Prove degli effetti sullo sviluppo intestinale e cerebrale nei bambini*

Joana Ortega-Anaya e Rafael Jiménez-Flores†
Food Science and Technology Department, The Ohio State University, Columbus 43210
Ricevuto 6 luglio 2018. Accettato 18 settembre 2018
†Autore corrispondente: jimenez-flores.1@osu.edu
*Presentato come parte del Joint MILK/Lactation Biology Symposium: Milk Globules, Vesicles, and Exosomes—Update, Origin, Structure, and Function at the ADSA Annual Meeting, Knoxville, Tennessee, Giugno 2018

Abstract
Introduzione
Composizione dei fosfolipidi del latte
Prove del ruolo esercitati dai fosfolipidi del latte sullo sviluppo cerebrale ed intestinale
Conclusioni
Riconoscimenti
Riferimenti

Abstract

Questo documento riporta i concetti analizzati durante la presentazione al Joint MILK/Lactation Biology Symposium in occasione dell’ADSA Annual Meeting 2018. La nostra intenzione è quella di aggiornare questi concetti e di raccogliere i progressi fatti nella ricerca relativa ai fosfolipidi o alla frazione lipidica polare del latte, impiegati nei derivati dal latte attualmente utilizzati in studi nutrizionali che si concentrano sulla salute intestinale e sullo sviluppo cerebrale dei neonati. Sebbene il progresso dei processi di trasformazione abbia permesso la produzione di nuovi ingredienti ricchi di componenti delle membrane dei globuli di grasso del latte (MFGM), per lo più dipendenti dalla concentrazione di fosfolipidi e dalla presenza di proteine di membrana, vi è un’ampia variabilità nella loro composizione e struttura. Inoltre, abbiamo cercato di includere nella frazione fosfolipidica del latte le nanovescicole denominate esosomi, che vengono rilasciati nel latte attraverso meccanismi secretori diversi da quelli che producono i globuli di grasso e che risultano essere costituiti da una peculiare miscela di lipidi polari. Consideriamo di fondamentale importanza lo studio delle molecole derivate dai lipidi polari del latte per quanto riguarda la loro composizione e struttura, per poter ottenere informazioni sul loro effetto biologico sulla salute umana. Comunque, nonostante le differenze di composizione e concentrazione delle loro componenti, studi che prevedevano un’integrazione della dieta di neonati con lipidi polari (come, ad esempio, componenti della MFGM) hanno dimostrato l’esistenza di progressi significativi in diverse aree della salute e del benessere umano. Qui vogliamo presentare una sintesi delle componenti più importanti della MFGM e degli esosomi del latte, nonché una panoramica degli effetti che potrebbero avere sulla salute intestinale e sullo sviluppo cerebrale e cognitivo quando aggiunti alla dieta dei bambini. 

Parole chiave: membrane dei globuli di grasso del latte, fosfolipide, esosoma, sviluppo cerebrale, salute intestinale 

Introduzione

Il latte prodotto dai mammiferi viene da sempre stato considerato un fluido molto interessante per la sua complessità molecolare, fisico-chimica e strutturale. Ad oggi, ci poniamo ancora molte domande sulla struttura, sulla funzione, sul ruolo e sul significato biologico per la salute umana di molti componenti presenti nel latte umano e in quello bovino. Una di queste componenti è rappresentata dai fosfolipidi, che sono un insieme complesso di oltre 30 specie molecolari come fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolammina (PE), fosfatidilserina (PS), fosfatidilinositolo (PI) e sfingofosfolipidi e che sono stati chiaramente identificati come componenti delle membrane del globulo di grasso del latte bovino (MFGM; Contarini e Povolo, 2013). I fosfolipidi si ritrovano in 2 frazioni del latte: nelle MFGM, che contengono la maggior parte dei fosfolipidi del latte che vanno a costituire lo strato trilaminare della membrana che circonda ciascun globulo di grasso (Gallier et al., 2010, 2014; Lopez et al., 2010) e nelle nanovescicole, che vengono secrete nel latte dalle cellule della ghiandola mammaria e sono coinvolte nella comunicazione cellula-cellula grazie al materiale biologico funzionalmente attivo contenuto in esse (ad esempio, mRNA, microRNA e diverse proteine; Zempleni et al., 2017). Questo assortimento di lipidi presenti sia nelle MFGM che nelle nanovescicole è unico nel latte e sembrerebbe avere un effetto positivo su molti aspetti della salute umana esplicato attraverso vari meccanismi. Due dei principali effetti benefici riscontrati per la salute – a livello di cellule intestinali (dopo studi condotti sulla sindrome dell’intestino permeabile) e di sviluppo cerebrale e miglioramento cognitivo – sono stati studiati da più di un gruppo di ricercatori. Questa review ci offre una consistente panoramica sugli aspetti più interessanti delle frazioni fosfolipidiche del latte e sul loro ruolo nella salute dell’intestino e nello sviluppo cerebrale, come osservato dagli autori. 

Composizione dei fosfolipidi del latte

I fosfolipidi sono molecole ubiquitarie nelle membrane e nelle vescicole ed il latte sembrerebbe contenerne una miscela unica. Vengono classificati come lipidi polari e chimicamente sono molecole anfipatiche costituite da una coda idrofoba, contenente acidi grassi, e da una testa idrofila, contenente uno specifico gruppo polare. In linea generale, nel latte ritroviamo 2 principali classi di fosfolipidi (Contarini e Povolo, 2013). La prima classe è rappresentata dai glicerofosfolipidi, formati da una molecola di glicerolo esterificato a 2 acidi grassi e ad una molecola di acido fosforico, a sua volta legata ad altri gruppi polari (colina, serina, etanolammina o inositolo). La figura 1 mostra i principali gruppi o famiglie di glicerofosfolipidi, in base alla composizione chimica dei loro gruppi polari. Il secondo gruppo più importante di lipidi polari presenti nel latte è costituito dagli sfingolipidi, costituiti da uno scheletro di sfingosina (2-ammino-4-octadecene-1.3-diolo) legato ad un acido grasso (mediante un legame ammidico) e ad una testa polare.  

Figura 1. Struttura dei glicerofosfolipidi di più comune riscontro nel latte e principali famiglie in base al gruppo di testa polare. Codice del colore degli atomi: C = grigio, H = bianco, O = rosso, N = blu, P = arancione; i doppi legami sono raffigurati in verde.

I gruppi polari solitamente presenti nel latte variano notevolmente, comprendono dei carboidrati (glucosio, galattosio e lattosio) e vengono denominati glicoceramidi (Figura 2; Contarini e Povolo, 2013). Comunque la sfingomielina è la specie dominante. Consta di una testa polare costituita da fosfocolina e, per questo motivo, viene solitamente classificata come sfingofosfolipide e inclusa nella frazione fosfolipidica (Figura 2; Contarini e Povolo, 2013). La sfingomielina (SM) è un componente molto importante della frazione fosfolipidica del latte vista la sua elevata concentrazione nelle MFGM e il suo coinvolgimento in molti effetti benefici per la salute umana, come lo sviluppo neuronale nei neonati e la loro protezione da infezioni batteriche (Bourlieu et al., 2015; Claumarchirant et al., 2016; Murthy et al., 2016). Infine abbiamo i gangliosidi, che sono un’altra tipologia di sfingolipidi sui quali recentemente si è posta l’attenzione vista la loro potenziale bioattività, tra le altere cose,  sulla funzionalità del sistema nervoso e del sistema immunitario (Rueda, 2013). Possiedono gruppi di testa polari molto complessi, costituiti da una o più unità di acido sialico oltre che da oligosaccaridi (Ma et al., 2015). La concentrazione e la composizione (testa polare e coda costituita da acidi grassi) dei glicerofosfolipidi e degli sfingolipidi del latte crudo bovino vengono fortemente influenzate da diversi fattori tra cui la razza della bovina, lo stadio della lattazione, la stagione dell’anno, l’alimentazione e la tipologia di dieta, e anche dalla lavorazione e dal trattamento a cui viene sottoposto il latte. È interessante notare come differenti metodi analitici di estrazione e di analisi determinino delle variazioni nell’identificazione del contenuto della frazione lipidica polare (Bitman e legno, 1990; Avalli e Contarini, 2005; Rombaut e Dewettnick, 2006; Graves et al., 2007; Rombaut et al, 2007; Lopez et al., 2008; Contarini e Povolo, 2013; Pimentel et al., 2018).  

 

Figura 2. Struttura degli sfingolipidi di più comune riscontro nel latte, in base al gruppo di testa polare. Lo scheletro di sfingosina (catena destra in ogni struttura) viene qui rappresentato legato all’acido palmitico (catena sinistra). Codice del colore degli atomi: C = grigio, H = bianco, O = rosso, N = blu, P = arancione; i doppi legami sono raffigurati in verde. 

Nel complesso, la concentrazione della frazione lipidica polare varia tra i 9 e i 40 mg/100 g di latte crudo (tabella 1). Le specie predominanti sono PE, PC e SM, che rappresentano circa l’80% dei lipidi polari totali. Un aspetto interessante da evidenziare è il rapporto della concentrazione tra PC e SM. Dalla Tabella 1 si può notare che mantengono un rapporto 1.0-1.1, fatta eccezione per i dati riportati da Kiełbowicz et al. (2013), dove il contenuto di SM è significativamente inferiore a quello della PC. Questi risultati potrebbero essere dovuti all’utilizzo di aerosol di goccioline cariche associato alla cromatografia liquida, un metodo di recente sviluppo che possiede una maggiore sensibilità e una miglior precisione rispetto a tecniche di  rilevamento che prevedono gli UV, la fluorescenza, l’indice di rifrazione e i rilevatori evaporativi a luce diffusa (Hazotte et al., 2007; Kielbowicz et al., 2013). La fosfatidilcolina rappresenta fino al 35% dei fosfolipidi totali e la sua funzione è quella di mantenere la permeabilità della membrana (Dewettinck et al., 2008; Jimenez-Flores et al., 2009) grazie alla sua morfologia flessibile. A seconda della concentrazione e della temperatura dell’acqua, la PC può associarsi in una delle 4 fasi possibili, tra cui la cristallina lamellare, la β′ laminare, la α laminare e la β′ obliqua (Fedotova e Lencki, 2008). La fosfatidiletanolammina costituisce fino al 30% dei fosfolipidi totali delle MFGM ed è legata principalmente agli UFA (68%) con elevati livelli di C18:1 e C18:2 e livelli inferiori di C14:0 e C16:0 (Sanchez Juanes et al., 2009). Il fosfatidilinositolo e la PS sono presenti nel latte in concentrazioni inferiori. Sono fosfolipidi anionici distribuiti asimmetricamente in tutto il monostrato interno delle MFGM (Deeth, 1997).  

Tabella 1. Composizione della frazione lipidica polare del latte crudo (mg/100 g di latte) 

1PE = fosfatidiletanolammina; PC = fosfatidilcolina; SM = sfingomielina; PS = fosfatidilserina; PI = fosfatidilinositolo 

La classificazione dei fosfolipidi e dei fosfosfingolipidi presenti nel latte finora descritta si basa sul gruppo presente a livello della testa polare, ma la maggiore complessità deriva dall’ampia varietà di acidi grassi legati allo scheletro di glicerolo o di sfingosina. Comprende catene lunghe da C2 a C24, SFA, MUFA e PUFA, nonché n-3, n-6 e n-9. Secondo i dati riportati nella tabella 2, le tipologie maggiormente presenti sono quelle da C16 a C18, SFA e MUFA, con basse concentrazioni da C4 a C8 e PUFA (Lopez et al., 2008). Come si può dedurre dalle informazioni qui presentate, la composizione della frazione lipidica polare del latte è tutt’altro che semplice. Inoltre, la composizione chimica di questi lipidi ha un effetto diretto sulla struttura molecolare e sull’organizzazione delle diverse vescicole presenti nel latte. Questo è stato studiato per la SM del latte in vari modelli biomimetici dove è stato dimostrato che, data la sua struttura (e la combinazione con il colesterolo), forma dei domini liquidi in fase ordinata nello strato esterno delle MFGM, segregati lateralmente dal resto dei fosfolipidi sotto forma di zattere lipidiche, in analogia con le membrane plasmatiche dei mammiferi (Lopez et al., 2010; Guyomarc’h et al., 2017). Inoltre, la lunghezza della catena degli acidi grassi (24:0 e 16:0) determina l’altezza del dominio perché causa un disallineamento, che a sua volta va a definire l’organizzazione interna e la topografia della vescicola (Garner et al., 2007; Guyomarc’h et al., 2014, 2017).  L’eterogeneo impacchettamento della SM nel latte e il suo dominio strutturale vengono, ad oggi, considerati avere un’implicazione biologica nel regolare diversi meccanismi delle MFGM, come il riconoscimento e il legame dei batteri, di enzimi e di altre proteine, o, in alternativa, nel partecipare alla stabilità fisica delle vescicole fosfolipidiche (Guyomarc’h et al., 2017).  

Tabella 2. Composizione degli acidi grassi presenti nei glicerofosfolipidi e negli sfingolipidi del latte 

1 Inclusi l’acido eicosapentaenoico e l’acido docosaesaenoico

I fosfolipidi presenti nel latte si ritrovano principalmente come costituenti di  2 strutture: delle MFGM (che vengono sintetizzate e secrete insieme ai globuli di grasso durante la lattazione) e degli esosomi del latte (MEX), che sono nanovescicole secrete nel latte dalle cellule della ghiandola mammaria con meccanismi completamente diversi da quelli previsti per la produzione dei globuli di grasso. Un numero elevato di studi ha analizzato la composizione, la struttura, la funzione, la biosintesi e la funzionalità biologica delle MFGM. Si tratta di una struttura complessa che circonda i globuli di grasso, conferendo stabilità, protezione e selettività verso enzimi, ligandi e recettori. Le MFGM sono costituite da un triplo strato che contiene proteine distribuite in maniera eterogenea e lipidi polari (20-60% di proteine e 80-40% di lipidi polari) con uno spessore compreso tra i 10 e i 50 nm (Keenan e Mather, 2006). Il monostrato interno, o primario, è a diretto contatto con i trigliceridi del globulo di grasso (Vanderghem et al., 2011) e contiene principalmente PE, PS e PI derivati dal reticolo endoplasmatico e dal citoplasma della cellula in lattazione (Deeth, 1997). Il doppio strato più esterno, che deriva dalla membrana plasmatica apicale delle cellule epiteliali mammarie, ha concentrazioni più basse di PE, PS e PI e concentrazioni più elevate di PC, SM, colesterolo e gangliosidi (Deeth, 1997; Lopez et al., 2008). A questo doppio strato esterno è associato un ulteriore glicocalice (che varia durante la lattazione) e che agisce da fonte di ligandi e di siti di legame per batteri e virus (Spitsberg e Gorewit, 1997; Evers, 2004; Wilson et al., 2008). Le interazioni tra i costituenti della MFGM e le altre molecole si verificano principalmente a livello di questa superficie esterna (Vanderghem et al., 2011). Informazioni più dettagliate e rappresentazioni schematiche della struttura della MFGM sono già state pubblicate (Gallier et al., 2010, 2014; Singh e Gallier, 2017). Oltre al gran numero di pubblicazioni riguardanti la struttura e gli effetti biologici della MFGM, sta crescendo sempre di più l’attenzione verso un nuovo gruppo di strutture vescicolari presenti nel latte, visti i loro potenziali effetti sulla salute umana. Gli esosomi del latte sono vescicole fosfolipidiche rilasciate dalle cellule con un diametro che va dai 30 ai 120 nm ed una densità che va da 1.13 a 1.19 g/mL (Zhang et al., 2014) con contenuto vario che può comprendere mRNA, microRNA, RNA lungo non codificante, DNA e proteine. Nel latte, sia umano che bovino, è stato dimostrato che i MEX trasferiscono il loro carico derivato dall’RNA alle cellule del sistema immunitario per modularne la funzione (Lakkaraju e Rodriguez-Boulan, 2008; Hata et al., 2010; Zempleni et al., 2017). In linea generale, gli esosomi e le nanovescicole vengono secreti nell’ambiente sia dalle cellule eucariote che da quelle procariote (attraverso l’esocitosi di corpi multivescicolari) e servono per la comunicazione cellula-cellula, la protezione e lo scambio di informazioni genetiche (Nieuwland e Sturk, 2010; Colombo et al., 2014; Kalra et al., 2016; Rani et al., 2017). Si agganciano sulla superfici delle cellule riceventi, trasmettendo i loro segnali e trasferendo il loro contenuto allo scopo di produrre risposte funzionali (French et al., 2017). Questo meccanismo, sebbene cruciale, non è ancora un processo ben compreso e si ritiene che venga mediato principalmente dalle proteine e dal materiale genetico che, a sua volta, dipende dalla cellula madre (French et al., 2017). Tuttavia, recentemente si è visto che la bioattività degli esosomi risiede non solo in queste ultime molecole ma anche nel loro contenuto lipidico. In generale, i lipidi presenti negli esosomi sono simili a quelli presenti nelle membrane cellulari: colesterolo, fosfolipidi e sfingolipidi. Sono ricchi di PC, SM e PE (Subra et al., 2010). Tuttavia, la specifica concentrazione e la loro organizzazione in domini lipidici e zattere vengono completamente determinati dalla cellula madre (Skotland et al., 2017). Studi condotti su esosomi derivati da molteplici cellule di origine umana (ad esempio, linfociti B, reticolociti, mastociti e cellule dendritiche) evidenziano che i fosfolipidi sono distribuiti in maniera asimmetrica nel doppio strato (Skotland et al., 2017). Sfingomielina, altri sfingolipidi e PC si troverebbero nello strato esterno, mentre il resto dei fosfolipidi dovrebbe trovarsi principalmente nello strato più interno della membrana (van Meer et al., 2008). Questa distribuzione è suscettibile di modificazioni dovute alla presenza di differenti proteine ed enzimi e, di conseguenza, anche l’affinità o la selettività degli esosomi potrebbe risultare influenzata (Clark, 2011; Hankins et al., 2015). È importante sottolineare che la maggior parte degli studi sulla composizione lipidica e sulla struttura degli esosomi sono stati condotti sulle nanovescicole.  Ad oggi non abbiamo, o ne abbiamo poche, informazione sui lipidi degli esosomi del latte bovino. Questo apre nuove opportunità di ricerca su questo tema, visto le prove ad oggi in nostro possesso che ci suggeriscono come i MEX presenti nell’alimento siano biodisponibili ed in grado di rilasciare il loro carico ai tessuti periferici dell’uomo (Kusuma et al., 2016; Zempleni et al., 2017). Una volta che i MEX hanno raggiunto la mucosa intestinale, si verificano 2 processi: (1) vengono disassemblati per un successivo trasferimento del loro materiale biologico agli esosomi endogeni e (2) vengono trasportati intatti attraverso la mucosa, raggiungono il fegato, la milza e i reni per un’ulteriore distribuzione ai tessuti (Zempleni et al., 2017). Il destino dei lipidi e delle proteine presenti nei MEX sarebbe difficile da prevedere, perché il processo a cui verranno sottoposti determinerà il percorso metabolico di entrambi i componenti, e questo potrebbe causare diversi effetti biologici negli esseri umani. Attualmente, i costituenti degli esosomi possono essere consultati in 3 banche dati disponibili online: Exocarta (Mathivan et al., 2012), che contiene informazioni su proteine, RNA e lipidi provenienti esclusivamente da esosomi di varia origine, inclusi sia quelli umani che quelli bovini, EVpedia (Kim et al., 2015) e Vesiclepedia (Kalra et al., 2012) due  siti molto simili che possiedono il database di tutte le vescicole extracellulari, compresi gli esosomi. Un aspetto importante da considerare nell’utilizzo dei fosfolipidi delle MFGM, oltre ai risultati sperimentali della loro attività biologica, è legato alla loro struttura e composizione. Abbiamo dato un’occhiata preliminare e superficiale ad alcuni ingredienti che contengono MFGM presenti in commercio ed utilizzati in sperimentazioni. La figura 3 è soltanto un esempio delle strutture molto eterogenee prodotte durante i diversi processi (non descritti per interessi commerciali). Osservando queste strutture, è evidente che il loro inserimento nelle varie formulazioni artificiali messe a punto nei diversi paesi dell’Unione Europea dovrebbe essere ottimizzato. 

Figura 3. Immagini al microscopio elettronico a trasmissione di 3 diversi campioni provenienti da ingredienti in commercio contenenti membrane dei globuli di grasso (MFGM). I campioni A, B e C provengono da non specificate fonti di ingredienti in commercio. Sebbene possiamo evidenziare un’origine da latte bovino, le principali differenze sono la quantità totale di fosfolipidi del latte per grammo di polvere e l’organizzazione in differenti microstrutture. 

Prove del ruolo esercitati dai fosfolipidi del latte sullo sviluppo cerebrale ed intestinale

Il latte è una fonte ottimale di nutrienti per l’uomo, grazie alla varietà di componenti secreti in esso dalle cellule mammarie: proteine, carboidrati e lipidi. Questi componenti sono stati ben studiati, caratterizzati ed hanno dimostrato avere un ruolo benefico nell’alimentazione umana. Tuttavia, recenti studi ci suggeriscono l’esistenza di un potenziale ruolo positivo di una frazione lipidica aggiuntiva che negli ultimi decenni è stata trascurata: fosfolipidi, sfingolipidi e sfingofosfolipidi. Come già detto in precedenza, questo gruppo di molecole rappresenterebbero i principali costituenti delle strutture vescicolari a concentrazioni relativamente basse nel latte e nei prodotti lattiero-caseari, sintetizzati da differenti meccanismi. Ad oggi i dati clinici ed epidemiologici, ottenuti da sperimentazioni su modelli animali, ci forniscono le prove di come la frazione lipidica polare delle MFGM influenzi lo sviluppo gastrointestinale infantile. Un possibile meccanismo proposto per giustificare il potenziale beneficio apportato dai lipidi polari del latte potrebbe essere rappresentato dall’interazione batterio-lipide, che a sua volta si tradurrebbe in modificazione del microbioma intestinale (Santiago-Rodriguez et al., 2016). Il percorso biochimico che permette al microbiota intestinale di legare i lipidi e di esprimere enzimi lipolitici e fosfolipolitici utili a digerire il grasso del latte, è attualmente in fase di studio da parte del nostro gruppo di ricerca attraverso sperimentazioni fisico-chimiche e di biologia molecolare. Finora abbiamo scoperto che la struttura (cioè liposomi vs lipidi emulsionati) e la concentrazione alla quale i lipidi polari vengono presentati ad alcuni ceppi batterici, come il Lactobacillus, determinano la tipologia di legame mediante cui le cellule batteriche legano queste molecole, la preferenza verso differenti composizioni di fosfolipidi e l’espressione di enzimi fosfolipolitici, una volta che si è creata un’interazione in vitro. L’effetto protettivo e reintegrativo dovuto a componenti della MFGM a livello di epitelio intestinale di lattanti con microbioma intestinale alterato, è stato dimostrato anche nei cuccioli di ratto (modello di allevamento pup-in-a-cup) alimentati con 1.2 e 6 g/L di MFGM per 10 giorni. L’integrazione con una formulazione alimentare testata ha modificato il phylum del microbiota nel colon (rendendolo simile a quello dei cuccioli nutriti con latte materno), anziché contenere una percentuale maggiore di Proteobacteria ed una percentuale inferiore di Firmicutes come nei ratti alimentati con la dieta di controllo, che non prevedeva lipidi delle MFGM (Bhinder et al., 2017). Questo lavoro eccezionale ha scoperto come una dieta carente di MFGM producesse alterazioni nello sviluppo intestinale rispetto ad una dieta a base di latte materno, e come l’aggiunta di MFGM nella formulazione artificiale ripristinasse la crescita intestinale, valutata monitorando il numero delle cellule di Paneth e delle cellule mucipare caliciformi così come i pattern delle giunzioni strette. Inoltre, Bhinder et al. (2017) hanno riportato una serie di effetti protettivi nei confronti dell’infiammazione causata dalla tossina di Clostridium difficile. Oltre a questo importante effetto sulla salute intestinale riscontrato nei modelli animali, si stanno accumulano prove su come le componenti della MGFM influenzino lo sviluppo cerebrale, con differenze evidenti nei neonati alimentati con latte artificiale (Oshida et al., 2003; Gurnida et al., 2012; Tanaka et al., 2013). L’integrazione con lipidi polari potrebbe ridurre i deficit di alcune funzioni neuronali (come le performance cognitive, lo sviluppo comportamentale e i marker in grado di promuovere la mielinizzazione) tra i neonati allattati al seno e quelli allattati con latte artificiale. Inoltre, uno studio recente ha dimostrato che una dieta arricchita con componenti delle MFGM provenienti dal latticello ha un effetto positivo sul declino cognitivo dei ratti anziani, migliorando la resistenza all’insulina, come rilevato dal signaling dell’insulina nell’ippocampo e nella corteccia cerebrale (Tomé-Carneiro et al., 2018). Tutti questi risultati suggeriscono che l’integrazione di lipidi polari nel latte abbia un effetto benefico sulle funzioni neuronali per tutta la vita. Qui discutiamo i risultati di 3 studi clinici (studi randomizzati controllati e in doppio cieco) nei quali l’effetto della frazione lipidica polare contenuta nel latte è stato testato direttamente sullo sviluppo neuronale, cognitivo o comportamentale di neonati, senza la comparsa di alcun risultato negativo o di effetti collaterali come diarrea o febbre. Il primo studio è stato condotto in Indonesia nel 2010 (Gurnida et al., 2012) ed era orientato a valutare l’effetto dei gangliosidi sullo sviluppo cognitivo. Come visto nelle sezioni precedenti, i gangliosidi sono sfingolipidi complessi che contengono almeno 1 molecola di acido sialico e diversi carboidrati. Negli esseri umani si trovano nel cervello e costituiscono il 10% circa della massa totale di lipidi cerebrali. Svolgono un ruolo importante in questo organo perché partecipano alla formazione delle sinapsi tra i neuroni e alla trasmissione neuronale, facilitando il legame delle molecole trasmittenti alle membrane sinaptiche (Rahmann, 1995). Essi contribuiscono anche alla crescita dei neuroni e si ritiene che agiscano come substrati per la formazione dello strato neuronale che, a livello cerebrale, favorisce la comparsa di maggiori funzioni cognitive (Rösner, 2003). Prima di questo studio, in un modello animale rappresentato da un suinetto (Wang et al., 2007), è stato dimostrato che l’integrazione di acido sialico migliorava la memoria e l’apprendimento. Gurnida et al. (2012) hanno valutato gli effetti sullo sviluppo cognitivo di neonati normali e sani dai 2 agli 8 anni (Gurnida et al., 2012), dell’utilizzo di un’integrazione costituita da una miscela di fosfolipidi del latte e gangliosidi (fondamentalmente GM3 e GD3) in alimenti sviluppati per i lattanti. Dopo aver ricevuto un’integrazione per 6 mesi (24 settimane), in un periodo critico per la crescita e lo sviluppo cerebrale, si è osservato un incremento significativo dei punteggi  cognitivi (Tabella 3), misurati mediante la Griffiths Mental Development Scale (Griffiths, 1954; McAlinden, 1997), che copre una scala generale o totale e 5 ulteriori scale (tutte riportate come valori numerici del QI): locomozione, personale-sociale, udito e parola, coordinazione occhio-mano e apprendimento. I risultati hanno mostrato che la coordinazione occhio-mano, l’apprendimento e i punteggi generali miglioravano significativamente ed erano simili a quelli dei neonati allattati al seno rispetto ai punteggi del gruppo di controllo, che riceveva una concentrazione inferiore di gangliosidi. Ciò ci suggerisce che l’integrazione con gangliosidi del latte potrebbe apportare benefici allo sviluppo cognitivo, specialmente negli aspetti che riguardano le capacità motorie, rispetto alle diete o ai latti artificiali che sono carenti di queste molecole.  

Tabella 3. Punteggio medio dello sviluppo cognitivo secondo la Griffiths Mental Development Scale of infants (Griffiths, 1954; McAlinden, 1997) in soggetti sottoposti ad integrazione con gangliosidi del latte per 6 mesi1.

1 Adattato e riprodotto da Gurnida et al. (2012) 

2 Il gruppo sottoposto al trattamento ( n = 35) ha ricevuto 9 mg di gangliosidi del latte/100 g di formula artificiale, compresi dai 2 ai 3 mg di GD3/100 g di formula. Il gruppo di controllo ( n = 35) ha ricevuto 6 mg di gangliosidi del latte/100 g di formula artificiale. Il gruppo dei soggetti allattati al seno ( n = 40) ha ricevuto latte materno. 

Il secondo studio, condotto da Tanaka et al. (2013) in Giappone e pubblicato un anno dopo, analizzava il ruolo della SM del latte sullo sviluppo neurocomportamentale di neonati con peso alla nascita molto basso, vista la necessità imperativa di ottimizzarne la crescita e lo sviluppo attraverso l’alimentazione. È noto come la SM contribuisca alla mielinizzazione del sistema nervoso centrale nei ratti in via di sviluppo (Oshida et al., 2003) e moduli positivamente i livelli di acido docosaesaenoico, la cui carenza è implicata in una diminuzione della ramificazione dendritica e nella compromissione dell’espressione di geni che regolano la neurogenesi, la neurotrasmissione e la connettività neuronale (Hibbeln et al., 2007). Lo studio mirava non solo a valutare l’integrazione della formula artificiale con la SM del latte ma voleva valutare anche la fonte dei lipidi polari, dato che il gruppo di controllo era alimentato con una miscela di fosfolipidi e sfingolipidi isolati dalla lecitina dell’uovo (Tanaka et al., 2013). I principali risultati dello studio (Tabella 4) indicavano chiaramente che, almeno dopo 12 mesi di alimentazione, i neonati presentavano un miglioramento dei punteggi neurocomportamentali, misurati mediante diverse tecniche tra cui la Bayley Scales of Infant Development (2° ed.), che valuta parametri mentali e psicomotori (Bayley, 1993); il test dell’intelligenza di Fagan, che misura le preferenze verso stimoli nuovi come indicatore dello sviluppo intellettuale (Fagan, 1984); il test dei potenziali evocati visivi (Hood et al, 2003), che verificano il livello della mielinizzazione e la velocità della neurotrasmissione attraverso i nervi ottici; il test dell’attenzione sostenuta (Colombo et al., 2004) e il test della memoria (Bauer, 1996), anche questi indicatori di sviluppo neuronale. Questi risultati indicano che un leggero aumento del contenuto di SM nella dieta potrebbe essere associato positivamente ad un miglioramento dello sviluppo neurologico nei neonati con basso peso corporeo alla nascita. L’integrazione precoce dell’alimentazione con SM, oltre ad altre sostanze nutritive, gioca un ruolo importante nel promuovere la mielinizzazione e la produzione di neurotrasmettitori nel cervello durante la prima infanzia e, di conseguenza, migliora risultati cognitivi (Deoni et al., 2018). È stato anche affermato che le SM contenute nel latte promuoverebbero la fluidità dei neuroni agendo a livello di corteccia prefrontale cerebrale, visti i risultati ottenuti da test come quello del potenziale evocato visivo, dell’attenzione e della memoria (Tanaka et al., 2013). La fonte delle SM e dei lipidi polari non è stata analizzata nella pubblicazione, ma gli autori hanno osservato che le SM del latte somministrate al gruppo sottoposto al trattamento erano più protettive rispetto a quelle provenienti dall’uovo. Crediamo che la composizione e l’organizzazione dei fosfolipidi e degli sfingolipidi nel latte influenzino la funzionalità e i conseguenti effetti sulla salute umana, perché possiedono una struttura completamente diversa da quella dei lipidi dell’uovo (Anton, 2013).  

Tabella 4. Punteggi medi relativi allo sviluppo neurocomportamentale di neonati con peso corporeo molto basso alla nascita che venivano sottoposti ad integrazione con sfingomielina (SM) del latte per 12 mesi1 .

1Riprodotto e adattato da Tanaka et al. (2013). 

2Il gruppo sottoposto al trattamento (n = 12) ha ricevuto 20 mg di SM del latte/100 g formula artificiale. Il gruppo di controllo (n = 12) ha ricevuto 13 mg di SM dell’uovo/100 g di formula artificiale. 

3Il conteggio rappresenta il numero di volte che il neonato ritrova un giocattolo nascosto in uno o due vasetti. 

Il terzo studio, pubblicato da Timby et al. (2014), voleva verificare se l’integrazione di componenti delle MFGM (acido sialico, fosfolipidi e fosfosfingolipidi) riducesse le differenze evidenziate nello sviluppo cognitivo e nella crescita precoce tra i neonati allattati con latte artificiale e quelli allattati al seno. Lo studio è stato condotto in Svezia nel 2014 e i neonati sono stati alimentati con latte artificiale arricchito con MFGM (70 mg/100 mL), con latte artificiale di controllo contenente una concentrazione basale di lipidi polari (30 mg/100 mL), oppure allattati al seno (tabella 5) fino ai 12 mesi di età. Dopo questo periodo i neonati sono stati sottoposti ad alcuni test mediante la Bayley Scales of Infant and Toddler Development (3a ed.; Bayley, 2006) utilizzando la scala cognitiva, quella motoria e quella verbale come indicatori dello sviluppo neuronale. Uno dei risultati principali è stato che i bambini alimentati con la dieta che prevedeva l’integrazione delle MFGM, ottenevano un punteggio cognitivo significativamente più alto rispetto a quelli del gruppo di controllo (105.8 vs 101.8; P = 0.008) ma, curiosamente, non significativamente diverso dai punteggi ottenuti dai bambini appartenenti al gruppo degli allattati al seno (106.4; P = 0.73). Gli autori hanno ipotizzato che questi risultati potrebbero essere direttamente dovuti ad una delle molte componenti bioattive provenienti dalle MFGM che sembrano svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo cerebrale o, più probabilmente, da una combinazione di più componenti come le SM, i gangliosidi, i fosfolipidi e persino le proteine bioattive di membrana (Timby et al., 2014). 

Tabella 5. Punteggio medio dello sviluppo cognitivo nelle Bayley Scales of Infant and Toddler Development (Bayley, 2006) di neonati sottoposti ad alimentazione integrata con membrane dei globuli di grasso (MFGM) per 12 mesi1.

1Riprodotto e adattato da Timby et al. (2014). 

2Il gruppo sottoposto al trattamento (n = 71) ha ricevuto 70 mg di MFGM/100 ml di formula artificiale. Il gruppo di controllo (n = 60) ha ricevuto 30 mg di lipidi polari/100 ml di formula artificiale. Il gruppo dei soggetti allattati al seno (n = 70) ha ricevuto latte materno. 

Conclusioni

Le informazioni qui esaminate evidenziano l’enorme potenziale della frazione lipidica polare del latte, che è in grado di esercitare effetti positivi sullo sviluppo dei bambini a livello neuronale, sulla regolazione delle risposte immunitarie, sulla modulazione del microbioma intestinale e sulla protezione dalle infezioni batteriche. Anche se il numero di studi è molto basso e la tipologia di interventi eterogenea (con l’impiego di diverse concentrazioni somministrate in diversi periodi di tempo), esistono svariate possibilità nel campo delle applicazioni e della ricerca futura, soprattutto per quanto riguarda l’alimentazione infantile e lo sviluppo di formulazioni che, a livello molecolare, abbiano una sempre maggiore somiglianza con quello che viene considerato l’alimento gold standard per i neonati: il latte materno. Un altro aspetto importante da sottolineare è che in tutti in questi studi sono stati utilizzati fosfolipidi del latte, sfingolipidi e gangliosidi contenuti nelle MFGM. D’altro canto, ad oggi non esiste alcun report che focalizzi la sua attenzione sul verificare gli effetti dei lipidi polari provenienti dai MEX; di conseguenza, le conoscenze su base scientifica sono limitate. Riteniamo imperativo chiarire la correlazione tra composizione, struttura e funzione delle vescicole del latte (siano esse componenti fosfolipidiche delle MFGM o dei MEX) e non svolgere solamente studi in vivo o in vitro, ma sarebbe importante ottenere anche una caratterizzazione chimica (e chimico-fisica) che potrebbe aiutarci nel capire e nell’analizzare dal punto di vista molecolare, le loro funzioni e il loro effetto bioattivo sugli organismi viventi. 

Riconoscimenti

Vorremmo ringraziare la J. T. Parker Endowed Chair dell’Ohio State University (Columbus) per aver fornito i finanziamenti utili ad aiutarci durante questa review. 

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