分娩方式對生命早期腸道微生物區(qū)系定植的影響

陸全龍，王志蓮

生命早期被認為是腸道微生物區(qū)系定植建立的關鍵時期，早在妊娠期間，母體各部位的微生物便發(fā)生了重大變化，并于分娩時傳遞到新生兒身上[1]。接下來隨著母乳喂養(yǎng)、年齡增長、飲食逐漸多樣化，嬰幼兒的腸道微生物區(qū)系進一步定植發(fā)展，豐富度和多樣性不斷增加，約在3歲時達到類似于成人的狀態(tài)[2]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，這一時期腸道微生物尤其是一些諸如雙歧桿菌、類桿菌等特殊菌種的定植決定著短鏈脂肪酸、維生素、共軛亞油酸等重要代謝物的產(chǎn)生，對個體生長發(fā)育、新陳代謝尤其是免疫系統(tǒng)的塑造有著重要意義。生命早期腸道微生物區(qū)系的破壞往往與哮喘、濕疹、壞死性小腸結腸炎、肥胖、糖尿病等多種代謝性疾病及免疫性疾病的發(fā)生密切相關[2-4]。不同于成人穩(wěn)定的腸道微生物區(qū)系，生命早期腸道微生物區(qū)系在定植和建立的過程中極易受到如胎齡、分娩方式、喂養(yǎng)方法等因素的影響。其中分娩方式被認為是影響生命早期腸道微生物區(qū)系定植建立的關鍵因素。剖宮產(chǎn)會直接導致新生兒在分娩過程中與母體初次接觸部位的不同，引起腸道微生物定植的差異，這會對嬰幼兒的健康尤其是對其免疫系統(tǒng)的塑造和發(fā)育造成一定影響，從而引起后續(xù)生命周期中的相關疾病。本文就分娩方式對生命早期腸道微生物區(qū)系定植的影響進行綜述，并探討一些修復這種定植差異的嘗試措施及其可行性。

1 分娩方式所引起的生命早期腸道微生物區(qū)系定植的差異

分娩方式的不同會直接導致新生兒最初與母體接觸的部位不同，使母體向新生兒傳遞的細菌種類不盡相同，從而引起生命早期腸道微生物區(qū)系定植的差異。正常經(jīng)陰道分娩的新生兒在分娩過程中最初接觸到的是母體陰道、會陰及肛周皮膚，因此新生兒腸道菌群的定植會更接近于由乳桿菌、普雷沃特氏菌、斯氏桿菌為主導的陰道菌群以及大腸桿菌、克雷伯氏菌等存在于母體腸道的腸桿菌科的細菌；而經(jīng)剖宮產(chǎn)分娩的新生兒則缺失了這一過程，在分娩過程中最先接觸到的是母體的皮膚及外界環(huán)境，腸道菌群的定植主要由丙酸桿菌、棒狀桿菌、葡萄球菌和鏈球菌等存在于母體皮膚和環(huán)境的菌群組成[5-7]。

雖然分娩過程中大多數(shù)細菌并沒有在嬰幼兒腸道中定植，但可能會對其他細菌的定植產(chǎn)生不同的影響[8]。雙歧桿菌和類桿菌被認為是生命早期腸道微生物區(qū)系中受分娩方式影響最大的兩個菌屬[6]。相較于陰道分娩的新生兒，剖宮產(chǎn)會造成腸道微生物區(qū)系較低的α多樣性、兼性厭氧菌與專性厭氧菌的總體比例(與細菌總數(shù)的比例)較低、不同細菌間的相對比例發(fā)生變化、類桿菌的延遲定植以及對雙歧桿菌和乳桿菌定植的負面影響[9-10]。在出生后1周內(nèi)，陰道分娩的新生兒乳桿菌定植明顯多于剖宮產(chǎn)分娩的新生兒，雙歧桿菌豐度高、種類多，而剖宮產(chǎn)分娩的新生兒則表現(xiàn)出鏈球菌、嗜血桿菌、韋洛氏菌、梭狀芽胞桿菌和克雷伯氏菌等的豐度較高，類桿菌豐度低甚至在一些研究中沒有檢測到[11-14]。Mitchell等[14]研究發(fā)現(xiàn)，出生后第一周鏈球菌及嗜血桿菌的豐度與類桿菌的豐度呈負相關，剖宮產(chǎn)新生兒體內(nèi)高豐度的鏈球菌和嗜血桿菌可能會競爭性抑制類桿菌的定植，甚至可能使類桿菌在之后的檢測中出現(xiàn)短暫消失的現(xiàn)象。在出生一周后，雙歧桿菌在剖宮產(chǎn)分娩的新生兒和經(jīng)陰道分娩的新生兒中均占主導地位，但剖宮產(chǎn)分娩的新生兒雙歧桿菌定植率顯著低于經(jīng)陰道分娩的新生兒，類桿菌的水平也明顯較低[10，12-13]。到出生1個月以后，剖宮產(chǎn)的影響依然存在，經(jīng)陰道分娩的嬰幼兒類桿菌水平較剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒高，但很多研究對于腸道菌群檢測的結果出現(xiàn)了較大差異，甚至是相互矛盾[12]。

由此可見，分娩方式的不同會對生命早期腸道微生物區(qū)系的定植及建立造成巨大的差異，但這差異并不是永久不變的，無論是陰道分娩還是剖宮產(chǎn)分娩，腸道微生物區(qū)系的多樣性都會在出生后逐漸增加。雖然陰道分娩的嬰幼兒有更多樣化的微生物區(qū)系，但在早期組成變化相對較小，相比之下，剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒早期腸道微生物區(qū)系組成變化較大，逐漸可形成與陰道分娩嬰幼兒相似的組成[6]。在出生后第6個月時剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒與陰道分娩的嬰幼兒腸道菌群構成接近，在出生后第12個月差異基本消失，維系在相對穩(wěn)定的狀態(tài)[12]，但一些細微的差異可能持續(xù)較長時間[2,7]。

2 分娩方式對嬰幼兒健康的影響

生命早期腸道微生物區(qū)系的正常建立對嬰幼兒生長發(fā)育及新陳代謝有著重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)，相較于陰道分娩的嬰幼兒，剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒會表現(xiàn)出類桿菌的低豐度以及厚壁菌門的高豐度[4]，并在出生后前3個月排泄出更多的丁酸鹽[15]，這些很可能與肥胖癥的發(fā)生有關。不僅僅是肥胖癥，諸如糖尿病等代謝性疾病在近些年的研究中也被逐漸揭示出與分娩方式之間存在著密切的聯(lián)系，但其中具體的機制仍有待探索。

相較于分娩方式與代謝性疾病發(fā)生的潛在聯(lián)系，剖宮產(chǎn)所造成的定植差異對嬰幼兒免疫系統(tǒng)有著更加顯著的影響。腸道微生物區(qū)系是免疫刺激最重要的來源，分娩方式所造成的腸道微生物區(qū)系初始定植差異，以及一些特殊菌種造成的關鍵代謝物的差異可能會影響個體的終身免疫力和對疾病的易感性[8，16]。

在陰道分娩的過程中，為了刺激前列腺素的合成來誘導子宮肌層收縮和宮頸成熟，子宮內(nèi)如白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、干擾素-γ(interferon-gamma,IFN-γ)等多種炎性細胞因子濃度升高，這些炎性細胞因子會激活胎兒免疫系統(tǒng)，導致新生兒血液循環(huán)中白細胞總數(shù)及與免疫相關的各種細胞因子增加[8]。與陰道分娩的新生兒相比，剖宮產(chǎn)分娩的新生兒缺失了上述宮內(nèi)炎癥反應的刺激，且腸道微生物區(qū)系多樣性較少、類桿菌延遲定植、雙歧桿菌和乳桿菌的定植受到影響，各種細胞因子的水平顯著降低。從菌種的角度來看，類桿菌一直以來被認為在免疫反應的成熟過程中起著重要作用，有研究表明，一些類桿菌如脆弱芽孢桿菌的表面多糖A會被Treg細胞中的Toll樣受體2(toll-like receptor2,TLR2)識別，并誘導IL-10和其他細胞因子的產(chǎn)生，影響輔助性T細胞1(T helper cell 1,Th1)/Th2平衡并促進免疫耐受[17]。在剖宮產(chǎn)嬰兒的血液中，與Th1相關的趨化因子配體10(CXC chemokine ligand10,CXCL10)和CXCL11水平較低，Th1反應減少，這意味著剖宮產(chǎn)所引起的腸道微生物區(qū)系差異，尤其是類桿菌的延遲定植可能會干擾Th細胞免疫調(diào)節(jié)的發(fā)展，造成Th1反應不足及對Th2介導的過敏的易感性[8，17-18]。另外，存在于革蘭氏陰性細菌外膜上的脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)可誘導TLR4和下游的核轉錄因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號的激活，腸道微生物尤其是類桿菌對于LPS預處理可避免其將要引起的感染[8，19]。同樣，乳桿菌和雙歧桿菌也被認為可以降低過敏性疾病的易感性。乳桿菌可以誘導IL-12和IFN-γ的產(chǎn)生，從而抑制免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)介導的過敏反應，而雙歧桿菌多樣性的增加與IgA應答的增加有關[20]。剖宮產(chǎn)所造成的低多樣性和低細菌密度可能會導致分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,SIgA)刺激功能減弱，SIgA可以選擇性調(diào)節(jié)腸道菌群，保持對共生菌的耐受性，限制病原體的生長，而剖宮產(chǎn)因此造成的低IgA應答可能會導致粘膜屏障功能降低[18，20]。并且與類桿菌相似，雙歧桿菌和乳桿菌也可以在Th1/Th2平衡中發(fā)揮作用，避免Th2介導的過敏性疾病的發(fā)生[18，21]。

雖然分娩方式引起的嬰幼兒腸道微生物定植的差異會隨著時間的推移逐漸消失，但這種差異造成的免疫學方面的影響可能會長期存在。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，雖然剖宮產(chǎn)分娩的小鼠在成年后與正常分娩的小鼠在腸道微生物區(qū)系中沒有明顯的差異，但剖宮產(chǎn)分娩的小鼠成年后仍然會表現(xiàn)出IL-10基因的表達較低，腸系膜淋巴結和脾臟中Foxp3+調(diào)節(jié)性T細胞和耐受性CD103+樹突狀細胞的比例較低[8]。

由此可見，分娩方式不僅僅會對嬰幼兒生長發(fā)育和新陳代謝產(chǎn)生影響，更重要的是其造成的一些菌種在種類和數(shù)量上的差異會干擾嬰幼兒免疫系統(tǒng)的正常發(fā)育，導致免疫受損和炎癥的風險增加。而且諸如雙歧桿菌、乳桿菌、類桿菌等的共生菌會通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸降低腸道內(nèi)的pH值來抑制病原體的定植，與陰道分娩的嬰幼兒相比，剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒會更容易被艱難梭菌、葡萄球菌等病原體定植，引起相關疾病[22]。因此，在生命早期時對剖宮產(chǎn)兒腸道微生物區(qū)系的定植建立進行恰當?shù)母深A和引導對嬰幼兒健康有著重要意義。

3 關于修復剖宮產(chǎn)導致的腸道微生物區(qū)系定植差異的嘗試

3.1 “陰道播種”實驗

考慮到剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒所表現(xiàn)出來的生命早期腸道微生物區(qū)系定植的差異主要是缺失與母體陰道微生物區(qū)系的接觸，那么就產(chǎn)生了一個有趣的問題：如果讓剖宮產(chǎn)分娩的新生兒在出生時就接觸到母體陰道微生物區(qū)系，能否彌補剖宮產(chǎn)所造成的影響？

Dominguez-Bello等[23]對此進行了相關實驗研究：在剖宮產(chǎn)手術前將無菌紗布在健康孕婦的陰道中放置1 h，充分收集母體陰道微生物，分娩后按照嘴唇、面部、胸部、手臂、腿部、生殖器、肛門區(qū)、背部的順序用紗布擦拭新生兒，并在出生后1、3、7、14、21和30天對新生兒及母親進行取樣，1個月后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)暴露在陰道分泌物中的剖宮產(chǎn)新生兒的微生物區(qū)系更接近陰道分娩的新生兒，并可觀測到乳桿菌在腸道內(nèi)的早期富集以及出生后第2周開始的類桿菌定植激增，而未暴露于陰道分泌物中的剖宮產(chǎn)新生兒則觀測不到這些現(xiàn)象。這說明通過將新生兒暴露在母體陰道微生物區(qū)系中，剖宮產(chǎn)分娩的新生兒的微生物區(qū)系可部分恢復到與陰道分娩的嬰兒相似的水平。然而由于樣本量較低(18例樣本中僅有4例樣本作為實驗組在出生時接觸了母體的陰道分泌物)，觀測時間較短(1個月)，且在實驗過程中發(fā)現(xiàn)暴露于陰道分泌物中的剖宮產(chǎn)新生兒的腸道微生物區(qū)系雖然較剖宮產(chǎn)新生兒更接近于陰道分娩的新生兒，但卻有逐漸接近剖宮產(chǎn)新生兒腸道微生物區(qū)系的趨勢。因此，仍然需要樣本量更大的隊列進行更為廣泛的縱向分析來證明這一實驗過程的安全性及是否能夠有效彌補剖宮產(chǎn)所引起的微生物定植差異。

3.2 母乳喂養(yǎng)

母乳一直以來被認為是嬰幼兒的完美營養(yǎng)食物，也是腸道共生菌和潛在益生菌的重要來源，并且母乳中含有免疫球蛋白、溶菌酶及乳鐵蛋白等因子，在生命早期腸道微生物區(qū)系的建立和免疫系統(tǒng)的發(fā)育中起著關鍵作用[24]。母乳喂養(yǎng)會將雙歧桿菌、乳桿菌、鏈球菌等垂直傳遞給嬰幼兒，并可通過母乳中高濃度的人乳低聚糖選擇性地促進以雙歧桿菌為主導的腸道微生物區(qū)系的建立[25-26]。在母乳喂養(yǎng)下，剖宮產(chǎn)分娩的嬰幼兒腸道微生物區(qū)系在4周時開始類似于陰道分娩的嬰幼兒，且這種相似性在接下來的時間里逐漸增強[27]。因此，母乳一直以來在眾多研究中被認為是促進腸道微生物區(qū)系建立、消除分娩方式引起的定植差異的主要原因[28]。但由于無法排除時間因素的影響，目前仍然缺乏強有力的實驗證據(jù)證明這一觀點。

3.3 益生菌干預

生命早期很多重要的免疫及代謝活動都是由一些特定的菌種所介導的，因此在生命早期給嬰幼兒補充特定的益生菌被認為是可以引導腸道微生物區(qū)系建立的一種措施。Yang W等[29]實驗發(fā)現(xiàn)，在出生后即向新生兒持續(xù)補充益生菌(雙歧桿菌和乳桿菌)，可以使剖宮產(chǎn)分娩的新生兒腸道中雙歧桿菌和乳桿菌的豐度增高，在出生后28天達到與陰道分娩的新生兒無明顯差異的腸道菌群。另外，Kallio等[30]關于高過敏風險人群的研究發(fā)現(xiàn)，在圍產(chǎn)期及出生后6個月用益生菌(鼠李糖乳桿菌GG、乳桿菌705、短雙歧桿菌Bb99和弗氏丙酸桿菌)進行縱向干預可以減少剖宮產(chǎn)兒過敏性疾病和濕疹的發(fā)生。不過有關通過益生菌修復剖宮產(chǎn)兒腸道微生物區(qū)系，以此來減少或避免相關疾病的研究依然在探索階段。運用哪些菌種、何時開始干預、使用的劑量、益生菌影響機體的機制以及是否會對機體造成其他不良影響等問題還有待進一步探索。

總而言之，生命早期腸道微生物區(qū)系的正常定植對于嬰幼兒早期生長發(fā)育有重要的維護作用。不同分娩方式對腸道微生物區(qū)系定植所造成的差異是極為顯著的，一些特殊的菌種在特定時期與機體免疫系統(tǒng)之間的相互作用可能影響一生。盡可能選擇陰道分娩及母乳喂養(yǎng)，在生命早期用適當?shù)囊嫔{(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系，可能對個體無論是嬰幼兒時期還是長遠一生都有著重要意義。