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모유올리고당의 기능

모유올리고당(HMO) 2'-FL의 주요 기능

모유에 들어 있는 다양한 성분들은 각각 아기의 성장과 발달에 도움을 줍니다.
모유의 여러 성분 중 모유올리고당(HMO)은 사람의 장, 면역, 뇌 발달에 영향을 준다고 연구되고 있습니다.

장 건강에 도움

모유올리고당은 비피더스 성장 요소로써, 2'-FL의 경우 비피도박테리움 비피둠, 덴티움, 인판티스(B. bifidum, B. dentium, B. infantis) 이 3종류의 비피도박테리아만 먹을 수 있기 때문에 사람의 장내 비피도박테리움을 선택적으로 증가시켜 줍니다.
2’FL을 복용한 비피도박테리아가 아세트산을 분비하여 장내 산성화를 가져와 비피도박테리아의 우점율을 높여 장내 환경을 건강하게 만듭니다.
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아기는 태어날 때 엄마의 질을 통과하면서 장내 미생물을 얻게 되는데, 모유를 먹게 되면 모유올리고당에 의해 엄마에게 받은 미생물 중에서 비피도박테리움 인판티스 (B. infantis)가 특이적으로 우점하게 됩니다. 모유올리고당(HMO)을 먹고 자란 비피도박테리움 인판티스(B.infantis)는 다른 탄소원 먹이(락토오스 등)를 먹고 자란 미생물보다 장 부착력이 강해져 장내 우점종이 되며, 염증을 유발하는 유전자의 발현을 억제하고 염증을 억제하는 물질의 분비를 높여 염증을 조절하는 역할을 합니다. 관련논문 보러가기2

그래서 미숙아에게 치명적인 염증성 장 질환인 괴사성대장염(NEC)의 증세 호전에 모유올리고당(HMO)이 도움이 된다는 연구보고가 있습니다.
특히 신생아는 모유올리고당(HMO)을 먹어야 장내에 비피도박테리움 인판티스가 우점하게 되고 이 비피도박테리움 인판티스는 장내 염증 조절인자가 되어 장 및 장 면역 형성에 핵심 역할을 하는 것입니다.
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면역에 도움

모유올리고당(HMO)은 사람의 장 상피에 직접적으로 작용하여 면역글로불린을 높이고, 염증 유발 인자를 억제하는 기능을 통해 체액성 면역과 세포 면역을 향상시켜 사람의 선천적인 면역기능을 강화하여 면역체계의 성숙을 돕는다고 보고되고 있습니다. 이러한 면역력 증진 메커니즘으로 식품으로 인한 알레르기 감소에도 영향을 준다는 연구 결과가 있습니다. * 체액성 면역 : 체액성 면역 : 사람 또는 동물의 혈중항체와 항원(抗原)이 반응하여 외래항원(外來抗原)을 배제하는 면역을 체액성 면역이라고 한다. (자료출처 : 간호학대사전) * 세포성 면역 : 어떤 항원에 특이적 반응성을 보이는 림프계 세포가 직접 면역반응에 관여할 수가 있다. 이것을 세포성면역이라 한다. (자료출처 : 간호학대사전) 관련논문 보러가기4 관련논문 보러가기5 관련논문 보러가기6

모유올리고당(HMO)은 구조적으로 장상피 글리칸 수용체와 유사하여 병원성균이 모유올리고당을 글리칸 수용체로 착각하여 결합하게 됩니다.
이렇게 병원성균이 장 상피에 부착하는 것을 방해하고, 장상피에는 글리칸 수용체의 모양을 바꾸라는 신호를 보내 장 상피에 도달하여 부착을 시도하려는 병원성 균의 부착을 방해합니다.
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위와 같은 병원성균의 장 상피 부착 방해 메커니즘으로 모유올리고당 2'-FL은 캠필로박터 제주니, 내열성 대장균, 로타바이러스, 녹농균의 감염률을 줄이고 이로 인해 항생제 사용량 감소 및 호흡기 질환 감소에 도움이 된다고 알려져 있습니다. 관련논문 보러가기8

기억력에 도움

사람의 두뇌는 수십억의 뉴런(Neuron)으로 이루어져 있고, 뉴런은 시냅스(Synapse)를 통해서 정보들을 받거나 보내게 됩니다.
이 시냅스들의 연결은 시간의 흐름에 따라 변화하게 되는데 이것을 시냅스 가소성 (Neuroplasticity)이라 말하며,
이 시냅스 가소성이 학습과 기억하는 과정의 기반이 됩니다. 일상에서 자주 발생되는 일이나 복습과 같은 반복적인 일들은 뇌의 시냅스를 강화하는데 이것을 장기강화작용(LTP)이라 하며, 이 과정은 기억이 형성되는 것이라고 볼 수 있습니다.
모유올리고당(HMO) 2'-FL이 이 장기강화작용(LTP)에 영향을 주어 기억력 증진 및 학습능력 향상에 도움이 된다는 다수의 동물실험 결과가 있습니다.
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피부 및 구강건강

기타 앞서 언급했던 모유올리고당(HMO) 2'-FL의 염증조절 메커니즘으로 피부 각질세포의 염증을 완화시키고, 유해균 부착 억제 메커니즘으로 충치균의 성장 및 치아부착을 방해하여 충치를 예방에 도움이 된다고 연구되고 있습니다. 관련논문 보러가기10 관련논문 보러가기11

장에 미치는 영향

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 비피도박테리움의 먹이가 되어 장내 비피도박테리움 수의 증가에 도움을 줍니다.

인간은 모유올리고당(HMO)을 소화시키는 효소를 가지고 있지 않습니다. 그런데 왜 소화 시키지 못하는 모유올리고당(HMO)가 모유에 들어 있을까요?
태초부터 모유올리고당(HMO)은 인간의 에너지원으로 사용되는 것이 아니었습니다. 사람의 장에는 모유올리고당을 소화할 수 있는 특정한 미생물이 존재합니다.

주로 유익균으로 잘 알려진 비피도박테리움들입니다.
하지만 비피도박테리움 모든 종류가 모두가 모유올리고당(HMO)을 소화할 수 있는 것은 아닙니다.
그렇다고 비피도박테리움 종류 모두가 모유올리고당(HMO)을 먹을수 있는건 아닙니다.

비피도박테리움중에서 모유올리고당(HMO)을 소화할 수 있는 종은 아래 와 같이 많지 않습니다.
특히 모유올리고당(HMO) 2'-FL을 분해할 수 있는 효소는 비피도박테리움 비피둠, 비피도박테리움 덴티움, 비피도박테리움 인판티스만 가지고 있는 것을 알 수 있습니다. 즉, 이 3종의 비피도박테리움만 2'-FL을 먹을수 있다는 의미가 됩니다.

비피도박테리움 유전자안에 HMO 분해 효소의 존재 여부

염기서열이 확인된 비피도박테리움 푸코시다제 시알리다제 락토-N-비오스 포스포릴라제
비피도박테리움 아돌레센티스 ATCC 15703;L2-32 - - -
비피도박테리움 애니멀리스 락티스 AD011;HN019 - - -
비피도박테리움 애니멀리스 ssp.락티스 BI-04;DSM 10140 - - -
비피도박테리움 비피둠 NCIMB 41171 1 2 4
비피도박테리움 브레브 DSM 20213 - 1 2
비피도박테리움 카테눌라툼 DSM 16992 - - -
비피도박테리움 덴티움 ATCC 27678 1 - -
비피도박테리움 덴티움 Bd1 - - -
비피도박테리움 갈릭쿰 DSM 20093 - - -
비피도박테리움 롱검 DJO10A - - 2
비피도박테리움 롱검 NCC2705 - - 1
비피도박테리움 인판티스 ATCC 15697 4 2 1
비피도박테리움 인판티스 ATCC 55813a - - 1
비피도박테리움 인판티스 CCUG 52486a - - 1
비피도박테리움 슈도카테눌라툼 DSM 20438 - - -

* 자료출처 : The Influence of Milk Oligosaccharides on Microbiota of Infants: Opportunities for Formulas

2주간 성인이 모유올리고당(HMO) 2'-FL을 5g, 10g, 20g섭취한 결과 장내 비피도박테리아가 증가하였으며, 특히 10g 섭취군은 유의미하게 비피도박테리아가 높아진 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Oral supplementation of healthy adults with 2′-O-fucosyllactose and lacto-N-neotetraose is well tolerated and shifts the intestinal
microbiota British Journal of Nutrition (2016), 116, 1356–1368

모유올리고당(HMO)을 먹고 자란 비피도박테리움 인판티스는 장부착력이 높아 장내 우점종이 되며, 체내 면역 및 염증물질 조절에 관여합니다.

락토오스와 HMO 2'-FL로 키운 비피도박테리움 비피둠과 인판티스의 Caco-2와 HT-29 세포에서의 부착율을 확인한 결과, HMO 2'-FL로 키운 비피도박테리움 인판티스가 HT-29 세포에서 유의적으로 높은 부착율을 나타냈습니다. 이 실험은 In Vitro로 진행되었으나, HMO를 먹고 자란 비피도박테리움 인판티스는 장상피에 더 잘 부착할 수 있음을 시사합니다.

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HMO 2'-FL을 먹고 배양된 비피도박테리움 인판티스와 브레브는 염증성 케모카인의 유전자 발현을 억제하는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Bifidobacteria grown on human milk oligosaccharides downregulate the expression of infla mmation-related genes in Caco-2 cells
BMC Microbiology volume 15, Article number: 172 (2015)

모유올리고당(HMO)은 괴사성대장염(NEC)이 심해지지 않도록 도움을 줍니다.

보통 미숙아에게서 발생하는 괴사성대장염(NEC)은 신생아의 소장이나 대장에서 생기는 괴사성 장염으로 미숙아, 고농도 우유, 저산소증, 너무 빠른 영양법, 적혈구 증가증, 감염증 등 다양한 원인으로 발생하는 신생아 중증 질환중의 하나입니다. 장점막의 괴사가 다양한 정도로 일어나는 것이 특징으로 치료하더라도 사망률이 20%에 이르는 무서운 질병입니다.

* 자료출처 : 서울아산병원

설치류를 대상으로 괴사성대장염(NEC)을 유발시킨후 모유, 조제유, 모유+2'-FL, 조제유+2'-FL을 섭취시킨 결과, 2'-FL이 보충된 실험군에서 일별 몸무게 증가 도움 및 NEC의 심각한 정도를 저감시키는데 영향을 주는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : The human milk oligosaccharide 2′-fucosyllactose attenuates the severity of experimental necrotising enterocolitis by enhancing mesenteric perfusion
in the neonatal intestine (British Journal of Nutrition (2016), 116, 1175–1187)

모유올리고당(HMO) 2'-FL과 LNnT는 과민성대장증후군(IBS) 대상자의 위장장애 없이 유익한 비피도박테리움 증가를 유도합니다.

정확한 원인은 밝혀지지 않았지만 유전적 요인, 스트레스, 심리적 요인, 위장염, 특정한 음식에 대한 과민반응 및 최근에는 대장내 상주균의 구성이 비정상적으로 변하는것이 원인으로 예상되는 과민성대장증후군은 복통 혹은 복부 불편감을 특징으로 하는 복합적인 증후군입니다.

* 자료출처 : 삼성서울병원

IBS 환자에게 포도당 5g을 대조구로 하여 모유올리고당(HMO) 10g(2'-FL 8g, LNnT 2g)을 4주간 투여한 후 추적검사를 한 결과, IBS 환자의 위장증상을 악화시키지 않고 유익한 비피도박테리움 균총의 증가를 유도하는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Human milk oligosaccharide supplementation in irritable bowel syndrome patients: A parallel, randomized, double-blind, placebo-controlled study
Neurogastroenterology & Motility. 2020;00:e13920

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* 자료출처 : Human milk oligosaccharide supplementation in irritable bowel syndrome patients: A parallel, randomized, double-blind, placebo-controlled study
Neurogastroenterology & Motility. 2020;00:e13920

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 장절제수술에 대한 적응반응을 높여주는데 영향을 줍니다.

장절제술을 한 쥐의 식이에 모유올리고당(HMO) 2'-FL을 보충했더니 보충하지 않은 그룹에 비해 빠른 체중증가와 소장내 다양한 미생물 군집이 빠르게 자리잡는 데 영향이 있는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : The human milk oligosaccharide 2'-fucosyllactose augments the adaptive response to extensive intestinal Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 310: G427–G438, 2016

비수술 그룹간 2'-FL 보충의 영향은 없었으며, ICR 그룹에서는 2'-FL을 보충한 그룹의 몸무게 증가가 보충하지 않은 그룹보다 빠르게 증가하는 것이 나타났습니다.
쥐의 장절제 수술전후 및 2'-FL 보충 유무에 따른 장내 미생물 군집을 확인한 결과, 수술전에는 2'-FL을 보충한 그룹에서 장내세균과(파란색)의 증가가 나타났으며, 수술후에는 비피도박테리움과와 클로스트리디움 과의 눈에 띄는 증가가 나타났으며, 장절제수술후 2'-FL을 보충하지 않은 그룹보다 보충한 그룹에서 미생물 군집의 다양성을 보였습니다.
따라서 모유올리고당(HMO) 2'-FL은 장절제수술후 몸무게 증가와 장내 미생물의 다양한 군집 형성에 영향을 줄 수 있는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : The human milk oligosaccharide 2'-fucosyllactose augments the adaptive response to extensive intestinal
Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 310: G427–G438, 2016

면역에 미치는 영향

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 선천성 면역을 향상시키는데 영향을 줍니다.

인플루엔자 바이러스에 감염된 쥐에게 모유올리고당(HMO) 2'-FL을 섭취시킨 결과, 인플루엔자 백신에 특이적인 DTH 및 면역글로불린이 증가함을 확인할 수 있었으며, 이로써 모유올리고당(HMO) 2'-FL의 식이 보충은 체액성 면역과 세포 면역을 모두 향상시킬 수 있는 가능성을 보였습니다.

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* 자료출처 : Human Milk Oligosaccharide 2′-Fucosyllactose Improves Innate and Adaptive Immunity in an Influenza-Specific Murine Vaccination Model Front. Immunol., 09 March 2018

㎍/mL 8일차 16일차
REF 2'-FL REF 2'-FL
IgM 5.65 ± 0.19 5.74 ± 0.31 19.49 ± 0.75 18.83 ± 1.15
IgG 2123.26 ± 78.15 2454.14 ± 76.43* 3693.28 ± 180.15 5732.33 ± 284.11*
IgG1 112.53 ± 3.00 105.36 ± 7.14 273.60 ± 6.67 296.84 ± 33.20
IgG2a 476.66 ± 24.12 483.95 ± 12.71 722.84 ± 17.44 884.24 ±25.87*
IgG2b 558.21 ± 51.12 834.30 ± 37.10* 1055.80 ± 26.15 2452.3 ± 166.19*
IgG2c 975.86 ± 78.55 1030.52 ± 28.18 1641.03 ± 170.39 2098.97 ± 79.03*
Th1/Th2 2.65 ± 0.18 3.16 ± 0.05* 2.71 ± 0.18 3.85 ± 0.17*
IgA 38.88 ± 3.06 45.37 ± 1.88 63.32 ± 1.49 90.15 ± 3.37*

* 자료출처 : Immunomodulatory and Prebiotic Effects of 2'-FL in suckling rats, Frontiers in Immunology

* 레퍼런스에 비교한 p < 0.05(Mann-Whitney U-테스트에 의함) Th1/Th2 = (IgG2b+IgG2c) / (IgG1+IgG2a)REF : 레퍼런스, 2'-FL : 2'-O-푸코실락토오스

또한 2'-FL을 먹인 어린 쥐의 섭취 8일차에 장상피 융모의 높이와 면적이 증가하는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Immunomodulatory and Prebiotic Effects of 2'-FL in suckling rats Frontiers in Immunology REF : 레퍼런스, 2'-FL : 2'-O-푸코실락토오스

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 식품알러지 감소에 영향이 있습니다.

OVA(Ovalbumin, 오부알부민)으로 알러지를 유발시킨 쥐에게 모유올리고당(HMO)인 2'-FL, 6'-SL 그리고 락토오스를 보충하여 실험한 결과, 모유올리고당 2'-FL과 6'-SL은 알러지로 인한 설사와 저체온증을 저감시켰으며, 면역글로불린을 증가시키고 염증성 사이토카인을 낮추는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Attenuation of food allergy symptoms following treatment with human milk oligosaccharides in a mouse model. Allergy 2015; 70: 1091–1102.

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 여러 병원성균에 의한 감염을 막아줍니다.

유해균의 감염은 이들이 장상피세포의 글리칸 수용체에 부착하면서 시작됩니다.
모유올리고당(HMO)은 구조적으로 글리칸 수용체와 유사하여 유해균과 병원성균이 모유올리고당을 글리칸수용체로 착각하고 결합하게 됩니다. 즉, 바람잡이 역할을 해서 유해균과 바이러스가 장상피세포에 부착하는 것을 방해합니다.

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* 자료출처 : What are human milk oligosaccharides : Basic Science (Nestle Nutrition Institute)

또한 장상피세포에 도달한 모유올리고당(HMO)은 유전자의 발현을 다르게 만들어 장상피세포 글리칸의 발현(모양)을 변화시킵니다. 그렇게함으로써 장상피세포까지 도달한 유해균과 병원성균이 부착을 못하게 방어합니다.

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* 자료출처 : What are human milk oligosaccharides : Basic Science (Nestle Nutrition Institute)

위와 같은 병원성균의 장상피세포 부착 방해 메커니즘으로 모유올리고당(HMO)이 병원성균의 감염을 방해한다는 연구가 아래표와 같이 다양하게 수행되었습니다.

동물실험, 전임상, 임상연구에 의한 HMO의 병원성균 방해

병원성균 HMO 자료 출처
노르와크 바이러스 푸코실화 올리고당 (Ruvoen-clouet et al. 2006)
캄필로박터 제주니 (Morrow et al. 2004, Ruiz-Palacios et al. 2003)
비브리오 콜레라 (Ruiz-Palacios et al. 2003)
대장균(열안정한 엔테로톡신) (Newburg et al. 1990, Newburg et al. 2004b)
스트렙토코커스 뉴모니에 시알릴락토오스 (Leach et al. 2005)
콜레라독소 (Idota et al. 1995)
대장균 (Virkola et al. 1993)
슈도모나스 애루지노사 (Devaraj et al. 1994)
아스퍼질러스 푸니게이츠 코니디아 (Bouchara et al. 1997)
인플루엔자 바이러스 (Gambaryan et al.1997, Matrosovich et al.1993)
폴리오바이러스 (Stehle et al. 1994)
헬리코박터 파일로리 (Mysore et al. 1999)
HIV-1 올리고당 (Hong et al. 2009)
스트렙토코커스 뉴모니에 (Anderson et al.1986, Idanpaan-Heikkila et al.1997)
장병원성 대장균(EPEC) (Cravioto et al. 1991)
헤모필리어스 인플루엔자 (Idanpaan-Heikkila et al. 1997)

자료출처 : The Influence of Milk Oligosaccharides on Microbiota of Infants: Opportunities for Formulas Annu. Rev. Food Sci. Technol. 2011. 2:331–351

HMO 2'-FL은 캠필로박터 제주니(급성위장관염 유발), 대장균(설사, 복통, 구토, 용혈성요독증), 로타바이러스(구토, 발열, 묽은설사, 탈수), 녹농균(패혈증, 고열)의 장관 부착을 방해하여 이들의 감염을 막아준다는 연구결과가 보고되고 있습니다.

모유내 푸코실화 올리고당의 상대적인 양에 따른 영유아의 설사발생 건수

푸코실화올리고당(2'-FL이 대표적)의 양이 높을수록 영유아의 설사발생건수가 감소함을 알수 있습니다.

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* 푸코실화 올리고당(2'-FL이 대표적)
* 자료출처 : e Journal Pediatrics, Vol. 145 (3), pages 297–303 Morrow et al.,
Human milk and diarrhea in breast-fed infants

모유내 푸코실화 올리고당의 비율에 따른 내열성 대장균 감염에 대한 영유아의 증상과 무증상

모유내 푸코실화된 올리고당의 비율이 높을수록 영유아의 내열성 대장균 감염율이 낮아지는 것으로 나타났습니다.(감염된 증상이 없거나 감염되지 않은 영유아수가 높음)

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* 자료출처 : Glycobiology, Vol. 14 (3), Newburg et al. pages 253–263
Innate protection conferred by fucosylated oligosaccharides of
human milk against diarrhea in breast-fed infants

뇌에 미치는 영향

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 LTP(Long Term Potentiation)를 강화시켜 기억력 강화와 학습능력 개선에 도움을 줍니다.

설치류의 자극에 대한 입출력 성능 테스트를 실시한 결과, 컨트롤과 2'-FL 식이 그룹 모두 자극의 강도에 따라 꾸준히 증가하는 경향을 나타내었고, 2'-FL 식이 그룹의 fEPSP 수치가 유의적으로 더 높게 나타나 2'-FL 식이보충이 기억력 강화에 도움이 될 수 있다는 점을 시사합니다.

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* 자료출처 : Effects of a human milk oligosaccharide, 2′-fucosyllactose, on hippocampal long-term potentiation and learning capabilities in rodents.

스피커에서 시작과 종료의 소리를 들려주면 레버를 눌러서 먹이를 얻는 실험을 10일간 진행한 결과, 2'-FL을 식이보충한 쥐의 테스트 기준에 도달하는 일수가 2'-FL을 복용하지 않은 쥐보다 짧고, 적시에 레버를 누르는 횟수가 많은 것이 확인되었습니다. 이것은 2'-FL의 섭취로 학습능력을 개선할 수 있다는 점을 시사합니다.

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* 자료출처 : Influence of 2'-fucosyllactose and galacto-oligosaccharides on the growth and adhesion of Streptococcus mutans British Journal of Nutrition (2020), 124, 824–831

피부에 미치는 영향

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 각질세포의 염증을 약화시키는데 도움이 됩니다.

2'-FL은 각질세포에서 저산소증 유발인자의 억제를 통해 염증을 약화시키는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : 2′-Fucosyllactose Attenuates Particulate Matter-Induced Inflammation via Inhibition of Hypoxia-Inducible Factor in Keratinocytes Biol. Pharm. Bull. 42, 1620–1627 (2019)

본 실험의 결과에서 모유올리고당 2'-FL은 PM10으로 유도된 염증매개체를 억제하고 PM10의 자극으로부터 피부표피를 보호했습니다.
이것은 2'-FL이 코스메슈티컬 제품의 주요 성분으로 사용되어 도시 대기오염으로 인한 피부자극과 염증을 완화시킬 수 있음을 시사합니다.

구강에 미치는 영향

모유올리고당(HMO) 2'-FL은 충치균의 성장을 억제하고 치아부착을 방해합니다.

갈락토오스, 락토오스, 글루코오스, TSB배지에서는 3종의 스트렙토코커스 뮤탄스 충치균이 성장하지만 2'-FL과 자일리톨에서는 잘 성장하지 못합니다.

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* 자료출처 : Influence of 2'-fucosyllactose and galacto-oligosaccharides on the growth and adhesion of Streptococcus mutans British Journal of Nutrition (2020), 124, 824–831

침을 바른 수산화인회석에서 모유올리고당 2'-FL과 갈락토올리고당은 충치균인 스트렙토코커스 뮤탄스 CI2366의 부착을 방해하는 것이 유의적인 수치로 확인되었습니다.

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* 자료출처 : Influence of 2'-fucosyllactose and galacto-oligosaccharides on the growth and adhesion of Streptococcus mutans British Journal of Nutrition (2020), 124, 824–831

유리 표면에서 충치균의 부착을 확인한 결과, 모유올리고당 2'-FL과 갈락토올리고당, 락토오스는 스트렙토코커스 뮤탄스 DSM20523의 부착을 억제하는 것으로 나타났습니다.

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* 자료출처 : Influence of 2'-fucosyllactose and galacto-oligosaccharides on the growth and adhesion of Streptococcus mutans British Journal of Nutrition (2020), 124, 824–831

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