母體微生物群對妊娠并發(fā)癥及子代發(fā)育的影響

徐 影，刁飛揚

南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學中心，江蘇 南京 210029

人體微生物群指存在于人體內(nèi)外環(huán)境中所有微生物的集合，包括細菌、病毒、真菌和古細菌，數(shù)量是人體細胞的10 倍，對維持人體健康具有重要意義［1］。過去對于微生物的研究囿于培養(yǎng)技術(shù)的局限性，一定程度低估了微生物對健康和疾病的影響。高通量測序技術(shù)，特別是16S rRNA 擴增子測序技術(shù)的發(fā)展和成熟，極大地促進了人類對微生物群更全面與深入的了解［2］。2007年美國國立衛(wèi)生院（NIH）啟動的人類微生物組計劃（Human Microbiome Project，HMP），致力描繪了健康人體皮膚、口腔、鼻腔、腸道和泌尿生殖道等部位的微生物全景圖［3］。2013 年啟動的第二階段（iHMP）則聯(lián)合多組學聚焦微生物與人類重要疾病之間的關(guān)系，早產(chǎn)、糖尿病前期和炎癥性腸病與微生物的研究數(shù)據(jù)為其他疾病的研究提供了有益的思考［4-6］。

健康狀態(tài)下的子宮腔曾被認為是無菌的［7］，而16S測序技術(shù)提供的證據(jù)則提示上生殖道存在微生物定植，且從陰道到盆腔呈現(xiàn)連續(xù)、逐漸擴展、乳桿菌所占比例逐漸下降的分布特征［8］。最新的動物實驗發(fā)現(xiàn)陰道和子宮腔微生物群之間存在趨同性，陰道微生物群的擾動能引發(fā)宮腔微生物群相同的變化趨勢，陰道定植乳桿菌可以降低宮腔促炎因子的表達水平［9］。腸道擁有豐富的微生物群落，參與營養(yǎng)代謝、免疫調(diào)節(jié)及抵御病原體等維持人體健康狀態(tài)的重要機體功能。研究表明腸道微生物群的變化與肥胖、糖尿病和自閉癥譜系障礙等疾病密切相關(guān)［10］。目前多項研究表明女性生殖道和腸道微生物群是孕期健康的重要影響因素，母體微生物群還可以通過影響胎兒和嬰兒微生物群對子代生長發(fā)育起到重要作用。

本文選擇女性生殖道和腸道微生物群與妊娠并發(fā)癥及子代發(fā)育的相關(guān)研究進行綜述，以期為將來相關(guān)研究提供新視角、新思路。

1 母體微生物群與妊娠并發(fā)癥

妊娠全過程伴隨著內(nèi)分泌、代謝和免疫等多方面的劇烈變化，對母體健康和胎兒正常發(fā)育影響深遠，越來越多的證據(jù)提示微生物群在其中也發(fā)揮著不易覺察的重要作用。

1.1 母體微生物群與妊娠期糖尿病

妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GDM）女性與健康妊娠期女性相比，腸道微生物的組成特征和孕期動態(tài)變化均存在顯著差異。

健康女性妊娠早期和中期腸道微生物群中厚壁菌門和類桿菌門占優(yōu)勢，妊娠晚期變形菌門和放線菌門的豐度顯著升高。GDM 女性的腸道微生物群α多樣性降低，組成特征表現(xiàn)為厚壁菌門/類桿菌門比值升高、革蘭氏陰性菌豐度增加，產(chǎn)短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）和芳香族氨基酸的微生物豐度減少［11-12］。

健康女性腸道微生物群的多樣性、豐度隨著孕周增加呈現(xiàn)動態(tài)變化，妊娠早期與中期相比，布勞特氏菌屬、羅氏菌屬和嗜膽菌屬豐度較低，類桿菌屬和不動桿菌屬豐度較高，且與隨著妊娠進展胰島素抵抗增加的趨勢一致。然而GDM 女性從妊娠早期到中期腸道微生物的動態(tài)變化明顯減少，因此推測腸道菌群缺乏正常的動態(tài)變化可能是GDM 的發(fā)病機制之一［12］。

Crusell 等［13］發(fā)現(xiàn)校正孕前體重指數(shù)后，腸道菌群豐度在GDM 組女性與血糖正常女性之間存在顯著差異，前者柯林斯菌屬、羅氏菌屬和脫硫弧菌屬豐度更高。如果GDM 女性腸道內(nèi)柯林斯菌在產(chǎn)后8個月仍維持較高豐度，將會增加其發(fā)展為2型糖尿病的風險。

GDM還是妊娠合并巨大兒的高危因素，研究表明巨大兒的胎盤微生物群中變形桿菌、類桿菌、厚壁菌和放線菌的豐度均高于出生體重正常的新生兒［14］，提示母體微生物群在妊娠期糖尿病和巨大兒發(fā)病機制中的可能作用。

1.2 母體微生物群與早產(chǎn)

早產(chǎn)常見的病因是泌尿生殖道、口腔和腸道等部位的致病菌，通過血液傳播、直接遷移等途徑感染胎膜、胎盤和子宮腔［15］。母體生殖道和腸道微生物群失去健康穩(wěn)態(tài)也是早產(chǎn)的重要發(fā)病機制之一。

健康妊娠女性孕期的陰道微生物群α多樣性和豐度低于非孕期，乳桿菌占優(yōu)勢并保持穩(wěn)定［15-16］。Fettweis 等［4］發(fā)現(xiàn)自發(fā)性早產(chǎn)女性的陰道微生物群多樣性增加，卷曲乳桿菌豐度顯著降低，細菌性陰道病相關(guān)細菌1型、普雷沃菌、斯尼斯氏菌和細菌性陰道病相關(guān)細菌TM7-H1豐度增加，此4類微生物或可成為預測早產(chǎn)的標志物。

Aagaard 等［17］對320 例胎盤進行16S rRNA 測序發(fā)現(xiàn)，胎盤中含有與早產(chǎn)有關(guān)的非致病性共生微生物群，包括厚壁菌門、軟壁菌門、變形菌門、類桿菌門和梭桿菌門，其豐度低但代謝功能活躍。但de Goffau 等［18］認為正常情況下人類胎盤不存在微生物群，部分標本是在分娩或手術(shù)過程中受到污染，與早產(chǎn)或先兆子癇沒有明顯關(guān)聯(lián)。因此胎盤是否存在微生物定植、胎盤部位微生物的來源仍是研究的熱點，曾有學者發(fā)現(xiàn)小鼠口腔微生物經(jīng)由血源性途徑傳播到胎盤定植，可以引起宮內(nèi)感染而導致早產(chǎn)［19］。

腸道微生物群與早產(chǎn)關(guān)系的研究最早見于2011 年挪威的一項前瞻性母嬰隊列研究。該研究發(fā)現(xiàn)口服益生菌酸奶的女性，自發(fā)性早產(chǎn)的發(fā)生率顯著降低，孕周延長［20］。研究表明早產(chǎn)女性腸道微生物群的α多樣性較足月分娩女性降低，雙歧桿菌、鏈球菌以及梭狀芽孢桿菌豐度減少。雙歧桿菌的抗炎特性能抑制脂多糖誘導的核轉(zhuǎn)錄因子-κB激活及白細胞介素（interleukin，IL）-8和環(huán)氧化酶-2的產(chǎn)生，所以雙歧桿菌減少可能會增加感染導致的早產(chǎn)的易感性［21-22］?？诜p歧桿菌是否可以預防早產(chǎn)值得進一步研究。

1.3 母體微生物群與子癇前期

子癇前期（preeclampsia，PE）是一種嚴重影響母嬰健康的妊娠并發(fā)癥，病因包括子宮螺旋小動脈重鑄不足、炎癥免疫過度激活和血管內(nèi)皮細胞受損等。既往研究顯示，高血壓患者的腸道微生物失調(diào)導致短鏈脂肪酸合成減少，而短鏈脂肪酸可以直接擴張血管或與G 蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合調(diào)節(jié)血壓，提示腸道微生物異?？赡茉黾优园l(fā)生PE的風險［23］。

研究顯示，PE 女性腸道微生物群的α多樣性較血壓正常女性顯著降低，特別是梭桿菌和小類桿菌等厭氧菌豐度顯著升高。為小鼠分別定植PE 女性和血壓正常女性糞菌，發(fā)現(xiàn)定植PE女性糞菌組小鼠妊娠后血壓、尿蛋白明顯升高，胎盤組織形態(tài)異常。實驗觀察到PE 女性糞菌定植組小鼠出現(xiàn)腸道免疫失調(diào)，調(diào)節(jié)性T 細胞（Treg）/輔助性T-17 細胞（Th17）減少；腸道屏障功能受損，導致腸道內(nèi)脂多糖水平上升，血漿內(nèi)毒素和氧化三甲胺水平升高，腸道細菌移位到胎盤，提示了“腸道—胎盤”軸的存在可能［24-25］。

2 母體微生物群與子代發(fā)育

既往研究提示母體腸道和生殖道微生物群不但在妊娠并發(fā)癥發(fā)病機制中扮演著重要角色，母體微生物組還可以垂直傳遞給子代，是子代代謝、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育過程中的重要影響因素之一。了解生命早期微生物的獲得和演替對子代疾病的預防和治療具有重要意義。

2.1 子代母源微生物群的獲得

2.1.1 母胎界面微生物群

母胎界面是否無菌仍然未取得共識，胎兒獲得第一批微生物群的確切時間存在爭議。2014 年Aagaard 等［17］的研究結(jié)果首次挑戰(zhàn)胎盤無菌的傳統(tǒng)觀念；但隨后一項研究使用定量PCR 和Illumina 測序方法比較了污染對照和胎盤樣本，表明兩組樣本間16S rRNA拷貝數(shù)低且難以區(qū)分，PERMANOVA分析也未顯示兩組微生物群落不同［18，26］。也有研究者認為人類羊水、羊膜和臍帶血中的確存在微生物群，羊水含有鏈球菌屬和核梭桿菌，臍帶血中包含腸球菌、鏈球菌、葡萄球菌和丙酸桿菌，推測其可能為母體口腔來源［27-28］。

2.1.2 分娩時和嬰兒期

分娩時嬰兒獲得性微生物群來源于母親的不同身體部位。一項意大利的母嬰隊列研究顯示，嬰兒腸道中50.7%的微生物是分娩時分別從母親的腸道（22.1%）、陰道（16.3%）、口腔（7.2%）和皮膚（5.0%）獲得的，主要為放線桿菌和類桿菌［29］。

分娩時嬰兒獲得性微生物群來源還受出生方式的影響。經(jīng)陰道分娩的嬰兒的皮膚、口腔、鼻腔和腸道微生物群與母親陰道微生物群相似，富含乳桿菌；而剖宮產(chǎn)嬰兒全部身體部位的微生物群與母親皮膚和環(huán)境微生物相似，包括葡萄球菌、鏈球菌和丙酸桿菌［30］。不同分娩方式造成的嬰兒腸道微生物群差異可以持續(xù)到4 歲，但隨著年齡的增長其差異逐漸減小［31］。也有研究認為其影響到出生后6周即告消退［32］。

母乳喂養(yǎng)是嬰兒期獲得母體微生物群的一條重要通路，約25%～30%的嬰兒微生物群來自母乳［33］。每800 mL 母乳中含有高達1×107個細菌細胞，包括葡萄球菌、鏈球菌、雙歧桿菌和乳桿菌。除了垂直傳播外，母體腸道內(nèi)的雙歧桿菌和乳桿菌可以經(jīng)由母乳進入胎兒腸道，因此母乳喂養(yǎng)的嬰兒體內(nèi)雙歧桿菌和乳桿菌更加豐富，短鏈脂肪酸更多，腸道pH 值更低，是嬰兒抵御病原菌的重要保護機制之一［33-34］。

2.1.3 其他可能影響因素

越來越多的證據(jù)表明，剖宮產(chǎn)、早產(chǎn)和其他高危情況預防性使用抗生素會影響嬰兒早期微生物群。同為足月順產(chǎn)，產(chǎn)程中接受預防性抗生素治療的嬰兒腸道微生物群較未使用抗生素者α多樣性降低。出生后抗生素的使用可能破壞新生兒微生物群的脆弱生態(tài)，持續(xù)使用會增加2 型糖尿病和炎癥性腸病等疾病的罹患風險［16，34］。有研究顯示早產(chǎn)兒腸道細菌種類較足月兒減少10 倍，兼性厭氧菌增加，免疫系統(tǒng)成熟時間延遲，這些差異是由胎齡、抗生素使用和母乳微生物等多種因素共同作用導致的［35］。

人類輔助生殖技術(shù)（assisted reproductive technology，ART）中復雜的藥物使用是否影響母體微生物群和子代發(fā)育也有零星報道。對接受ART 治療的繼發(fā)不孕女性，在月經(jīng)前3 d 和應用控制性卵巢刺激藥物后采集陰道分泌物，結(jié)果顯示兩組陰道微生物群α、β多樣性、在門和屬水平上物種相對豐度無明顯差異，作者認為促排卵藥物對陰道微生物群無明顯影響［36］。Lu 等［37］對ART 助孕和自然受孕出生的新生兒腸道微生物群進行比較，發(fā)現(xiàn)ART組新生兒胎糞的α多樣性顯著低于自然受孕組，豐度依次為變形菌門、厚壁菌門，自然受孕組則與之相反。ART組類桿菌豐度低于自然妊娠組，且其豐度與胚胎移植后黃體支持使用陰道栓劑呈正相關(guān)，與使用促性腺激素釋放激素拮抗劑促排卵方案、扳機日高雌二醇水平呈負相關(guān)。無論何種受孕方式，腸道微生物群多樣性降低和類桿菌相對豐度的下降都與出生后42 d 內(nèi)嬰兒體重的快速增長相關(guān)。該研究提示ART 技術(shù)通過微生物群對母嬰健康的影響值得進一步研究。

2.2 母體微生物群與子代發(fā)育

2.2.1 母體微生物群與子代代謝功能

雖然代謝性疾病的宮內(nèi)起源已經(jīng)引起廣泛的重視，但對母體腸道微生物調(diào)控胚胎階段能量代謝的機制知之甚少。Kimura 等［38］研究表明孕鼠腸道微生物群可以通過SCFA 激活其胚胎的SCFA 受體GPR41 和GPR43，從而促進交感神經(jīng)元、腸內(nèi)分泌細胞和胰腺β細胞分化，調(diào)控胚胎的能量代謝。與無特定病原菌小鼠子代相比，無菌小鼠子代血漿內(nèi)SCFA、胃腸激素肽YY 和胰高血糖素樣肽-1 水平顯著降低，皮下白色脂肪組織、肝臟重量增加，血糖、甘油三酯和總膽固醇水平顯著升高，提示母體正常腸道微生物的缺失使得子代對代謝綜合征具有更高的易感性。

Wang等［39］發(fā)現(xiàn)GDM 母體和新生兒的腸道微生物群變化趨勢相同，即與GDM相關(guān)的微生物變化具有代際一致性，其α多樣性低于妊娠期血糖正常孕婦及其新生兒。此外，GDM組新生兒腸道微生物群的均勻度、豐富度顯著降低，提示獲得母體微生物群的代謝功能受損。還有研究者發(fā)現(xiàn)，相較于健康對照組，GDM 組新生兒胎糞代謝物中甘油磷酰膽堿、甘膽酸和鼠李糖豐度顯著降低，核黃素和?；撬嶝S度增加，這5種代謝物在GDM母體血清與胎糞中變化趨勢一致。其中甘油磷酰膽堿與脂質(zhì)代謝有關(guān)，而甘膽酸與脂質(zhì)的消化和吸收有關(guān)，這一結(jié)果表明GDM 母體可能通過微生物及其代謝物影響新生兒體內(nèi)微生物分布和功能，進而導致子代的代謝功能異常，對新生兒的營養(yǎng)吸收產(chǎn)生不利影響，甚至影響子代后期生長發(fā)育［40］。

2.2.2 母體微生物群與子代免疫系統(tǒng)發(fā)育

獲得性母源微生物群對子代免疫系統(tǒng)的發(fā)育具有重要作用。人類新生兒的先天免疫系統(tǒng)趨向Th2型，但腸道微生物失調(diào)可導致免疫系統(tǒng)趨向Th1為主的促炎狀態(tài)，分泌IL-12 和干擾素（interferon，IFN）-γ，擾亂正常的免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，導致炎癥性腸病、過敏和自身免疫性疾病等長期問題［34］。動物實驗證明，在分娩過程中胎鼠獲得的母源微生物群促進其腸道上皮細胞激活，獲得免疫耐受，這一過程對先天性免疫識別及胎鼠腸道微生物維持穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要［41］。GDM 母親的新生兒微生物群與母體具有共同的缺陷，其胎糞中皰疹病毒、水痘病毒、腺病毒和乳頭瘤病毒豐度高于對照組，提示腸道微生物異?？稍黾有律鷥航佑|病毒后的易感性［39］。

母乳不僅為嬰兒提供必要的營養(yǎng)，也是嬰兒與母體微生物交流的重要途徑，母乳中的微生物可以改善嬰幼兒營養(yǎng)物質(zhì)的代謝和吸收，促進免疫系統(tǒng)、腸道屏障和腸-腦軸的發(fā)育［16］。這一過程可能是通過免疫球蛋白（Ig）A、乳鐵蛋白、溶菌酶、抗菌肽和低聚糖等介導的。益生菌有利于有益微生物生存，越來越多的嬰兒配方奶中添加益生菌，但仍缺乏支持其有效性的數(shù)據(jù)［34］。

2.2.3 母體微生物群與子代神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育

既往研究發(fā)現(xiàn)微生物群可以調(diào)控大腦發(fā)育和行為?？股厍鍜咝∈蠹盁o菌小鼠的大腦發(fā)育和神經(jīng)行為均異于正常小鼠，且部分異常不能在成年后通過治療糾正，說明孕鼠微生物環(huán)境對胎鼠的大腦和神經(jīng)發(fā)育至關(guān)重要。研究顯示與無特定病原體小鼠相比，抗生素清掃小鼠及無菌小鼠的胎鼠大腦中與軸突發(fā)生相關(guān)的基因表達降低、皮質(zhì)軸突數(shù)量和長度減少。孕早期和中期母鼠腸道微生物群的缺乏與子代觸覺反應障礙有關(guān)?？股厍鍜吣甘笤诙ㄖ菜鬆钛堪麠U菌后胎鼠大腦中代謝物氧化三甲胺和咪唑丙酸水平升高，可減輕軸突發(fā)生缺陷并改善后代觸覺感覺行為，提示母體微生物群可通過其代謝物促進胎兒丘腦皮質(zhì)軸突的發(fā)生［42］。

Sangdoo 等［43］研究還發(fā)現(xiàn)母體腸道菌群與子代自閉癥譜系障礙有關(guān)。小腸中含有分節(jié)絲狀菌的母鼠注射聚肌胞苷酸poly（I∶C）可激活腸道中的CD4+T 細胞和CD103+CD11b+CD11c+樹突狀細胞，通過分泌炎性細胞因子IL-1β、IL-6 和IL-23 刺激Th17產(chǎn)生IL-17a，母鼠血漿中IL-17a水平異常升高可引起胎兒與母體免疫激活相關(guān)的行為和神經(jīng)發(fā)育異常。

3 小結(jié)與展望

人體微生物群的研究日益受到關(guān)注和熱議，但女性生殖道、腸道微生物群失調(diào)與妊娠并發(fā)癥和子代發(fā)育之間因果關(guān)系尚待確立，母嬰垂直傳播早期微生物群的確切來源、時間、影響和傳播方式仍待闡明。發(fā)現(xiàn)可對妊娠期糖尿病、早產(chǎn)和子癇前期等妊娠并發(fā)癥進行早期診斷的微生物群標志物，進而通過調(diào)控母體微生物群降低妊娠并發(fā)癥的發(fā)病率、促進子代健康發(fā)育，仍存在眾多未知和巨大挑戰(zhàn)。對這些問題的深入研究和解答將為母嬰健康服務者提供新策略和新方案。