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

Шэрон М. Донован^a, Сара С. Комток^b

^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.

• 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.

Олигосахариды грудного молока, иммунитет, ребенок первого года жизни

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.

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].

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].

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.

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]).

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].

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.

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 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.

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.

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