Досягнення використання сіалової кислоти в галузі харчування Oxford Academic
Розкриття інформації від автора: Н. Шпренгер та П.І. Дункан є співробітниками компанії Nestec S.A.
Норберт Шпренгер, Пітер І. Дункан, Використання сиалової кислоти, Досягнення у харчуванні, том 3, випуск 3, травень 2012, сторінки 392S – 397S, https://doi.org/10.3945/an.111.001479
АНОТАЦІЯ
Ранній постнатальний розвиток ставить молоко як ключову екологічну змінну та разом з тим єдине джерело поживних речовин. Однією із збережених в еволюції складових молока є сіалова кислота, яка, як правило, відображається на глікокон’югатах та вільних гліканах. Під час раннього постнатального розвитку пропонувалось задовольнити потребу високої сиалової кислоти за рахунок синтетичної здатності ендогенної сіалової кислоти. Таким чином, сиалова кислота молока була запропонована служити умовною поживною речовиною для новонародженого. У літніх людей, на іншому кінці онтогенезу, спостерігається зниження сиалілювання в мозку, слині та імунній системі. Аналогічно ситуації з новонародженими, ендогенна синтетична здатність може не відповідати потребам у цій віковій групі. Дані, що обговорюються тут, пропонують функціональну дієтичну роль сиалової кислоти як будівельного матеріалу для сиалілювання та не тільки.
Вступ
Постнатальний розвиток ссавців особливий тим, що матері забезпечують свого немовляти єдиним джерелом поживних речовин і важливою частиною своїх екологічних стимулів у вигляді молока. Взагалі кажучи, молоко є однією з найскладніших біологічних рідин, що забезпечує поживні речовини, захисні сполуки та фактори росту та розвитку (1, 2). Залежно від виду, тривалість лактації та кількість молока та його складових змінюються. Також серед різних видів ссавців деякі складові більше, а інші менш еволюційно збережені (3–6). Для збережених складових це свідчить про те, що в розвитку новонароджених діють універсальні ролі, незважаючи на різноманітну історію життя та широке різноманіття середовищ існування ссавців. Те, що існують відмінності у складі молока, також свідчить про те, що кожна ссавця пристосувала свій склад молока для задоволення конкретних потреб своїх новонароджених.
На основі анатомічних та метаболічних порівнянь примітивних яйцекладки та більш сучасних ссавців було висунуто кілька теорій щодо походження молочних залоз та їх виділень. Однією з таких теорій є те, що забезпечення вроджених захисних факторів було основою лактації, а забезпечення поживними речовинами було другорядним (4, 7).
Нещодавно були розглянуті роль і потенціал сиалової кислоти молока в харчуванні людини і особливо як їжі для мозку (12, 13). Тут ми обговорюємо сіалову кислоту як гліконутрієнт для новонароджених та людей похилого віку з акцентом на можливі метаболічні долі.
Сучасний стан знань
Що таке сіалова кислота і чому контроль над рівнем сіалової кислоти є центральним
Наше розуміння механізмів та регулювання поглинання сіалової кислоти (Neu5Ac та Neu5Gc) є досить обмеженим. Однак останні дослідження in vitro показують, що Neu5Ac може перевершити поглинання Neu5Gc, припускаючи, що використовується той самий шлях через піноцитоз та лізосомний транспортер сиалової кислоти SLC17A5 (22). Наслідки цього спостереження для поглинання та використання Neu5Ac та Neu5Gc з дієтичних джерел з переважанням тієї чи іншої форми сіалової кислоти заслуговує на подальше дослідження.
На клітинах ссавців сиалова кислота кінцево відображається або як одиничний фрагмент сиалової кислоти, або як ланцюжки полісіалової кислоти на N- та O-зв'язаних гліканах глікопротеїдів та гліколіпідів. Подібно до інших гліканів, додавання та видалення сіалових кислот є засобом для модуляції структурної стабільності, розпізнавання клітин та процесів зв’язку (23–25). Це означає, що регулювання сиалілювання та доступність сіалової кислоти мають першорядне значення.
Інша група мутацій, пов’язаних з контролем рівня сиалової кислоти, впливає на транспортер сиалової кислоти SLC17A5 (сіалін) і призводить до захворювання запасів сиалової кислоти. У результаті накопичення сіалової кислоти в лізосомах негативно впливає на розвиток і роботу нервової системи. SLC17A5 не тільки транспортує сіалову кислоту, але також глутамат та аспартат у синаптичні везикули. Тому деякі симптоми цієї хвороби можуть бути спричинені дефіцитом амінокислот для нейромедіації (33). Подібним чином мутації гена нейрамінідази NEU1 призводять до сиалідозу, що характеризується накопиченням сіалізованих гліканів у тканинах та численними проблемами розвитку (34).
Разом контроль за рівнем і розподілом сіалової кислоти є надзвичайно важливим. Порівняно з людьми, миші, як видається, більше страждають від низького або недостатнього синтезу ендогенної сіалової кислоти.
Молоко як природна модель для постачання гліконутрієнтів, таких як сиалова кислота
Коли молоко є винятковим джерелом поживних речовин, чи використовуються дієтична сіалова кислота та шлях виведення сіалової кислоти (тобто біохімічна переробка сиалової кислоти в складні біомолекули) на відміну від ендогенно синтезованої сиалової кислоти de novo? Іншими словами, чи існують часи високого метаболічного попиту на сиалову кислоту з недостатньою ендогенною синтетичною здатністю?
Людське молоко є досить багатим джерелом сиалової кислоти: від 1,5 г/л у молозиві до 1 г/л у перехідному молоці та 0,3 г/л у зрілому молоці через 3 місяці після пологів (35). Загалом, дитячі суміші містять значно менше сіалової кислоти, ніж грудне молоко людини, і співвідношення Neu5Ac до Neu5Gc у суміші може змінюватися залежно від використовуваного тваринного молока. Суміші, отримані з коров’ячого молока, зазвичай забезпечують> 95% сиалової кислоти як Neu5Ac, тоді як суміші, отримані з козячого молока, можуть забезпечити відносно набагато більший Neu5Gc (17). Цікаво, що більшість сіалових кислот у жіночому молоці пов’язані з олігосахаридами, і ця частка набагато менша у сумішах для немовлят на основі коров’ячого молока. Однак рівень зв’язаної з білками сіалової кислоти в жіночому молоці протягом 3 місяців після пологів подібний до рівня зв’язаної з білками сіалової кислоти в молочній суміші для немовлят, що переважає у сироватці (35, 36)
Ця серія спостережень підштовхнула до думки, що сиалова кислота молока служить гліконутрієнтом у новонародженого шляхом порятунку, що призводить до підвищення рівня сіалової кислоти в тканинах та слині немовлят, що перебувають на грудному вигодовуванні (37–39). Чи збільшується рівень слини та мозку сиалової кислоти в мозку походить від дієтичної сіалової кислоти як такої та чи впливає це у людей на здоров’я, фізіологію та функцію нервової системи, ще потрібно буде з’ясувати.
Моделі тварин для вивчення використання сиалової кислоти молока
Щури та миші широко використовуються як дослідницькі моделі, і це особливо актуально для дослідження сиалової кислоти молока. Їх молоко містить 3′- та 6′-сіалілактози (Neu5Ac-α2,3-лактозу та Neu5Ac-α2,6-лактозу) як єдині молочні олігосахариди, які присутні у досить великих кількостях (∼1–6 г/100 г суха речовина молока). В даний час не повідомляється про наявність Neu5Gc в олігосахаридах молока щурів та мишей (10, 40). Більше 80% загальної кількості молочної сіалової кислоти представлено у формі сіалілактози (40, 41). Як у мишах, так і у щурячих молоко 3′-сіалілактоза є найвищою через 5–7 днів після пологів і згодом знижується. У щурів 6'-сіалілактоза збільшується паралельно з 3'-сіалілактозою, але лише до ~ 10% рівня 3'-сіалілактози, і в подальшому залишається незмінною (40). На відміну від цього, у ранньому молоці миші рівень 6'-сіалілактози приблизно вдвічі менший за рівень 3'-сіалілактози і залишається постійним протягом лактації (10).