Калибровка белка лактоферрина в молоке может ускорить обучение и защитить нейроны

Новое исследование, проведенное совместно с профессором Калифорнийского университета в Дэвисе Фредериком А. Троем II , показало, что диеты с разными концентрациями лактоферрина (ЛФ), белка, который в природе содержится в человеческом и коровьем молоке, оказывают существенно разное влияние на развитие мозга и нейрозащиту.

«Наши исследования показали неожиданное и довольно парадоксальное открытие», – сказал Трой.

Исследование , опубликованное в журнале Molecular Nutrition and Food Research , показало, что более низкие уровни Lf связаны с лучшим развитием нервной системы и обучением. Более высокие уровни сильно коррелировали с защитой нейронов и, возможно, предотвращением неврологических расстройств.

Что такое лактоферрин?

Лактоферрин – это самый распространенный гликопротеин, богатый сиаловой кислотой, в сыворотке грудного молока. Его концентрация в молозиве (первое грудное молоко после рождения ребенка) выше, чем в зрелом молоке.

Многочисленные исследования показали, что ЛФ выполняет важные биологические функции. Например, лактоферрин может модулировать иммунные ответы, регулировать абсорбцию железа в организме и действовать как антиоксидант и противовоспалительное средство. У людей лактоферрин может уменьшить грибковые инфекции и поздний сепсис, а также снизить психологический стресс.

Исследование лактоферрина

Исследователи хотели определить, связан ли уровень ЛФ в рационе с развитием нервной системы и когнитивными функциями. Они проверили это на новорожденных поросятах.

«Новорожденные поросята являются предпочтительной моделью животных для пищевых интервенционных исследований,» сказал Трой, профессор и почетный председатель на кафедре биохимии и молекулярной медицины в UC Davis школы медицины и соавтор старший автор исследования. «Благодаря скорости роста мозга, модели роста и развития нейронов, а также общей анатомии и физиологии они ближе к людям, чем любая другая модель животных, кроме шимпанзе».

Команда протестировала и наблюдала за 51 поросенком-самцом в возрасте от 3 дней до 38 дней, что эквивалентно возрасту 10-месячного человеческого младенца. Семнадцать поросят получали рационы с низким Lf, 18 поросят с высоким Lf и 15 поросят без Lf.

Уровни лактоферрина связаны с кратковременной и долговременной памятью

Исследователи оценили кратковременную и долговременную память и скорость обучения поросят с помощью теста радиального лабиринта с восемью рукавами . Они давали поросятам легкие и сложные обучающие задания и наблюдали за их поведением.

В лабиринте с восемью почти одинаковыми дверями была только одна дверь, через которую можно было получить доступ к молоку. Эта дверь была отмечена тремя черными точками, а остальные семь дверей были отмечены одной точкой (в легком испытании) или двумя точками (в сложном испытании). В качестве меры обучения исследователи использовали количество раз, когда поросенок выбирал не ту дверь. Они определили различия в обучении как количество попыток, необходимых для изучения визуальных подсказок.

Поросята в двух группах Lf обучались быстрее, чем в контрольной группе, как в простых, так и в сложных тестах на обучение. Тем не менее, поросята на диете с низким содержанием ЛФ всегда были лучше, чем поросята на диете с высоким содержанием ЛФ. Эти поросята показали улучшение скорости обучения и теста долговременной памяти.

Лактоферрин и нейронные сигнальные пути

Чтобы понять молекулярную основу этих результатов, исследователи также изучили концентрацию нейротрофических факторов головного мозга (BDNF) в гиппокампе поросят. BDNF – это белок, связанный с выживанием нейронов и развитием новых нейронов. Они обнаружили, что BDNF заметно больше присутствует у поросят при низкой, чем при высокой концентрации Lf. Тем не менее, высокие уровни Lf, по-видимому, помогают регулировать нервные и клеточные процессы, что приводит к лучшей защите нейронов.

Исследователи провели анализ экспрессии генов , чтобы показать все гены в клетке, которые вырабатывают информационную РНК (мРНК), необходимую для производства белков. Они обнаружили, что 1187 генов дифференциально экспрессировались у поросят с низкой концентрацией ЛФ и 63 гена у поросят с высокой концентрацией ЛФ по сравнению с генами поросят в контрольной группе.

Исследователи также проанализировали уровни двух гормонов стресса, кортизола и адренокортикотропного гормона (АКТГ), в плазме поросят в течение 38-дневного периода развития. Они не обнаружили различий в уровне стресса среди поросят трех групп.

«Это исследование основано на длительном исследовании гликопротеина, богатого сиаловой кислотой, такого как лактоферрин», – сказал Трой. «Одним из возможных клинических применений нашего исследования является потенциальная калибровка лактоферрина в детской диете для поддержки развития нервной системы, обучения и нейрозащиты».

###

Соавторами этого исследования являются Юэ Чен, Бинг Ван, Чангвэй Ян, Юцзе Ши и Чжичжун Донг.

Это исследование было поддержано Медицинской школой Университета Сямэня, Китай, грантом выдающегося профессора Эдварда А. Диксона Калифорнийского университета и исследовательским центром Nestle Research (NRC) в Пекине. Частичная поддержка была также предоставлена ​​Фондом Мизутани для гликонауки, грант 130097.

Статья: Chen et. Al. (2021 г.). Функциональные корреляты и влияние диетического лактоферрина и его зависимость от концентрации на нейроразвитие и познание у новорожденных поросят . Молекулярное питание и пищевые исследования . DOI: 10.1002 / mnfr.202001099