低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)研究進(jìn)展

郭 杉，劉瑞霞，陰赪宏

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100026；2.北京婦幼保健院中心實(shí)驗(yàn)室，北京 100026)

胎齡在28～37周的新生兒定義為早產(chǎn)兒。因胎齡小，出生體重低，易并發(fā)新生兒疾病，早產(chǎn)或低出生體重是我國部分地區(qū)2015年5歲以下兒童死亡主要原因[1]。早產(chǎn)兒胃腸道發(fā)育不成熟，腸道微生態(tài)在多樣性、結(jié)構(gòu)組成、代謝功能等各方面均與足月兒不同。腸道菌群在新生兒代謝、免疫系統(tǒng)建立等生理過程中發(fā)揮重要作用，腸道菌群失調(diào)與壞死性小腸結(jié)腸炎、晚發(fā)型敗血癥等多種新生兒疾病相關(guān)[2]。早產(chǎn)是低出生體重主要原因之一，極低出生體重兒壞死性小腸結(jié)腸炎發(fā)病率為5%～10%，死亡率高達(dá)25%[3]。闡明低出生體重早產(chǎn)兒腸道菌群定植影響因素及遠(yuǎn)期關(guān)聯(lián)有利于改進(jìn)現(xiàn)有干預(yù)措施，防治低出生體重早產(chǎn)兒新生兒疾病及生長發(fā)育遲緩。因此，本研究綜述了低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)的研究進(jìn)展。

1新生兒腸道菌群的建立

1.1產(chǎn)前

既往認(rèn)為，子宮宮腔內(nèi)為無菌狀態(tài)，新生兒腸道菌群在出生后開始定植[4]，即曾被廣泛接納的無菌宮腔假說。但新近研究表明，胎盤、羊水、胎糞中均存在微生物群落，其中大部分胎盤及羊水中的微生物源自母親口腔[5]，這表明胎兒在母體內(nèi)已開始接觸微生物環(huán)境，由此產(chǎn)生宮腔定植假說，即宮腔和胎盤是有菌的，胎兒的菌群定植在宮內(nèi)已開始。

一項(xiàng)納入486名中國孕婦的臨床研究分別收集剖宮產(chǎn)胎兒出生時(shí)的羊水、唾液、胎糞樣本及孕婦產(chǎn)后2天的唾液、陰道分泌物及糞便樣本進(jìn)行16s rRNA基因測序，發(fā)現(xiàn)無論腸道菌群豐度還是共現(xiàn)性，新生兒和孕婦均有相同的變化趨勢，且新生兒多部位菌群源自母親腸道。母嬰菌群傳遞也給新生兒帶來了潛在的危險(xiǎn)。患有妊娠期糖尿病的孕婦和胎兒腸道患病菌群趨于同質(zhì)化，可能導(dǎo)致胎兒代謝功能降低，疾病易感性增加[6]，提示懷孕時(shí)母親的身體健康狀況可影響自身腸道菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)而傳遞給胎兒，臨床上在孕期時(shí)密切關(guān)注孕婦的腸道菌群情況并做出調(diào)節(jié)可能有利于新生兒健康，未來需進(jìn)一步探討研究。

1.2產(chǎn)時(shí)產(chǎn)后

分娩時(shí)胎頭下降過程中，胎兒首先接觸到陰道菌群，陰道菌群在新生兒體內(nèi)定植后，消耗腸道內(nèi)氧氣，因腸道內(nèi)氧氣含量較低，腸桿菌、腸球菌、葡萄球菌、鏈球菌等兼性厭氧菌在腸道內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢[7]。

出生后，新生兒在吮吸母乳過程中接觸到母親的皮膚菌群，同時(shí)，母乳中特有的不同種類低聚糖，可抑制致病菌生長，使新生兒腸道環(huán)境更適合有益菌定植[8]。兼性厭氧菌的定植使腸道內(nèi)氧氣含量進(jìn)一步下降，為專性厭氧菌如雙歧桿菌、擬桿菌、梭菌等定植提供了條件。雙歧桿菌可促進(jìn)母乳中多聚糖代謝，在早期新生兒腸道菌群比例中占據(jù)優(yōu)勢。隨著輔食添加、固體食物引入，為了代謝復(fù)雜食物中含有的淀粉等成分，新生兒腸道菌群種類逐漸增多。從斷奶開始，新生兒腸道日趨成熟，腸道菌群組成逐漸與成人相同[9]。

2低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)特征及影響因素

2.1腸道微生態(tài)特征

孕周及出生體重是腸道微生態(tài)差異產(chǎn)生的最主要因素。與足月兒相比，低出生體重早產(chǎn)兒出生后早期雙歧桿菌等有益菌群定植較晚，α多樣性、β多樣性降低。在屬水平上，大量菌群豐度存在差異，具體表現(xiàn)為低出生體重早產(chǎn)兒共生、專性厭氧細(xì)菌普遍減少，而機(jī)會(huì)致病菌和兼性厭氧菌腸球菌、克雷伯菌、鏈球菌豐度較高[10]。分娩方式、喂養(yǎng)方式及治療手段在低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)的建立中亦發(fā)揮重要作用[11]。

2.2腸道微生態(tài)影響因素

2.2.1分娩方式

分娩方式是決定胎兒早期腸道菌群組成的最重要因素之一[12]。由于產(chǎn)婦合并妊娠期高血壓綜合征、胎盤功能不良、臍帶異常等高危因素，醫(yī)源性早產(chǎn)剖宮產(chǎn)率高達(dá)89.4%[13]，低出生體重早產(chǎn)兒達(dá)75.5%[14]。順產(chǎn)新生兒經(jīng)產(chǎn)道過程中，先后接觸母親的陰道、糞便及皮膚菌群；剖宮產(chǎn)新生兒只接觸母親皮膚和來自環(huán)境中的菌群。生后1周至1個(gè)月，順產(chǎn)胎兒擬桿菌屬豐度較高；剖宮產(chǎn)胎兒雙歧桿菌屬豐度較低，克雷伯菌屬、嗜血桿菌屬豐度較高[10]。生后1至3個(gè)月，菌群豐度差異逐漸變小，但順產(chǎn)胎兒腸道菌群中乳酸桿菌和雙歧桿菌仍占優(yōu)勢。順產(chǎn)胎兒和剖宮產(chǎn)胎兒在腸道菌群豐度及多樣性的差異可持續(xù)至3～5歲[15]。

2.2.2外界環(huán)境

出生后所處的環(huán)境條件是新生兒腸道微生態(tài)重要影響因素之一。低出生體重早產(chǎn)兒出生后即被轉(zhuǎn)入新生兒重癥監(jiān)護(hù)室(neonatal intensive care unit, NICU)，NICU中設(shè)備呼吸機(jī)、導(dǎo)管、聽診器、安撫奶嘴等表面存在鏈球菌、奈瑟菌、假單胞菌、葡萄球菌、腸桿菌等[16]。NICU的低出生體重早產(chǎn)兒糞便樣本測序分析發(fā)現(xiàn)克雷伯氏菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬豐度較高，且同一監(jiān)護(hù)室的新生兒腸道菌群間的差異隨住院時(shí)間增長而逐漸減小[17]。因此，探究醫(yī)院環(huán)境條件致病菌定植對(duì)低出生體重早產(chǎn)兒腸道菌群的影響，對(duì)防治壞死性小腸結(jié)腸炎、敗血癥等新生兒常見感染性疾病有重要臨床意義[18]。

2.2.3喂養(yǎng)方式

低出生體重早產(chǎn)兒出生后即與母親分開，在NICU使用配方奶粉喂養(yǎng)，足月兒生后多為母乳喂養(yǎng)。母乳喂養(yǎng)的新生兒，出生后數(shù)周腸道擬桿菌和雙歧桿菌豐度增高，腸桿菌屬和葡萄球菌屬豐度下降。母乳中含有人母乳低聚糖(human milk oligosaccharides, HMO)，HMO經(jīng)過雙歧桿菌代謝后產(chǎn)生乙酸，可降低腸腔內(nèi)部pH值，抑制病原菌的生長；HMO還可作為可溶性配體類似物與病原菌結(jié)合，阻止病原菌粘附于腸道上皮細(xì)胞的多糖蛋白復(fù)合物上而引起疾病[8]。盡管配方乳中已逐步添加益生菌等對(duì)早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)有益的組分，但與母乳喂養(yǎng)相比，配方乳喂養(yǎng)低出生體重早產(chǎn)兒腸桿菌目豐度顯著增高，梭菌和乳桿菌目豐度顯著降低[19]。

2.2.4抗生素使用

出生后即轉(zhuǎn)入NICU的低出生體重早產(chǎn)兒因預(yù)防或治療敗血癥等感染性疾病，抗生素應(yīng)用較為普遍。使用廣譜抗生素固然能降低早產(chǎn)兒感染性疾病的發(fā)病率及死亡率，但同時(shí)也影響早產(chǎn)兒早期腸道微生態(tài)的建立[20]。收集入組嬰兒生后1個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月、24個(gè)月時(shí)糞便樣本，測序發(fā)現(xiàn)抗生素組嬰兒腸道菌群中雙歧桿菌屬受影響最大，豐度始終偏低，種類偏少[21]。使用抗生素的早產(chǎn)兒腸道菌群多樣性降低，雙歧桿菌屬定植時(shí)間落后，耐藥菌群如克雷伯桿菌屬、埃希氏桿菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬豐度增加。隨著用藥時(shí)程增加，早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)多樣性下降更明顯，雙歧桿菌屬豐度恢復(fù)時(shí)間增長[20]。停止使用抗生素后，早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)至少需要2個(gè)月的時(shí)間來建立新的平衡[22]。

2.2.5呼吸支持

低出生體重早產(chǎn)兒由于出生時(shí)肺部發(fā)育成熟度不同，多采用無創(chuàng)或有創(chuàng)等氧療方式。氣道正壓呼吸支持可給新生兒原本缺氧的胃腸道帶來氧氣，胃腸道有氧環(huán)境更利于需氧菌和兼性厭氧菌的生長，使專性厭氧菌繁殖受阻[23]。氧療持續(xù)時(shí)間與新生兒腸道菌群組成密切相關(guān)，治療時(shí)間越長，新生兒腸道中需氧菌和兼性厭氧菌越占優(yōu)勢。專性厭氧菌粘附于腸黏膜上可加固腸黏膜屏障，抵抗病原菌的入侵。腸道中專性厭氧菌減少使腸道通透性增加，而早產(chǎn)兒院內(nèi)感染病原體多為兼性厭氧菌，可能損害早產(chǎn)兒腸道防御功能并增強(qiáng)院內(nèi)感染的發(fā)生[24]。同時(shí)，足月兒通過厭氧發(fā)酵代謝母乳或配方乳，而呼吸支持的早產(chǎn)兒因腸道中氧氣含量增高，腸道通過好氧分解代謝配方乳，影響能量供給、營養(yǎng)成分及生物活性物質(zhì)的合成，進(jìn)而影響生長發(fā)育[25]。

3低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)與遠(yuǎn)期關(guān)聯(lián)

3.1新生兒疾病

3.1.1新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎

新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis, NEC)的發(fā)病與低出生體重早產(chǎn)兒的腸道菌群特征相關(guān)。NEC表現(xiàn)為新生兒腹脹、便血、腸黏膜壞死，危及患兒生命。早產(chǎn)兒生后兩周，腸道中的產(chǎn)氣莢膜梭菌可能會(huì)導(dǎo)致NEC的發(fā)生[26]；腸道菌群中腸桿菌科占優(yōu)勢，也可能是NEC發(fā)生的原因之一[27]?；加蠳EC的新生兒腸道中普遍變形菌門豐度升高，厚壁菌門、擬桿菌門豐度降低[28]。變形菌門為革蘭氏陰性菌，富含脂多糖。脂多糖增多可使Toll樣受體4(toll-like receptor 4,TLR4)表達(dá)量升高，而早產(chǎn)兒免疫系統(tǒng)適應(yīng)性反應(yīng)尚未發(fā)展健全，增多的變形菌門通過TLR4使免疫系統(tǒng)反應(yīng)過度，引起腸道損傷壞死[29]。

3.1.2遲發(fā)型新生兒敗血癥

遲/晚發(fā)型新生兒敗血癥(late-onset neonatal sepsis, LONS)是新生兒出生后7～10天發(fā)生的嚴(yán)重感染性疾病，收集LONS患兒糞便樣本測序發(fā)現(xiàn)常見遲/晚發(fā)型敗血癥致病微生物來源于腸道，并非皮膚轉(zhuǎn)移，如克雷伯氏菌屬、大腸桿菌屬、鏈球菌屬、腸球菌屬等[30]。同時(shí)，LONS患兒腸道微生物多樣性降低，變形菌門及厚壁菌門豐度較高，雙歧桿菌屬豐度低[17]，與低出生體重早產(chǎn)兒腸道雙歧桿菌屬定植偏晚、機(jī)會(huì)致病菌豐度增高的特征一致。這些研究結(jié)果表明，早產(chǎn)兒早期腸道菌群穩(wěn)態(tài)對(duì)遏制LONS的發(fā)生極為重要。

3.2生長發(fā)育

生長發(fā)育指標(biāo)是衡量早產(chǎn)兒健康狀況的重要依據(jù)[31]。低出生體重早產(chǎn)兒住院期間配方乳無法完全模擬人類母乳成分，腸道發(fā)育不成熟，腸蠕動(dòng)異常，熱量吸收不足，均導(dǎo)致超過一半的早產(chǎn)兒在出院后生長發(fā)育持續(xù)落后[11]。而大多數(shù)低出生體重早產(chǎn)兒在NICU中使用過抗生素，相比于未接觸過抗生素的兒童，生后14天內(nèi)接受抗生素治療的男童在6歲前身高、體重普遍偏低。將經(jīng)抗生素治療組嬰兒的糞便菌群移植給無菌小鼠后，相比于無抗生素移植組，抗生素治療組菌群移植雄性小鼠生長速度變慢，這表明早期應(yīng)用抗生素可能通過腸道菌群影響兒童的身高及體重增長。

3.3神經(jīng)發(fā)育

低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)并未建立[32]，腸腦軸紊亂，影響胎兒遠(yuǎn)期神經(jīng)發(fā)育，表現(xiàn)為認(rèn)知能力偏低等[33]。孕晚期是胎兒大腦發(fā)育成熟關(guān)鍵期，在此階段，胎兒大腦皮質(zhì)灰質(zhì)已成熟，白質(zhì)軸突、膠質(zhì)細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)胞之間的復(fù)雜連接將逐步構(gòu)建[34]，因此相比于足月兒，早產(chǎn)兒早期神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不足。頭圍追趕生長與兒童早期建立良好的認(rèn)知能力及行為表現(xiàn)相關(guān)。出生后糾正胎齡6個(gè)月內(nèi)頭圍追趕生長至正常范圍的早產(chǎn)兒腸道菌群內(nèi)沙門氏菌、黃桿菌屬、伯克氏菌屬豐度較高，而在糾正胎齡6個(gè)月后頭圍追趕生長至正常范圍的早產(chǎn)兒腸道菌群中普氏菌屬、水棲菌屬、慢生根瘤菌屬及不動(dòng)桿菌屬占優(yōu)勢。功能預(yù)測表明，糾正胎齡6個(gè)月內(nèi)頭圍追趕生長至正常范圍的早產(chǎn)兒腸道菌群中轉(zhuǎn)運(yùn)體(如ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體)相關(guān)基因表達(dá)增高，具體通路及影響機(jī)制需更多的研究進(jìn)一步闡明[35]。

4低出生體重早產(chǎn)兒腸道微生態(tài)干預(yù)措施

4.1益生菌

益生菌主要成分為足月兒腸道中占主導(dǎo)地位的雙歧桿菌屬。益生菌干預(yù)低出生體重兒腸道菌群組成更加穩(wěn)定，脂肪酸生物合成通路、淀粉、糖類、脂肪酸、酪氨酸、過氧化物酶體、丁酸甲酯的代謝通路表達(dá)顯著增高；無益生菌組中，腸道菌群的脂多糖生物合成及感染定植相關(guān)的代謝通路表達(dá)較高[36]。合理應(yīng)用益生菌制劑是否利于低出生體重早產(chǎn)兒后期的生長發(fā)育，是后續(xù)值得探討的研究問題。

4.2益生元

益生元是通過發(fā)酵作用改善腸道菌群組成并有利于宿主健康的生物制劑。早期使用益生元制劑可有效降低低出生體重兒感染發(fā)生率、死亡率，縮短住院時(shí)間及較早達(dá)到完全腸內(nèi)營養(yǎng)[37]。益生元的主要成分之一HMO，目前已被添加到配方奶粉中。但需注意的是，隨著母乳分泌時(shí)間的變化，HMO的種類及分泌量也在改變，配方奶粉的益生元添加也需在成分上做出相應(yīng)的改變，以更好地調(diào)節(jié)嬰兒的腸道菌群[8]。

4.3糞菌移植

一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，研究人員將提取的7位母親的糞便菌群分別摻在母乳中，在剖宮產(chǎn)嬰兒出生后第一次母乳喂養(yǎng)的過程中喂給各自的孩子。干預(yù)3個(gè)月后收集嬰兒糞便樣本測序發(fā)現(xiàn)，7名嬰兒中有6名腸道菌群擬桿菌群屬和雙歧桿菌屬豐度增高，為優(yōu)勢菌群，腸道菌群結(jié)構(gòu)與順產(chǎn)嬰兒更為相似；而未接受糞菌移植的剖宮產(chǎn)嬰兒乳桿菌目、梭菌目、腸桿菌目細(xì)菌及條件致病菌總相對(duì)豐度較高[38]。糞菌移植手段作為大膽的嘗試，其安全性、有效性后續(xù)仍需要大規(guī)模的臨床研究來進(jìn)行驗(yàn)證。

低出生體重早產(chǎn)兒腸道菌群微生態(tài)與足月兒不同，且影響追趕生長及神經(jīng)發(fā)育。雖然已有諸多手段以期建立與足月兒相似的腸道菌群結(jié)構(gòu)，但其對(duì)遠(yuǎn)期生長發(fā)育改善仍是需要研究的科學(xué)問題；低出生體重早產(chǎn)兒腸道菌群影響生長發(fā)育的具體分子機(jī)制，也尚未闡明。未來希望研究者們不斷嘗試，通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)改善低出生體重早產(chǎn)兒的預(yù)后，降低死亡率，給社會(huì)帶來更高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。