Význam a zloženie oligosacharidov materského mlieka

Souhrn

Význam oligosacharidov materského mlieka (HMOs) vo výžive bol dlhú dobú opomínaný. Až technický pokrok spojený s možnosťou syntézy HMOs upriamil pozornosť na túto zložku materského mlieka, o čom svedčí mimoriadny nárast počtu indexovaných publikácii v databáze PubMed za posledných 10 rokov. Oligosacharidová frakcia je treťou najväčšou zložkou materského mlieka. Interindividuálna variabilita HMOs je ovplyvnená genetickými a environmentálnymi faktormi. V súčasnosti nie je jasné, do akej miery je zloženie HMOs prispôsobené špecifickým potrebám konkrétneho dieťaťa. HMOs sú svojou štruktúrou podobné glykokalyxu epitelových buniek čreva, ovplyvňujú črevnú mikrobiotu, slizničnú imunitu, inhibujú patogény, čím prispievajú k obrane pred infekciami. Synteticky pripravené HMOs 2-fukozyllaktóza a lakto-N-neo-tetróza sú považované za bezpečné a sú pridávané do náhradnej mliečnej výživy.

Prehľadový článok sa venuje štruktúre a zloženiu oligosacharidov materského mlieka s ohľadom na ich funkciu a benefity.

Klíčová slova:

oligosacharidy – materské mlieko – črevná mikrobiota

ÚVOD

Materské mlieko je plne adaptovaná biologicky aktívna tekutina odporúčaná vo výžive dieťaťa počas prvých 6 mesiacov života. Za benefity materského mlieka sú predovšetkým zodpovedné jeho bioaktívne zložky, ako sú sacharidy (najmä oligosacharidy), aminokyseliny, minerály, vitamíny a ďalšie esenciálne živiny. Oligosacharidy materského mlieka (human milk oligosacharides – HMOs) sa považujú za jednu z hlavných frakcií materského mlieka. Jeden liter zrelého materského mlieka obsahuje 5–20 g komplexných oligosacharidov [1]. Koncentrácia HMOs v materskom mlieku veľmi často prevyšuje koncentráciu proteínov a po laktóze a lipidoch sú treťou najväčšou zložkou materského mlieka. V porovnaní s kravským mliekom je v materskom mlieku koncentrácia komplexných oligosacharidov 100–1000 násobne vyššia.

V súčasnosti bolo identifikovaných viac ako 150 typov HMOs s rozdielnou štruktúrou a funkciou [2]. Pre nestráviteľnosť a štrukturálnu podobnosť s mukozálnymi glykánmi zohrávajú HMOs dôležitú úlohu v procesoch mediovaných glykánmi. Medzi hlavné funkcie HMOs patrí spoluúčasť na tvorbe slizničnej mikrobioty, ovplyvnenie rezistencie črevných patogénov a reaktivity slizničnej imunity, čím sa podieľajú na modulovaní epiteliálnej a bunkovej imunitnej odpovede [1].

TVORBA A ŠTRUKTÚRA HMOs

Oligosacharidy materského mlieka majú odlišnú štruktúru oproti komerčne dostupným fruktooligosacharidom (FOS) a galaktooligosacharidom (GOS), ktoré boli prvé syntetizované a pridávané do náhradnej mliečnej výživy pred viac ako 10 rokmi. Syntéza HMOs je na rozdiel od iných zložiek materského mlieka podmienená geneticky, prebieha v mliečnej žľaze a je ovplyvnená viacerými faktormi. HMOs sú svojou štruktúrou podobné antigénom krvných skupín a glykánom epitelových buniek sliznice. Chemicky vznikajú HMOs väzbou mliečneho cukru laktózy s jedným alebo niekoľkými monosacharidmi: L- fukóza (Fuc), D-galaktóza (Gal), N-acetyl-D-glukozamín (GlcNAc) a kyselina sialová. Všetky HMOs obsahujú laktózu na redukujúcom konci. Takzvané  HMOs s krátkym reťazcom sú trisacharidy (3´siallaktóza, 2´fukozyllaktóza). Zložitejšie komplexy HMOs obsahujú až 15 monosacharidových jednotiek. Zastúpenie a štruktúra HMOs sú závislé najmä od aktivity Sekretor génu a Lewis génu, ktoré kódujú glukozyltranferázy. Sekretor gén (Se) ovplyvňuje expresiu fukozyltransferázy 2 (FUT2), ktorá naväzuje fukózu na galaktózu v α1-2 väzbe. Materské mlieko žien s mutáciou Sekretor génu (Se-, non-sekretor) a inaktiváciou FUT2 má veľmi nízke koncentrácie α1-2 fukozylovaných HMOs (napr. 2´fukozylkatóza, lakto-N-fukopentóza). Lewis  gén (Le) ovplyvňuje expresiu fukozyltransferázy 3 (FUT 3), ktorá zabezpečuje väzbu fukózy na galaktózu alebo N-acetylglukozamín v pozícii α1-3 alebo α1-4.  Mutáciou Lewis  génu (Le-) s inaktiváciou FUT 3  dochádza k tvorbe materského mlieka s nízkou koncentráciou α1-3,4 fukozylovaných HMOs [2, 4].

Na základe enzymatickej aktivity FUT 2 a FUT 3 je možné materské mlieko z pohľadu zloženia HMOs rozdeliť do štyroch skupín FUT 2+FUT 3+, FUT 2+FUT 3-, FUT 2-FUT 3+, FUT 2- FUT 3-. Približne dve tretiny ženskej populácie sú FUT 2+FUT 3+. HMOs, syntetizované pomocou FUT 2 a FUT 3, patria medzi neutrálne oligosacharidy. Väčšina neutrálnych HMOs má vo svojej štruktúre prítomnú jednu alebo viacero sacharidových jednotiek fukózy. V nízkom percente môžu byť neutrálne oligosacharidy tvorené aj prekurzorovými molekulami s absenciou fukózy (napr. lakto-N-tetróza). Neutrálne HMOs sú dôležité z hľadiska rozvoja črevnej mikrobioty u dojčených detí. Ženy s polymorfizmom pre Sekretor a Lewis gén (FUT 2-, FUT 3-) majú v materskom mlieku zníženú celkovú koncentráciu HMOs, a to aj napriek zvýšeným hodnotám kyslých a prekurzorových HMOs, ktoré  pri syntéze nevyžadujú prítomnosť FUT 2 a FUT 3 enzýmu. Kyslé oligosacharidy  tvoria 25–40 % z celkového množstva HMOs, obsahujú kyselinu sialovú a ich produkcia je ovplyvnená prítomnosťou sialtransferázy [1, 2].

Z celkovej koncentrácie HMOs je 75 % tvorených dvanástimi hlavnými oligosacharidmi, ku ktorým patrí šesť fukozylovaných HMOs, dva nefukozylované prekurzorové a štyri kyslé HMOs. Koncentrácia oligosacharidov sa mení v priebehu laktácie a závisí od viacerých faktorov. Najvyšší obsah HMOs je v ľudskom kolostre 22–24 g/l [2]. V priebehu laktácie sa podobne ako u bielkovín koncentrácia HMOs znižuje a mení sa aj zastúpenie jednotlivých frakcií s rýchlym poklesom kyslých oligosacharidov [3]. Predbežné výsledky publikované v literatúre preukázali vplyv stravovacích návykov, cvičenia, obezity, chronických zápalových ochorení matky a geografickej lokality na obsah a zastúpenie jednotlivých oligosacharidov v materskom mlieku. Na definitívne potvrdenie týchto zmien sú však potrebné ďalšie štúdie [4, 5].

TRÁVENIE A VSTREBÁVANIE HMOs

Oligosacharidy materského mlieka sú odolné voči kyslému prostrediu v žalúdku a hydrolytickým enzýmom pankreasu v tenkom čreve. Črevo novorodencov a dojčiat rovnako neobsahuje enzýmy schopné štiepiť a hydrolyzovať HMOs. Len jedno percento HMOs je vstrebávané v tenkom čreve do cirkulácie a následne je vylúčené močom. Väčšina oligosacharidov materského mlieka prechádza do distálnych častí tráviaceho traktu, kde je v hrubom čreve fermentovaná bifidobaktériami a inými probiotickými baktériami. Produktom fermentácie sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom a organické kyseliny. Napriek tomu je v stolici novorodencov a dojčiat prítomné veľké percento intaktných oligosacharidov. Na prvý pohľad sa zdá nejasné, prečo matka vynakladá až 10 % energie spojenej s dojčením na tvorbu látok, ktoré nemajú pre dieťa žiaden nutričný význam. Literatúra však potvrdzuje pravý opak a poukazuje na dôležitosť prebiotických oligosacharidov pre vývoj dieťaťa [6, 7].

FUNKCIE HMOs

Oligosacharidy materského mlieka sú substrátom pre špecifické zdraviu prospešné črevné baktérie (bifidogénny efekt). Ak je dieťa výlučne dojčené, HMOs sú prvými prebiotikami, ktorým je po narodení vystavený gastrointestinálny trakt novorodenca. Výživa materským mliekom mení mikrobiálne zloženie v čreve novorodenca a dojčaťa v prospech bifidogénnej flóry a zároveň pomáha pri intestinálnej adaptácii. HMOs sú procesom anaeróbnej fermentácie využívané hlavne probiotickými kmeňmi Bifidobacterium longum infantis a Bacteriodes spp. Kmene gramnegatívnych baktérii, ako sú Escherichia coli a Campylobacter jejuni, nedokážu HMOs spracovať. Probiotické baktérie fermentujú HMOs na malé organické kyseliny a mastné kyseliny s krátkym reťazcom, ktoré acidifikujú prostredie čreva, čím inhibujú rast patogénov. Prebiotický efekt jednotlivých HMOs je nezameniteľný a štrukturálne špecifický. Probiotické baktérie sa líšia schopnosťou hydrolyzovať a metabolizovať špecifické HMOs, výsledkom čoho je diverzita črevnej mikrobioty a metabolických produktov v závislosti od kombinácie a prítomnosti jednotlivých typov oligosacharidov [2, 8].

HMOs napomáhajú v obrane proti črevným, močovým a respiračným patogénom prostredníctvom viacerých mechanizmov (obr. 1). V súčasnosti sa najväčšia pozornosť venuje štúdiu vzťahov medzi HMOs a infekciami gastrointestinálneho traktu u dojčiat. HMOs majú priamy baktericídny a bateriostatický účinok, inhibujú rast Streptoccocus agalactie, hlavného vyvolávateľa infekcií v novorodeneckom období [8].

HMOs  majú aj antiadhezívny účinok. Zabezpečujú primárnu ochranu proti črevným patogénom prostredníctvom kompetitívnej inhibície väzby patogénu na homológny glykánový receptor enterocytu. Takýmto spôsobom je možné znížiť riziko infekcie niektorými druhmi enteropatogénnych baktérií, ako sú Escherchia coli, Pseudomonas aeruginosa, Helicobacter pylori a Campylobacter jejuni [1, 2].

HMOs zohrávajú úlohu aj v regulácii imunitnej odpovede. Kyslé HMOs znižujú tvorbu trombocytovo-neutrofilového komplexu a zároveň signifikantne znižujú adhezivitu leukocytov. Na rozdiel od dospelých je slizničný imunitný systém čreva u novorodencov nezrelý so sklonom k neprimeranej odpovedi na proinflamačné stimuly. Oligosacharidy v kolostre materského mlieka modulujú Toll like receptor – patogén dependentné signalizačné dráhy v zmysle zníženia expresie cytokínov akútnej zápalovej odpovede. Uvedené protizápalové procesy sprostredkované HMOs pravdepodobne prispievajú k zníženej incidencii infekčných a alergických ochorení gastrointestinálneho traktu u dojčených detí v porovnaní s deťmi kŕmenými náhradnou mliečnou formulou [2].

Zloženie črevnej mikrobioty s najväčšou pravdepodobnosťou vplýva aj na vývoj centrálneho nervového systému. Aktívne produkty metabolizmu probiotických baktérii vstupujú do cirkulácie, modifikujú imunitnú zápalovú odpoveď a ovplyvňujú enterický nervový systém [9]. Alterovaná mikrobiálna kolonizácia môže podľa najnovších klinických štúdii zvýšiť riziko vzniku úzkostných porúch a depresívnych syndrómov. HMOs zabezpečujú nielen fyziologickú črevnú mikrobiotu, ale sú zároveň zdrojom kyseliny sialovej, ktorá sa nachádza v gangliozidoch mozgového tkaniva [2]. Fukozylované a sialyzované HMOs, predovšetkým 2-fukozyllaktóza a 3-fukozyllaktóza, ovplyvňujú črevnú motilitu, redukujú rýchlosť, amplitúdu a frekvenciu migrujúcich motorických komplexov. Regulácia motility čreva prostredníctvom HMOs má význam najmä pri funkčnej a anatomickej maturácii gastrointestinálneho traktu predčasne narodených novorodencov [10].

NEKROTIZUJÚCA ENTEROKOLITÍDA A HMOs

Nekrotizujúca enterokolitída (NEC) postihuje približne 7 % novorodencov s veľmi nízkou pôrodnou hmotnosťou. Patrí medzi najčastejšie komplikácie predčasne narodených a signifikantne zvyšuje ich mortalitu. Etiopatogéneza NEC nie je dodnes plne objasnená. Predpokladá sa vznik akútnej hyperinflamačnej odpovede steny čreva na určitý podnet s jeho následnou ischémiou až nekrózou. Dysbióza a nízka mikrobiálna diverzita je jedným z rizikových faktorov [11, 12]. Výživa materským mliekom znižuje riziko a závažnosť NEC, a práve HMOs, okrem iných bioaktívnych látok, v tom zohrávajú dôležitú úlohu. Predklinické štúdie potvrdili protektívny vplyv kyslých oligosacharidov, najmä disialyl-lakto-N-tetrózy (DSLNT). Predčasne narodení novorodenci kŕmení materským mliekom s deficitom DSLNT majú vyššie riziko rozvoja NEC. Z dostupných údajov vyplýva, že DSLNT má zo všetkých HMOs najdôležitejšiu úlohu v prevencii NEC. Z neutrálnych oligosacharidov bola potvrdená úloha 2-fukozyllaktózy, ktorá ovplyvňuje perfúziu čreva prostredníctvom zvýšenia tvorby endoteliálnej NO-syntázy (eNOS) [2].

ZÁVER

Materské mlieko obsahuje veľké množstvo bioaktívných zložiek. Oproti mliekam iných cicavcov má materské mlieko výnimočné kvantitatívne a kvalitatívne zastúpenie oligosacharidovej zložky. HMOs svojimi funkciami prispievajú k protektívnym účinkom dojčenia. Molekulárna štruktúra HMOs je v porovnaní s komerčne dostupnými oligosacharidmi odlišná. Obsah HMOs v materskom mlieku sa mení v priebehu laktácie, preto darcovské mlieko zvyčajne obsahuje nižšiu koncentráciu HMOs. Zloženie HMOs môže mať vplyv na zníženie rizika vzniku niektorých ochorení (napr. NEC v populácii predčasne narodených novorodencov) [1]. V súčasnosti je možná syntéza niektorých druhov HMOs, najmä 2´fukozyllaktózy, za účelom suplementácie oligosacharidovej frakcie v náhradnej mliečnej výžive.

Napriek pozitívnym výsledkom klinických štúdií nie je možné nahradiť celé spektrum oligosacharidovej frakcie v náhradnej mliečnej výžive, a preto materské mlieko ostáva zlatým štandardom výživy v priebehu prvých mesiacov života [13].

Došlo: 29. 10. 2019

Přijato: 27. 11. 2019

Korešpondujúci autor:

MUDr. Zuzana Uhríková, PhD.

Neonatologická klinika JLF UK

a UN Martin

Kollárova 2

036 01 Martin

Slovenská republika

e-mail: uhrikovazu@gmail.com