
婴儿的肠道,并不是出生那一刻就“写好”的
母亲与婴儿呈现出截然不同的时间轨迹。
从孕12周、孕28周,到分娩时和产后3个月,母体肠道菌群的α多样性(alpha diversity)基本稳定,时间对整体菌群组成差异的解释度只有0.77%。婴儿则完全不同:从出生后2周到12个月,α多样性持续增加,时间能够解释7.78%的整体菌群差异。
2周龄时,婴儿肠道常见双歧杆菌(Bifidobacterium)、大肠杆菌(Escherichia coli),也能检测到部分来自皮肤和口腔生态位的细菌。随后,这些皮肤和口腔相关细菌逐渐减少,双歧杆菌在最初几个月增加,并在6个月左右达到最高丰度;到12个月,Faecalibacterium prausnitzii等成人肠道中常见、能够参与复杂碳水化合物利用的细菌明显增加。
更值得注意的是,研究人员把2周龄婴儿分成了8种不同的菌群类型,其中一些几乎由单一优势菌主导。然而,这些早期的“起跑姿势”,既不能被母亲产前的肠道菌群准确预测,也不能很好预测婴儿6个月、9个月或12个月时的菌群状态。
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早期定植很重要,但“早到”并不等于“决定终局”。 |
当然,这里也需要注意,研究人员指出,研究的统计效能仍可能不足以发现较小的长期预测效应。因此,更准确的理解不是“2周龄菌群不重要”,而是目前并没有观察到一条由早期菌群锁定此后一年发展的确定性轨迹。
谁在给第一年的菌群“定调”?分娩方式和喂养方式排在前面
这项研究的一个优势,是没有只盯着某一个“热门因素”。
研究人员同时考虑了分娩地点、孕周、出生体重、母亲感染、吸烟史、饮食、婴儿排便、睡眠、哭闹、辅食等大量变量。但当这些因素进入同一分析框架后,有两个变量反复出现在最前面:分娩方式(mode of delivery)和喂养方式(feeding mode)。
研究提取出的3个时间依赖菌群因子,共解释了19.4%的变异。除年龄和技术因素之外,分娩方式是与前两个因子关系最强的生物学变量。阴道分娩(vaginal delivery)与因子1的回归系数β为0.13,与因子2为−0.09;相比之下,家庭还是医院分娩对因子1的效应仅为−0.04。
这种差异在拟杆菌属(Bacteroides)上尤其明显。
剖宫产(caesarean section)婴儿在出生后前3个月表现出Bacteroides减少,而阴道分娩与剖宫产之间的差异一直可以观察到12个月。即使只分析阴道分娩婴儿,较长的产程、镇痛或麻醉药使用,以及更长的破膜时间,也与若干Bacteroides物种丰度下降有关。
喂养方式则塑造了另一条菌群轨迹,而且这种差异在9个月以后开始减弱——此时固体食物已经逐渐进入婴儿的日常饮食。功能层面上,母乳喂养婴儿的乙酸合成I通路(acetate synthesis I pathway)更加丰富,FDR达到6.8×10⁻¹²。
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这里还有一个很容易被误读的结果:阴道分娩和配方奶喂养婴儿的α多样性,分别高于剖宫产和母乳喂养婴儿。 如果简单把“菌群多样性越高”理解成“越健康”,就会立刻陷入矛盾。 |
原因在于,婴儿肠道菌群仍处于快速发育阶段,并不是成人肠道菌群的缩小版。多样性只是一个生态学指标,必须结合有哪些菌、这些菌承担什么功能,以及宿主正处于什么发育阶段共同解释。在婴儿微生物组研究中,“更高”并不自动意味着“更好”。
母乳很重要,但“母乳中的菌”并不是婴儿肠道的主要来源
关于母婴微生物传递,一个很自然的猜想是:顺产经过产道,母乳又持续进入消化道,因此阴道和母乳可能是婴儿肠道细菌的重要来源。
这项研究把问题进一步推进到了菌株水平(strain level)。
研究人员对90份母乳样本和82份阴道样本进行了约40 Gb/样本的超深度测序。
母乳中常见的表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、Streptococcus mitis和Streptococcus salivarius,分别在50.0%、42.2%和38.9%的母婴对中也能在婴儿肠道检测到。
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“母亲和婴儿都有这种菌”,与“母亲把这一菌株传给了婴儿”,是两个完全不同的问题。 |
到了菌株水平,母乳到婴儿肠道的共享其实很少。例如,S. epidermidis的母乳—婴儿肠道同菌株共享只出现在两个家庭。
阴道来源同样不是普遍的传播通道。Lactobacillus gasseri在13.4%的母婴对中同时出现,却只有一个家庭观察到菌株传播。
不过,Bifidobacterium breve给出了一个很有意思的例外:在5位能够重建阴道B. breve优势菌株的母亲中,5名婴儿的早期肠道都检测到了相同菌株。这说明阴道传播并非不存在,而可能具有明显的物种特异性。
相比之下,更大的信号来自母体肠道。
在81个能够评估母婴菌株共享的物种中,研究人员记录了7,345次菌株共享事件,来自15,462次母婴比较。每对母婴共享菌株的物种比例中位数为33%,而无亲缘关系的母婴对中位数为0%。
更值得注意的是时间窗口。
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母婴菌株共享的时间变化 约65% → 25% 2周和1个月时 → 12个月时,P=6.27×10⁻¹⁷⁵ |
婴儿在2周和1个月时,与母亲共享的菌株比例中位数约为65%;到了12个月,这一数字已经下降到25%,时间变化的P值达到6.27×10⁻¹⁷⁵。
所以,母体并不是把一个“完整菌群包”复制给婴儿。更符合数据的图景是:大量母源菌株在生命最初阶段获得进入婴儿肠道的机会,随后随着饮食变化、环境暴露和新的人际接触不断被保留、替换或稀释。
“传过去”只是第一关,能不能留下才更关键
菌株传播也并非完全随机。
母亲肠道中某种细菌的丰度越高,它被传给婴儿的机会往往也越大。
在64个可以检验这一问题的物种中,有6个表现出了显著关系。例如,母体Phocaeicola dorei丰度越高,母婴共享该菌株的概率越大,log-odds为1.81,FDR为9.69×10⁻¹³;Bacteroides uniformis也呈现类似关系,log-odds为0.76,FDR为2.36×10⁻⁵。
而一旦在生命早期获得了母源菌株,它们还可能更容易长期留下。
Bifidobacterium adolescentis如果在早期发生母婴菌株共享,后期持续存在的比值比(odds ratio, OR)达到17;Bacteroides thetaiotaomicron的OR为16.5,两者的FDR均为0.006。
Bifidobacterium longum则展示了这种“先发优势”的时间性:在3个月及以前,共享母源B. longum菌株的婴儿,其B. longum丰度更高,效应值为0.39,FDR为3.26×10⁻⁷;到了6—12个月,这种优势明显减弱。
于是,一个过去常被问成“婴儿有没有某种菌”的问题,被重新拆解成了几个更有信息量的问题:
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这株菌来自哪里?什么时候进入?进入时母体中的丰度有多高?进入以后有没有留下?后来又有没有被其他菌株替代? |
从物种水平走向菌株水平,母婴微生物传递的逻辑才逐渐清晰。
母亲肠道菌群能预测婴儿湿疹?这是最需要谨慎追踪的线索
整项研究中,最接近临床健康结局的一项发现,是母体肠道微生物组与婴儿湿疹(eczema)之间的关系。
第一年出现湿疹的婴儿,其母亲肠道的Shannon多样性(Shannon diversity)整体更低,FDR为0.02。
研究人员进一步把母体菌群多样性、母亲吸烟史以及过敏性疾病家族史同时放入多变量逻辑回归模型。结果显示,只有母体α多样性仍然与婴儿湿疹显著相关,P=0.004。
接着,他们使用分娩时的母体肠道微生物特征建立XGBoost预测模型,并采用留一法交叉验证(leave-one-out cross-validation)评估表现。
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婴儿湿疹预测模型 物种级特征模型 AUC=0.74;功能通路模型 AUC=0.73;仅使用α多样性的模型 AUC=0.68。 |
结果显示,物种级特征模型的受试者工作特征曲线下面积(AUC)为0.74,功能通路模型为0.73,只使用α多样性的模型为0.68。在SHAP解释分析中,Dialister invisus是贡献最高的物种特征,其较高水平与较低的婴儿湿疹风险相关。
这是一个很吸引人的发现,却也是最不能跳到因果结论的一步。
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AUC 0.74意味着母体肠道菌群中存在一定的预测信息,并不意味着这个模型已经适合作为临床筛查工具;母体菌群与湿疹相关,也不能证明母体菌群“导致”了湿疹。 |
研究人员对此同样谨慎:这是首次报告这一关联,潜在机制仍不明确,需要在不同地区、不同生活方式和不同风险水平的人群中进一步重复验证。
换句话说,这里更值得关注的不是“找到了一个预测湿疹的菌”,而是出现了一条值得继续追踪的线索:婴儿免疫相关疾病的风险信息,可能在出生以前,就已经部分存在于母体肠道生态中。
这项研究最有价值的地方,是它让简单答案变得不再够用
如果把这项研究压缩成“顺产好”“母乳好”,或者“菌群多样性越高越好”,反而会错过它推进的地方。
例如,家庭分娩与医院分娩对婴儿菌群的影响明显小于分娩方式本身;研究测定的24种母乳低聚糖(human milk oligosaccharides, HMOs),在多重检验校正后,并没有与婴儿菌群多样性、具体物种或功能通路形成显著关联;2周龄的菌群类型,也不能稳定预测1岁时的菌群。
这些“没有发现”,同样具有价值,因为它们告诉我们哪些解释不能走得太远。
更重要的是,这项研究把早期生命微生物组的问题,从“有哪些菌”推进到了“这些菌从哪里来、什么时候来、能不能留下”。
母体肠道是婴儿早期菌株的重要储库,但不是唯一来源;分娩方式和喂养方式改变菌群进入和筛选的条件;随着辅食、环境暴露和社交接触增加,早期的母源信号又逐渐减弱。
由此产生的问题,可能比寻找一种“最佳菌群”更值得研究:
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如果母体某些菌株的丰度会影响传递概率,孕期是否存在可以干预的时间窗口?早期获得的母源菌株更容易持续,是因为“先到先占位”,还是因为这些菌株本身拥有更适合婴儿肠道的代谢与定植能力?而母体菌群对婴儿湿疹的预测,究竟反映了微生物介导的免疫效应,还是共同遗传、饮食和生活环境留下的生态印记? |
这些问题仍然没有答案。
但与其寻找一张“理想婴儿菌群清单”,理解母婴微生物如何跨越出生这个节点,在时间中完成传播、竞争与更替,可能更接近早期生命微生态研究需要解决的核心问题。
参考文献