Грудное молоко оказалось сложнее, чем считалось: учёные обнаружили семь важных молекул

Исследование показало, как питание матери связано с работой молочной железы и ростом ребёнка

Почему состав грудного молока нельзя объяснить только питанием матери

Когда говорят о составе грудного молока, обычно вспоминают белки, жиры, углеводы, витамины и минералы. Кажется логичным предположить, что чем полноценнее питается женщина, тем больше необходимых веществ получает ребёнок.

Но физиология лактации устроена значительно сложнее.

Молочная железа не просто переносит питательные вещества из крови в молоко. Её клетки самостоятельно синтезируют многие компоненты, регулируют их концентрации и контролируют проникновение различных молекул из кровотока.

Поэтому изменение рациона матери далеко не всегда приводит к соответствующему изменению состава молока.

Одни вещества действительно чувствительны к питанию женщины. Концентрации других поддерживаются относительно стабильными благодаря внутренним механизмам регуляции.

Возникает важный вопрос: можно ли по молекулярному составу грудного молока определить, насколько эффективно работает сама молочная железа?

Именно эту задачу поставили перед собой исследователи из международного консорциума International Milk Composition (IMiC).

Что обнаружили в 1543 образцах грудного молока

Учёные объединили результаты анализа 1543 образцов грудного молока, полученных в трёх исследовательских когортах — в Канаде, Пакистане и Буркина-Фасо.

Выбор разных стран был принципиальным.

Участницы исследования жили в существенно различающихся социальных и пищевых условиях. Это позволяло искать молекулярные закономерности, которые сохраняются при различиях в питании и образе жизни.

В рамках международного проекта IMiC исследователи изучали более 25 тысяч молекулярных характеристик грудного молока, используя материалы более чем тысячи пар мать–ребёнок.

В опубликованной работе специалисты одновременно анализировали несколько групп веществ:

• Белки, участвующие в различных биологических процессах.
• Метаболиты — небольшие молекулы, образующиеся при обмене веществ.
• Витамины и минеральные элементы.
• Основные питательные компоненты молока.
• Олигосахариды — сложные углеводы грудного молока, выполняющие в том числе функции, связанные с кишечной микробиотой и защитой ребёнка.

Такой подход называется мультиомным анализом. Вместо изучения отдельных веществ исследователи рассматривают сразу несколько взаимосвязанных молекулярных систем.

Затем полученные данные сопоставили с показателями роста младенцев и характеристиками питания матерей.

Для поиска закономерностей применялись статистические методы и машинное обучение.

В результате удалось выделить семь молекул, которые наиболее последовательно отражали общие связи между питанием матери, биологическими процессами молочной железы и ростом ребёнка.

Семь молекул, которые могут рассказать о работе молочной железы

Обнаруженные вещества не являются новыми для биохимии. Неожиданным оказалось то, насколько информативным может быть их сочетание.

Четыре молекулы относятся к группе короткоцепочечных ацилкарнитинов:

• C2
• C3
• C4
• C5

Ацилкарнитины связаны с энергетическим обменом. Они образуются в процессах переработки жирных кислот и некоторых аминокислот и могут отражать особенности клеточного метаболизма.

Оставшиеся три компонента имеют совершенно другую биологическую природу.

Лизин — незаменимая аминокислота, необходимая для синтеза белков.

6′-сиалиллактоза — один из олигосахаридов грудного молока. Такие сложные углеводы участвуют во взаимодействиях между питанием ребёнка, кишечной микробиотой и защитными механизмами организма.

Селен — микроэлемент, необходимый для работы ряда ферментов, включая системы антиоксидантной защиты.

Почему исследователей заинтересовало именно сочетание этих семи веществ?

Потому что они отражают разные стороны биологии молочной железы.

Одни связаны с энергетическим обменом и синтезом компонентов молока. Другие помогают характеризовать процессы обновления тканей, барьерные функции и иммунную активность.

При этом речь идёт о потенциальных биомаркерах — измеряемых показателях, которые могут отражать состояние биологической системы.

Неожиданная роль одной молекулы — C5

Особое внимание исследователей привлёк ацилкарнитин C5.

Именно он демонстрировал наиболее выраженные связи с несколькими функциональными характеристиками молочной железы.

Повышенные концентрации C5 сопровождались молекулярными признаками менее активного синтеза молока.

Одновременно обнаруживались закономерности, связанные с перестройкой тканей и иммунными процессами.

Это наблюдение заставило исследователей обратиться к фундаментальным механизмам клеточного энергетического обмена.

Для нормального функционирования многих метаболических реакций необходим кофермент A — молекула, участвующая в переработке углеводов, жиров и других питательных веществ.

А для синтеза кофермента A организму требуется пантотеновая кислота, известная как витамин B5.

Здесь возникает потенциально важная биохимическая последовательность.

Недостаточная доступность витамина B5 может ограничивать образование кофермента A.

Это, в свою очередь, способно нарушать определённые реакции энергетического обмена и изменять соотношение ацилкарнитинов.

Одним из возможных последствий становится накопление C5.

Таким образом, повышенный уровень C5 может отражать не просто особенности состава молока, а определённое состояние метаболизма клеток молочной железы.

Однако здесь необходимо провести принципиальное разграничение.

Связь между витамином B5, коферментом A и ацилкарнитином C5 пока рассматривается исследователями как биологически обоснованная гипотеза.

Ещё предстоит экспериментально установить, действительно ли недостаточная доступность витамина B5 вызывает обнаруженные изменения и можно ли повлиять на них с помощью питания.

Может ли питание матери изменить состав грудного молока

Параллельно с этой работой в Science было опубликовано второе исследование консорциума IMiC.

Оно отвечало на другой вопрос: какие компоненты грудного молока действительно изменяются при дополнительном питании матери?

Учёные объединили данные трёх рандомизированных исследований, проведённых в Буркина-Фасо, Пакистане и Танзании.

В них изучалось влияние дополнительных пищевых продуктов, содержащих энергию и белок, а также никотинамида — одной из форм витамина B3.

Результаты оказались неоднородными.

Некоторые витамины группы B заметно реагировали на пищевые вмешательства: их содержание в грудном молоке увеличивалось.

Однако многие другие компоненты, включая основные питательные вещества, олигосахариды и ряд биологически активных белков, оставались относительно стабильными.

Это свидетельствует о существовании физиологических механизмов, поддерживающих определённый состав молока даже при изменении питания матери.

Особенно интересным оказался результат, связанный с ростом детей.

Дополнительное питание матерей после родов улучшало показатели роста младенцев не во всех исследованных группах, а в группе с более выраженными проблемами питания.

Иными словами, эффект вмешательства зависел от исходных условий.

При этом основная работа, посвящённая семи биомаркерам, также обнаружила общие молекулярные закономерности, связывающие пищевые вмешательства с восстановлением роста детей, у которых ранее отмечалось его замедление.

В совокупности результаты показывают, что питание матери действительно способно влиять на отдельные характеристики грудного молока.

Но эта зависимость значительно сложнее простой формулы «больше витаминов в рационе — лучше молоко».

Почему грудное молоко сравнивают с плацентой

Авторы предлагают взглянуть на молочную железу с непривычной точки зрения.

Во время беременности плацента обеспечивает сложное взаимодействие между организмами матери и плода.

После рождения ребёнка важную роль в обеспечении его потребностей начинает играть молочная железа.

Её подготовка к лактации начинается задолго до родов.

Под воздействием гормонов клетки специализируются, перестраивается структура ткани, изменяются механизмы энергетического обмена и местной иммунной защиты.

После рождения ребёнка эта подготовленная система начинает активно производить молоко.

При этом состав молока определяется не только поступающими питательными веществами, но и функциональным состоянием самой железы.

Именно поэтому исследователи рассматривают грудное молоко как своеобразное биологическое окно, позволяющее наблюдать процессы, которые происходят внутри органа.

У такого подхода есть важное преимущество.

Для получения образцов грудного молока не требуется биопсия или другое инвазивное вмешательство.

Это позволяет многократно изучать изменения молекулярного состава на протяжении лактации и сопоставлять их с состоянием матери и развитием ребёнка.

Можно ли по анализу молока определить, достаточно ли питания получает ребёнок

Пока нет.

Несмотря на масштаб исследования, семь обнаруженных молекул остаются кандидатами в биомаркеры, а не готовой диагностической системой.

Для клинического применения необходимо установить, насколько устойчивы выявленные закономерности в других популяциях, в разные периоды лактации и при различных состояниях здоровья матери.

Предстоит также выяснить, способны ли эти показатели независимо предсказывать нарушения роста ребёнка.

Важно учитывать и то, что рост младенца зависит не только от состава грудного молока.

Имеют значение количество фактически получаемого питания, эффективность кормления, состояние здоровья ребёнка, перенесённые заболевания и другие факторы.

Поэтому измерение концентрации C5 или любого другого обнаруженного вещества пока не позволяет достоверно определить качество грудного вскармливания или необходимость изменения питания женщины.

Исследование также не доказывает, что дополнительный приём витамина B5 способен увеличить выработку молока либо ускорить рост младенца.

Назначение витаминных добавок только на основании этих результатов было бы преждевременным.

Для оценки достаточности питания ребёнка по-прежнему важны его динамика роста, клиническое состояние и наблюдение у педиатра.

Что исследователи намерены выяснить дальше

Следующий этап работы будет посвящён проверке обнаруженных молекулярных механизмов.

Команда Лиат Шенхав из NYU Grossman School of Medicine планирует объединить компьютерное моделирование с экспериментальными исследованиями метаболизма молочной железы.

Одна из основных задач — проверить предполагаемую связь между витамином B5, коферментом A и накоплением ацилкарнитина C5.

Исследователи также намерены изучать молозиво и переходное молоко.

Молозиво образуется в первые дни после родов и существенно отличается по составу от зрелого молока.

Переходное молоко представляет собой следующий этап становления лактации.

Анализ этих последовательных изменений может помочь понять, как молочная железа переходит от подготовки к кормлению к устойчивому производству молока.

В перспективе подобные исследования способны определить, какие нарушения питания действительно отражаются на функции молочной железы и какие вмешательства могут быть наиболее полезны для матери и ребёнка.

Но прежде чем молекулярные показатели превратятся в практический медицинский инструмент, необходимы дополнительные исследования и независимая проверка результатов.