Олигосахариды грудного молока: участие в иммунных реакциях и потенциальная роль в профилактике аллергических заболеваний

Цель обзора: описать известные и предполагаемые эффекты олигосахаридов грудного молока (ОГМ) в иммуномодуляции и профилактике аллергических заболеваний, а также представить результаты исследований использования лечебных смесей с добавлением комбинаций из двух ОГМ у детей с аллергией к белкам коровьего молока (АБКМ).

Основные положения. Период младенчества — окно возможностей для профилактики аллергии. Грудное молоко содержит иммуномодулирующие компоненты, в том числе ОГМ, которые защищают младенца в этот критический период. В последние годы выяснены несколько путей воздействия ОГМ на созревание иммунитета, включая их способность модулировать состав микробиоты, усиливать выработку короткоцепочечных жирных кислот, напрямую связываться с патогенами, взаимодействовать с кишечным эпителием и иммунными клетками. Предполагается также, что ОГМ могут быть использованы для профилактики аллергических заболеваний в детском возрасте.

Заключение. ОГМ вносят значительный вклад в позитивное влияние грудного молока на ребенка — в обеспечение здоровой микробной колонизации кишечника, подавления воспалительных процессов, иммунной защиты и созревания кишечного барьера. В настоящее время ОГМ считаются одними из наиболее важных биоактивных компонентов грудного молока, поскольку они действуют как антимикробные и противовирусные средства, как модуляторы эпителиальных клеток кишечника, в качестве специфических пребиотиков и эффекторов кишечной микробиоты и в качестве иммуномодуляторов. Тем не менее требуется дополнительное изучение воздействия отдельных ОГМ и их комбинаций на четко определенные клинические и иммунные исходы, включая развитие толерантности и лечебный потенциал при АБКМ.

1. Meek J.Y., Noble L.; Section on Breastfeeding. Policy statement: breastfeeding and the use of human milk. Pediatrics. 2022;150(1):e2022057988. DOI: 10.1542/peds.2022-057988

2. Sprenger N., Tytgat H.L.P., Binia A., Austin S. et al. Biology of human milk oligosaccharides: from basic science to clinical evidence. J. Hum. Nutr. Diet. 2022;35(2):280–99. DOI: 10.1111/jhn.12990

3. Moubareck C.A. Human milk microbiota and oligosaccharides: a glimpse into benefits, diversity, and correlations. Nutrients. 2021;13(4):1123. DOI: 10.3390/nu13041123

4. Hill D.R., Chow J.M., Buck R.H. Multifunctional benefits of prevalent HMOs: implications for infant health. Nutrients. 2021;13(10):3364. DOI: 10.3390/nu13103364

5. Sankar M.J., Sinha B., Chowdhury R., Bhandari N. et al. Optimal breastfeeding practices and infant and child mortality: a systematic review and meta-analysis. Acta Paediatr. 2015;104(467):3–13. DOI: 10.1111/apa.13147

6. Christensen N., Bruun S., Søndergaard J., Christesen H.T. et al. Breastfeeding and infections in early childhood: a cohort study. Pediatrics. 2020;146(5):e20191892. DOI: 10.1542/peds.2019-1892

7. Matsumoto N., Yorifuji T., Nakamura K., Ikeda M. et al. Breastfeeding and risk of food allergy: a nationwide birth cohort in Japan. Allergol. Int. 2020;69(1):91–7. DOI: 10.1016/j.alit.2019.08.007

8. Bode L. The functional biology of human milk oligosaccharides. Early Hum. Dev. 2015;91(11):619–22. DOI: 10.1016/j.earlhumdev.2015.09.001

9. Bode L. Human milk oligosaccharides: every baby needs a sugar mama. Glycobiology. 2012;22(9):1147–62. DOI: 10.1093/glycob/cws074

10. Kunz C. Historical aspects of human milk oligosaccharides. Adv. Nutr. 2012;3(3):430S–9S. DOI: 10.3945/an.111.001776

11. Kuhn R. Les oligosaccharides du lait [Oligosaccharides of milk]. Bull Soc. Chim. Biol. (Paris). 1958;40(2–3):297–314.

12. Grimmonprez L., Montreuil J. Etude des fractions glycanniques des glycosphingolipides totaux de la membrane des globules lipidiques du lait de femme [The glycan fraction of the total glycosphingolipids of the human milk fat globule membrane]. Biochimie. 1977;59(11– 12):899–907.

13. Zhang B., Li L.Q., Liu F., Wu J.Y. Human milk oligosaccharides and infant gut microbiota: Molecular structures, utilization strategies and immune function. Carbohydr. Polym. 2022;276:118738. DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118738

14. Hahn W.H., Kim J., Song S., Park S. et al. The human milk oligosaccharides are not affected by pasteurization and freezedrying. J. Matern. Fetal Neonatal Med. 2019;32(6):985–91. DOI: 10.1080/14767058.2017.1397122

15. Plows J.F., Berger P.K., Jones R.B., Alderete T.L. et al. Longitudinal changes in human milk oligosaccharides (HMOs) over the course of 24 months of lactation. J. Nutr. 2021;151(4):876–82. DOI: 10.1093/jn/nxaa427

16. Liu S., Cai X., Wang J., Mao Y. et al. Six oligosaccharides' variation in breast milk: a study in South China from 0 to 400 days postpartum. Nutrients. 2021;13(11):4017. DOI: 10.3390/nu13114017

17. Azad M.B., Robertson B., Atakora F., Becker A.B. et al. Human milk oligosaccharide concentrations are associated with multiple fixed and modifiable maternal characteristics, environmental factors, and feeding practices. J. Nutr. 2018;148(11):1733–42. DOI: 10.1093/jn/nxy175

18. Garrido D., Kim J.H., German J.B., Raybould H.E. et al. Oligosaccharide binding proteins from Bifidobacterium longum subsp. infantis reveal a preference for host glycans. PLoS One. 2011;6(3):e17315. DOI: 10.1371/journal.pone.0017315

19. De Leoz M.L., Kalanetra K.M., Bokulich N.A., Strum J.S. et al. Human milk glycomics and gut microbial genomics in infant feces show a correlation between human milk oligosaccharides and gut microbiota: a proof-of-concept study. J. Proteome Res. 2015;14(1):491–502. DOI: 10.1021/pr500759e

20. Donovan S.M., Comstock S.S. Human milk oligosaccharides influence neonatal mucosal and systemic immunity. Ann. Nutr. Metab. 2016;69(suppl.2):S42–51. DOI: 10.1159/000452818

21. Ayechu-Muruzabal V., van Stigt A.H., Mank M., Willemsen L.E.M. et al. Diversity of human milk oligosaccharides and effects on early life immune development. Front. Pediatr. 2018;6:239. DOI: 10.3389/fped.2018.00239

22. Johannes L., Jacob R., Leffler H. Galectins at a glance. J. Cell Sci. 2018;131(9):jcs208884. DOI: 10.1242/jcs.208884

23. Triantis V., Bode L., van Neerven R.J.J. Immunological effects of human milk oligosaccharides. Front. Pediatr. 2018;6:190. DOI: 10.3389/fped.2018.00190

24. Asakuma S., Hatakeyama E., Urashima T., Yoshida E. et al. Physiology of consumption of human milk oligosaccharides by infant gutassociated bifidobacteria. J. Biol. Chem. 2011;286(40):34583–92. DOI: 10.1074/jbc.M111.248138

25. Plöger S., Stumpff F., Penner G.B., Schulzke J.D. et al. Microbial butyrate and its role for barrier function in the gastrointestinal tract. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2012;1258:52–9. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2012.06553.x

26. Reichardt N., Duncan S.H., Young P., Belenguer A. et al. Phylogenetic distribution of three pathways for propionate production within the human gut microbiota [published correction appears in ISME J. 2014;8(6):1352]. ISME J. 2014;8(6):1323–35. DOI: 10.1038/ismej.2014.14

27. Ackerman D.L., Doster R.S., Weitkamp J.H., Aronoff D.M. et al. Human milk oligosaccharides exhibit antimicrobial and antibiofilm properties against group B Streptococcus. ACS Infect. Dis. 2017;3(8):595–605. DOI: 10.1021/acsinfecdis.7b00064

28. Moore R.E., Xu L.L., Townsend S.D. Prospecting human milk oligosaccharides as a defense against viral infections. ACS Infect. Dis. 2021;7(2):254–63. DOI: 10.1021/acsinfecdis.0c00807

29. Craft K.M., Townsend S.D. Mother knows best: deciphering the antibacterial properties of human milk oligosaccharides. Acc. Chem. Res. 2019;52(3):760–8. DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00630

30. Ruiz-Palacios G.M., Cervantes L.E., Ramos P., Chavez-Munguia B. et al. Campylobacter jejuni binds intestinal H(O) antigen (Fuc alpha 1, 2Gal beta 1, 4GlcNAc), and fucosyloligosaccharides of human milk inhibit its binding and infection. J. Biol. Chem. 2003;278(16):14112–20. DOI: 10.1074/jbc.M207744200

31. Idänpään-Heikkilä I., Simon P.M., Zopf D., Vullo T. et al. Oligosaccharides interfere with the establishment and progression of experimental pneumococcal pneumonia. J. Infect. Dis. 1997;176(3):704–12. DOI: 10.1086/514094

32. Morrow A.L., Ruiz-Palacios G.M., Altaye M., Jiang X. et al. Human milk oligosaccharides are associated with protection against diarrhea in breast-fed infants. J. Pediatr. 2004;145(3):297–303. DOI: 10.1016/j.jpeds.2004.04.054

33. Lin A.E., Autran C.A., Szyszka A., Escajadillo T. et al. Human milk oligosaccharides inhibit growth of group B Streptococcus. J. Biol. Chem. 2017;292(27):11243–9. DOI: 10.1074/jbc.M117.789974

34. Nolan L.S., Rimer J.M., Good M. The role of human milk oligosaccharides and probiotics on the neonatal microbiome and risk of necrotizing enterocolitis: a narrative review. Nutrients. 2020;12(10):3052. DOI: 10.3390/nu12103052

35. Simon A.K., Hollander G.A., McMichael A. Evolution of the immune system in humans from infancy to old age. Proc. Biol. Sci. 2015;282(1821):20143085. DOI: 10.1098/rspb.2014.3085

36. Xiao L., van De Worp W.R., Stassen R., van Maastrigt C. et al. Human milk oligosaccharides promote immune tolerance via direct interactions with human dendritic cells. Eur. J. Immunol. 2019;49(7):1001–14. DOI: 10.1002/eji.201847971

37. Järvinen K.M., Martin H., Oyoshi M.K. Immunomodulatory effects of breast milk on food allergy. Ann. Allergy Asthma Immunol. 2019;123(2):133–43. DOI: 10.1016/j.anai.2019.04.022

38. Aitoro R., Paparo L., Amoroso A., Di Costanzo M. et al. Gut microbiota as a target for preventive and therapeutic intervention against food allergy. Nutrients. 2017;9(7):672. DOI: 10.3390/nu9070672

39. Tanaka M., Nakayama J. Development of the gut microbiota in infancy and its impact on health in later life. Allergol. Int. 2017;66(4):515–22. DOI: 10.1016/j.alit.2017.07.010

40. Sprenger N., Odenwald H., Kukkonen A.K., Kuitunen M. et al. FUT2- dependent breast milk oligosaccharides and allergy at 2 and 5 years of age in infants with high hereditary allergy risk. Eur. J. Nutr. 2017;56(3):1293–301. DOI: 10.1007/s00394-016-1180-6

41. Korpela K., Salonen A., Hickman B., Kunz C. et al. Fucosylated oligosaccharides in mother's milk alleviate the effects of caesarean birth on infant gut microbiota. Sci. Rep. 2018;8(1):13757. DOI: 10.1038/s41598-018-32037-6

42. Zimmermann P., Messina N., Mohn W.W., Finlay B.B. et al. Association between the intestinal microbiota and allergic sensitization, eczema, and asthma: a systematic review. J. Allergy Clin. Immunol. 2019;143(2):467–85. DOI: 10.1016/j.jaci.2018.09.025

43. Sjögren Y.M., Duchén K., Lindh F., Björkstén B. et al. Neutral oligosaccharides in colostrum in relation to maternal allergy and allergy development in children up to 18 months of age. Pediatr. Allergy Immunol. 2007;18(1):20–6. DOI: 10.1111/j.1399-3038.2006.00486.x

44. Seppo A.E., Autran C.A., Bode L., Järvinen K.M. Human milk oligosaccharides and development of cow's milk allergy in infants. J. Allergy Clin. Immunol. 2017;139(2):708–11.e5. DOI: 10.1016/j. jaci.2016.08.031

45. Castillo-Courtade L., Han S., Lee S., Mian F.M. et al. Attenuation of food allergy symptoms following treatment with human milk oligosaccharides in a mouse model. Allergy. 2015;70(9):1091–102. DOI: 10.1111/all.12650

46. Atochina O., Da'dara A.A., Walker M., Harn D.A. The immunomodulatory glycan LNFPIII initiates alternative activation of murine macrophages in vivo. Immunology. 2008;125(1):111–21. DOI: 10.1111/j.1365-2567.2008.02826.x

47. Miliku K., Robertson B., Sharma A.K., Subbarao P. et al. Human milk oligosaccharide profiles and food sensitization among infants in the CHILD Study. Allergy. 2018;73(10):2070–3. DOI: 10.1111/all.13476

48. Lodge C.J., Lowe A.J., Milanzi E., Bowatte G. et al. Human milk oligosaccharide profiles and allergic disease up to 18 years. J. Allergy Clin. Immunol. 2021;147(3):1041–8. DOI: 10.1016/j.jaci.2020.06.027

49. Koletzko S., Niggemann B., Arato A., Dias J.A. et al. Diagnostic approach and management of cow's-milk protein allergy in infants and children: ESPGHAN GI Committee practical guidelines. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 2012;55(2):221–9. DOI: 10.1097/MPG.0b013e31825c9482

50. Berger B., Porta N., Foata F., Grathwohl D. et al. Linking human milk oligosaccharides, infant fecal community types, and later risk to require antibiotics. mBio. 2020;11(2):e03196–19. DOI: 10.1128/mBio.03196-19

51. Nowak-Wegrzyn A., Czerkies L., Reyes K., Collins B. et al. Confirmed hypoallergenicity of a novel whey-based extensively hydrolyzed infant formula containing two human milk oligosaccharides. Nutrients. 2019;11(7):1447. DOI: 10.3390/nu11071447

52. Vandenplas Y., Żołnowska M., Berni Canani R., Ludman S. et al. Effects of an extensively hydrolyzed formula supplemented with two human milk oligosaccharides on growth, tolerability, safety and infection risk in infants with cow's milk protein allergy: a randomized, multi-center trial. Nutrients. 2022;14(3):530. DOI: 10.3390/nu14030530

53. Gold M.S., Quinn P.J., Campbell D.E., Peake J. et al. Effects of an amino acid-based formula supplemented with two human milk oligosaccharides on growth, tolerability, safety, and gut microbiome in infants with cow's milk protein allergy. Nutrients. 2022;14(11):2297. DOI: 10.3390/nu14112297