Neue Einblicke in die Wissenschaft der HMOs Teil 2: Wie HMOs die Gehirnentwicklung und Gesundheit fördern

Frühes Leben Ernährung hat Auswirkungen auf zukünftige Gesundheit: Experten wiegen in  

• Humane Milch-Oligosaccharide (HMOs) sind ein wichtiger bioaktiver Bestandteil der menschlichen Muttermilch und möglicherweise eine Schlüsselkomponente für die kognitiven Vorteile, die mit dem Stillen verbunden sind.¹  
  
• Die ersten 1000 Tage sind ein kritisches Zeitfenster für die Entwicklung des Gehirns.² Neue präklinische Erkenntnisse deuten darauf hin, dass HMOs sowohl direkten als auch indirekten Einfluss auf die Entwicklung des Gehirns und die Gesundheit ausüben können.^{3, 4}  
  
• In diesem Artikel erläutern Dr. Louise Kristine Vigsnæs, Leiterin der Biologie, und Dr. Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, gibt Einblicke, wie HMOs die Entwicklung und Gesundheit des Gehirns beeinflussen können.
  

HMOs sind ein bioaktiver Bestandteil der Muttermilch, der offenbar   positive Auswirkungen auf das Gehirn hat.

Die Forschung der letzten Jahrzehnte hat gezeigt, dass bestimmte Aspekte der kognitiven Entwicklung  bei gestillten Säuglingen besser sind als bei Säuglingen, die mit künstlicher Säuglingsnahrung gefüttert werden.^5, 6 Eine im Jahr 2020 von Al-Khafaji et al. veröffentlichte Übersichtsarbeit, in der die potenziellen Auswirkungen von Oligosacchariden (HMOs) aus menschlicher Milch auf die Darm-Hirn-Achse untersucht wurden, deutet darauf hin, dass die kognitiven Vorteile des Stillens zum Teil auf die in der Muttermilch enthaltenen HMOs zurückzuführen sein könnten.¹ Der potenzielle Zusammenhang zwischen den HMOs in der Muttermilch und der kognitiven Entwicklung wird auch in anderer Literatur bestätigt.^3,4  

Bis vor kurzem war das Vorhandensein von HMOs in Säuglingsnahrung nur sehr begrenzt bekannt. Sie sind ein wichtiger Unterscheidungsfaktor zwischen der Zusammensetzung von Muttermilch und Säuglingsnahrung, was dazu beitragen könnte zu erklären, warum gestillte Säuglinge eine Reihe einzigartiger, positiver gesundheitlicher Ergebnisse erfahren.^7, 8 HMOs sind der drittgrößte feste Bestandteil der menschlichen Muttermilch. Milch-Oligosaccharide sind zwar in Kuhmilch vorhanden, aber in der menschlichen Milch sind sie viel häufiger und strukturell vielfältiger.⁹  

Die Funktion einzelner HMOs ist mit ihrer Struktur und ihrem hohen Vorkommen in der Muttermilch verknüpft, und die potenziellen Auswirkungen bestimmter HMOs auf die Gesundheit des Gehirns hängen wahrscheinlich sowohl von der Struktur der HMOs als auch von der zugeführten Menge ab.¹ Neue Daten aus präklinischen Modellen und einer Beobachtungsstudie an Säuglingen deuten auf eine Rolle von HMOs bei der Entwicklung des Gehirns und der Kognition hin,^10-15 wobei einige präklinische Daten darauf hindeuten, dass die Auswirkungen auf das Gehirn von der Darmmikrobiota beeinflusst werden könnten,^11,12 was die Funktionalität der Darm-Hirn-Achse verdeutlicht.  

Dr. Louise Vigsnæs, Leiterin der HMO-Biologie, und Dr. Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, beantwortet Fragen zur Rolle von HMOs und Gehirn Gesundheit 

Warum sind die ersten 1000 Tage so wichtig für die Entwicklung des Gehirns? 

Das Gehirn ist ein komplexes und einzigartiges Organ, das sich im Laufe des Lebens entwickelt und verändert. In den ersten Jahren - von der Empfängnis bis zu den ersten beiden Lebensjahren - macht das Gehirn die größten Veränderungen durch.² Die Entwicklung des Gehirns ist zwar ein langwieriger Prozess, der sich bis ins Erwachsenenalter fortsetzt, aber die Wachstumsbeschleunigung und die Fähigkeit zu wachsen sind in den ersten 1.000 Tagen am größten.¹⁶ Die verschiedenen Teile des Gehirns und die verschiedenen kognitiven Funktionen entwickeln sich in unterschiedlichen Zeiträumen, und in diesen Perioden ist das Gehirn besonders empfindlich gegenüber Umweltreizen. In Phasen der schnellen Gehirnentwicklung können suboptimale Ernährung, Mangelernährung oder Schädigungen durch äußere Faktoren irreversible und lebenslange Folgen haben.^2,16,17  

Wie wirkt sich die Darmgesundheit auf die Gesundheit des Gehirns im Allgemeinen aus, auch über Säuglinge hinaus?  

Auf der Grundlage von Tiermodellen und menschlichen Assoziationsdaten wissen wir eine ganze Menge darüber. Die Darm-Hirn-Achse ist ein gut beschriebener bidirektionaler Kommunikationsweg.¹⁸  Kürzlich wurde erkannt, dass das Immunsystem des Darms einen Beitrag zu diesem Kommunikationssystem leistet.¹⁹ In diesem Sinne trägt der Gesundheitszustand des Darms zur Interaktion zwischen dem Immunsystem und dem Gehirn bei, was wiederum Auswirkungen auf die Gesundheit des Gehirns hat.¹⁹ 

  Ein günstiges Gleichgewicht nützlicher Bakterien im Magen-Darm-Trakt ist für die allgemeine Gesundheit wünschenswert.^20,21 Neue Daten aus Tiermodellen deuten darauf hin, dass eine ausgewogene Immunreaktion im Darm die Resistenz gegen Krankheitserreger unterstützt und dazu beiträgt, unnötige Entzündungen zu verringern.22 Wenn das Gleichgewicht der Mikrobiota im Darm gestört ist, kann die Gesundheit des Gehirns beeinträchtigt werden.^23,24 Beispielsweise werden bei Entzündungen im Darm immunitätsbezogene Moleküle wie Zytokine freigesetzt, die in den Blutkreislauf gelangen, zum Gehirn wandern und möglicherweise die Gesundheit des Gehirns beeinträchtigen können.²⁵ Darüber hinaus produziert die Darm-Mikrobiota Neurotransmitter, die mit dem Nervensystem in Verbindung stehen können.²⁶ Wenn die Darm-Mikrobiota jedoch nicht im Gleichgewicht ist, verändert sich die Produktion von Neurotransmittern und kann die Gesundheit des Gehirns beeinträchtigen. xml-ph 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Gesundheitszustand des Darms eng mit dem Gesundheitszustand des Gehirns verknüpft zu sein scheint. 

Die Rolle von HMOs bei Gehirnentwicklung und Gesundheit 

Jüngste Studien deuten darauf hin, dass bestimmte HMOs einen direkten oder indirekten Einfluss auf die Entwicklung und Gesundheit des Gehirns haben können. 2'FL ist das am häufigsten verwendete HMO in Säuglingsnahrung, und präklinische Studien zeigen potenziell positive Auswirkungen auf die Gesundheit und Funktion des Gehirns.^11,31  Sialylierte HMOs, einschließlich der am häufigsten untersuchten 3'SL und 6'SL, haben möglicherweise das Potenzial, die Gesundheit des Gehirns zu beeinflussen, basierend auf präklinischen^3,12,13,32 und Beobachtungsstudien.³³ Dr. Vigsnæs und Jepsen gaben zusätzliche Einblicke in die Art und Weise, wie HMOs ihren Einfluss auf das Gehirn ausüben könnten.  

Wie wirken sich HMOs auf das sich entwickelnde Gehirn aus? Haben alle HMOs ähnliche Auswirkungen? 

Während sich die Wissenschaft in diesem Bereich weiter entwickelt, werden die genauen Mechanismen, durch die HMOs die Gesundheit des Gehirns beeinflussen, immer deutlicher. Einzelne HMOs haben einzigartige Eigenschaften, und wir könnten daher spekulieren, dass verschiedene HMOs auch unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesundheit des Gehirns haben würden. In einer Beobachtungsstudie wurde festgestellt, dass gestillte Säuglinge höhere Mengen an Sialinsäuren in ihrem Hirngewebe aufweisen als Säuglinge, die mit Säuglingsnahrung gefüttert wurden.³³ Darüber hinaus hat eine präklinische Studie gezeigt, dass Tiere, die mit sialinsäurehaltigen HMOs gefüttert wurden, höhere Mengen an Sialinsäure in ihrem Hirngewebe aufwiesen als die Kontrollgruppe.¹² Dies könnte darauf hindeuten, dass sialylierte HMOs als Bausteine für das Gehirn verwendet werden.  

Fucosylierte HMOs können sich auch auf die Entwicklung des Gehirns auswirken, da sie nachweislich von den Darmbakterien zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) abgebaut werden, bei denen es sich um Stoffwechselprodukte handelt, die sich indirekt auf die Gesundheit des Gehirns auswirken können.^1,34,35 Eine Studie von Berger et al. über assoziierte Säuglinge ergab, dass Säuglinge, die im Alter von einem Monat höhere Konzentrationen des fucosylierten HMO 2'FL in der Muttermilch erhielten, im Alter von zwei Jahren eine bessere kognitive Entwicklung aufwiesen, was einen Zusammenhang zwischen der frühen Aufnahme von HMOs und der kognitiven Entwicklung herstellt.15  Präklinische Studien an Tieren haben ergeben, dass die Fütterung von fucosylierten HMOs sich auf Gedächtnis und Kognition auswirkt und das Lernen und die Langzeitpotenzierung verbessert.^4,10,11 Diese Studien deuten darauf hin, dass HMOs im Bereich der Gesundheit und Entwicklung des Gehirns eine neue Rolle spielen. 

Die Darm-Hirn-Immun-Achse 

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass wir die Darm-Hirn-Achse um eine immunologische Komponente erweitern sollten, so dass die Darm-Hirn-Immun-Achse entsteht.^{1, 36} Drs. Vigsnæs und Jepsen erklären, wie das Gehirn über das Darm- und Immunsystem beeinflussen kann.  

Nach wie vor geben uns Tiermodelle hier Aufschluss. Das Gehirn kann den Darm, seine Mikrobiota und das Immunsystem des Darms beeinflussen, indem es die Darmmotilität, die Darmsekretion (z. B. Magensäure oder Schleim) und die Darmdurchlässigkeit reguliert.^18,37 Die Gesundheit des Gehirns kann sich beispielsweise auf die Unversehrtheit der Darmbarriere auswirken, wie Daten zeigen, die belegen, dass chronischer psychischer Stress zu einer erhöhten Darmdurchlässigkeit führen kann; dies wiederum kann das Immunsystem dazu veranlassen, eine Entzündungsreaktion auszulösen.38 Darüber hinaus reguliert das Gehirn die Freisetzung bioaktiver Moleküle in den Darm, was sich sowohl auf die Mikrobiota als auch auf die Immunzellen des Darms auswirkt.³⁷ 

HMOs können das Potenzial haben, die Darm-Hirn-Immun-Achse auf verschiedene Weise positiv zu beeinflussen. Während die Erkenntnisse in diesen Bereichen weiter wachsen und sich weiterentwickeln, bietet die Übersichtsarbeit von Al-Khafaji et al. einen hervorragenden Überblick über die bisherigen Erkenntnisse. HMOs der nächsten Generation sind Teil unserer spannenden Innovations-Roadmap. Vier neue HMOs werden in diesem Jahr für Innovationsversuche zur Verfügung stehen, um den bereits schnell wachsenden HMO-Markt weiter zu katalysieren .