Digestion and Absorption of Sphingomyelin from Milk.

Abstract

Sphingomyelin (SM) is a major component of mammalian cell membranes. Due to its widespread occurrence it is a dietary component, occurring mainly in milk, eggs, meat and fish. In the cell membrane SM was earlier considered to be only a structural element, which interacts with cholesterol and forms a system for bilayer stabilization. In the last decade there has been an increasing interest in sphingolipid metabolism, since hydrolysis products originating from both endogenous and dietary sphingolipids may have important signalling effects and thereby influence cellular functions, such as cell growth, cell differentiation and apoptosis. After some early studies in Lund in the sixties, rather few studies have concerned the digestion and absorption of dietary SM. In this thesis SM isolated from bovine milk was characterized chemically and physically, and used in studies on its intestinal digestion and absorption. SM digestion is extended all over the small intestine and occurs mainly in the middle and lower parts. This coincides with the intestinal distribution of an alkaline sphingomyelinase (SMase), which may be important for digestion. The capacity of SM digestion is limited. Also after administration of small amounts, all of the small intestine and colon are exposed to SM and its metabolites. When rats were fed a mixture of SM and cholesterol, the uptake of both components in the rat intestine was reduced. A novel alkaline SMase has been identified in human bile, with several properties similar to those of the intestinal SMase. In human milk, enzyme activities for the first two steps in the degradation of SM were identified; an acid SMase and an alkaline ceramidase activity. The latter activity was assigned to the bile salt stimulated lipase (BSSL).

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

DIGESTION OCH ABSORPTION AV MJÖLK SFINGOMYELIN



Mjölkfettet förekommer i mjölken i form av fettkulor som täcks av ett skyddande och stabiliserande hölje, bestående främst av fosfolipider och proteiner. Fettet inuti fettkulorna består huvudsakligen av triglycerider. Fosfolipider är molekyler som har både en fettlöslig och en vattenlöslig del. Därigenom kan de stabilisera fettkulorna och göra det möjligt för fettet att vara finfördelat i mjölkens vattenfas. En av mjölkfettkulans fosfolipider är sfingomyelin (SM), som även finns i alla kroppens celler, främst i den yttre cellmembranen. Tidigare betraktades SM enbart som ett strukturelement. När SM identifierades för över hundra år sedan i hjärna, betecknades det som en ?gåtfull substans?. Prefixet sfingo sägs härstamma från den grekiska myten om den gåtfulla sfinxen, vilket skulle beteckna den gåta som är förknippad med dessa molekyler. Varför har naturen skapat en så komplicerad molekyl, om dess funktion bara är att ingå i ett skyddande hölje? De senaste tio åren har intresset för SM ökat markant, sedan det framkommit att vid dess nedbrytning frigörs biologiskt aktiva komponenter, nämligen ceramid och sfingoidbaser, vilka kan fungera som signalsubstanser och påverka en mängd cellfunktioner. Ceramid har bl a visat sig främja celldifferentiering och programmerad celldöd men hämma celldelning. Kanske kan ceramid därigenom motverka förlopp som leder fram till den okontrollerade cellulära tillväxt som är karakteristisk för cancer. En forskargrupp i USA fann att tillskott av SM i fodret till möss minskade utvecklingen av tjocktarmscancer, orsakad av ett cancerframkallande ämne (dimetylhydrazin). Att mjölkkonsumtion kan ha en skyddande effekt mot tjocktarmscancer har föreslagits tidigare, intresset har då fokuserats kring kalcium. SM diskuteras nu som en annan potentiellt cancerskyddande mjölkkomponent. Mjölk är en viktig SM källa i kosten; en liter innehåller cirka 100 mg. Mjölk är också en intressant råvara för utvinning av denna komponent, alternativa råvaror är blod och hjärna. Mejeriernas Forskningsavdelning har utvecklat en teknik för att isolera SM ur kärnmjölk och vassle. Tekniken bedömdes ha så stora kommersiella möjligheter att den patenterades. Andra SM källor i kosten är kött, fisk och ägg. I tarmen spjälkas SM till produkter som kan ha biologiska effekter på tarmen. För att förstå de effekter som det dietära intaget av SM har behövs ökade kunskaper om dess spjälkning i mag-tarmkanalen. I denna doktorsavhandling har SM från mjölk karakteriserats kemiskt och fysikaliskt och dess nedbrytning och upptag i mag-tarmkanalen studerats. Vissa grundläggande metabola vägar kartlades i Lund på sextiotalet men därutöver finns inte så mycket forskning gjord inom detta område. Avhandlingen visar att: Kapaciteten att bryta ner SM är begränsad och slutförs inte i övre delen av tarmen - till skillnad från digestionen av andra fetter i dieten. Även vid måttliga doser exponeras nedre tunntarmen och tjocktarmen för SM och dess spjälkningsprodukter. Denna exposition ökar med det dietära intaget av SM. Förekomsten av enzymaktiviteter för spjälkning av SM i olika delar av tarmen har kartlagts. Maximal aktivitet uppmättes mitt i tarmen, vilket avviker från de flesta andra nedbrytningsenzymer, som har högst aktivitet i övre delen av tarmen. Human galla innehåller ett enzym som hydrolyserar SM till ceramid och fosforylkolin. Gallenzymet kan ha betydelse för digestionen av SM i födan och härvid samverka med tarmväggsenzymet. Bukspottkörteln, det organ som fram för allt tillhandahåller matspjälkningsenzymer, bildar inget enzym som bryter ner SM. Human mjölk har en ännu högre SM-halt än komjölk och diande barn konsumerar cirka 60 - 150 mg SM / dag. Bröstmjölken innehåller enzymer för de två första stegen i SM-nedbrytningen, där första enzymet har högst aktivitet i sur miljö och är därigenom lämpat att verka i magsäcken. Analys av maginnehåll från diande spädbarn tyder dock på att SM ej spjälkas i nämnvärd utsträckning i magsäcken. Det andra enzymet är gallsaltberoende och verkar i neutral eller basisk miljö och är därigenom anpassat att vara aktivt i tunntarmen. En hypotes är att SM och dess spjälkningsprodukter har betydelse för tarmens utveckling hos det späda barnet. Absorption av kolesterol och SM minskar när de ges tillsammans. Orsaken är troligen att de bildar aggregat som skapar ogynnsamma betingelser för enzymatisk spjälkning av SM och för upptag av kolesterol. Detta kan bidra till att förklara att helmjölkprodukter, med intakt fettkulemembran, har en gynnsam effekt på blodkolesterolhalt. Om SM i dieten kan minska risken för utveckling av tjocktarmscancer är det önskvärt att öka mängden spjälkningsprodukter som når tjocktarmen. Att ge SM tillsammans med kolesterol eller växtsteroler är ett sätt att göra detta.



De potentiella effekterna av nedbrytningsprodukter från SM, för att hindra tumörutveckling i tarmen hos vuxna och för att reglera tarmens utveckling hos diande barn, är intressanta områden för fortsatta studier.

• author: Nyberg, Lena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Bruce, Åke, National Food Administration, Uppsala, Sweden
• organization: Medicine, Lund
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Other Clinical Medicine
• keywords: Gastro-enterology, intestine, sphingolipid, ceramidase, sphingomyelinase, ceramide, Gastroenterologi
• pages: 190 pages
• defense location: Lecture Hall 3, University Hospital, Lund
• defense date: 1998-05-16 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEMA--98(1050)--SE
• ISBN: 91-628-2963-7
• language: English
• LU publication?: yes
• id: edd4c766-6fd2-4c7c-b93e-b967ee9e69ff (old id 38573)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:02:33
• date last changed: 2018-11-21 20:56:23