Neue Einblicke in die Wissenschaft der HMOs Teil 3: Der potenzielle Nutzen von HMOs für die Immunität

Die Ernährung in der frühen Kindheit hat Auswirkungen auf die zukünftige Gesundheit: Experten wiegen ein

• In diesem dritten Artikel für der dreiteiligen Serie über die Auswirkungen von Oligosacchariden aus Humanmilch (HMOs) auf die menschliche Gesundheit untersuchen wir die mögliche Rolle von HMOs bei der Entwicklung und Funktion des Immunsystems. Darüber hinaus wird die sich entwickelnde Wissenschaft darüber erörtert, wie HMOs die Darm-Hirn-Immun-Achse beeinflussen könnten. 
• HMOs, der drittgrößte Bestandteil der Muttermilch (ohne Wasser) nach Fett und Laktose, haben in präklinischen Forschungsstudien ihr Potenzial zur Beeinflussung der neugeborenen Immunität bewiesen.^1-5 Darüber hinaus tauchen klinische Daten über mögliche Vorteile für das Immunsystem von Säuglingen auf.^6,7 Wissenschaftler sind eifrig dabei, mehr Details darüber herauszufinden, wie HMOs die Immunität positiv beeinflussen und zur menschlichen Gesundheit beitragen könnten.^8,9 
• In diesem Artikel geben Dr. Louise Kristine Vigsnæs, , Leiterin der Abteilung Biologie bei dsm-firmenich, , und Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, , einen Überblick darüber, was darüber bekannt ist, wie HMOs die Immunität beeinflussen können, und erklären, wie wir die bisher vorliegenden Beweise interpretieren sollten. 

Wissenschaftler untersuchen die möglichen Auswirkungen von HMOs auf Immunität

Da HMOs einen großen Teil der Zusammensetzung von Humanmilch ausmachen und ein klares Unterscheidungsmerkmal zwischen Human- und Kuhmilch darstellen,^1,2 sind Wissenschaftler daran interessiert zu verstehen, welche Rolle sie in der menschlichen Entwicklung spielen.   Darüber hinaus erleben gestillte Säuglinge eine Reihe einzigartiger, positiver gesundheitlicher Auswirkungen , die     möglicherweise auf HMOs zurückgeführt werden können, im Vergleich zu mit Muttermilch gefütterten Säuglingen , die im Allgemeinen keine HMOs aufnehmen.¹⁰ Von den vielen bioaktiven Molekülen in der Muttermilch sind HMOs die am häufigsten vorkommenden, was die Neugierde auf ihren Nutzen für den menschlichen Körper noch verstärkt.^11,12  

Die Erkenntnisse über HMOs und ihre Auswirkungen auf das Immunsystem sind erst im Entstehen begriffen, und ein Großteil davon stammt aus präklinischen Untersuchungen. Die Daten von deuten darauf hin, dass HMOs das Immunsystem über eine Reihe von vorgeschlagenen Mechanismen beeinflussen können: durch Veränderung der Darmmikrobiota,^1,13,14 durch ihr Potenzial, unerwünschte Organismen davon abzuhalten, an den Zellwänden zu haften, ^5,15,16 und durch Unterstützung der Immunreaktion.^1,17,18 Weitere Forschung und zusätzliche klinische Daten sind erforderlich, bevor ein klares Verständnis darüber erreicht werden kann, wie HMOs das Immunsystem beeinflussen, aber die sich abzeichnenden Daten sind vielversprechend.^8,9

Das frühe Leben ist eine kritische Zeit für die Entwicklung des Immunsystems    

Louise Vigsnaes, Leiterin von Biologie bei dsm-firmenich, und Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, tragen zu unserem Verständnis von HMOs und Immunität durch das folgende Q&A bei. Zu Beginn wird eine Erforschung der Entwicklung des Immunsystems Immunsystems im frühen Leben diskutiert: 

Q: Beschreiben Sie , wie typische Immunentwicklung   bei einem gesunden, voll entwickelten Säugling verläuft. Und wann gilt die Funktionalität des Immunsystems als "ausgereift"?

Das Immunsystem ist dynamisch und wird sich im Laufe des Lebens verändern und anpassen.  Während der Geburt wechselt ein Säugling von einer nahezu sterilen Umgebung zu einer Umgebung voller Antigene, von denen viele mit der nützlichen Darmmikrobiota zusammenhängen, einige aber auch mit Krankheitserregern in Verbindung stehen können.    Diese Verschiebung zwingt das Immunsystem des Säuglings dazu, zwischen nicht bedrohlichen und bedrohlichen Antigenen zu unterscheiden und angemessen auf die Antigene zu reagieren, die eine Gefahr darstellen.^19,21  Allerdings sind sowohl das angeborene als auch das adaptive Immunsystem des Neugeborenen im Vergleich zu dem von älteren Kindern und Erwachsenen unreif, so dass der Säugling anfällig für Infektionen ist. Das frühe Leben ist eine kritische Zeit, in der das Immunsystem geformt wird, und mehrere Faktoren tragen zu seiner   Entwicklung bei, darunter die Art der Entbindung (d. h. vaginal oder per Kaiserschnitt), das Schwangerschaftsalter bei der Geburt, die Art der Ernährung (z. B. Muttermilch, Säuglingsnahrung oder beides) und sogar Umwelteinflüsse wie  die geografische Lage.^19,40 Während das  Immunsystem in den ersten Lebensjahren heranreift, entwickelt es sich zu einer effektiveren ersten Verteidigungslinie gegen krankheitserregende Bakterien oder Viren.¹⁹

Die Reifung des Immunsystems ist ein dynamischer und komplexer Prozess, aber man geht davon aus, dass seine Funktionstüchtigkeit ihren Höhepunkt erreicht, wenn wir das Jugendalter und das junge Erwachsenenalter erreichen. Im höheren Erwachsenenalter nimmt die Funktionalität des Immunsystems ab und wird weniger wirksam.^21,23

F: Etwa 70 % der Zellen des Immunsystems befinden sich im Darm, was die bedeutende Rolle des Magen-Darm-Trakts für die Immunität verdeutlicht . Beschreiben Sie, inwiefern der Darm eine zentrale Rolle für die Funktion von unserem Immunsystem spielt.

Der Darm ist ein beeindruckendes Organ und das größte Kompartiment des Immunsystems .  Die Darmwand spielt eine entscheidende Rolle bei der Nährstoffaufnahme und verhindert gleichzeitig das Eindringen unerwünschter Mikroorganismen in den Blutkreislauf. Tatsächlich ist der Darm die größte Oberfläche des Körpers, der fremde Substanzen und Mikroben ausgesetzt sind.²⁴ Darüber hinaus bietet der Darm einer unendlichen Anzahl von Mikroorganismen ein Zuhause, von denen die meisten nicht schädlich sind und   sogar Vorteile für den Wirt bieten können, wie z. B. Hilfe bei der Ausbildung des Immunsystems und der Unterstützung einer angemessenen Immunantwort.²⁵ Der Darm kann jedoch auch infektiöse Erreger und problematisches Fremdmaterial beherbergen. 

Der Darm ist in der Lage, die fast unendliche Anzahl möglicher Bedrohungen für unsere Gesundheit mit einigen der größten Abwehrmechanismen des Körpers zu entschärfen. Dazu gehören die Darmwand - die als physikalische Barriere fungiert - sowie kommensale Bakterien. Dabei handelt es sich um Bakterien, die dazu beitragen, ein ungünstiges Umfeld für Krankheitserreger zu schaffen, indem sie verhindern, dass diese in den Magen-Darm-Trakt eindringen und ihn besiedeln, und die das optimale Funktionieren des Immunsystems des Wirts unterstützen.^26,27 Neben diesen Schutzfaktoren erfüllen verschiedene Immunzelltypen Aufgaben, die für die allgemeine Immunfunktion von entscheidender Bedeutung sind. Dazu gehören 1) "phagozytische" angeborene Immunzellen, die die erste Verteidigungslinie bilden, indem sie fremdes Material und unerwünschte Mikroorganismen aufnehmen und entfernen, und 2) die antigenspezifischen lymphozytischen Immunzellen, die das Eindringen fremder Eindringlinge bekämpfen, wenn das angeborene Immunsystem verletzt wird.²⁸ Eine ausgewogene Immunantwort ist jedoch entscheidend! Gelingt es den körpereigenen Abwehrmechanismen nicht, Eindringlinge zu beseitigen, können Infektionen auftreten. Wenn der Körper dagegen eine Immunreaktion gegen harmlose Antigene auslöst, kann dies zu einer anhaltenden Entzündung oder Autoimmunität (Angriff auf die eigenen Zellen) führen.²⁹

Präklinische und klinische Studien decken auf wie HMOs das Immunsystem unterstützen

Q: Es gibt einige interessante Zell- und Tierstudien, die darauf hindeuten, dass HMOs die Immunität beeinflussen könnten. Können Sie die Gründe dafür beschreiben?

Neue Daten aus präklinischen Studien haben gezeigt, dass HMOs das Immunsystem auf unterschiedliche Weise beeinflussen können, z. B. indem sie den unerwünschten Wirkstoff selbst behindern , das Mikrobiom unterstützen und im Darm ein günstiges Umfeld für das Wachstum hilfreicher Mikroorganismen schaffen oder die Immunzellen selbst modulieren. In-vitro-Studien haben gezeigt, dass HMOs das Anhaften unerwünschter Mikroorganismen an Darmzellen verhindern können^5,30,31 und das Wachstum und die Produktion von Biofilmen von Streptococcus der Gruppe B hemmen.^4,3  In-vitro-Studien haben auch gezeigt, dass bei der Nutzung von HMOs durch bestimmte Darmbakterien Biomoleküle wie kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) gebildet werden. Diese Biomoleküle tragen dazu bei, eine ökologische Nische zu schaffen, die der Besiedlung durch unerwünschte Mikroorganismen widerstehen kann   .³³

Die Fähigkeit von HMOs, mit Immunzellen zu interagieren oder diese zu aktivieren, wird derzeit untersucht, und es sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um diesen Mechanismus vollständig zu verstehen. Zu den frühen Forschungsarbeiten in diesem Bereich gehört eine Studie, die - in einem In-vitro-Modell - berichtet, dass saure HMOs wie 3'SL Entzündungsmarker verringerten.³⁴ In einem Ferkelmodell wurde festgestellt, dass die HMOs 2'FL, LNnT und 6'SL die Dauer der Diarrhöe verkürzen,³⁵und in Kombination mit 3'SL sowohl systemische als auch gastrointestinale Immunzellen in infizierten Tieren verändern.³⁶

Aus den oben erwähnten präklinischen Studien geht hervor, dass verschiedene HMOs das Immunsystem auf unterschiedliche Weise beeinflussen können, und so haben wir verstanden, dass die HMO-Struktur die Funktionalität beeinflusst. Es hat sich gezeigt, dass fucosylierte HMOs in kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) abgebaut werden, die eine Gemeinschaft gesunder Mikroben im Magen-Darm-Trakt bilden und die Gesundheit des Immunsystems unterstützen...³³ Es sind jedoch weitere Untersuchungen in diesem Bereich erforderlich, bevor wir vollständig verstehen, wie sich die verschiedenen Strukturen von HMOs auf die immunregulierenden Eigenschaften auswirken.

F: Was sagt uns die aktuelle Wissenschaft über die Rolle von  HMOs in der  Entwicklung und/oder Funktionalität des Immunsystems von Säuglingen? in Verbindung mit HMOs und Immunität im frühen Leben? 

Klinische Studien deuten darauf hin, dass HMOs das Immunsystem im Säuglingsalter unterstützen können. Puccio und Mitarbeiter berichteten , dass die Ergänzung einer Standard-Säuglingsnahrung mit 2'FL und LNnT zu einer Verringerung der von den Eltern gemeldeten Häufigkeit von Bronchitis, Infektionen der unteren Atemwege, und der Verwendung von fiebersenkenden Medikamenten und Antibiotika führte.6 Es ist wichtig anzumerken, dass die Säuglinge zwar in den ersten sechs Lebensmonaten mit der HMO-ergänzten Nahrung gefüttert wurden, mehrere dieser positiven Auswirkungen auf das Immunsystem jedoch bis zum Alter von 12 Monaten beobachtet wurden.  Interessanterweise wurde in einer zweiten Veröffentlichung derselben Studie berichtet, dass die Supplementierung von 2'FL und LNnT zu einem Anstieg der Bifidobakterien in der fäkalen Mikrobiota von Säuglingen führte, die der Mikrobiota von gestillten Säuglingen ähnlicher ist . Darüber hinaus hatten die Säuglinge mit einem höheren Anteil an Bifidobakterien einen signifikant niedrigeren von den Eltern angegebenen Antibiotikaverbrauch im ersten Lebensjahr.⁷

In einer anderen klinischen Studie wurde berichtet, dass die Ergänzung einer Standard-Säuglingsnahrung mit 2'FL zu einer geringeren Inzidenz von "infektiösen" Ereignissen im Vergleich zur Kontrollnahrung führte³⁷ und eine weitere Post-hoc-Analyse ergab einen signifikanten Rückgang von Atemwegsinfektionen.³⁸ In einer weiteren Veröffentlichung derselben Studie wurde festgestellt, dass die Zytokinexpression bei Säuglingen, die mit einer mit 2'FL ergänzten Nahrung gefüttert wurden, näher an der der Gruppe der gestillten Säuglinge lag als bei Säuglingen, die mit der Kontrollnahrung ohne 2'FL gefüttert wurden.³⁹ Aus den derzeit verfügbaren klinischen Nachweisen geht hervor, dass 2'FL und LNnT eine Rolle bei der Beeinflussung der Entwicklung und/oder der Funktionalität des Immunsystems bei Säuglingen spielen könnten. Es wird jedoch in Zukunft interessant sein, zu untersuchen, wie sich 2'FL auf das Immunsystem auswirkt.

dsm-firmenich: Ein führendes Unternehmen innovative Lösungen für die Ernährung im frühen Lebensalter

DSM ist ein weltweit führender Anbieter von Lösungen für die Early-Life-Nutrition- und Nahrungsergänzungsbranche mit einem einzigartigen Portfolio, das Nahrungsfette, Vitamine und maßgeschneiderte Nährstoffvormischungen umfasst. Mit der Integration von HMOs in sein Portfolio unterstreicht dsm-firmenich seine führende Rolle bei der Bereitstellung sinnvoller Lösungen, um Kleinkindern den Weg zu einem langen, gesunden Leben zu ebnen, was Teil unseres Versprechens ist, dazu beizutragen, die Gesundheit der wachsenden Weltbevölkerung zu erhalten. HMOs der nächsten Generation sind Teil der spannenden Innovations-Roadmap von dsm-firmenich, die den ohnehin schnell wachsenden HMO-Markt weiter beflügeln wird.

dsm-firmenich ist ein zuverlässiger, innovativer und zweckorientierter Partner, der mit fachkundigen Dienstleistungen wissenschaftlich fundierte Ernährungs- und Gesundheitsprodukte und hochwertige, maßgeschneiderte Lösungen liefert.