барьерной функции кишечника могут, в свою очередь, влиять на локальный и системный иммунитет [35]. ОГМ воздействуют на популяции иммунных клеток и секрецию цитокинов [22, 36] (показано цифрами 9 на Рис. 2). Некоторые ОГМ также поступают в кровоток [37–39] (показано цифрами 10 на Рис. 2), где вызывают системные эффекты, связывая моноциты, лимфоциты и нейтрофилы с клетками эндотелия [40] (показано цифрами 11 на Рис. 2) и формируя комплексы тромбоцитов и нейтрофилов [41] (показано цифрами 12 на Рис. 2). Для получения более подробной информации и детального рассмотрения этого вопроса рекомендуется ознакомиться с недавним обзором Кулинич и Лью (Kulinich, Liu [15]).

Связывание углеводов как потенциальный механизм влияния ОГМ на иммунную систему

Углеводы и связывающие углеводы белки играют важную роль в иммунных реакциях. В клетках присутствуют уникальные гликановые сигнатуры, включающие сочетания определенных последовательностей гликанов, которые задействуются, когда клетки контактируют с другими клетками или другими компонентами окружающей среды [42, 43]. Однако многие из повторяющихся последовательностей гликанов, обнаруженных на клетках млекопитающих, найдены также на микроорганизмах и в продуктах питания, включая грудное молоко. Такое сходство создает возможности для взаимодействий организма-хозяина, микроорганизма и ОГМ.

Лектины (белки, связывающие углеводы) расположены на поверхности клеток млекопитающих, которые транслируют распознавание определенных повторов и обеспечивают пространственную презентацию указанных повторов за счет их активации. Лектины объединяются в соответствии с доменами распознавания углеводов (CRD) [42, 43].

Возможные механизмы, посредством которых олигосахариды грудного молока

Известно, по крайней мере, о десятке CRD, идентифицированных у млекопитающих, однако 3 класса лектинов, связанных с влиянием ОГМ на иммунные реакции,  это лектины C-типа, сиглексы (Ig-подобные лектины, связывающие сиаловую кислоту), а также галектины.

Для функционирования лектинов C-типа необходим кальций, к таким лектинам относятся селектины, лектин, связывающий маннозу, а также ассоциированная с мембраной молекула адгезии дендритных клеток (DC-SIGN). Рецепторы лектина C-типа на поверхности дендритных клеток (DC) определяют, будет ли клетка толерантной, или произойдет активация лимфоцитов [44]. DC-SIGN представляет особый интерес с точки зрения механизмов, посредством которых ОГМ могут влиять на иммунитет, из-за наличия CRD, специфичного для единиц фукозы. Более того, DC-SIGN экспрессируется клетками желудочнокишечного тракта у детей первого года жизни [45]. Эти клетки кишечника с большой вероятностью выполняют функции антигенпрезентирующих клеток, так как DC-SIGN экспрессируется антиген-презентирующими клетками, а именно DC [43]. Хотя взаимодействия между фукозилированными лигандами и DCSIGN вносят вклад в развитие иммунной толерантности, клеточная реакция в конечном итоге зависит от других реакций лиганда и рецептора, происходящих в то же время [43].

Сиглексы представляют собой лектины, связывающие сиаловую кислоту, наиболее часто они обнаруживаются в подгруппах иммунных клеток [46]. Существует, по крайней мере, 16 сиглексов, экспрессируемых разными популяциями лейкоцитов, куда относится сиалоадгезин (сиглек-1), CD22 (сиглек-2), миелинсвязанный гликопротеин (MAG, сиглек-4), сиглек-15, а также CD33- родственные сиглексы. Специфичность сиглексов определяется различиями во вторичных сайтах связывания [43]. Сиглексы являются рецепторами, расположенными на поверхности эндоцитов, которые обеспечивают перенос веществ между поверхностью клетки и внутриклеточными пузырьками; эти рецепторы, в основном, экспрессируются на клетках, участвующих в обработке и презентации антигенов [43]. Более того, молекулы, содержащие сиаловую кислоту, могут получить доступ к макрофагам за счет связывания с сиглексами на поверхности клеток [46]. На клетках млекопитающих некоторые гликаны, содержащие сиаловую кислоту, выполняют функции самостоятельных молекулярных паттернов и останавливают иммунные реакции на непатогенные стимулы. Связывание определенных сиглексов стимулирует образование иммунорегулирующего цитокина интерлейкина (IL)-10 [47]. Галектины важны для обновления клеток и регуляции работы иммунной системы. CRD галектинов специфичен для βгалактозидаз. Когда клетки десиалированы, плотность открытых остатков галактозы на поверхности клеток увеличивается. Например, наивные T клетки экспрессируют CD45 с α-2,6- связанной сиаловой кислотой. Количество α-2,6-связанной сиаловой кислоты сокращается после активации T-клеток. Уменьшение количества α-2,6-связанной сиаловой кислоты делает активированные T клетки восприимчивыми к галектин-1- опосредованному апоптозу [48]. Таким образом, связывание сиалированных ОГМ с клетками может препятствовать апоптозу.

ОГМ как модуляторы иммунитета слизистой

Для определения влияния ОГМ на экспрессию гена, связанного с иммунитетом и выработкой белка, использовали линии клеток кишечника. Эти клетки инкубировались совместно с олигосахаридами [28], бактериями [48] или липополисахаридами (LPS) для моделирования бактериальной инфекции [29]. Совместное инкубирование Bifidobacterium с линией кишечных клеток Caco-2 и ОГМ приводило к регуляции на понижение генов клеток кишечника, связанных с активностью хемокинов, по сравнению с совместным инкубированием с глюкозой или лактозой [29]. С другой стороны, при отсутствии бактериального ко-стимулирования, ОГМ повышали экспрессию нескольких хемокинов в клеточной линии HT-29 [28]. Дополнительные исследования на линиях кишечных клеток T84 и HCT8 показали, что сложные смеси ОГМ, а также 2’ FL, снижали встречаемость сигнатур воспаления кишечника [29].

Было установлено, что ОГМ влияют на течение вирусной желудочно-кишечной инфекции. При моделировании острой ротавирусной инфекции (RV) в условиях изолирования подвздошной кишки 21-дневного поросенка in situ, петли кишечника, обрабатываемые одновременно ОГМ и RV, имели сниженный уровень экспрессии мРНК неструктурного белка-4 (NSP-4). Это показывает, что ОГМ могут снижать репликацию RV [49]. Однако при этом не было отмечено изменения экспрессии кишечного цитокина и хемокина. Как нейтральные, так и кислые ОГМ, снижали экспрессию мРНК кишечного NSP4 в модельном эксперименте in situ, тогда как только кислые ОГМ эффективно уменьшали инфицирующий потенциал RV в эксперименте in vitro [49].

ОГМ как модуляторы системного иммунитета и вещества, обеспечивающие защиту от инфекций

ОГМ выявляются в плазме детей первого года жизни, получающих грудное молоко в концентрациях 1–133 мг/л [37, 39], это указывает на вероятность того, что получаемые с пищей ОГМ могут непосредственно воздействовать на иммунные клетки, циркулирующие в крови. Как указывалось ранее, многие иммунные рецепторы распознают олигосахаридные структуры соответствующих гликопротеиновых лигандов [14, 15]. Поскольку подгруппа ОГМ является структурно сходной с лигандами селектинов [14], есть вероятность, что ОГМ могут связываться непосредственно с иммунными клетками и запускать передачу сигналов, что приводит к изменению популяций и функций иммунных клеток. Например, P- и E-селектины распознают сиалил-Льюис x (sLeX), гликановый фрагмент нескольких ОГМ [11]. Кроме того, фукозилирование и сиалирование, 2 ферментные модификации, часто встречающиеся у ОГМ, обеспечивают возможность связывания с селектинами [50]. Индуцированное ОГМ разрушение взаимодействия иммунного белка-углевода снижает перемещение нейтрофила [40] и его активацию [41]. По данным экспериментов ex vivo на мононуклеарных клетках периферической крови (PBMC) от новорожденных поросят, ОГМ непосредственно влияют на пролиферацию иммунных клеток и образование цитокинов [36]. Стимулирование изолированными ОГМ увеличивало выработку регуляторного цитокина IL-10 [36]. В соответствии с другими наблюдениями, кислые ОГМ индуцируют образование IL-10; кроме того, было установлено, что кислые ОГМ индуцируют IFN-γ в эксперименте ex vivo на стимулированных мононуклеарных клетках крови из пуповины человека [45]. Выделенные ОГМ усиливали пролиферацию PBMC после стимуляции митогеном T-клеток, фитогемагглютинином (PHA). Кроме того, сиалированные ОГМ усиливали пролиферацию PBMC, стимулированных митогеном B-клеток LPS [36]. Напротив, 2’ FL ингибировали пролиферацию нестимулированных PBMC, культивируемых в течение 3 дней. Таким образом, ответная реакция на ОГМ может зависеть от состояния ребенка первого года жизни. При состоянии отсутствия стимуляции ОГМ замедляют пролиферацию, в то же время усиливая ее в ответ на митогенные стимулы ОГМ.

Кроме того, секреция цитокинов PBMC от детей, находящихся на грудном вскармливании, а также детей, получающих любую формулу для искусственного вскармливания, содержащую 2’ FL, простимулированных ex vivo респираторным синцитиальным вирусом, была сходной, при этом секретировалось меньшее количество фактора некроза опухоли-α и интерферона-γ, отмечалась тенденция к образованию меньшего количества IL1Ra, IL-6, а также IL-1β, чем в клетках от детей, получавших контрольную формулу для искусственного вскармливания [53].

В другом проведенном недавно исследовании по изучению детей оценивался эффект формулы для искусственного вскармливания, обогащенной 2’ FL (1.0 г/л) и LNnT (0.5 г/л), по сравнению с необогащенной формулой. Дети получали формулу для искусственного вскармливания с 14 дней до возраста 6 месяцев, после чего их переводили на стандартную формулу для последующего кормления, дети находились под наблюдением до достижения возраста 12 месяцев. Дети, получавшие обогащенную ОГМ формулу для искусственного вскармливания, значительно реже фигурировали в отчетах родителей (p = 0.004–0.047), в связи с такими событиями как бронхит в течение периода до 4 месяцев (2.3 по сравнению с 12.6%), 6 месяцев (6.8 по сравнению с 21.8%), а также 12 месяцев (10.2 по сравнению с 27.6%); у таких детей регистрировалось меньшее количество инфекций нижних дыхательных путей (кластер AE) в течение периода до 12 месяцев (19.3 по сравнению с 34.5%); было зафиксировано более редкое использование жаропонижающих препаратов в течение периода до 4 месяцев (15.9 по сравнению с 29.9%); и меньшая частота лечения антибиотиками в течение периода до 6 месяцев (34.1 по сравнению с 49.4%) и 12 месяцев (42.0 по сравнению с 60.9%), чем у детей, получавших стандартную формулу для искусственного вскармливания [54].

Результаты нескольких исследований на животных подтверждают уменьшение встречаемости инфекций у детей, получавших формулу для искусственного вскармливания с ОГМ. У мышей, инфицированных Escherichia coli, пероральное принудительное кормление один раз в день ежедневно 100 мг, 2’ FL препятствовало снижению веса тела и уменьшало колонизацию кишечника адгерентно-инвазивной E. coli, воспаление кишечника, экспрессию в клетках крипт CD14, а также IL-6, IL-17, образование фактора некроза опухоли-α в ответ на инфицирование организма адгерентно-инвазивной E. coli по сравнению с мышами, которых лечили веществом, используемым в качестве средства доставки [29]. Мыши, получавшие при кормлении 2’ FL и подвергнутые илеоцекальной резекции, имели более высокие показатели прироста веса, у них отмечался больший показатель глубины крипт и высоты ворсинок в месте иссечения, чем у мышей, которым не давали добавок [30]. Кроме того, у мышей, которым давали 2’ FL, отмечалась регуляция на повышение генов иммунной реакции слизистой дистального отдела тонкого кишечника [30]. Исследования, в которых поросятам и детям давали ОГМ, были сосредоточены на изучении 2’ FL, которую можно приобрести в больших количествах по приемлемым ценам, а также фукозилированных олигосахаридов, которые, как было показано, служат пищей для специфических полезных бактерий в течение событий, связанных с воспалением кишечника [56]. Учитывая то, что известно об эффектах других ОГМ, они также должны быть изучены в нутрициологических исследованиях, когда будут доступны в достаточных количествах.

Только в 1 исследовании in vivo использовалась сложная смесь ОГМ и оценивались исходы для работы иммунной системы. Согласно этому отчету, новорожденные поросята получали рацион, содержащий 4 г/л ОГМ, в состав смеси входили 40% 2’ FL, 10% 6’-сиалиллактозы (6’ SL), 35% лакто-N-неотетраозы (LNnT), 5%, 3‘-сиалиллактозы (3’ SL), а также 10% свободной сиаловой кислоты. У поросят отмечалось снижение длительности диареи, в ответ на инфицирование RV до 48.8 ± 9.8 ч по сравнению с 80.6 ± 4.5 ч у поросят, получавших необогащенную формулу для искусственного вскармливания [22]. Ткани подвздошной кишки, взятые от поросят, которых кормили ОГМ, содержали больше мРНК IFN-γ (производимых Th1 клетками) и IL-10 (противовоспалительного цитокина), по сравнению с поросятами, получавшими формулу для искусственного вскармливания [22].

В эксперименте на мышах с моделированием пищевой аллергии, 2’ FL и 6’ SL, применяемые при помощи перорального принудительного кормления, снижали интенсивность симптомов у мышей, сенсибилизированных к яичному белку овальбумину [51]. В частности, простимулированные овальбумином спленоциты, полученные от мышей, пролеченных 6’SL, производили больше IL-10 и меньше IFN-γ, чем клетки, взятые от мышей, не подвергавшихся лечению. Более того, мыши, пролеченные 2’ FL- или 6’ SL, имели больше регулирующих иммунных клеток в иммунных тканях кишечника, чем непролеченные мыши. Интересно отметить, что ни 2’ FL, ни 6’SL, не влияли на T регулирующие клетки кишечника при применении у несенсибилизированных мышей [51]. Это подчеркивает необходимость выбора соответствующей модели провокационной пробы для оценки воздействия веществ, получаемых с пищей, на иммунную систему. У мышей олигосахариды молока LNFP III и LNnT способствуют реакциям, опосредованным Th2, и подавляют реакции с участием Th1 [57]. Недавно было показано, что дети, получающие грудное молоко с низкими концентрациями LNFP III (<60 мкM ) имели в 6.7 раз более высокую вероятность (95% ДИ 2.0–22) развития аллергии на коровье молоко по сравнению с детьми, получающими молоко с высокими концентрациями LNFP III [58].

При использовании другого подхода, основанного на изучении мышей knockout, было показано, что SL-содержащие вещества могут оказывать непосредственное воздействие на иммунитет слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта [52, 59]. В одном исследовании наличие 3’SL в молоке увеличивало количество иммунных клеток, инфильтрующихся в кишечнике у мышей без IL-10 [52]. Более того, обогащение 3’SL увеличивало степень тяжести колита у новорожденных мышей без IL-10 и St3gal4 (фермент, синтезирующий 3’SL), при этом пересаживание мышат дикого типа к дефицитным самкам снижало степень тяжести колита. Одной из особенностей данной работы является то, что исследование проводилось в отсутствие эндогенной выработки IL-10, тогда как в других исследованиях in vivo было показано, что некоторые ОГМ увеличивают количество IL-10 в кишечнике [22, 51]. 3’ SL является продуктом нескольких патогенных бактерий [60], при этом данные, полученные при исследовании патогенных бактерий и грудного молока, сходны (связь α2,3 между сиаловой кислотой и галактозой). 3’ SL распознается DC и генерирует иммунную ответную реакцию посредством передачи сигнала через каскад TLR4 [61]. Эти результаты позволяют предположить, что присутствие 3’ SL увеличивает воспалительную ответную реакцию посредством прямого воздействия на DC. При отсутствии TLR4 3’ SL была менее эффективной для индукции активации DC. Однако DC также демонстрировали минимальное увеличение экспрессии CD40. Это указывает на то, что для DC характерен, по крайней мере, еще один механизм распознавания 3’ SL, хотя и гораздо менее эффективный, чем путь TLR4. TLR4 является рецептором для LPS E. coli. Еще одна связь между 3’ SL и TLR4 описывается в более поздней работе, где было показано, что 3’ SL стимулирует пролиферацию популяции E. coli в кишечнике, и что избыточный рост E. coli является причиной обострения колита, вызванного декстран сульфатом натрия за счет высвобождения провоспалительных цитокинов из кишечных DC [62]. Эти примеры показывают сложность связей между олигосахаридами, бактериями кишечника и иммунной системой.

Вывод

Богатое разнообразие ОГМ создает условия для модулирования как врожденного, так и адаптивного иммунитета новорожденных. Данные экспериментов in vitro и исследований на животных показывают, что ОГМ непосредственно взаимодействуют с желудочно-кишечными эпителиальными клетками, а также с клетками иммунитета слизистой оболочки и общей иммунной системы, изменяя иммунные реакции. ОГМ оказывают полезное воздействие, формируя микробиом ребенка, находящегося на грудном вскармливании.

Коммерческая доступность ОГМ, а также увеличение объемов данных исследований, показывающих, что формулы для искусственного вскармливания, обогащенные ОГМ, безопасны и обладают потенциально полезным воздействием на организм детей, привели к тому, что недавно в формулы для искусственного вскармливания начали добавлять 2’ FL изолированно или в сочетании с LNnT. Кроме того, учитывая положительное влияние на работу иммунной системы и защитные системы организма ребенка, ОГМ также могут быть полезны для других популяционных групп, например, в случаях нарушения работы иммунитета, или в условиях высокого риска развития инфекций.

Было проведено лишь небольшое количество исследований, где животным или детям давали ОГМ. Кроме того, в нескольких работах были оценены эффекты применения сложных смесей ОГМ с точки зрения реакций иммунной системы. Таким образом, необходимо проведение исследований, в которых удалось бы точно описать механизмы обнаруженных явлений и полностью реализовать потенциал ОГМ, связанный с полезными воздействиями на иммунные функции в организме ребенка первого года жизни.

Заявление о конфликте интересов

Шарон Донован получила грант на исследования от Отдела научных исследований и разработок Института питания Нестле. Сара Комсток заявляет об отсутствии конфликта интересов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Levy O, Wynn JL: A prime time for trained immunity: innate immune memory in newborns and infants. Neonatology 2014 ; 105: 136–141.

2 Walker WA, Iyengar RS: Breast milk, microbiota, and intestinal immune homeostasis. Pediatr Res 2015; 77: 220–228.

3 Andreas NJ, Kampmann B, Mehring Le Doare K: Human breast milk: a review on its composition and bioactivity. Early Hum Dev 2015; 91: 629–635.

4 Turfkruyer M, Verhasselt V: Breast milk and its impact on maturation of the neonatal immune system. Curr Opin Infect Dis 2015; 28: 199–206.

5 Donovan SM: Role of human milk components in gastrointestinal development: current knowledge and future needs. J Pediatr 2006; 149:S49–S61.

6 American Academy of Pediatrics, Section on Breastfeeding: Breastfeeding and the use of human milk. Pediatrics 2012; 129;e827–e841.

7 Horta BL, Victora CG: Long-term Effects of Breastfeeding. Geneva, World Health Organization, 2013. http://apps.who.int/iris/bitst ream/10665/79198/1/9789241505307_eng.pdf (accessed September 15, 2016).

8 Li M, Wang M, Donovan SM: Early development of the gut microbiome and immune-mediated childhood disorders. Semin Reprod Med 2014; 32: 74–86.

9 Wang M, Monaco MH, Donovan SM: Impact of early gut microbiota on immune and metabolic development and function. Semin Fetal Neonat Med 2016, Epub ahead of print.

10 Smilowitz JT, Lebrilla CB, Mills DA, German JB, Freeman SL: Breast milk oligosaccharides: structure-function relationships in the neonate. Annu Rev Nutr 2014 ; 34: 143–169.

11 Kunz C, Meyer C, Collado MC, Geiger L, García-Mantrana I, Bertua-Ríos B, Martínez-Costa C, Borsch C, Rudloff S: Influence of gestational age, secretor and Lewis blood group status on the oligosaccharide content of human milk. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2016, Epub ahead of print.

12 Thurl S, Munzert M, Henker J, Boehm G, Müller-Werner B, Jelinek J, Stahl B: Variation of human milk oligosaccharides in relation to milk groups and lactational periods. Br J Nutr 2010; 104: 1261–1271.

13 Martín-Sosa S, Martín MJ, García-Pardo LA, Hueso P: Sialyloligosaccharides in human and bovine milk and in infant formulas: variations with the progression of lactation. J Dairy Sci 2003; 86: 52–59.

14 Newburg DS, He Y: Neonatal gut microbiota and human milk glycans cooperate to attenuate infection and inflammation. Clin Obstet Gynecol 2015; 58: 814–826.

15 Kulinich A, Liu L: Human milk oligosaccharides: the role in the fine-tuning of innate immune responses. Carbohydr Res 2016 ; 432: 62–70.

16 Lewis ZT, Totten SM, Smilowitz JT, Popovic M, Parker E, Lemay DG, Van Tassell ML, Miller MJ, Jin YS, German JB, Lebrilla CB, Mills DA: Maternal fucosyltransferase 2 status affects the gut bifidobacterial communities of breastfed infants. Microbiome 2015; 3: 13.

17 Newburg DS, Ruiz-Palacios GM, Altaye M, Chaturvedi P, Meinzen-Derr J, Guerrero MDL, et al: Innate protection conferred by fucosylated oligosaccharides of human milk against diarrhea in breastfed infants. Glycobiology 2004; 14: 253–263.

18 Underwood MA, German JB, Lebrilla CB, Mills DA: Bifidobacterium longum subspecies infantis : champion colonizer of the infant gut. Pediatr Res 2015; 77: 229–235.

19 Garrido D, Barile D, Mills DA: A molecular basis for bifidobacterial enrichment in the infant gastrointestinal tract. Adv Nutr 2012; 3: 415S–421S.

20 Steenhout P, Sperisen P, Martin F-P, Sprenger N, Wernimont S, Pecquet S, Berger B: Term infant formula supplemented with human milk oligosaccharides (2’ fucosyllactose and lacto-N-neotetraose) shifts stool microbiota and metabolic signatures closer to that of breastfed infants. FASEB J 2016; 30 (suppl 1): 275.7.

21 Li M, Bauer LL, Chen X, Wang M, Kuhlenschmidt TB, Kuhlenschmidt MS, Fahey GC Jr, Donovan SM: Microbial composition and in vitro fermentation patterns of human milk oligosaccharides and prebiotics differ between formula-fed and sow-reared piglets. J Nutr 2012; 142: 681–689.

22 Li M, Monaco MH, Wang M, Comstock SS, Kuhlenschmidt TB, Fahey GC Jr, Miller MJ, Kuhlenschmidt MS, Donovan SM: Human milk oligosaccharides shorten rotavirusinduced diarrhea and modulate piglet mucosal immunity and colonic microbiota. ISME J 2014; 8: 1609–1620.

23 Goto Y, Kiyono H: Epithelial barrier: an interface for the cross-communication between gut flora and immune system. Immunol Rev 2012; 245: 147–163.

24 Sassone-Corsi M, Raffatellu M: No vacancy: how beneficial microbes cooperate with immunity to provide colonization resistance to pathogens. J Immunol 2015; 194: 4081–4087.

25 Hester SN, Donovan SM: Individual and combined effects of nucleotides and human milk oligosaccharides on proliferation, apoptosis and necrosis in a human fetal intestinal cell line. Food Nutr Sci 2012 ; 3: 1567–1576.

26 Holscher HD, Davis SR, Tappenden KA: Human milk oligosaccharides influence maturation of human intestinal Caco-2Bbe and HT-29 cell lines. J Nutr 2014; 144: 586–591.

27 Bhatia S, Prabhu PN, Benefiel AC, Miller MJ, Chow J, Davis SR, Gaskins HR: Galactooligosaccharides may directly enhance intestinal barrier function through the modulation of goblet cells. Mol Nutr Food Res 2015 ; 59: 566–573.

28 Lane JA, O’Callaghan J, Carrington SD, Hickey RM: Transcriptional response of HT-29 intestinal epithelial cells to human and bovine milk oligosaccharides. Br J Nutr 2013; 110: 2127–2137.

29 He Y, Liu S, Kling DE, Leone S, Lawlor NT, Huang Y, Feinberg SB, Hill DR, Newburg DS: The human milk oligosaccharide 2’-fucosyllactose modulates CD14 expression in human enterocytes, thereby attenuating LPS-induced inflammation. Gut 2016 ; 65: 33–46.

30 Mezoff EA, Hawkins JA, Ollberding NJ, Karns R, Morrow AL, Helmrath MA: The human milk oligosaccharide 2’-fucosyllactose augments the adaptive response to extensive intestinal resection. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2016 ; 310:G427–G438.

31 Wickramasinghe S, Pacheco AR, Lemay DG, Mills DA: Bifidobacteria grown on human milk oligosaccharides downregulate the expression of inflammation-related genes in Caco-2 cells. BMC Microbiol 2015; 15: 172.

32 Marcobal A, Sonnenburg JL: Human milk oligosaccharide consumption by intestinal microbiota. Clin Microbiol Infect 2012; 18(suppl 4):12– 15.

33 Kavanaugh D, O’Callaghan J, Kilcoyne M, Kane M, Joshi L, Hickey RM: The intestinal glycome and its modulation by diet and nutrition. Nutr Rev 2015; 73: 359–375.

34 Ewaschuk JB, Diaz H, Meddings L, Diederichs B, Dmytrash A, Backer J, Looijer-van Langen M, Madsen KL: Secreted bioactive factors from Bifidobacterium infantis enhance epithelial cell barrier function. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2008; 295: 1025–1034.

35 Macpherson AJ, Geuking MB, McCoy KD: Immune responses that adapt the intestinal mucosa to commensal intestinal bacteria. Immunology 2005; 115: 153–162.

36 Comstock SS, Wang M, Hester SN, Li M, Donovan SM: Select human milk oligosaccharides directly modulate peripheral blood mononuclear cells isolated from 10-d-old pigs. Br J Nutr 2014; 111: 819–828.

37 Goehring KC, Kennedy AD, Prieto PA, Buck RH: Direct evidence for the presence of human milk oligosaccharides in the circulation of breastfed infants. PLoS One 2014 ; 9: e101692.

38 Marriage BJ, Buck RH, Goehring KC, Oliver JS, Williams JA: Infants fed a lower calorie formula with 2’-fucosyllactose (2’ FL) show growth and 2’ FL uptake like breast-fed infants. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2015 ; 61: 649–658.

39. Ruhaak LR, Stroble C, Underwood MA, Lebrilla CB: Detection of milk oligosaccharides in plasma of infants. Anal Bioanal Chem 2014; 406: 5775–5784.

40. Bode L, Kunz C, Muhly-Reinholz M, Mayer K, Seeger W, Rudloff S: Inhibition of monocyte, lymphocyte, and neutrophil adhesion to endothelial cells by human milk oligosaccharides. Thromb Haemost 2004; 92: 1402–1410.

41. Bode L, Rudloff S, Kunz C, Strobel S, Klein N: 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.

42. Rabinovich GA, Croci DO: Regulatory circuits mediated by lectin-glycan interactions in autoimmunity and cancer. Immunity 2012; 36: 322–335.

43. Schnaar RL: Glycans and glycanbinding proteins in immune regulation: a concise introduction to glycobiology for the allergist. J Allergy Clin Immunol 2015; 135: 609–615.

44. Geijtenbeek TB, van Vliet SJ, Engering A, ‘t Hart BA, van Kooyk Y: Self- and nonselfrecognition by C-type lectins on dendritic cells. Annu Rev Immunol 2004; 22: 33–54.

45. Koning N, Kessen SF, Van Der Voorn JP, Appelmelk BJ, Jeurink PV, Knippels LM, Garssen J, Van Kooyk Y: Human milk blocks DCSIGN-pathogen interaction via MUC1. Front Immunol 2015; 6: 112.

46. Macauley MS, Crocker PR, Paulson JC: Siglec-mediated regulation of immune cell function in disease. Nat Rev Immunol 2014; 14: 653–666.

47. Stephenson HN, Mills DC, Jones H, Milioris E, Copland A, Dorrell N, Wren BW, Crocker PR, Escors D, Bajaj-Elliott M: Pseudaminic acid on Campylobacter jejuni flagella modulates dendritic cell IL-10 expression via Siglec-10 receptor: a novel flagellin-host interaction. J Infect Dis 2014; 210: 1487–1498.

48. Earl LA, Bi S, Baum LG: N- and O-glycans modulate galectin-1 binding, CD45 signaling, and T cell death. J Biol Chem 2010; 285: 2232–2244.

49. Hester SN, Chen X, Li M, Monaco MH, Comstock SS, Kuhlenschmidt TB, Kuhlenschmidt MS, Donovan SM: Human milk oligosaccharides inhibit rotavirus infectivity in vitro and in acutely infected piglets. Br J Nutr 2013; 110: 1233–1242.

50. Luhn K, Wild MK: Human deficiencies of fucosylation and sialylation affecting selectin ligands. Semin Immunopathol 2012; 34: 383–399.

51. Castillo-Courtade L, Han S, Lee S, Mian FM, Buck R, Forsythe P: Attenuation of food allergy symptoms following treatment with human milk oligosaccharides in a mouse model. Allergy 2015; 70: 1091–1102.

52. Kurakevich E, Hennet T, Hausmann M, Rogler G, Borsig L: Milk oligosaccharide sialyl(a2,3)lactose activates intestinal CD11c+ cells through TLR4. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110: 17444–17449.

53. Goerhring KC, Marriage BJ, Oliver JS, Wilder JA, Barrett EG, Buck RH: 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, DOI: 10.3945/jn.116.236919.

54. Puccio G, Alliet P, Cajozzo C, Janssens E, Corsello G, Wernimont S, Egli D, Gosoniu L, Sprenger N, Steenhout P: Effects of infant formula with human milk oligosaccharides on growth and morbidity: a randomized multicenter trial. JPGN, in press.

55. Hanlon PR, Thorsrud BA: A 3-week preclinical study of 2’-fucosyllactose in farm piglets. Food Chem Toxicol 2014; 74: 343–348.

56. Kashyap PC, Marcobal A, Ursell LK, Smits SA, Sonnenburg ED, Costello EK, Higginbottom SK, Domino SE, Holmes SP, Relman DA, Knight R, Gordon JI, Sonnenburg JI: Genetically dictated change in host mucus carbohydrate landscape exerts a diet-dependent effect on the gut microbiota. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110: 17059–17064.

57. Okano M, Satoskar AR, Nishizaki K, Harn DA Jr: Lacto-N-fucopentaose III found on Schistosoma mansoni egg antigens functions as adjuvant for proteins by inducing Th2- type response. J Immunol 2001; 167: 442–450.

58. Seppo AE, Autran CA, Bode L, Järvinen KM: Human milk oligosaccharides and development of cow’s milk allergy in infants. J Allergy Clin Immunol 2016, Epub ahead of print.

59. Huang YL, Chassard C, Hausmann M, von Itzstein M, Hennet T: Sialic acid catabolism drives intestinal inflammation and microbial dysbiosis in mice. Nat Commun 2015; 6: 8141.

60. Severi E, Hood DW, Thomas GH: Sialic acid utilization by bacterial pathogens. Microbiology 2007; 153: 2817–2822.

61. Audry M, Jeanneau C, Imberty A, HarduinLepers A, Delannoy P, Breton C: Current trends in the structure-activity relationships of sialyltransferases. Glycobiology 2011; 21:716–726.

62. Kuijf ML, Samsom JN, van Rijs W, Bax M, Huizinga R, Heikema AP, van Doorn PA, van Belkum A, van Kooyk Y, Burgers PC, Luider TM, Endtz HP, Nieuwenhuis EE, Jacobs BC: TLR4-mediated sensing of Campylobacter jejuni by dendritic cells is determined by sialylation. J Immunol 2010; 185: 748–755.

Спасибо за то, что помогаете нам стать лучше!
Вам понравился этот материал?
Почему этот материал не понравился?

Познакомьтесь с нашим чат-ботом!
chat-bot
qr-code
Познакомьтесь
с нашим чат-ботом!

Теперь все возможности нашего сайта доступны и в Telegram.
Попробуйте — это удобно!

qr-code