Neue Erkenntnisse zur Wissenschaft hinter den HMOs – Teil 3: Die potenziellen Vorteile von HMOs für das Immunsystem

Die Ernährung im frühen Lebensalter hat Auswirkungen auf die zukünftige Gesundheit: Experten nehmen Stellung

• In diesem dritten Artikel „ “ für – Teil einer dreiteiligen Serie über die Auswirkungen von Oligosacchariden aus Muttermilch (HMOs) auf die menschliche Gesundheit – untersuchen wir die mögliche Rolle von HMOs bei der Entwicklung und Funktion des Immunsystems. Darüber hinaus wird der aktuelle Stand der Forschung 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 Studien ihr Potenzial zur Modulation der Immunität bei Neugeborenen unter Beweis gestellt.^1–5 Darüber hinaus tauchen zunehmend klinische Daten zu möglichen immunologischen Vorteilen für Säuglinge auf.^6,7 Wissenschaftler sind bestrebt, weitere Details darüber aufzudecken, 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 über den aktuellen Wissensstand dazu, wie HMOs das Immunsystem beeinflussen können, und erläutern, wie wir die bisher vorliegenden Erkenntnisse  interpretieren sollten. 

Wissenschaftler untersuchen die möglichen Auswirkungen von HMOs auf das Immunsystem

Da HMOs einen großen Anteil an der Zusammensetzung der Muttermilch ausmachen und ein klares Unterscheidungsmerkmal zwischen Muttermilch und Kuhmilch darstellen,^1,2 waren Wissenschaftler sehr daran interessiert, die Rolle zu verstehen, die sie bei der menschlichen Entwicklung spielen. Darüber hinaus weisen gestillte Säuglinge eine Reihe einzigartiger, positiver gesundheitlicher Auswirkungen auf , die möglicherweise potenziell  auf HMOs zurückzuführen sind , im Vergleich zu mit Säuglingsnahrung ernährten Säuglingen , die in der Regel keine HMOs zu sich nehmen.¹⁰ Von den vielen bioaktiven Molekülen in der Muttermilch sind HMOs am häufigsten vertreten, was die Neugierde darauf weckt, wie sie dem menschlichen Körper zugutekommen.^11,12  

Es gibt zunehmend Erkenntnisse über HMOs und deren Auswirkungen auf das Immunsystem, wobei ein Großteil davon aus präklinischen Studien stammt. Die Daten aus der Studie „ “ deuten darauf hin, dass HMOs das Immunsystem über eine Reihe von Mechanismen beeinflussen könnten, die von vorgeschlagen wurden : durch eine Veränderung der Darmmikrobiota,^1,13,14 durch ihre Fähigkeit, unerwünschte Organismen daran zu hindern, sich an Zellwände anzuheften, ^5,15,16 sowie durch die Unterstützung der Immunantwort.^1,17,18 Es sind weitere Forschungsarbeiten und zusätzliche klinische Daten erforderlich, bevor ein klares Verständnis darüber gewonnen werden kann, wie HMOs das Immunsystem beeinflussen, doch die ersten Ergebnisse sind vielversprechend.^8,9

„Early Life“ ist eine entscheidende Phase für die Entwicklung des Immunsystems  

Louise Vigsnaes, , Leiterin der Abteilung für Biologie bei dsm-firmenich, und Stine Dam Jepsen, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, , tragen mit den folgenden Fragen und Antworten (Q&A) zu unserem Verständnis von HMOs und Immunität bei. Zunächst wird die Erforschung der Entwicklung des  Immunsystems in den ersten Lebensjahren erörtert: 

F: Beschreiben Sie unter , wie die typische Immunentwicklung verläuft bei einem gesunden, termingerecht geborenen Säugling. Außerdem: Wann gilt die „ “-Funktion des „ “-Immunsystems als „ausgereift“?

Das Immunsystem ist dynamisch und verändert sich im Laufe des Lebenszyklus und passt sich an. Während der Geburt und wechselt ein Säugling  von einer nahezu sterilen Umgebung in eine Umgebung, die reich an Antigenen ist, von denen viele mit der nützlichen Darmmikrobiota in Verbindung stehen, einige jedoch möglicherweise mit Krankheitserregern assoziiert sind.  Diese Veränderung zwingt das Immunsystem des Säuglings dazu, zwischen harmlosen und bedrohlichen Antigenen zu unterscheiden und angemessen auf diejenigen 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 noch unreif , wodurch der Säugling anfällig für Infektionen ist. Die frühe Kindheit ist eine entscheidende Phase für die Entwicklung des Immunsystems, und zahlreiche Faktoren tragen zu dessen Entwicklung bei, darunter die Art der Entbindung (d. h. vaginale Entbindung oder Kaiserschnitt), das Gestationsalter bei der Geburt, die Art der Ernährung  (z. B. Muttermilch, Säuglingsnahrung oder beides) sowie sogar Umwelteinflüsse wie  die geografische Lage.^19,40 Während das  Immunsystem in den ersten Lebensjahren reift, entwickelt es sich zu einer wirksameren ersten Verteidigungslinie gegen pathogene Bakterien oder Viren.¹⁹

Die Reifung des Immunsystems ist ein dynamischer und komplexer Prozess, doch geht man davon aus, dass seine Funktionsfähigkeit ihren Höhepunkt erreicht, wenn wir die Pubertät und das junge Erwachsenenalter erreichen. Im höheren Erwachsenenalter lässt die Funktionsfähigkeit des Immunsystems nach und es verliert an Wirksamkeit.^21,23

F: Etwa 70 % der Zellen des Immunsystems befinden sich im Darm, was verdeutlicht , welche bedeutende Rolle der Magen-Darm-Trakt für die Immunität spielt. Beschreiben Sie, inwiefern der Darm eine zentrale Rolle bei der Funktion unseres Immunsystems spielt.

Der Darm ist ein beeindruckendes Organ, und bildet den größten Teil des Immun ssystems.  Die Darmwand hat die entscheidende Aufgabe, Nährstoffe aufzunehmen und gleichzeitig zu verhindern, dass unerwünschte Mikroorganismen in den Blutkreislauf gelangen. Tatsächlich ist der Darm die größte Oberfläche des Körpers, die Fremdstoffen und Mikroben ausgesetzt ist.²⁴ Darüber hinaus bildet der Darm einen Lebensraum für eine unendliche Anzahl von Mikroorganismen, von denen die meisten harmlos sind und dem Wirt sogar Vorteile bieten können, wie zum Beispiel die Reifung des Immunsystems und die Unterstützung einer angemessenen Immunantwort.²⁵ Der Darm kann jedoch auch Infektionserreger und problematische Fremdstoffe beherbergen. 

Die Darm e ist in der Lage, die nahezu unendliche Vielzahl möglicher Gefahren für unsere Gesundheit mit einigen der wirksamsten Abwehrmechanismen des Körpers abzuwehren. Dazu gehören die Darmwand  – die als physische Barriere fungiert – sowie die kommensalen Bakterien. Dabei handelt es sich um „ “-Bakterien, die dazu beitragen, ein für Krankheitserreger ungünstiges Milieu zu schaffen, wodurch deren Fähigkeit, in den Magen-Darm-Trakt einzudringen und sich dort anzusiedeln, verhindert wird, und die die optimale Funktion des Immunsystems des Wirts unterstützen.^26,27 Neben diesen Schutzfaktoren erfüllen verschiedene Arten von Immunzellen Aufgaben, die für die allgemeine Immunfunktion von entscheidender Bedeutung sind. Dazu gehören 1) „phagozytische“ Zellen des angeborenen Immunsystems , die die erste Verteidigungslinie bilden, indem sie Fremdstoffe und unerwünschte Mikroorganismen aufnehmen und beseitigen, sowie 2) die antigenspezifischen lymphozytären Zellen des Immunsystems, die das Eindringen fremder Erreger bekämpfen, wenn das angeborene Immunsystem überwunden wurde.²⁸ Eine ausgewogene Immunantwort ist jedoch entscheidend! Wenn die Abwehrmechanismen des Körpers Eindringlinge nicht beseitigen können, kann es zu Infektionen kommen. Wenn der Körper hingegen eine Immunreaktion gegen harmlose Antigene auslöst, kann dies zu anhaltenden Entzündungen oder Autoimmunität (Angriff auf die eigenen Zellen) führen.²⁹

Präklinische und klinische Studien zeigen , wie HMOs das Immunsystem unterstützen

F: Es gibt einige interessante Zell- und Tierversuche, die darauf hindeuten, dass HMOs das Immunsystem beeinflussen könnten. Können Sie die Gründe dafür erläutern?

Aktuelle Erkenntnisse aus präklinischen Studien haben gezeigt, dass HMOs das Immunsystem auf verschiedene Weise beeinflussen können, beispielsweise indem sie die des unerwünschten Erregers selbst hemmen, indem sie das Mikrobiom unterstützen und im Darm ein günstiges Umfeld für das Wachstum nützlicher Mikroorganismen schaffen oder indem sie die Immunzellen selbst modulieren. In-vitro-Studien haben gezeigt, dass HMOs die Anhaftung unerwünschter Mikroorganismen an Darmzellen verhindern können^5,30,31 und das Wachstum sowie die Bildung von Biofilmen durch Streptococcus der Gruppe B hemmen.^4,3  In-vitro-Studien haben außerdem gezeigt, dass bei der Verwertung von HMOs durch bestimmte Darmbakterien Biomoleküle wie kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) entstehen. Diese Biomoleküle tragen zur Schaffung einer ökologischen Nische bei, die einer Besiedlung durch unerwünschte Mikroorganismen widerstehen kann.³³

Derzeit wird untersucht, inwieweit HMOs mit Immunzellen interagieren oder diese aktivieren können; um diesen Mechanismus vollständig zu verstehen, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich. Zu den frühen Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet gehört eine Studie, in der berichtet wurde , dass – in einem In-vitro-Modell – saure HMOs wie 3’SL die Entzündungsmarker verringerten.³⁴ In einem Ferkel- -Modell wurde festgestellt, dass die HMOs 2’FL, LNnT und 6’SL die Dauer des Durchfalls verkürzten,³⁵und in Kombination mit 3’SL sowohl die systemischen als auch die gastrointestinalen Immunzellen bei infizierten Tieren veränderten.³⁶

Aus den oben genannten präklinischen Studien geht hervor, dass verschiedene HMOs das Immunsystem auf unterschiedliche Weise beeinflussen können, und wir sind daher zu der Erkenntnis gelangt, dass die Struktur der HMOs deren Funktionalität beeinflusst. Es hat sich gezeigt, dass fukosylierte HMOs zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFAs) abgebaut werden, wodurch eine Gemeinschaft gesunder Mikroorganismen im Magen-Darm-Trakt entsteht und die Gesundheit des Immunsystems gefördert wird.³³ Es sind jedoch weitere Untersuchungen auf diesem Gebiet erforderlich, bevor wir vollständig verstehen, wie sich die unterschiedlichen Strukturen der HMOs auf ihre immunregulierenden Eigenschaften auswirken.

F: Was die Erkenntnisse im Zusammenhang mit HMOs und der Immunität in der frühen Lebensphase betrifft, was sagt uns der aktuelle Stand der Wissenschaft über die Rolle von  HMOs bei der  Entwicklung und/oder Funktionsweise des Immunsystems von Säuglingen? 

Ergebnisse klinischer Studien deuten darauf hin, dass HMOs dazu beitragen können, das Immunsystem im Säuglingsalter zu stärken. Puccio und Kollegen berichteten , dass die Anreicherung einer Standard-Säuglingsnahrung mit 2’FL und LNnT zu einer Verringerung der von den Eltern gemeldeten Häufigkeit von Bronchitis, Infektionen der unteren Atemwege , sowie des Einsatzes von fiebersenkenden Medikamenten und Antibiotika führte.6 Es ist wichtig anzumerken, dass die Säuglinge zwar in den ersten sechs Lebensmonaten mit der mit HMO angereicherten Säuglingsnahrung ernährt wurden, einige dieser positiven Auswirkungen auf das Immunsystem jedoch bis zum Alter von 12 Monaten beobachtet wurden.   Interessanterweise wurde in einer zweiten Veröffentlichung aus derselben Studie berichtet, dass die Supplementierung mit 2’FL und LNnT zu einem Anstieg der Bifidobakterien in der Stuhldarmflora von Säuglingen führte, die  derjenigen von gestillten Säuglingen ähnlicher ist. Zudem wiesen Säuglinge mit einer höheren Anzahl an Bifidobakterien im ersten Lebensjahr einen signifikant geringeren (von den Eltern angegebenen) Antibiotikaeinsatz auf.⁷

Eine weitere klinische Studie berichtete, dass die Anreicherung einer Standard-Säuglingsnahrung mit 2’FL im Vergleich zur Kontrollnahrung zu einer geringeren Häufigkeit von „infektiösen“ Ereignissen führte³⁷ , und eine weitere Post-hoc-Analyse ergab einen signifikanten Rückgang der Infektionen der Atemwege.³⁸ Eine weitere Veröffentlichung aus derselben Studie ergab, dass die Zytokin-Expression bei Säuglingen, die mit 2’FL angereicherte Säuglingsnahrung erhielten, näher an der der gestillten Gruppe lag als bei Säuglingen, die die Kontrollnahrung ohne 2’FL erhielten.³⁹ Aus den derzeit verfügbaren klinischen Erkenntnissen geht hervor, dass 2’FL und LNnT möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung und/oder Funktion des Immunsystems bei Säuglingen spielen; es wird jedoch interessant sein, in Zukunft die Auswirkungen anderer HMO-Strukturen auf die Immunität zu untersuchen.

dsm-firmenich: Ein führendes Unternehmen im Bereich „ “ ( ) mit innovativen „ “-Lösungen für die Ernährung im frühen Lebensalter

dsm-firmenich ist ein weltweit führender Lösungsanbieter für die Branchen „Ernährung im frühen Lebensalter“ und „Nahrungsergänzungsmittel“ und verfügt über ein einzigartiges Portfolio, das unter anderem Nährstofflipide, Vitamine sowie maßgeschneiderte Nährstoffvormischungen umfasst. Mit der Aufnahme von HMOs in sein Portfolio baut „ “ dsm-firmenich seine Führungsposition bei der Bereitstellung sinnvoller Lösungen weiter aus, die dazu beitragen, Säuglingen den Weg zu einem langen, gesunden Leben zu ebnen – ein Teil unseres Versprechens, die wachsende Weltbevölkerung gesund zu erhalten. HMOs der nächsten Generation sind Teil der spannenden Innovationsstrategie von dsm-firmenich und sollen den ohnehin schon schnell wachsenden HMO-Markt weiter vorantreiben.

dsm-firmenich ist ein zuverlässiger, ganzheitlicher, innovativer und zielorientierter Partner, der sich auf Expertendienstleistungen stützt, um wissenschaftlich fundierte Ernährungs- und Gesundheitsprodukte sowie hochwertige, maßgeschneiderte Lösungen anzubieten.