HMO의 과학에 대한 새로운 인사이트 2부: HMO가 두뇌 발달 및 건강에 어떻게 이로운가

작성:  영양 이야기 편집자

영 유아기 영양이 미래 건강에 영향을: 전문가의 의견   

  • 모유 올리고당(HMO)은 모유의 중요한 생리 활성 성분이며 모유 수유와 관련된 인지적 혜택의 중요한 요소일 수 있습니다.1  
  • 생애 첫 1000일은 두뇌 발달을 위한 결정적인 시기입니다.2 새로운 전임상 증거는 HMO가 두뇌 발달과 건강 모두에 직·간접적인 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.3, 4  
  • 이 글에서는 생물학 책임자인 Louise Kristine Vigsnæs 박사와  DSM의 과학자 Stine Dam Jepsen박사가 HMO가 두뇌 발달 및 건강에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

HMO는 두뇌에 긍정적으로 영향을 미치는 것으로 보이는 모유의 생리 활성 성분입니다

지난 수십 년 동안의 연구에 의하면 분유를 먹인 아기와 비교해서 모유를 먹인 아기의 인지적 발달의 특정 측면이  우수한 것으로 나타났습니다.5, 6 Al-Khafaji 등에 의해 2020년에 출판된 모유 올리고당(HMO)이 장-뇌 축에 미치는 잠재적 영향을 평가하는 논평에서는 모유 수유의 인지적 혜택은 부분적으로 모유에서 발견되는 HMO 때문일 수 있음을 시사합니다.1 모유의 HMO와 인지적 발달 사이의 잠재적 연관성은 다른 문헌에서도 뒷받침됩니다.3,4  

최근까지 유아용 분유에서 HMO의 존재는 극히 한정적이었으며 모유와 유아용 분유 성분을 차별화하는 핵심 요소였습니다. 이는 모유를 먹인 아기가 여러 가지 독특하고 긍정적인 건강 결과를 경험하는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.7, 8 HMO는 모유에서 세 번째로 큰 고형 성분입니다. 우유 올리고당은 우유에 존재하지만 모유에 훨씬 더 풍부하며 구조적으로도 다양합니다.9  

개별 HMO의 기능은 구조 및 모유에서의 높은 풍부함과 관련이 있으며, 특정 HMO가 두뇌 건강에 미치는 잠재적 영향은 HMO의 구조와 제공되는 양에 따라 달라질 수 있습니다.전임상 모델 및 유아 관찰 연구의 새로운 데이터는 두뇌 발달 및 인지에서 HMO의 역할을 시사하고,10-15 일부 전임상 데이터는 두뇌에의 영향이 장내 미생물군에 의해 영향을 받을 수 있음을 나타내며11,12 장-뇌 축의 기능을 설명합니다.  

HMO 생물학 책임자 Louise Vigsnæs 박사와  DSM의 과학자 Stine Dam Jepsen 박사가 HMO의 역할과 두뇌 건강에 대한 질문에 답합니다 

생애 첫 1000일이 두뇌 발달에 중요한 이유가 무엇인가요? 

두뇌는 평생 동안 발달하고 변화하는 복잡하고 독특한 기관입니다. 임신 단계부터 생후 첫 2년 동안에 이르는 초기에 두뇌는 가장 큰 변화를 겪게 됩니다.2 두뇌 발달은 성인이 될 때까지 계속되는 긴 과정이지만, 발육 촉진과 성장할 수 있는 능력은 생애 첫 1,000일 이내에 가장 높습니다.16 뇌의 다른 부분과 서로 다른 인지적 기능은 다른 타임라인을 따라 발달하며 이 시기에 뇌는 특히 환경 자극에 민감합니다. 빠른 두뇌 발달 단계에서 최적이 아닌 영양, 영양실조 또는 외부 요인으로 인해 손상이 일어나면 돌이킬 수 없는 평생의 결과를 초래할 수 있습니다.2,16,17  

장 건강이 유아를 넘어 일반적으로 두뇌 건강에 어떻게 영향을 미칠까요?  

우리는 동물 모델과 인간 연관 데이터를 기반으로 이에 대한 상당히 많은 부분을 이해합니다. 장-뇌 축은 잘 묘사된 양방향 통신 경로입니다.18  최근에는 장 면역 체계가 이 소통 체계의 주요 원인으로 인식되었습니다.19 이런 의미에서 장의 건강 상태는 면역 체계와 두뇌 사이의 상호 작용에 기여하며 이는 두뇌 건강에 영향을 미칩니다.19 

소화계 내 이로운 박테리아의 유리한 균형은 전반적인 건강에 바람직합니다.20,21 동물 모델의 새로운 데이터에 따르면, 장내의 균형잡힌 면역 반응은 병원체 저항력을 지원하며 불필요한 염증을 줄이는 데 도움이 됩니다.22 장내 미생물군의 균형이 흔들릴 경우 두뇌 건강이 영향을 받을 수 있습니다.23,24 예를 들어, 장내 염증 발생 시, 전신 순환에 진입하여 뇌로 이동하고 잠재적으로 두뇌 건강에 영향을 미칠 수 있는 사이토카인과 같은 면역 관련 분자를 분비됩니다.25 뿐만 아니라 장내 미생물군은 신경계와 혼선이 있을 수 있는 신경 전달 물질을 생성합니다.26 그러나 장내 미생물군이 균형이 맞지 않을 경우 신경 전달 물질 생성이 변화하여 두뇌 건강에 영향을 미칠 수 있습니다.26 장내 세균 불균형 및 염증은 특정 신경 질환과 관련이 있을 수 있습니다.27-30 이러한 관련성은 장과 신경 조절 간의 상호 작용을 나타내며, 이것을 추가로 조사해 보면 두뇌 건강에서 장의 중요성에 대한 증거를 제공할 수 있습니다. 

요약하면, 장의 건강 상태는 두뇌 건강 상태와 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다. 

 두뇌 발달 및 건강에서 HMO의 역할

최근 연구에 따르면 특정 HMO가 두뇌 발달 및 건강에 직간접적인 영향을 줄 수 있습니다. 2’FL은 유아용 분유에서 가장 일반적으로 사용되는 HMO이며 전임상 연구는 두뇌 건강 및 기능에서 잠재적인 긍정적 결과를 보여줍니다.11,31  가장 일반적으로 연구된 3’SL 및 6’SL을 포함한 시알화 HMO는 전임상3,12,13,32 및 관찰 연구를 기반으로 보아 두뇌 건강에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.33 Vigsnæs 박사와 Jepsen 박사는 HMO가 뇌에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 추가적인 통찰력을 제공했습니다.  

HMO가 발달 중인 뇌에 어떻게 영향을 미치나요? 모든 HMO가 비슷한 영향을 주나요? 

이 분야의 과학이 계속해서 진화하면서, 두뇌 건강에 영향을 미치는 HMO에 대한 정확한 메커니즘이 부각되고 있습니다. 개별 HMO에는 고유한 특성이 있으므로 서로 다른 HMO가 두뇌 건강에 각기 다른 영향을 줄 수도 있다고 추측할 수 있습니다. 한 관찰 연구에서 모유를 먹인 아기가 분유를 먹인 아기에 비해 뇌 조직에 더 많은 양의 sialic acid를 함유하고 있다는 점을 발견했습니다.33 게다가 전임상 연구에 따르면 sialic acid를 함유한 HMO를 먹인 동물은 대조군에 비해 뇌 조직에 함유된 sialic acid의 양이 더 많았습니다.12 이는 sialylated HMO가 뇌의 구성 요소로 활용된다는 것을 나타낼 수 있습니다.  

Fucosylated HMO 또한 장내 박테리아에 의해 두뇌 건강에 간접적으로 영향을 줄 수 있는 대사 산물인 단사슬 지방산(SCFA)으로 분해되는 것으로 나타났기 때문에 두뇌 발달에 영향을 미칠 수 있습니다.1,34,35 Berger 등에 의한 유아 연관성 연구에서 생후 1개월에 모유에서 더 높은 농도의 Fucosylated HMO 2’FL을 받은 아기가 2세에 인지 발달을 개선하여 조기 HMO 섭취가 인지 발달에 관련이 있다는 점을 발견했습니다.15  동물 전임상 연구에 따르면 Fucosylated HMO를 먹이면 기억력과 인식에 영향을 주고 학습 및 장기 강화 작용이 개선됩니다.4,10,11 이러한 연구는 두뇌 건강 및 발달 분야에서 HMO의 새로운 역할을 시사합니다. 

 장-뇌-면역 축

새로운 연구에 따르면 장-뇌 축에 면역 성분을 추가해 장-뇌-면역 축을 만들어야 합니다.1, 36  Vigsnæs 박사와 Jepsen 박사는 두뇌가 혼선을 통해 장과 면역 체계에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 설명합니다.  

두뇌가 장내 마이크로바이옴과 면역 체계에 어떻게 영향을 미치나요?

전과 같이, 동물 모델이 여기에서 우리에게 통찰을 제공합니다. 두뇌는 장 운동성, 장내 분비물(예: 위산 또는 점액) 및 장 투과성의 조절을 통해 장, 장내 미생물군 및 장 면역 체계에 영향을 미칠 수 있습니다.18,37 예를 들어, 만성 심리적 스트레스가 장내 투과율을 증가시킬 수 있음을 보여주는 데이터에서 볼 수 있는 것처럼 두뇌 건강은 장벽의 무결성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 결국 면역 체계가 염증 반응을 시작하도록 촉발할 수 있습니다.38 게다가 뇌는 장으로의 생리 활성 분자 방출을 조절하여 미생물군 뿐만 아니라 장내 면역 세포에도 영향을 미칩니다.37 

HMO는 다양한 방식으로 장-뇌-면역 축에 긍정적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 분야의 증거가 계속해서 늘어나고 진화하는 동안 Al-Khafaji 등에 의한 논평에서는 현재까지의 증거에 대한 훌륭한 개요를 제공합니다. 차세대 HMO는 DSM의 흥미진진한 혁신 로드맵의 일부이며 이미 빠르게 성장하는 HMO 시장을 더욱 촉진시키기 위한 혁신 시험을 위해 올해 4개의 새로운 HMO의 사용이 가능해집니다. 

DSM은 처음부터 뒷받침 되어야 삶이 더 건강해진다는 것을 알고 있습니다. 이것이 바로 DSM이 귀사 제품 개발의 모든 단계에서 고품질의 통찰력 중심의 혁신적인 영양 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하는 이유입니다. 이를 위해서는 원료 이상의 파트너가 필요합니다. DSM이 귀사의 비즈니스에 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아보시려면 DSM에 문의해 주세요. 

Published on

12 February 2021

태그

  • HMOs
  • 새로운 과학 지견
  • 건강 및 영양
  • 영·유아기
  • 기사
  • R&D

공유

8 간단히 읽기

관련 콘텐츠

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).

DSM은 원료 뿐 아니라 다양한 솔루션을 제공합니다. 

DSM의 다음 파트너가 되어보세요. 아래 선택사항을 통해 귀사에게 적합한  솔루션을 찾아볼 수 있습니다. 

I'd like to explore...

위 선택사항에 해당하지 않는다면, 옆 버튼을 활용해  DSM에 연락해 주세요.

바로가기

건강 혜택 솔루션

DSM은 소비자의 건강 및 영양에 대한 니즈를 충족할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 

과학 서비스

DSM은 혁신적이고 과학적인 서비스를 제공합니다. 

DSM 소개

DSM의 이념은 모두를 위해 더 밝은 삶을 만드는 것입니다.

영양 이야기(Talking Nutrition)

영양 및 건강 정보, 새로운 DSM 소식을 확인할 수 있습니다. 

고객용 포탈

DSM의 다음 파트너가 되어, B2B Portal을 통해 편리하게 샘플 및 견적 요청 등의 서비스를 이용해보세요.