導讀
人體微生物群是對人體健康和生理至關重要的生態系統，不同身體部位微生物組成及功能各不相同，但在生命的起始，每個身體生態位內的微生物群落何時以及如何獲得獨特的分類和功能特徵？不同分娩方式對及其他因素對微生物分類及功能特徵又有怎樣的影響？本研究以大量樣本來評估新生兒和早期嬰兒微生物區系的分類組成和潛在的代謝功能，並評估分娩方式及其他臨床指標對嬰兒微生物群體的影響，表明了身體部位而非分娩方式是菌群主要驅動力。
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文獻ID
題目：Maturation
of the Infant Microbiome Community Structure andFunction Across
Multiple Body Sites and in Relation to Mode ofDelivery
譯名：嬰兒不同身體部位微生物群落結構與功能組成及與分娩方式的相關性
期刊：Nature Medicine
年份：2017.01IF：32.621
通訊作者：Kjersti M. Aagaard
通訊單位：貝勒學院母嬰醫學部
材料與方法
實驗設計
1、樣本采集：163對母嬰（陰道分娩n=105；剖腹產n=52）；樣本類型包括糞便、皮膚、口腔、鼻腔、陰道；采樣位置及樣本數如圖1及表1。
圖1 方案設計概括
表1樣本采集情況
測序區域及平台
16S（n=1429）：454-FLX TitaniumSequencer (Roche)
宏基因組（n=91）：Illumina HiSeq 2500
研究成果
1、早期微生物群落結構
將母體微生物區系作為成人微生物組成參考，與母親不同身體部位微生物區系組成存在差異不同（圖2A，Adonis,
p<0.001, R2=0.192），新生兒身體各部位菌群結構組成差異較小（圖3A，Adonis
R2=0.038）；樣本間β多樣性（Bray-Curtis）說明了同樣的問題，母親樣本中，不同身體部位β多樣性顯著不同（圖3B），而新生兒樣本中，同一部位樣品間的Bray-Curtis距離與不同部位樣品的Bray-Curtis距離相似（圖3B）。
雖然新生兒物種組成多樣，但不像母親特定身體部位存在明顯的菌群特徵，（即在該位點豐度最高、僅在該位點出現、每個樣本中都存在的物種），如Lactobacillus（乳桿菌屬）為母親陰道樣本特異菌群，而Bacteroides（擬桿菌屬）在糞便樣本中特異存在。
成人陰道和皮膚主要組成微生物Lactobacillus、Propionibacterium（丙酸桿菌）、Streptococcus（鏈球菌屬）、Staphylococcus（葡萄球菌），在嬰兒各個身體部位中相對豐度較高，但並未表現出特異性，另在許多新生兒糞便樣本中檢測到含量較高的典型的早期腸道中已知的兼性厭氧菌Escherichia（大腸桿菌）和Klebsiella（克雷白氏桿菌屬）。
圖2 母親微生物PCoA分析
A生產時 B產後6周
圖3新生兒微生物群落結構
出生6個星期後，嬰兒身體各部位菌群結構組成差異顯著（圖4A，圖4B），且不同身體部位表現出不同的主要類群（圖4C），如嬰兒口腔微生中Streptococcus占主導，皮膚與鼻腔微生物相似，主要特徵為Staphylococcus與Corynebacterium（棒狀桿菌），與母親相應部位微生物特徵表現出一定的相似性。
圖4嬰兒微生物群落結構
但嬰兒糞便微生物與母體糞便微生物差異明顯，母體糞便主要以Bacteroides或Prevotella為主，但在嬰兒糞便微生物則以Escherichia和Klebsiella為主（圖2C）。
2、出生方式對菌群的影響
新生兒不同身體部位菌群受到出生方式的影響[PCoA分析顯示新生兒陰道分娩與剖腹產鼻腔、皮膚、口腔菌群存在明顯差異，但在胎便中不存在（圖5A）]，但這種影響在嬰兒出生6個周後消失（圖5B）。
有研究表明，剖腹產新生兒微生物主要來源於母親皮膚而非陰道微生物，且嬰兒微生物的組成與剖腹產母親是否難產也存在一定的相關性；因此本研究用SourceTracker來分析新生兒及嬰兒不同身體部位微生物來源，並用三元圖進行展示（圖5C、5D），結果表明對於陰道分娩新生兒，大多數新生兒身體部位微生物表現出母親起源的雙峰模式（圖5C），表明母親陰道和皮膚對經陰道分娩的新生兒早期分類群的貢獻是相同的；經陰道分娩的新生兒的這種雙峰模式在經難產剖腹產分娩的新生兒中也有類似的表現，但在經正常剖腹產分娩的新生兒中沒有出現，經正常剖腹產分娩的新生兒大多微生物來源於母親皮膚。因此，生產前是否難產，而不是剖腹產對新生兒微生物來源影響更大。
圖5分娩方式對嬰兒不同身體部位微生物的影響
研究表明出生方式對嬰兒早期幾種重要的腸道微生物菌群如Bacteroides，Lactobacillus及Bifidobacterium有著重要影響，因此接下來本文研究了嬰兒出生6個周後這三種微生物在口腔及腸道中是如何被出生方式（陰道分娩、剖腹產）及其他臨床指標[母乳餵養、孕婦年齡、孕齡、孕婦懷孕前體重指數、巨大嬰兒、母親膳食（油脂攝取量）、孕婦妊娠期糖尿病等]影響的。
結果表明，不論剖腹產還是陰道分娩，新生兒糞便樣本中及出生6周嬰兒樣本這三種微生物都顯著存在（圖6A–D）[根據豐度分為檢測不到（0%）、少量存在（>0.1%）、顯著存在（>1%）、大量存在（10%）]，即出生方式不影響這三種微生物的組成；接觸配方乳是導致4-6周嬰兒糞便中Bacteroides數量增多的唯一重要因素，妊娠期母體脂肪攝入量的增加會顯著降低Bacteroides豐度；沒有因素與Lactobacillus或Bifidobacterium豐度的改變顯著相關。
圖6 分娩方式及不同時間下母嬰糞便和口腔微生物組成
3、微生物群落功能的擴展和多樣化
同時本研究利用宏基因組分析從出生到6個月微生物代謝和功能途徑在各個身體部位是如何改變的。
以功能豐度做PCoA分析表明，新生兒及嬰兒不同身體部位樣本聚集在一起（圖7B）表明同一部位微生物活性總體相似。
功能差異分析顯示，不同情況下富集的功能潛在地反映了特定微生物群對環境的選擇性優勢（圖7D），如脂多糖的生物合成（lipopolysaccharide
biosynthesis）是革蘭氏陰性腸道細菌的一個重要特徵，相比於口腔，嬰兒糞便中脂多糖生物合成增加；牛磺酸和亞牛磺酸代謝（taurine
and hypotaurine metabolism）對膽汁酸代謝至關重要，在糞便樣本中增加；而氨基酸生物合成及代謝是嬰兒口腔的主要特徵。
出生6周後，嬰兒糞便樣本中獨特種水平物種及微生物基因顯著增加（但仍然遠低於母親），表明這段早期時間內微生物的擴展及多樣化（圖7C）。新生兒胎便中富含戊糖磷酸鹽途徑（pentose
phosphate pathway）和磷轉移酶系統[phophotransferase system
(PTS)]等與氨基酸代謝和細胞壁組分相關的多種微生物途徑；而嬰兒出生6周後，嬰兒的腸道主要富集與輔助因子代謝及生物合成相關的途徑，包括葉酸，生物素和維生素B6等，這些物質對生長、新陳代謝和神經發育至關重要。
圖7 嬰兒微生物群落結構及功能的擴展及多樣化
此外，母親與嬰兒腸道功能間也存在一些差異，如母體腸道中富集的TCA循環和氨基酸代謝途徑，因此，雖然嬰兒從出生起其腸道微生物不斷擴大和多樣化，但其分類組成和代謝能力仍與母體腸道存在差異。
廣義線性模式分析表明出生方式及其他臨床指標與功能通路的相關性，也表明出生方式本身對嬰兒功能沒有顯著影響（圖8A、8B）。
圖8廣義線性模式中嬰兒微生物功能組成及臨床指標
證明身體部位而非分娩方式是菌群驅動力：
①收集81對母子從分娩到6周的糞便、牙齦、鼻腔、皮膚和陰道樣本，另再收集81對母子分娩時樣本；
②分娩時，除胎糞外的新生菌群及功能通路相對一致，分娩6周後，不同身體部位的嬰兒菌群結構和功能均大幅拓展和多樣化，且與母親有很大區別；
③不同分娩方式下，新生兒牙齦、鼻腔、皮膚菌群有微弱差別，但糞便菌群相似且不存在可觀察群落功能差異，6周大嬰兒之間並不存在可分辨的菌群結構和功能差異。
研究結論
1、分娩時新生兒身體各部位菌群結構組成及功能通路差異較小；而出生6周後的嬰兒身體各部位菌群結構組成及功能均大幅拓展和多樣化，差異顯著，但仍然與母親有很大區別。
2、生產前是否難產，而不是剖腹產對新生兒微生物來源影響更大。
3、不同分娩方式下，新生兒口腔、鼻腔、皮膚菌群有微弱差別，但糞便菌群相似且不存在可觀察群落功能差異；出生6周後的嬰兒不同分娩方式下各身體部位並不存在可分辨的菌群結構和功能差異。表明身體部位而非分娩方式是菌群主要驅動力。
亮點
該研究以大量隊列樣本來評估生命早期微生物群落及功能的變化及其與分娩方式及其他因素相關性，進一步增強了人們對早期人體微生物的認識。
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供稿：曾麗雲
編輯：魯淑妮
轉自：銳翌基因
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