圍產(chǎn)期一般是指懷孕第28周到產(chǎn)后一周這段時(shí)期，其是嬰兒認(rèn)知和免疫系統(tǒng)發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵窗口期。已有研究表明，腸道菌群通過產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的來促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)的成熟。嬰兒腸道微生物群的發(fā)育遵循可預(yù)測的模式，始于出生時(shí)母親腸道微生物的轉(zhuǎn)移，同時(shí)也受到不同的生理、飲食和環(huán)境因素的影響。
除了促進(jìn)免疫系統(tǒng)成熟以外，腸道菌群還通過產(chǎn)生代謝物來促進(jìn)認(rèn)知能力的發(fā)展。但圍產(chǎn)期腸道微生物群和代謝物組的共同發(fā)育，以及這一過程的決定因素目前仍不清楚。近日，美國麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)Broad研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員合作在Cell上發(fā)表了題為“Mobile genetic elements from the maternal microbiome shape infant gut microbial assembly and metabolism”的文章。研究團(tuán)隊(duì)利用70對母嬰組合的縱向多組學(xué)數(shù)據(jù)，追蹤了從妊娠后期到嬰兒一歲期間微生物組和代謝組的共同發(fā)育，發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模母嬰可移動遺傳元件的轉(zhuǎn)移，主要涉及與飲食相關(guān)的適應(yīng)性基因。該綜合分析擴(kuò)展了腸道微生物組垂直傳播的概念，并為孕晚期和產(chǎn)后初期的母嬰微生物組和代謝組的發(fā)展提供了原創(chuàng)性見解。研究團(tuán)隊(duì)分析了由74名嬰兒和137名母體組成的隊(duì)列樣本（這些樣本是EDIA隊(duì)列的一部分），其中包括70對母嬰關(guān)系。分析了孕婦妊娠晚期和嬰兒不同階段的腸道微生物組和代謝組，并調(diào)查了出生后第1年宿主-微生物組的共同發(fā)育情況（圖1），分析包括深度宏基因組測序、非靶向糞便代謝物分析、測定循環(huán)細(xì)胞因子、腸道通透性和嬰兒腸道炎癥標(biāo)志物。結(jié)果顯示，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的母嬰微生物群垂直傳播模式，即從圍產(chǎn)期開始一直到生產(chǎn)后幾周，母體腸道中的微生物與嬰兒腸道中的微生物共享基因。
圖1. EDIA隊(duì)列的多組學(xué)數(shù)據(jù)。 接下來，研究團(tuán)隊(duì)分析了母體腸道微生物的相對豐度是否對嬰兒腸道微生物結(jié)構(gòu)有整體影響，對比了妊娠27周和產(chǎn)后3個(gè)月的母體糞便樣本。結(jié)果顯示，相較于產(chǎn)后，多種微生物的豐度在懷孕期間增加；雖然穩(wěn)定傳播率較低，但某些微生物的母體豐度與嬰兒出生后前3個(gè)月的腸道微生物組結(jié)構(gòu)有關(guān)（圖2）。上述結(jié)果表明，一些傳播率低的母體菌群可能對嬰兒腸道生態(tài)和功能產(chǎn)生顯著影響。
研究團(tuán)隊(duì)比較了母親和嬰兒的腸道代謝組。在使用參考標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記的858個(gè)代謝組學(xué)特征中，有395個(gè)化合物在嬰兒中更豐富，227個(gè)化合物在母親中更豐富（圖3）。嬰兒體內(nèi)豐富的代謝物包括肉堿、類二十烷酸、甘油磷膽堿和極長鏈脂肪酸，母親體內(nèi)次生膽汁酸、B族維生素和中鏈脂肪酸含量更高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，除了經(jīng)典菌株的垂直傳播外，母體微生物組可能通過水平基因轉(zhuǎn)移來塑造嬰兒腸道微生物組，因此，研究團(tuán)隊(duì)檢測了嬰兒腸道菌群和代謝物。結(jié)果顯示，嬰兒腸道代謝物的多樣性低于母體，但其被檢測到具有超2,500個(gè)特有的代謝物特征以及許多特有的細(xì)菌種類和糞便代謝物，包括神經(jīng)遞質(zhì)和免疫調(diào)節(jié)劑等。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)前噬菌體（prophages）可能會促進(jìn)母體和嬰兒微生物組之間可移動遺傳元件的交換。
圖3. 嬰兒腸道獨(dú)特的代謝組學(xué)特征。研究團(tuán)隊(duì)對27名食用普通配方奶粉、23名食用水解配方奶粉嬰兒的代謝組和血清細(xì)胞因子特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，水解配方奶與Ruminococcus gnavus擴(kuò)增有關(guān)，常規(guī)配方奶與糞腸球菌、輻射放線菌和嗜熱鏈球菌富集有關(guān)，食用常規(guī)配方奶的嬰兒血清促炎細(xì)胞因子（IL-12、IL-6、IL-9、IL-13）水平升高（圖4）。此外，常規(guī)配方奶也與代謝組變化以及調(diào)節(jié)各種免疫細(xì)胞反應(yīng)相關(guān)。
圖4. 奶粉配方類型與不同的宏基因組和代謝組學(xué)特征相關(guān)。在研究與促炎血清細(xì)胞因子的相關(guān)性時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)觀察到一個(gè)顯著的、年齡依賴的二分法：腸道和全身炎癥標(biāo)志物在1歲兒童中呈正相關(guān)，在更小的嬰兒中呈負(fù)相關(guān)（圖5）。鈣保護(hù)素和β-防御素2在母乳喂養(yǎng)的嬰兒中趨于升高，與有益菌群呈正相關(guān)、與亞油酰乙醇酰胺呈負(fù)相關(guān)，且促進(jìn)異常微生物群轉(zhuǎn)移。此外，研究團(tuán)隊(duì)還觀察到鈣保護(hù)蛋白和類二十烷酸，特別是花生四烯酸衍生物之間呈正相關(guān)，這對早期免疫和神經(jīng)發(fā)育至關(guān)重要。上述結(jié)果表明，嬰兒的腸道炎癥標(biāo)志物可能反映了母乳喂養(yǎng)可促進(jìn)嬰兒免疫系統(tǒng)成熟。
圖5. 炎癥和滲透性標(biāo)志物與嬰兒糞便宏基因組和代謝組的關(guān)系。該研究首次描述了母體和嬰兒機(jī)體微生物組移動遺傳元件的轉(zhuǎn)移，整合了母親和嬰兒體內(nèi)的腸道微生物組及其代謝組學(xué)特征，并發(fā)現(xiàn)了腸道代謝物、細(xì)菌和母乳之間的關(guān)聯(lián)。嬰兒腸道代謝組的多樣性低于母親，但有數(shù)百種獨(dú)特的代謝物和微生物-代謝物關(guān)聯(lián)。接受常規(guī)但非廣泛水解配方奶粉的嬰兒代謝組和血清細(xì)胞因子特征與純母乳喂養(yǎng)的嬰兒截然不同。該研究提供了在已知母親和飲食因素影響下，嬰兒腸道微生物群和代謝組共同發(fā)育的獨(dú)特視角。參考文獻(xiàn)： Tommi Vatanen, Karolina S. Jabbar, Terhi Ruohtula. et al. Mobile genetic elements from the maternal microbiome shape infant gut microbial assembly and metabolism, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.11.023
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