HMO의 과학에 대한 새로운 인사이트 1부: HMO가 마이크로바이옴의 발달에 긍정적인 영향을 미치는 방법

작성:  영양 이야기 편집자

영 유아기 영양은 미래 건강에 영향을 미칩니다: 전문가의 의견   

  • 이 글은 모유 올리고당(human milk oligosaccharides, HMOS)이 인체에 미치는 영향에 대한 3부작 시리즈 중 첫 번째 글입니다. 이 시리즈에서는 마이크로바이옴, 두뇌 발달 및 면역력 뿐만 아니라 HMO가 장-뇌 면역 축에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대해 발전하는 과학에서의 HMO 역할에 대해 살펴봅니다.  
  • HMO는 모유에서(물 제외) 지방과 젖당 다음으로 세 번째로 많은 성분으로 이 생리 활성 성분이 영아의 발달과 전반적인 인체 건강에 중요한 역할을 할 수 있다는 점을 시사합니다.
  • HMO가 인간 건강의 다양한 요소를 형성하는 방법, 즉, 마이크로바이옴 또는 장내 미생물 군집, 두뇌 발달 및 면역 체계에 미치는 영향에 대해 보다 많은 지식을 얻고자 하는 큰 욕구가 있습니다. DSM의 전문가들은 이 주제에 대해 의견을 내며, 이 글에서는 생물학 책임자인 Louise Kristine Vigsnæs와 DSM의 과학자 Stine Dam Jepsen이 HMO가 마이크로바이옴의 발달에 영향을 미치는 방법에 대한 우리의 이해를 도와줍니다.  

 마이크로바이옴의 중요성 및 HMO가 마이크로바이옴 발달에 미치는 영향  

영·유아기는 소화계에 서식하는 미생물인 장내 미생물군을 형성하고 영향을 미치는 결정적인 시기로 여러 발달 영역에 영향을 줄 수 있는 건강 측면의 장을 마련합니다.2, 3  미생물군은 숙주의 전반적인 건강뿐 아니라 장관이 성숙하고 기능하는 방식에 상당한 영향력을 미치는 것으로 여겨집니다.2, 4   

 HMO의 건강 혜택에 대한 과학이 계속 발전하고 있지만 HMO는 대부분 소화되지 않은 채로 대장에 도달해 유익균의 먹이 역할을 하여 건강한 박테리아 군집, 특히 비피더스균의 발달을 돕는 것으로 알려져 있습니다.5-7  면역 체계 세포의 약 70%가 장에 있기 때문에 마이크로바이옴의 영향이 면역 체계의 기능으로 확대될 수 있습니다.8,9  

건강한 장내 미생물군이 어떻게 유아 발달을 돕나요?  

DSM의 생물학 책임자 Louise Kristine Vigsnæs: 장내 미생물군과 그 발달은 유아에게 있어 매우 중요합니다. 새로운 증거에 따르면 이것이 소화계 발달에 영향을 미치고, 점막의 보전을 유지하고, 숙주의 영양 상태에 영향을 미치고, 바람직하지 않은 미생물에 대한 방어를 돕는 것과 같은 여러 역할을 할 수 있습니다.10 

 건강한 장내 미생물군은 건강한 면역 체계를 발달시키는 데 상당히 중요할 수 있으며,   전임상 및 임상 연구에서는 면역 체계가 숙주에 존재해도 되는 미생물과 존재하면 안 되는 미생물을 결정하는 데 도움이 된다는 점을 시사합니다.11,12 

 바람직하지 않은 미생물에 대한 보호와 관련된 몇 가지 요인이 있습니다. 첫째, 장 내에 건강한 장내 미생물군이 지배적인 경우에는 바람직하지 않은 미생물이  서식할 공간이 거의 없습니다. 둘째, 건강한 장내 미생물군은 바람직하지 않은 미생물이 자라기에 불리한 환경을 조성합니다.  

마이크로바이옴 발달이 건강하거나 “일반적인” 것으로 간주되는 것에서 벗어날 경우에는 어떤 의미가 있을까요?  

Louise Kristine Vigsnæs: 장내 미생물군의 발달은 유아기의 결정적인 시기에 일어납니다. 장내 미생물군의 교란은 “불균형” 또는 건강하지 않은 미생물 군집으로 이어져 특정 건강 문제를 유발할 수 있습니다.2,10  연구에 따르면 장내 미생물군, 숙주 및 면역 체계는 긴밀한 협력 관계를 통해 작용하며, 이는 이들이 서로에게 의존하여 어느 하나가 손상되면 최적으로 작동할 수 없다는 것을 의미합니다. 따라서 장내 미생물군이 불균형 상태인 경우 (예: 항생제 치료 이후) 면역 체계가 정확하게 반응하지 않을 수 있으며, 이렇게 되면 협회 연구에서 발견된 바와 같이 자가면역 질환 및 알레르기 발병으로 이어질 수 있습니다.13,14  

출생 방식, 항생제와 같은 약물에 대한 조기 노출과 모유 또는 분유 사용 여부와 같은 특정 요인은 장내 미생물군 구성 및 발달에 영향을 미칩니다. 이러한 환경은 나중에 건강 결과에 영향을 끼칠 수 있습니다.2

HMO가 소화계의 세균 군집에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 메커니즘을 설명합니다. 

 DSM의 과학자 Stine Dam Jepsen: 초기 전임상 연구는 HMO가 장내 세균 군집에 다양한 방식으로 영향을 미칠 수 있다는 점을 시사합니다. 첫째, HMO는 소화되지 않는 올리고당으로 위장관에서 위산과 효소 가수 분해의 영향에 저항하고, 대부분의 전신 흡수를 피하며, 선택적으로 유익균의 성장을 활성화할 수 있다는 것을 의미합니다.15,16 둘째, 장내 유익균을 자극하여 이로운 장내 미생물군에 기여함으로써 바람직하지 않은 미생물의 서식을 피할 수 있습니다.17,18 또한 HMO는 내장 벽에 긍정적인 영향을 미쳐 건강한 장내 미생물군에 유리한 환경을 조성합니다. 15,19  

마이크로바이옴의 발달에 영향을 미치는 HMO의 능력과 관련하여 최신 연구에서 보여주는 바는 무엇인가요?  

Louise Kristine Vigsnæs: 대규모 코호트 연구에 따르면 장내 미생물군과 그의 발달과 관련된 중요한 요인 중 하나는 모유 섭취였습니다. 이 연구의 저자는 이것이 HMO를 포함한 모유에 생리 활성 성분 이 존재하기 때문이라고 시사합니다.20 이에 따라 초기 연구에서는 모유 수유를 한 영아와 HMO를 보충하지 않고 분유를 먹인 영아의 장내 미생물군을 비교했을 때 분유를 먹인 영아의 비피더스균이 더 적어 구성이 상당히 다른 것으로 나타났습니다.21 비피더스균은 유익균으로서 유아 건강에 중요합니다.22,23 

Glycom/DSM이 생산하는 HMO를 유아용 분유에 사용한 최근 유아 연구에서 비피더스균 증가를 포함하여 모유를 먹인 영아의 구성에 가까운 구성으로 장내 미생물군 발달에 긍정적인 영향을 보였습니다.24

HMO: 특정 기능이 있는 특정 구조 

적어도 200가지의 서로 다른 HMO가 모유에서 확인되었습니다.1,25 이러한 올리고당은 모유 특유의 매우 복잡한 구조입니다. 어떤 다른 포유 동물도 모유에 이러한 탄수화물 구조의 농도와 복합성이 비슷한 동물은 없습니다.26 HMO는 유아 발달에 장단기적 영향을 미치는 것으로 여겨지는 합성 물질군인 모유의 생리 활성 분자 중 하나입니다.3,6 HMO의 양과 구성은 여성과 수유 기간에 따라 차이가 있습니다.27,28  유선에 의한 HMO의 생산은 엄마가 모유 생산을 위해 소비하는 총 에너지의 10%가 필요한 것으로 추정되었습니다.29 게다가 HMO 기능은 구조별로 다르며, 모든 HMO가 같은 효과를 보이지는 않습니다.30 HMO 생성에서 인체의 투자는 생산을 위한 진화 동기를 암시하며 HMO의 상당한 이점이 존재할 가능성이 있다는 점을 시사합니다.  

모든 HMO가 같은 방식으로 마이크로바이옴에 영향을 줄까요?

Louise Kristine Vigsnæs: HMO의 다양한 구조가 장내 미생물군과 숙주에 미치는 영향을 완전히 이해하는 데에는 아직까지 초기 단계에 있습니다. 연구에 따르면 장내 특정 박테리아가 다른 박테리아보다 일부 구조를 잘 활용하며, 이는 미생물군이 활용하지 않는 다른 구조는 다른 목적에 도움이 된다는 것을 의미합니다. 아기에게 중요하지 않았다면 엄마는 이러한 모든 HMO 구조를 생산하지 않았을 것입니다! 그러나 보다 완전히 이해하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 필요합니다. 

 장-뇌-면역 축: HMO의 역할이 있나요? 

HMO 분야의 흥미로운 연구 분야는 이러한 물질이 장-뇌-면역 축에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지와 관련이 있습니다. 장-뇌-면역 축은 소화계, 뇌를 포함한 중추 신경, 그리고 면역 체계 사이에 존재하는 통신 시스템을 말합니다. 이러한 신체 시스템 각각의 기능은 서로에게 메시지를 주고받는 생화학 물질과 경로를 통해 다른 시스템에 영향을 줍니다.9,31 전임상 및 임상 혼합 연구에서 HMO가 이러한 각각의 시스템에 긍정적으로 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다.

새로운 연구에 따르면 면역 체계는 장-뇌 축이라는 용어에 추가되어 장-뇌-면역 축을 생성해야 합니다. 미생물군이 두뇌와 면역 체계에 어떤 영향을 미치나요? 

Stine Dam Jepsen: 장벽, 장내 미생물군 및 면역 세포는 상호 연결되어 있습니다.32 이러한 구성 요소 중 하나에서 약간의 혼란이 발생하면 장내 세균 불균형 또는 염증과 같은 악재로 이어질 수 있습니다 . 장내 미생물군은 면역 체계를 교육하고 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 건강하고 균형 잡힌 미생물군은 이로운 면역 체계를 형성하고 균형을 유지하는 데 필수적입니다.3

장내 미생물 군집은 두뇌에도 아주 큰 영향을 끼치며, 이는 유아기를 지나서도 보입니다. 예를 들어, 알츠하이머 병 및 파킨슨 병과 같은 뇌 질환을 조사한 관찰 연구에서 이러한 질병이 장내 미생물군의 변화와 관련이 있을 수 있다는 점을 발견했습니다.33-35 기계론적 연구에서 장내 미생물군이 박테리아에서 생성된 신경 활성 분자를 통해 뇌에 신호를 보내는 등 여러 경로를 통해 뇌에 영향을 줄 수 있다는 점을 밝혔습니다.36,37 그렇기 때문에 장내 미생물군은 두뇌 건강과 밀접한 관련이 있습니다.3, 38

HMO의 가능성 내다 보기 

HMO의 전문가로서 이것이 어떤 영역에서 건강에 가장 큰 영향을 미칠 수 있다고 생각하시나요?

Louise Kristine Vigsnæ 및 Stine Dam Jepse: 저희는 HMO가 유아 건강 뿐만 아니라 아동, 성인 및 노인 건강을 위해서도 큰 가능성이 있다고 믿고 있습니다. 이들의 작용 양식과 제안된 이점으로 인해 저희는 HMO가 전신 면역 및 심지어 두뇌 건강과 같은 장 외부의 여러 건강 영역에 영향을 줄 수 있다고 생각합니다.

DSM은 영양 지질, 비타민 및 맞춤형 영양 프리믹스를 비롯한 고유의 포트폴리오를 통해 영·유아기 영양 및 건강기능식품 산업에 글로벌 솔루션을 제공하는 선도 업체입니다. DSM은 HMO를 포트폴리오로 통합하여 유아가 길고 건강한 삶을 영위할 수 있는 길을 만들어 주는 의미 있는 솔루션을 제공하는 리더십을 강화하며, 이는 증가하는 세계 인구를 건강하게 유지하겠다는 DSM 약속의 일부입니다. 차세대 HMO는 DSM의 흥미로운 혁신 로드맵의 일부로 이미 빠르게 성장하는 HMO 시장을 더욱 촉진시키기 위해 내년에 4개의 새로운 HMO가 출시될 예정입니다. 

최근 DSM에서는 세계적으로 유명한 과학자 겸 의사인  Hania Szajewska 교수와 함께 HMO가 유아 건강에 미치는 영향에 초점을 맞춘 웨비나를 주최했습니다 . Szajewska 교수는 HMO 구조가 그들의 기능에 어떻게 영향을 미치는지와 소아 영양에서 HMO의 잠재적인 혜택과 관련된 증거의 현재의 본문을 요약했습니다. 녹화된 웨비나를 시청하시려면 여기 를 클릭하세요.  

품질에 대한 DSM의 약속, 깊은 통찰력 및 글로벌 전문가 네트워크는 DSM을 혁신적인 솔루션을 통해 성장을 주도할 수 있는 이상적인 파트너로 만들어 줍니다. DSM이 귀사의 비즈니스에 어떻게 도움이 되는지 알아보시려면 DSM에 문의해 주십시오.  

Published on

12 February 2021

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참고 문헌

  1. Bode L. Human milk oligosaccharides: every baby needs a sugar mama. Glycobiology. 2012;22(9):1147-1162.
  2. Saavedra JM, Dattilo AM. Early development of intestinal microbiota: implications for future health. Gastroenterol Clin North Am. 2012;41(4):717-731.
  3. Al-Khafaji AH, Jepsen SD, Christensen KR, Vigsnæs LK. The potential of human milk oligosaccharides to impact the microbiota-gut-brain axis through modulation of the gut microbiota. Journal of Functional Foods. 2020;74:104176.
  4. Di Mauro A, Neu J, Riezzo G, et al. Gastrointestinal function development and microbiota. Ital J Pediatr. 2013;39:15.
  5. Gibson GR, Hutkins R, Sanders ME, et al. Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14(8):491-502.
  6. Cheng L, Akkerman R, Kong C, Walvoort MTC, de Vos P. More than sugar in the milk: human milk oligosaccharides as essential bioactive molecules in breast milk and current insight in beneficial effects. Crit Rev Food Sci Nutr. 2020:1-17.
  7. Salamone M, Di Nardo V. Effects of human milk oligosaccharides (HMOs) on gastrointestinal health. Front Biosci (Elite Ed). 2020;12:183-198.
  8. Wu HJ, Wu E. The role of gut microbiota in immune homeostasis and autoimmunity. Gut Microbes. 2012;3(1):4-14.
  9. Furness JB, Kunze WA, Clerc N. Nutrient tasting and signaling mechanisms in the gut. II. The intestine as a sensory organ: neural, endocrine, and immune responses. Am J Physiol. 1999;277(5):G922-928.
  10. Tanaka M, Nakayama J. Development of the gut microbiota in infancy and its impact on health in later life. Allergology International. 2017;66(4):515-522.
  11. Gensollen T, Iyer SS, Kasper DL, Blumberg RS. How colonization by microbiota in early life shapes the immune system. Science. 2016;352(6285):539-544.
  12. Zhao Q, Elson CO. Adaptive immune education by gut microbiota antigens. Immunology. 2018;154(1):28-37.
  13. Ni J, Friedman H, Boyd BC, et al. Early antibiotic exposure and development of asthma and allergic rhinitis in childhood. BMC Pediatr. 2019;19(1):225.
  14. Canova C, Zabeo V, Pitter G, et al. Association of maternal education, early infections, and antibiotic use with celiac disease: a population-based birth cohort study in northeastern Italy. Am J Epidemiol. 2014;180(1):76-85.
  15. Holscher HD, Davis SR, Tappenden KA. Human milk oligosaccharides influence maturation of human intestinal Caco-2Bbe and HT-29 cell lines. J Nutr. 2014;144(5):586-591.
  16. Yu ZT, Nanthakumar NN, Newburg DS. The Human Milk Oligosaccharide 2'-Fucosyllactose Quenches Campylobacter jejuni-Induced Inflammation in Human Epithelial Cells HEp-2 and HT-29 and in Mouse Intestinal Mucosa. J Nutr. 2016;146(10):1980-1990.
  17. Weichert S, Jennewein S, Hüfner E, et al. Bioengineered 2'-fucosyllactose and 3-fucosyllactose inhibit the adhesion of Pseudomonas aeruginosa and enteric pathogens to human intestinal and respiratory cell lines. Nutr Res. 2013;33(10):831-838.
  18. Azagra-Boronat I, Massot-Cladera M, Knipping K, et al. Oligosaccharides Modulate Rotavirus-Associated Dysbiosis and TLR Gene Expression in Neonatal Rats. Cells. 2019;8(8).
  19. Hester SN DS. Individual and combined effects of nucleotides and human milk oligosaccharides on proliferation, apoptosis, and necrosis in a human fetal intestinal cell line. Food and Nutrition Sciences. 2012;3:1567-1576.
  20. Stewart CJ, Ajami NJ, O'Brien JL, et al. Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study. Nature. 2018;562(7728):583-588.
  21. Bezirtzoglou E, Tsiotsias A, Welling GW. Microbiota profile in feces of breast- and formula-fed newborns by using fluorescence in situ hybridization (FISH). Anaerobe. 2011;17(6):478-482.
  22. Turroni F, Milani C, Duranti S, et al. Bifidobacteria and the infant gut: an example of co-evolution and natural selection. Cell Mol Life Sci. 2018;75(1):103-118.
  23. Ruiz L, Delgado S, Ruas-Madiedo P, Sánchez B, Margolles A. Bifidobacteria and Their Molecular Communication with the Immune System. Front Microbiol. 2017;8:2345.
  24. Berger B, Porta N, Foata F, et al. Linking Human Milk Oligosaccharides, Infant Fecal Community Types, and Later Risk To Require Antibiotics. mBio. 2020;11(2).
  25. Ninonuevo MR, Park Y, Yin H, et al. A strategy for annotating the human milk glycome. J Agric Food Chem. 2006;54(20):7471-7480.
  26. Urashima T, Taufik E, Fukuda K, Asakuma S. Recent advances in studies on milk oligosaccharides of cows and other domestic farm animals. Biosci Biotechnol Biochem. 2013;77(3):455-466.
  27. Azad MB, Robertson B, Atakora F, 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):1733-1742.
  28. Chaturvedi P, Warren CD, Altaye M, et al. Fucosylated human milk oligosaccharides vary between individuals and over the course of lactation. Glycobiology. 2001;11(5):365-372.
  29. Yu ZT, Chen C, Newburg DS. Utilization of major fucosylated and sialylated human milk oligosaccharides by isolated human gut microbes. Glycobiology. 2013;23(11):1281-1292.
  30. Bode L, Jantscher-Krenn E. Structure-function relationships of human milk oligosaccharides. Adv Nutr. 2012;3(3):383s-391s.
  31. Goehring KC, Kennedy AD, Prieto PA, Buck RH. Direct evidence for the presence of human milk oligosaccharides in the circulation of breastfed infants. PLoS One. 2014;9(7):e101692.
  32. Geuking MB, Köller Y, Rupp S, McCoy KD. The interplay between the gut microbiota and the immune system. Gut Microbes. 2014;5(3):411-418.
  33. Fung TC, Olson CA, Hsiao EY. Interactions between the microbiota, immune and nervous systems in health and disease. Nat Neurosci. 2017;20(2):145-155.
  34. Vogt NM, Kerby RL, Dill-McFarland KA, et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer's disease. Sci Rep. 2017;7(1):13537.
  35. Hopfner F, Künstner A, Müller SH, et al. Gut microbiota in Parkinson disease in a northern German cohort. Brain Res. 2017;1667:41-45.
  36. Pokusaeva K, Johnson C, Luk B, et al. GABA-producing Bifidobacterium dentium modulates visceral sensitivity in the intestine. Neurogastroenterol Motil. 2017;29(1).
  37. Williams BB, Van Benschoten AH, Cimermancic P, et al. Discovery and characterization of gut microbiota decarboxylases that can produce the neurotransmitter tryptamine. Cell Host Microbe. 2014;16(4):495-503.
  38. Suganya K, Koo BS. Gut-Brain Axis: Role of Gut Microbiota on Neurological Disorders and How Probiotics/Prebiotics Beneficially Modulate Microbial and Immune Pathways to Improve Brain Functions. Int J Mol Sci. 2020;21(20).

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