Nieuwe inzichten in de wetenschap van HMO's Deel 2: Hoe HMO's de ontwikkeling en gezondheid van de hersenen bevorderen

Vroeg in het leven   voeding heeft gevolgen voor toekomstige gezondheid: deskundigen wegen in  

• Oligosacchariden uit moedermelk (HMO's) zijn een belangrijk bioactief bestanddeel van moedermelk en kunnen een belangrijke rol spelen bij de cognitieve voordelen van borstvoeding.¹  
  
• De eerste 1000 dagen zijn een kritieke periode voor de ontwikkeling van de hersenen.² Opkomend preklinisch bewijs suggereert dat HMO's zowel een directe als indirecte invloed kunnen hebben op zowel de ontwikkeling van de hersenen als de gezondheid.^{3, 4}  
  
• In dit artikel vertellen dr. Louise Kristine Vigsnæs, hoofd Biologie, en dr. Stine Dam Jepsen, Scientist bij dsm-firmenich, geeft inzicht in hoe HMO's de ontwikkeling en gezondheid van de hersenen kunnen beïnvloeden.
  

HMO's zijn een bioactief bestanddeel van moedermelk dat een positieve invloed lijkt te hebben op de hersenen.

Uit onderzoek van de afgelopen decennia blijkt dat bepaalde aspecten van de cognitieve ontwikkeling  beter zijn bij zuigelingen die borstvoeding krijgen dan bij zuigelingen die flesvoeding krijgen.^5, 6 Een in 2020 gepubliceerde review van Al-Khafaji et al. waarin de mogelijke invloed van humane melkoligosacchariden (HMO's) op de darm-hersenas wordt beoordeeld, suggereert dat de cognitieve voordelen van borstvoeding mogelijk deels te danken zijn aan de HMO's in moedermelk.¹ Het mogelijke verband tussen de HMO's in moedermelk en de ontwikkeling van het zenuwstelsel wordt ook in andere literatuur ondersteund.^3,4  

Tot voor kort was de aanwezigheid van HMO's in zuigelingenvoeding zeer beperkt en een belangrijke onderscheidende factor tussen de samenstelling van moedermelk en zuigelingenvoeding, wat kan helpen verklaren waarom zuigelingen die borstvoeding krijgen een aantal unieke, positieve gezondheidsresultaten ervaren.^7, 8 HMO's zijn het op twee na grootste vaste bestanddeel van menselijke moedermelk. Hoewel oligosachariden uit melk aanwezig zijn in koemelk, zijn ze veel talrijker en structureel diverser in moedermelk.⁹  

De functie van individuele HMO's is gekoppeld aan hun structuur en hoge overvloed in moedermelk, en de potentiële invloed van bepaalde HMO's op de gezondheid van de hersenen is waarschijnlijk afhankelijk van zowel de structuur van de HMO als de hoeveelheid die wordt toegediend.¹ Opkomende gegevens van preklinische modellen en een observationele studie bij kinderen suggereren een rol van HMO's in de ontwikkeling van de hersenen en cognitie,^10-15 waarbij sommige preklinische gegevens erop wijzen dat de invloed op de hersenen mogelijk wordt beïnvloed door de darmmicrobiota,^11,12 die de functionaliteit van de darm-hersenas illustreren.  

Dr. Louise Vigsnæs, hoofd HMO Biologie, en Dr. Stine Dam Jepsen, Wetenschapper bij dsm-firmenich, beantwoord vragen over de rol van HMO's en gezondheid van de hersenen  

Waarom zijn de eerste 1000 dagen zo belangrijk voor de ontwikkeling van de hersenen? 

De hersenen zijn een complex en uniek orgaan dat zich gedurende het hele leven ontwikkelt en verandert. In de eerste jaren - vanaf de conceptie tot en met de eerste twee levensjaren - maken de hersenen de grootste transformatie door.² Hoewel de ontwikkeling van de hersenen een langdurig proces is dat doorgaat tot in de volwassenheid, zijn de groeiversnelling en het groeivermogen het grootst in de eerste 1000 dagen.¹⁶ Verschillende delen van de hersenen en verschillende cognitieve functies ontwikkelen zich langs verschillende tijdlijnen en in deze periodes zijn de hersenen bijzonder gevoelig voor omgevingsstimuli. Tijdens fasen van snelle hersenontwikkeling kan suboptimale voeding, ondervoeding of schade door externe factoren onomkeerbare en levenslange gevolgen hebben.^2,16,17  

Hoe beïnvloedt de gezondheid van de darmen de gezondheid van de hersenen in het algemeen, zelfs buiten de zuigelingen?  

We begrijpen hier veel over op basis van zowel diermodellen als associatiegegevens van mensen. De darm-hersenas is een goed beschreven bidirectioneel communicatiepad.¹⁸  Onlangs werd het immuunsysteem van de darm erkend als een bijdrager aan dit communicatiesysteem.¹⁹ In die zin draagt de gezondheidsstatus van de darm bij tot de interactie tussen het immuunsysteem en de hersenen, wat implicaties heeft voor de gezondheid van de hersenen.¹⁹ 

  Een gunstig evenwicht van nuttige bacteriën in het spijsverteringskanaal is wenselijk voor de algehele gezondheid.^20,21 Opkomende gegevens in diermodellen suggereren dat een evenwichtige immuunrespons in de darm de weerstand tegen ziekteverwekkers ondersteunt en onnodige ontstekingen helpt te verminderen.22 Als het evenwicht van de microbiota in de darm verstoord is, kan dit de gezondheid van de hersenen beïnvloeden.^23,24 Zo komen er bij ontstekingen in de darm immuniteitsgerelateerde moleculen vrij, zoals cytokinen, die in de systemische circulatie terecht kunnen komen, naar de hersenen kunnen reizen en de gezondheid van de hersenen kunnen beïnvloeden.²⁵ Daarnaast produceert de darmmicrobiota neurotransmitters die een wisselwerking kunnen aangaan met het zenuwstelsel.²⁶ Als de darmmicrobiota echter niet in balans is, verandert de productie van neurotransmitters en kan dit de gezondheid van de hersenen beïnvloeden. xml-ph 

Kortom, de gezondheidsstatus in de darmen lijkt nauw samen te hangen met de gezondheidsstatus van de hersenen. 

De rol van HMO's in ontwikkeling van de hersenen en gezondheid 

Recente studies suggereren dat bepaalde HMO's een directe of indirecte invloed kunnen hebben op de ontwikkeling en gezondheid van de hersenen. 2'FL is de meest gebruikte HMO in zuigelingenvoeding en preklinische studies tonen potentiële positieve resultaten voor de gezondheid en functie van de hersenen.^11,31  Gesialyleerde HMO's, waaronder de meest bestudeerde 3'SL en 6'SL, kunnen de gezondheid van de hersenen beïnvloeden op basis van preklinische^3,12,13,32 en observationele studies.³³ Drs. Vigsnæs en Jepsen gaven aanvullend inzicht in hoe HMO's hun invloed op de hersenen kunnen uitoefenen.  

Hoe beïnvloeden HMO's de zich ontwikkelende hersenen? Hebben alle HMO's een vergelijkbare impact? 

Terwijl de wetenschap zich blijft ontwikkelen op dit gebied, worden de exacte mechanismen waarmee HMO's de gezondheid van de hersenen beïnvloeden steeds duidelijker. Individuele HMO's hebben unieke eigenschappen en daarom zouden we kunnen speculeren dat verschillende HMO's ook verschillende effecten zouden hebben op de gezondheid van de hersenen. Een observationele studie toonde aan dat zuigelingen die borstvoeding krijgen hogere hoeveelheden siaalzuur in hun hersenweefsel hebben in vergelijking met zuigelingen die flesvoeding krijgen.³³ Daarnaast toonde een preklinische studie aan dat dieren die gevoed werden met HMO's die siaalzuur bevatten hogere hoeveelheden siaalzuur in hun hersenweefsel hadden in vergelijking met de controlegroep.¹² Dit zou erop kunnen wijzen dat gesialyleerde HMO's gebruikt worden als bouwstenen voor de hersenen.  

Gefucosyleerde HMO's kunnen ook van invloed zijn op de ontwikkeling van de hersenen, omdat is aangetoond dat ze door de darmbacteriën worden afgebroken tot vetzuren met een korte keten (SCFA's), wat metabolieten zijn die indirect van invloed kunnen zijn op de gezondheid van de hersenen.^1,34,35 Een associatief onderzoek onder zuigelingen door Berger e.a. toonde aan dat zuigelingen die hogere concentraties van de gefucosyleerde HMO 2'FL in de moedermelk kregen toen ze een maand oud waren, een betere cognitieve ontwikkeling hadden toen ze 2 jaar oud waren, wat een verband legt tussen de vroege inname van HMO's en cognitieve ontwikkeling.15  Preklinische studies bij dieren hebben aangetoond dat het voeden van gefucosyleerde HMO's van invloed is op het geheugen en de cognitie en het leren en de potentiëring op lange termijn verbetert.^4,10,11 Deze studies suggereren een opkomende rol voor HMO's op het gebied van de gezondheid en ontwikkeling van de hersenen. 

De darm-hersen-immuun-as 

Nieuw onderzoek wijst erop dat we een immuuncomponent moeten toevoegen aan de darm-hersenas, waardoor de darm-hersen-immuunas ontstaat.^{1, 36} Drs. Vigsnæs en Jepsen leggen uit hoe de hersenen, via cross-talk, het darm- en immuunsysteem kunnen beïnvloeden.  

Zoals eerder geven diermodellen ons hier inzichten. De hersenen kunnen de darm, de microbiota en het immuunsysteem van de darm beïnvloeden door de motiliteit van de darm, de afscheidingen in de darm (bijvoorbeeld maagzuur of slijm) en de doorlaatbaarheid van de darm te reguleren.^18,37 De gezondheid van de hersenen kan bijvoorbeeld de integriteit van de darmbarrière beïnvloeden, zoals blijkt uit gegevens waaruit blijkt dat chronische psychologische stress kan leiden tot een verhoogde doorlaatbaarheid van de darm; dit kan op zijn beurt het immuunsysteem aanzetten tot een ontstekingsreactie.38 Bovendien reguleren de hersenen het vrijkomen van bioactieve moleculen in de darm, waardoor zowel de microbiota als de immuuncellen van de darm worden beïnvloed.³⁷ 

HMO's kan het potentieel hebben om de darm-brein-immuun as op verschillende manieren positief te beïnvloeden. Hoewel het bewijs op deze gebieden blijft groeien en evolueren, geeft de review van Al-Khafaji et al. een uitstekend overzicht van het bewijs tot nu toe. De volgende generatie HMO's maakt deel uit van onze opwindende innovatieroutekaart, met vier nieuwe HMO's die dit jaar beschikbaar komen voor innovatieproeven om de reeds snelgroeiende HMO-markt verder te katalyseren .