Une étude dirigée par des chercheurs de la Faculté de médecine Grossman de l’Université de New York (États‑Unis) a identifié des motifs moléculaires partagés dans le lait maternel qui relient la nutrition maternelle, la biologie de la glande mammaire et la croissance de l’enfant.
Dans ce travail, publié dans Science, les chercheurs ont analysé des milliers de mesures moléculaires du lait maternel collecté dans trois populations de mères géographiquement et nutritionnellement diverses. Ils ont identifié des motifs communs dans la composition du lait associés à l’état nutritionnel maternel ainsi qu’à la croissance de l’enfant, et se sont demandés si ces motifs pourraient également fournir des informations sur l’état fonctionnel de la glande mammaire.
L’étude a examiné cet état, qui implique trois aspects interconnectés de la fonction de la glande mammaire: la synthèse et la sécrétion du lait, la barrière épithéliale et le remodelage tissulaire, et l’activité immunitaire et réparatrice. La synthèse et la sécrétion du lait décrivent comment les cellules mammaires produisent les composants du lait et les libèrent dans ce dernier; les fonctions de barrière et de remodelage tissulaire régulent le passage entre le sang et le lait, tout en remaniant le tissu producteur de lait; et l’activité immunitaire et réparatrice aide à protéger la glande et à restaurer le tissu après un stress ou une blessure.
En reliant les motifs moléculaires du lait à ces processus biologiques, les chercheurs se sont demandés non seulement ce que contient le lait, mais aussi ce que sa composition peut révéler sur la fonction de la glande mammaire qui le produit.
« Le lait maternel nous offre une occasion unique et non invasive d’observer la biologie de la glande mammaire lactante », indique Liat Shenhav, docteure, principale auteure de l’étude et professeure adjointe à la Faculté de médecine Grossman de l’Université de New York, avec des nominations à l’Institut de Génétique des Systèmes, au Département de Microbiologie et au Département d’Obstétrique et Gynecologie. « En analysant les motifs moléculaires dans des populations diverses, nous pouvons commencer à identifier des caractéristiques communes de la fonction mammaire et comprendre comment l’état nutritionnel et métabolique maternel se rapporte à la composition du lait et à la croissance de l’enfant. »
Bien que son rôle soit fondamental, on ignore encore dans une large mesure comment l’état fonctionnel de la glande influe sur la composition du lait et comment cette variation se rapporte à la croissance de l’enfant. Le lait maternel contient des milliers de nutriments, métabolites, protéines, facteurs immunitaires et d’autres molécules, mais la recherche a souvent examiné ces composants isolément, plutôt que de les considérer comme un système biologique intégré.
À partir de 1 543 échantillons de lait maternel issus de trois cohortes au Canada, au Pakistan et au Burkina Faso, les chercheurs ont combiné plusieurs couches moléculaires, incluant des métabolites, des protéines, des micronutriments (par exemple des vitamines), des macronutriments (par exemple des glucides) et des oligosaccharides du lait maternel, avec des données de croissance et des approches computationnelles, y compris l’apprentissage automatique, une forme d’intelligence artificielle.
Dans deux essais nutritionnels randomisés, la supplémentation maternelle a favorisé la récupération ou la stabilité chez les nourrissons à risque accru de retard de croissance. Les analyses multi-omiques, qui intègrent des informations issues de divers types de molécules, telles que des protéines et des métabolites, afin d’offrir une vision globale d’un système biologique, ont également révélé un motif commun dans la composition du lait lié à la fois à la supplémentation maternelle et à la croissance infantile.
Par la suite, les chercheurs ont examiné quelles molécules contribuaient de manière plus cohérente à ces motifs partagés de nutrition et de croissance. Leur analyse a identifié sept biomarqueurs candidats liés à l’état nutritionnel maternel, à la croissance de l’enfant et aux programmes biologiques associés à la fonction de la glande mammaire. Dans l’ensemble, ces marqueurs reflétaient des aspects de la biologie mammaire qui vont au-delà des mesures établies de la perméabilité de la barrière hémato-lactée.
Quatre des marqueurs (C2, C3, C4 et C5) étaient des acylcarnitines à chaîne courte, des molécules qui aident les cellules à traiter les nutriments pour produire de l’énergie. Les trois autres étaient la lysine, un acide aminé; 6′-sialyllactose, un oligosaccharide du lait humain; et le sélénium, un minéral. Ensemble, les sept biomarqueurs reflétaient des aspects complémentaires de la biologie mammaire, tels que la synthèse du lait, le remodelage tissulaire et l’activité de la réponse immunitaire.
Les acylcarnitines à chaîne courte ont montré les liens les plus forts entre les domaines fonctionnels mammaires, en mettant en évidence la C5 comme un signal particulièrement marquant. Des niveaux plus élevés de C5 ont été associés à une synthèse de lait plus faible et à des motifs biologiques liés au remodelage tissulaire et à l’activité immunitaire.
Étant donné que la C5 s’est révélée comme un signal métabolique clé, les chercheurs ont examiné les facteurs nutritionnels qui pourraient expliquer la variation des niveaux d’acylcarnitine. Le métabolisme des acylcarnitines dépend de la coenzyme A (CoA), une molécule fondamentale dans le métabolisme énergétique et lipidique, synthétisée à partir de l’acide pantothénique ou de la vitamine B5. Sur la base des associations observées dans différentes cohortes et de la biologie métabolique établie, les chercheurs proposent qu’une faible disponibilité de la vitamine B5 pourrait limiter le métabolisme dépendant de la CoA et contribuer à l’altération des profils d’acylcarnitine, y compris l’accumulation de C5.
Étant donné que le lait maternel peut être collecté à plusieurs reprises, il offre une manière non invasive d’étudier la biologie de la glande mammaire au fil du temps. Considérer le lait comme une fenêtre sur la biologie de la glande mammaire situe également l’allaitement dans un continuum plus large de la physiologie maternelle qui commence pendant la grossesse. Pendant la gestation, la glande mammaire subit une différenciation hormonale importante, un remodelage tissulaire et immunitaire et une programmation métabolique, tandis que son phénotype fonctionnel principal (l’allaitement) n’est devenu évident qu’après l’accouchement.
Dans ce sens, la glande mammaire peut être considérée comme une interface mère‑enfant postnatale: un organe programmé pendant la grossesse qui relie ensuite la biologie et la nutrition maternelles au développement du fœtus. À l’instar du placenta pendant la grossesse, elle constitue une interface cruciale entre la mère et l’enfant; cependant, le lait maternel offre une manière d’étudier cette interface de manière répétée et non invasive après l’accouchement.
Partant de cette base, le laboratoire Shenhav développe un cadre intégré computationnel et expérimental pour évaluer d’éventuels goulots d’étranglement nutritionnels susceptibles de limiter le métabolisme mammaire et la production de lait, y compris la voie vitamine B5-CoA-C5. Le laboratoire étudie également le colostrum et le lait de transition afin de comprendre comment émergent les états fonctionnels mammaires lors de la transition de la grossesse à l’allaitement mature, et si les changements moléculaires précoces dans le lait reflètent l’émergence des fonctions métaboliques, de barrière et sécrétrice mammaire.
