DOI: https://doi.org/10.1038/s41390-024-03757-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39609615
تاريخ النشر: 2024-11-28
المؤلف: Brett Vahkal وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية وصحة الرضع
نظرة عامة
تناقش هذه القسم من ورقة البحث دور الحويصلات خارج الخلوية (EVs) الموجودة في حليب الإنسان، وخاصة تأثيرها على تعديل المناعة والإشارات في حديثي الولادة. تركز الدراسة على الفروقات بين الحويصلات المستمدة من حليب الإنسان الانتقالي في حالات الولادة المكتملة والولادة المبكرة وتأثيراتها على خلايا الظهارة المعوية البشرية (HIECs وCaco-2)، والماكروفاجات الأولية، والوحيدات THP-1. افترض الباحثون أن هذه الحويصلات ستؤثر بشكل مختلف على السيتوكينات المتعلقة بالمناعة وموت الخلايا.
تشير النتائج إلى أن الحويصلات المستمدة من الولادة المبكرة غنية بعلامة السطح CD14، بينما تعزز كل من الحويصلات المستمدة من الولادة المكتملة والولادة المبكرة إفراز عامل نمو البشرة. ومن الجدير بالذكر أن الحويصلات المستمدة من الولادة المكتملة فقط كانت فعالة في تثبيط إفراز الإنترلوكين-6 (IL-6) في HIECs وتقليل تعبير السيتوكين المؤيد للالتهاب IL-1β في الماكروفاجات بعد التحفيز الالتهابي. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن كلا من الحويصلات المستمدة من الولادة المكتملة والولادة المبكرة تثبط إفراز IL-1β وتقلل من موت الخلايا المرتبط بالالتهاب. تقترح الدراسة أن الحمولة من الميكرو RNA داخل حويصلات حليب الإنسان تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم الإشارات المتعلقة بالمناعة، مما قد يعزز التسامح واستجابة مناعية متوازنة. تضع هذه الرؤى الأساس للبحوث المستقبلية حول التطبيقات العلاجية للحويصلات للأشخاص حديثي الولادة المعرضين للخطر، مما يبرز أهمية تأثيرات العمر الحملي المحددة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الوقائي لتغذية حليب الإنسان (HM) ضد أمراض الأمعاء الالتهابية في الرضع، وخاصة التهاب الأمعاء الناخر (NEC)، الذي ينتشر بين حديثي الولادة المبتسرين. الآليات الأساسية لهذا الحماية ليست مفهومة تمامًا، ولكن يُقترح أن الحويصلات خارج الخلوية المستمدة من حليب الإنسان (EVs) قد تلعب دورًا كبيرًا في تنظيم المناعة. أشارت الدراسات السابقة إلى أن حويصلات حليب الإنسان يمكن أن تثبط تنشيط خلايا T CD4+، مما قد يعزز التسامح تجاه المستضدات الأجنبية ويخفف من الاستجابات المناعية المفرطة. بالإضافة إلى ذلك، قد تتأثر الماكروفاجات، التي توجد في حديثي الولادة منذ منتصف الحمل، بحويصلات حليب الإنسان، مما يؤثر على نموها وإفراز السيتوكينات الالتهابية، وهو أمر حاسم في سياق التهاب الأمعاء الناخر وتعفن الدم عند حديثي الولادة.
تسلط الورقة الضوء على التباين في تركيبة حليب الإنسان بناءً على العمر الحملي ومرحلة الرضاعة، مشيرة إلى أن حويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المبكرة قد يكون لها تأثير أكثر وضوحًا على تكاثر خلايا الأمعاء وهجرتها مقارنةً بحويصلات الولادة المكتملة. على الرغم من هذه الرؤى، هناك نقص في الدراسات الشاملة التي تفحص تأثيرات حويصلات حليب الإنسان المحددة بالعمر الحملي على الاستجابات المناعية في خلايا الإنسان أو نماذج حيوانية من التهاب الأمعاء الناخر. يهدف المؤلفون إلى التحقيق في كيفية تأثير حويصلات حليب الإنسان الانتقالية من أعمار حمل مختلفة على تعبير السيتوكينات، والإفراز، وموت الخلايا في خلايا الظهارة المعوية البشرية والماكروفاجات. يفترضون أن المعالجة المسبقة بحويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المكتملة أو المبكرة ستنظم الاستجابات الالتهابية بشكل مختلف، مع تقليل كلا النوعين لإفراز IL-1β في الماكروفاجات. يمكن أن تُفيد نتائج الدراسة استراتيجيات التغذية والتدخلات العلاجية لحديثي الولادة المعرضين للخطر الذين يواجهون أمراض التهابية معوية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على عينات حليب الإنسان (HM) بشكل أخلاقي من 45 متبرعًا، بعد الحصول على موافقة من جامعة أوتاوا، مستشفى أوتاوا، ومستشفى الأطفال في شرق أونتاريو (موافقة مجلس الأخلاقيات البحثية #H-03-20-5643). تم اختيار المتبرعين بعناية بناءً على معايير محددة، مستبعدين أولئك الذين أنجبوا عبر عملية قيصرية، أو استخدموا المضادات الحيوية، أو عانوا من أمراض وراثية، مناعية، أو التهابية مزمنة نشطة.
بعد الحصول على موافقة خطية، تم توجيه المتبرعين لتعقيم صدورهم باستخدام مناديل مضادة للبكتيريا والتعبير يدويًا عن 20 مل من الحليب في حاويات معقمة. تم تصنيف عينات حليب الإنسان التي تم جمعها لاحقًا وفقًا للعمر الحملي (GA)، م distinguishing بين العينات المكتملة (GA > 37 أسبوعًا) والمبكرة (GA < 37 أسبوعًا)، كما هو موضح في الجدول S1. يضمن هذا النهج المنهجي سلامة وملاءمة عينات حليب الإنسان للتحليل اللاحق.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح نتائج الاختبارات المختلفة، مع تسليط الضوء على العلاقات الإحصائية الهامة والأنماط التي لوحظت في البيانات. قد يتضمن القسم نتائج عددية، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، وقيم p، التي تدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة.
بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل استخدام تمثيلات رسومية، مثل المخططات أو الجداول، لتوضيح النتائج بوضوح، مما يسمح بتفسير أسهل للبيانات المعقدة. يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الموجودة، مما يوضح كيف تساهم في الفهم الأوسع للموضوع. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتأكيد أهداف البحث ويوفر أساسًا للمناقشات والاستنتاجات اللاحقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، عزل الباحثون الحويصلات خارج الخلوية (EVs) من حليب الإنسان (HM) باستخدام طرق الطرد المركزي التفاضلي والفائق، تلاها توصيف من خلال المجهر الفائق الدقة وتحليل تتبع الجسيمات النانوية. وُجد أن الحويصلات المعزولة غنية بعلامات السطح المتعلقة بالمناعة، وخاصة CD14، التي كانت أكثر وفرة في حويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المبكرة مقارنةً بحويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المكتملة. وهذا يشير إلى أن الحويصلات المستمدة من الولادة المبكرة قد تلعب دورًا كبيرًا في تعديل الاستجابات المناعية، مما قد يساعد في تطوير توازن ميكروبيوم الأمعاء في الرضع.
أظهرت الاختبارات الوظيفية أن كل من حويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المكتملة والمبكرة عززت من حيوية الخلايا وزادت من إفراز عامل نمو البشرة (EGF) في خلايا الظهارة المعوية Caco-2. ومن الجدير بالذكر أن العلاج بهذه الحويصلات أيضًا عدل تعبير السيتوكينات الالتهابية، حيث قللت حويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المكتملة من مستويات IL-1β بينما زادت حويصلات حليب الإنسان المستمدة من الولادة المبكرة من تعبير IL-1β في ظل الظروف الالتهابية. في الماكروفاجات، أظهرت حويصلات حليب الإنسان أنها تقلل من علامات الالتهاب وموت الخلايا، مما يشير إلى دورها المحتمل الوقائي ضد الأضرار الناتجة عن الالتهاب. تسلط النتائج الضوء على أهمية حويصلات حليب الإنسان في تعديل المناعة وإمكانياتها العلاجية لحديثي الولادة المبتسرين.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41390-024-03757-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39609615
Publication Date: 2024-11-28
Author(s): Brett Vahkal et al.
Primary Topic: Infant Nutrition and Health
Overview
This section of the research paper discusses the role of extracellular vesicles (EVs) found in human milk, particularly their impact on immune modulation and signaling in neonates. The study focuses on the differences between term and preterm EVs derived from transitional human milk and their effects on human intestinal epithelial cells (HIECs and Caco-2), primary macrophages, and THP-1 monocytes. The researchers hypothesized that these EVs would differentially influence immune-related cytokines and cell death.
The findings indicate that preterm EVs are enriched in the CD14 surface marker, while both term and preterm EVs enhance the secretion of epidermal growth factor. Notably, only term EVs were effective in inhibiting the secretion of interleukin-6 (IL-6) in HIECs and reducing the expression of the pro-inflammatory cytokine IL-1β in macrophages following inflammatory stimuli. Additionally, both term and preterm EVs were found to inhibit IL-1β secretion and reduce inflammasome-related cell death. The study proposes that the microRNA cargo within human milk EVs plays a crucial role in regulating immune-related signaling, potentially fostering tolerance and a balanced immune response. These insights lay the groundwork for future research into therapeutic applications of EVs for vulnerable newborn populations, emphasizing the importance of gestational age-specific effects.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the protective role of human milk (HM) feeding against inflammatory gut diseases in infants, particularly necrotizing enterocolitis (NEC), which is prevalent among premature neonates. The underlying mechanisms of this protection are not fully understood, but it is suggested that HM-derived extracellular vesicles (EVs) may play a significant role in immunoregulation. Previous studies have indicated that HM EVs can inhibit CD4+ T cell activation, potentially promoting tolerance to foreign antigens and mitigating excessive immune responses. Additionally, macrophages, which are present in neonates from mid-gestation, may be influenced by HM EVs, affecting their growth and inflammatory cytokine secretion, which is crucial in the context of NEC and neonatal sepsis.
The paper highlights the variability in HM composition based on gestational age and lactation stage, noting that preterm HM EVs may have a more pronounced effect on intestinal cell proliferation and migration compared to term EVs. Despite these insights, there is a lack of comprehensive studies examining the effects of gestational age-specific HM EVs on immune responses in human cells or animal models of NEC. The authors aim to investigate how transitional HM EVs from different gestational ages influence cytokine expression, secretion, and cell death in human gut epithelial cells and macrophages. They hypothesize that pre-treatment with term or preterm HM EVs will differentially regulate inflammatory responses, with both types reducing IL-1β secretion in macrophages. The study’s findings could inform nutritional strategies and therapeutic interventions for vulnerable neonates facing intestinal inflammatory diseases.
Methods
In this study, human milk (HM) samples were ethically obtained from 45 donors, following approval from the University of Ottawa, The Ottawa Hospital, and the Children’s Hospital of Eastern Ontario (Research Ethics Board approval #H-03-20-5643). Donors were carefully selected based on specific criteria, excluding those who delivered via caesarean section, had used antibiotics, or suffered from active maternal genetic, immune, or chronic inflammatory diseases.
After obtaining written consent, donors were instructed to sterilize their breasts with an antibacterial wipe and manually express 20 mL of milk into sterile containers. The collected HM samples were subsequently categorized according to gestational age (GA), distinguishing between term (GA > 37 weeks) and preterm (GA < 37 weeks) samples, as detailed in Table S1. This methodological approach ensures the integrity and relevance of the HM samples for subsequent analysis.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant statistical relationships and patterns observed in the data. The section may include numerical results, such as means, standard deviations, and p-values, which support the hypotheses posed in the study.
Additionally, graphical representations, such as charts or tables, are likely utilized to illustrate the results clearly, allowing for easier interpretation of complex data. The findings are contextualized within the framework of existing literature, demonstrating how they contribute to the broader understanding of the topic. Overall, this section serves to validate the research objectives and provides a foundation for subsequent discussions and conclusions.
Discussion
In this study, the researchers isolated extracellular vesicles (EVs) from human milk (HM) using differential and ultracentrifugation methods, followed by characterization through super-resolution microscopy and nanoparticle tracking analysis. The isolated EVs were found to be enriched in immune-related surface markers, particularly CD14, which was more abundant in preterm HM EVs compared to term HM EVs. This suggests that preterm HM EVs may play a significant role in modulating immune responses, potentially aiding in the development of gut microbiome homeostasis in infants.
The functional assays demonstrated that both term and preterm HM EVs enhanced cell viability and increased the secretion of epidermal growth factor (EGF) in Caco-2 intestinal epithelial cells. Notably, treatment with these EVs also modulated inflammatory cytokine expression, with term HM EVs reducing IL-1β levels while preterm HM EVs increased IL-1β expression under inflammatory conditions. In macrophages, HM EVs were shown to downregulate inflammatory markers and cell death, indicating their potential protective role against inflammation-induced damage. The findings highlight the importance of HM EVs in immune modulation and their potential therapeutic implications for preterm infants.