迄今最大規(guī)模研究表明，分娩方式是影響嬰兒腸道菌群構(gòu)成的主要因素

嬰兒出生后，會迅速定植來自母親和環(huán)境中的微生物，兒童時期的疾病也可能會受到嬰兒期腸道定植微生物的影響。然而，對生命早期腸道菌群的研究大多受限于16S分析的分辨率和較小的樣本量，且對新生兒期（≤1月齡）的研究不足。

近期，Nature發(fā)表了迄今為止最大規(guī)模的新生兒腸道菌群的宏基因組學(xué)研究，該研究來自英國惠康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的Trevor Lawley團隊，研究結(jié)果顯示：

分娩方式是影響新生兒期腸道菌群組成的最主要因素，剖宮產(chǎn)會造成新生兒腸道菌群發(fā)育不良，增加醫(yī)院環(huán)境相關(guān)機會致病菌的定植，破壞母嬰間的擬桿菌傳遞，但這些變化是否對長期健康有影響還需進一步研究。

該研究選擇了嬰兒生物群落研究（BBS）中的596名健康且足月生產(chǎn)的嬰兒，其中314名是陰道分娩，282名是剖宮產(chǎn)分娩。研究人員分別收集嬰兒出生后第4、7和21天的糞便樣本（每個嬰兒至少包含其中一個樣本），同時采集其中178名產(chǎn)婦的糞便樣本（僅在分娩前后或分娩過程中采集一次）。研究人員對采集到的1679份糞便樣本進行了宏基因組測序及分析。

首先，他們發(fā)現(xiàn)，在嬰兒出生后的1個月內(nèi)，腸道微生物呈高度動態(tài)化（圖1），且隨著年齡的增長，菌群種類也逐漸增加。利用置換多元方差分析（PERMANOVA）發(fā)現(xiàn)，個體差異大約能解釋57%的不同腸道微生物組成。

圖1 新生兒腸道微生物是高度動態(tài)化的

接下來，研究人員進一步運用橫斷面PERMANOVA分析了臨床因素對新生兒腸道菌群構(gòu)成的影響（圖2a），臨床因素包括分娩方式、是否母乳喂養(yǎng)、在何種醫(yī)院出生、是否接受抗菌藥物治療等等，發(fā)現(xiàn)分娩方式是影響新生兒腸道菌群構(gòu)成的最主要因素。

不同分娩方式到底會對嬰兒腸道菌群造成怎樣的影響呢？

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)陰道分娩的嬰兒腸道內(nèi)雙歧桿菌屬（長雙歧桿菌、短雙歧桿菌）、埃希氏菌屬（大腸桿菌）、擬桿菌屬（普通擬桿菌）和副擬桿菌屬（狄氏副擬桿菌）豐度很高，占據(jù)了腸道微生物的68.3%（圖2b左）。而這類菌群在剖宮產(chǎn)的嬰兒腸道中則很少，主要是屎腸球菌、表皮葡萄球菌、副血鏈球菌、產(chǎn)酸克雷伯氏菌、肺炎克雷伯氏菌、陰溝腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌，這些菌都與醫(yī)院環(huán)境和早產(chǎn)相關(guān)。出生后第4天，這些菌屬占到嬰兒總腸道微生物的68.25%（圖2b右）。

圖2 a. 分娩方式是影響新生兒腸道菌群構(gòu)成的最主要因素；

b. 經(jīng)陰道分娩（左）和剖宮產(chǎn)（右）嬰兒在出生后第4、7和21天時的腸道微生物構(gòu)成

對178對嬰兒和母親腸道菌群的測序分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)陰道分娩的嬰兒74.39%的腸道微生物來源于母親腸道微生物，而剖宮產(chǎn)嬰兒只有12.56%。特別值得注意的是，若沒有從母親處獲得擬桿菌屬的普通擬桿菌（B. vulgatus），那么在以后很長一段嬰幼兒時期都很難再獲得（圖3）。這些結(jié)果提示，寶寶出生前后是獲得菌群的最佳時機。

圖3 經(jīng)剖腹產(chǎn)分娩的嬰兒出現(xiàn)母體微生物株的傳播中斷

作者發(fā)現(xiàn)，83.7%的剖宮產(chǎn)寶寶腸道微生物中出現(xiàn)了在醫(yī)院廣泛存在的機會致病菌，而經(jīng)陰道分娩寶寶只有49.4%（圖4）。從出生到21天，這些病原菌所占的菌群種類占剖宮產(chǎn)嬰兒腸道菌群的30.4%，在經(jīng)陰道分娩嬰兒中只占9.8%。研究人員對這些病原菌進行了分離和培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)這些菌攜帶毒力因子和抗生素耐藥相關(guān)基因，可能增加感染風(fēng)險。

圖4 超過80%的剖宮產(chǎn)嬰兒攜帶醫(yī)院中廣泛存在的機會性致病菌

雖然剖宮產(chǎn)的確改變了新生兒的腸道菌群，但尚不了解這些改變是否會影響長期健康。接下來隨著母嬰喂養(yǎng)、飲食結(jié)構(gòu)變化和年齡增長，這種差異可能會逐漸淡化，但無疑是需要關(guān)注的又一個重要問題。

可借鑒之處

1

首次對新生兒期（≤1月齡）的腸道菌群進行了高分辨率宏基因組學(xué)研究，揭示了分娩方式是影響新生兒期腸道菌群組成的重要因素。

2

進一步分析不同時間段的嬰兒菌群，揭示菌群差異隨時間減少。通過對母嬰配對的創(chuàng)新性分析發(fā)現(xiàn)，雖然差異隨時間減少，但剖宮產(chǎn)嬰兒持續(xù)缺少母親傳遞的擬桿菌，并在以后很長時間內(nèi)難以獲得。

3

有別于以往對于腸道菌群的常規(guī)分析，該研究通過分離培養(yǎng)腸道菌群，分析其攜帶的毒力因子和抗生素耐藥基因，為腸道菌群與人體健康之間關(guān)系的研究提供了新視角。

局限性

該研究僅揭示剖宮產(chǎn)會影響新生兒期的腸道菌群構(gòu)成，造成致病菌定植，但生命早期腸道菌群紊亂以及攜帶致病菌的臨床后果有待進一步研究。只有繼續(xù)跟進，觀察這些嬰兒的成長過程，才能知道新生兒時期微生物構(gòu)成的不同是否真的會影響長期健康，未來我們該如何改善這一情況。

本期關(guān)鍵詞

16S rDNA測序和宏基因組測序

16S rDNA基因是編碼原核生物核糖體小亞基的基因，長度約為1542bp，位于原核細(xì)胞核糖體小亞基上，包括 10 個保守區(qū)域和 9 個高變區(qū)域，高變區(qū)具有屬或種的特異性。

因此16S rDNA可以作為揭示生物物種的特征核酸序列，被認(rèn)為是最適于細(xì)菌系統(tǒng)發(fā)育和分類鑒定的指標(biāo)。由于16s rDNA較長（1.5kb），考慮到測序平臺的讀長限制，一般只能對可變區(qū)進行測序。16s rDNA包含有9個可變區(qū)，分別是v1-v9。一般對v3，v3-v4和v6可變區(qū)域進行擴增和測序。

宏基因組測序直接從環(huán)境樣品中提取全部微生物DNA，構(gòu)建宏基因組文庫，利用高通量測序技術(shù)進行全部微生物基因組的序列測定。

區(qū)別于16s rDNA測序，通過宏基因組測序不僅可以分析菌群組成，還可以進行功能基因的發(fā)掘，分析微生物群體基因組成及功能，解讀微生物群體的多樣性與豐度，發(fā)掘和研究新的、具有特定功能的基因。

目前宏基因組測序技術(shù)為微生物的研究和發(fā)展提供了很好的策略，在發(fā)現(xiàn)新基因，開發(fā)新的微生物活性物質(zhì)，研究微生物種群結(jié)構(gòu)、基因功能活性、微生物之間的相互協(xié)作關(guān)系以及微生物與環(huán)境之間的關(guān)系等方面得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

Yan Shao, Samuel C. Forster, Evdokia Tsaliki, et al. Stunted microbiota and opportunistic pathogen colonization in caesarean-section birth [J]. Nature, 2019，574:117-121.

本期嘉賓

賈鑫淼

博士，生物信息學(xué)，北京協(xié)和醫(yī)院-中心實驗室-統(tǒng)計與生信平臺。

北京協(xié)和醫(yī)院-中心實驗室-統(tǒng)計與生信平臺基于循證醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)、臨床流行病學(xué)、生物信息學(xué)理論與前沿技術(shù)，在院內(nèi)外開展方法學(xué)咨詢服務(wù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持。從疾病的病因、診斷、治療、預(yù)后多角度開展臨床研究，為疾病預(yù)防、早期干預(yù)、新藥和新治療方法的臨床應(yīng)用提供科學(xué)的證據(jù)支持，促進轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)發(fā)展與科研成果轉(zhuǎn)化。

歡迎有興趣的同道與我們聯(lián)系，聯(lián)系方式：pumchstat@126.com。

欄目策劃

吳志宏教授

北京協(xié)和醫(yī)院骨科教授、博導(dǎo)、中心實驗室副主任、實驗動物管理委員會主任、骨骼畸形的遺傳學(xué)研究北京市重點實驗室副主任、北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心學(xué)術(shù)委員會委員、醫(yī)工整合聯(lián)盟副理事長、中華醫(yī)學(xué)會骨科分會基礎(chǔ)學(xué)組委員。

（本文圖表來自于英文原文）

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