Nature！胎兒到底有沒有細菌？

引言

人類腸道微生物最初來源於哪裡？一些科學家找到一些證據顯示胎盤中或含有細菌，這意味著打破了科學界一直以來認為的胎兒生長於無菌環境的傳統觀點，最新一期權威期刊《Nature 》發表了一篇新聞報道，把科學界的關於胎兒有菌無菌的爭議展示給大眾。

一直以來，科學界都認為胎兒是無菌的！

然而，一些科學家可能已經找到一些證據顯示，人類胎盤可能含有細菌，這意味著胎兒並非是在一各絕對無菌的環境中生長。

然而，圍繞著胎兒有菌無菌的話題在科學界一直具有巨大的爭議。如今，隨著人類腸道微生物研究的持續火爆，關於胎兒有無細菌以及嬰兒最初的細菌到底來源於哪裡的爭論再現。

最新一期《Nature》用新聞報道的形式向大家介紹了科學界相關的爭議，主要報道有下面幾點：

1.科學界一直認為胎兒在母體內是處於無菌環境中，而近期研究表明人體的初始菌群定殖可能發生在出生前；

2. 2014年Aagaard等人從320名女性的胎盤內部取樣，在嚴格無菌和實驗對照下，通過基因測序在部分胎盤中檢測出細菌DNA；

3.其他研究也有類似報導，有些研究表明在羊水和胎便中也存在細菌，也有動物實驗支持胎兒在母體內獲得菌群的假說；

4. 然而爭議尚存，最主要的一點是實驗過程中是否存在細菌及其DNA的污染，相關研究仍在進行。

（上面四條內容摘錄自熱心腸日報）

轉化醫學平台現將原文原創編譯如下：

受孕後不久，人類胚胎便開始形成對其生存至關重要的器官。胎盤既是生命線又是監護人：它將母親的血液中的氧氣，營養素和免疫分子運送到她正在發育的胎兒身上，但它同時也是防止感染的屏障。一個多世紀以來，醫生們一直都認為胎盤通常情況下是無菌的。

然而，從2011年左右開始，Indira Mysorekar開始質疑這個看法。 她和她的同事們從密蘇里州聖路易斯一家醫院分娩婦女獲得近200個胎盤樣品。當研究人員在顯微鏡下檢查樣品時，他們發現近三分之一的胎盤有細菌【1】。「他們（細菌）實際上是在細胞內」，華盛頓大學的微生物學家Mysorekar說。

細菌通常預示著感染，而感染是早產的常見原因。但是Mysorekar觀察到的細菌似乎不是病原體，她沒有看到細菌周邊有任何免疫細胞，也沒有觀察到炎症跡象。細菌不僅僅存在於早產婦女的胎盤中，Mysorekar還從正常、健康懷孕婦女的樣本中找到了它們。她說：「這是我們的第一個線索，這可能是一個正常的微生物群。」

尋求理解微生物如何幫助塑造人類健康和發育的研究在過去幾十年中變得非常流行，其中一些研究人員則關心一個至關重要的問題，即什麼時候細菌第一次在人體中定居。研究者們一直沒有獲得答案。醫生們曾經認為，胎兒第一次接觸到細菌應該是發生在產道中。臨床醫生們甚至希望看到剖腹產出生的嬰兒是否可以從其母親的陰道微生物中獲益。但是Mysorekar和其他科學家已經在胎盤、羊水和胎糞（胎兒在宮內形成了焦油狀的糞便）中發現了細菌的證據。這讓一些研究人員意識到微生物在胎兒出生前就可能存在了。

如果這是真的，那麼，細菌可能是正常懷孕的一部分，它們對塑造免疫系統的發育可能具有關鍵作用。科學家可能會找到方法來改變子宮內的微生物組成，並可能抵禦過敏，哮喘和其他疾病。他們也許能夠發現懷孕期間與早產或其他併發症相關的微生物譜，這可能有助於闡明其發生的原因。

處於這些發現前沿的科學家們認為，一個無菌子宮的教條正在消失。也許人類以及其他物種比如蛤蜊，采采蠅和海龜等物種，在他們出生之前就可以繼承母體的微生物【2】。加州大學舊金山分校的微生物學家Susan Lynch說：「如果我們沒有子宮內的微生物，我認為我們將是唯一一個沒有受到審訊的物種。」

但是，即使支持這個想法的論文數量不斷增加，一些科學家也在猶豫。加拿大阿爾伯塔大學（University of Alberta）的微生物學家Jens Walter說：「我不認為這些微生物存在。在有些人看到一個有趣的新的研究之時，另一些人則看到了生物的難以置信，馬虎的科學和長期困擾著微生物研究的幽靈-污染」。

現在，一項研究正在進行，可以一勞永逸地回答這個問題。

一位兒科醫生將胎盤微生物群體的爭論比作科學的「刀子戰」。但是，如果確實存在胎兒微生物組，那麼不僅對醫學，而且對基礎生物學都有深遠的影響。「如果我們開始考慮胎盤作為母胎通訊的渠道，而不是障礙，那麼，那麼我認為我們就如何解釋了許多發育生物學的問題開闢了非常有趣的觀點。」德克薩斯州休斯敦貝勒醫學院的產科醫生Kjersti Aagaard說道。

探查胎盤

無菌子宮的教條可追溯到法國兒科醫生亨利·蒂西耶（Henry Tissier），他在二十世紀初研究了嬰兒第一個細菌的來源。然而，研究人員在三十多年前就開始漸漸發現一些與無菌子宮相違背的證據。但是直到2014年，胎盤可能擁有一個完全成熟的微生物群的想法並沒有得到太多關注，當時由Aagaard領導的一個研究小組發現了胎盤組織中的細菌DNA【3】。

正在從事人類微生物項目的Aagaard注意到一些奇怪的事情。傳統觀點認為，嬰兒應該是從產道中獲得細菌，然後這些細菌發育成嬰兒的微生物組，然而，她發現孕婦陰道中的細菌和嬰兒出生後第一周的細菌並不匹配。因此，她認為，如果微生物菌群在嬰兒出生前就已經存在，這可能是有道理的。

Aagaard認為，如果母親將細菌傳給子宮內的嬰兒，那麼，可能會有證據表明這種轉移是發生在胎盤之中。因此，她們進行了調查研究，她和她的小組在無菌條件下收集了320名婦女的胎盤的一小部分組織，這些胎盤包括一些早產的孕婦和一些在懷孕期間感染的婦女的胎盤。由於細菌難以培養，因此，他們使用基因測序來檢測細菌。他們在一個小時內，在無菌室內對胎盤進行活組織檢查，切除表面以避免污染，並將這些樣本放入小瓶中。他們還分析了空瓶中的物質，以排除環境或DNA提取試劑的污染。

當然，不是每個胎盤都能夠被檢測出含有細菌DNA，但是，很多胎盤都能夠檢測出。為了更深入地了解這些微生物的功能，研究人員對一部分樣品進行了全基因組測序。在大多數情況下，他們發現由大腸桿菌和其他幾個菌群佔主要。當他們比較胎盤的細菌DNA與身體其他部位的細菌DNA時，結果與口腔中發現的微生物種類最為匹配。口腔細菌如何進入胎盤尚不清楚，但有一種可能性是，它們通過血液循環進入胎盤。即使是常規的牙刷也可以讓細菌進入血液。更重要的是，經歷過早產或早期感染的婦女的微生物標誌似乎不同。醫生們認為，胎盤中細菌的存在只是感染信號，但對於Aagaard而言，似乎清楚哪些細菌存在比它們是否存在更為重要。

這篇論文在大眾媒體上引起了轟動，但批評者認為Aagaard是做事過了頭了。德國亞琛工業大學醫學微生物學研究所主任Mathias Hornef說：「DNA不是細菌」，他說，「DNA可以用來表徵微生物，但不能確定它的存在。」

然而，Aagaard的調查結果並不是孤立的事件。其他幾個組織在胎盤中也發現了細菌DNA。 例如，Mysorekar在胎盤中看到細胞內部的細菌結構。而在2016年，芬蘭的一個小組設法從健康懷孕婦女的胎盤組織培養細菌【4】。

研究人員還發現了存在於羊水中的細菌【4,5】，這讓他們懷疑胎兒是否會偶爾攝取微生物當他吞下一些液體的時候。另一些研究人員，包括蓋恩斯維爾佛羅里達大學的新生兒學家約瑟夫·諾伊（Josef Neu），在胎糞中鑒定出了細菌DNA【6】，這一發現表明胎兒的腸道本身在出生前可能含有細菌。一部分這些DNA可能來自羊水。結果還顯示，早產兒糞便中的微生物與足月兒出生的微生物不同。

Josef Neu假設某些細菌菌株可能會促使胎兒的胃腸道產生可能引發早期分娩的炎性蛋白質。事實上，一些研究【7】顯示早產兒的羊水確實含有更多的這類炎性蛋白質。他說，這種聯繫並不能證明什麼，但它確實提供了「一些有趣的難題」。「胎兒-母體微生物群至少部分解釋了一些早產案例。」

Lynch的小組是幾個能夠從胎糞中培養細菌的團隊之一。她說，但目前尚不清楚這些細菌是否是僅僅通過了胎兒，或者它們是否真的在成長，分裂並在胎兒腸道中定居。 Lynch現在正在觀察人類胎兒組織，看看她和她的同事是否能夠在胎兒腸道內發現細菌的證據。

一些動物研究表明，這種從母親到胎兒的細菌轉移是可能的。在2000年代中期，由馬德里康普坦斯坦大學的微生物學家胡安·米格爾·羅德里格斯（Juan Miguel Rodríguez）領導的研究小組用做了標記的細菌接種給懷孕小鼠，並通過剖宮產分娩幼鼠。他們在羊水【8】和幼仔的胎糞中發現了標記的細菌【9】。

Josef Neu說：「我們在這些動物模型中和在人類中看到的東西確實似乎支持這種胎兒-母體微生物群說法。我並不是100％信服，但我認為證據會越來越強。」

污染問題

然而，一些研究人員仍然深表懷疑，他們認為，胎盤微生物的蹤跡是來自研究中使用的DNA提取試劑盒的「基因組」污染物。有一些證據支持這一點。費城賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的一名圍產學家Samuel Parry最初對Aagaard的數據很感興趣，因此，他計划進行一項研究，以研究早產嬰兒的胎盤微生物群與足月嬰兒的差異。首先，他的研究小組檢測了無菌拭子、試劑、DNA純化試劑盒和他們常用的其他設備上發現的微量DNA。他們最終發現，從6個胎盤樣本中回收的細菌DNA與提取試劑盒上發現的細菌DNA無法區分【10】。Parry說，他們已經測試了幾十個胎盤。「我們無法找到一種微生物。」英國Hinxton的Wellcome Sanger研究所的微生物組研究人員Marcus de Goffau說，他和他的同事從「數百」胎盤中得到了類似的未發表的結果。

他說，其中一個問題是胎盤中的細菌信號會很弱。 在糞便或唾液中，有這麼多的細菌，很容易區分微生物與背景污染。 但是，當微生物稀少時，一個真正的信號就更難提取。 這個問題遠比對人類胎兒的研究更進一步，他補充說：「整個測序領域都是胡言亂語。」

Aagaard則支持她自己的結果。 她說：「我們非常謹慎。 「我們可以曲解事情嗎？ 當然，但是，我們已經把陰性和陽性對照都做了。」她指出，其他幾個小組已經在胎盤中發現了細菌DNA的證據。

密歇根州底特律國立兒童健康和人類發展研究所的Parry和產科醫生Roberto Romero正在計劃開展一項多中心研究，以便研究更多胎盤的問題。他們希望在接下來的幾個月里召開會議來設計實驗方案。Roberto Romero說，如果一切順利的話，他們最快可以在明年能夠得到結論。他們邀請Aagaard參加，她說她願意。「Kjersti Aagaard是一位傑出的研究人員，她提出了一個有趣，重要，值得進行實驗的想法，」Romero說，「這個爭議是可以解決的。」

他們不是唯一尋求答案的人。de Goffau是英國醫學研究委員會（British Medical Research Council）提供的價值160萬英鎊（合200萬美元）資助的一個團隊的一員，該團隊負責檢查胎盤組織和血液中可能與妊娠併發症相關的感染因子。去年，美國國立衛生研究院宣布將為研究免疫系統的早期發育提供資金。該聲明特別提到研究如何檢查胎兒微生物的種植和演變，以及如何影響大腦。

如果研究未能發現子宮內的微生物，那麼這並不能消除胎兒在那裡可能遇到微生物的可能性。新罕布希爾州黎巴嫩達特茅斯-希契科克醫學中心的新生兒醫學家朱麗葉·馬丹（Juliette Madan）說：「人體內和體表很少有可以被認為是無菌的。但少數微生物並不一定意味著複雜而多樣的微生物群。」 Madan並不認為研究人員會發現任何有意義的母親與胎兒之間的細菌共享。

但是，對於這篇胎盤論文持強烈批評意見的德高夫（de Goffau）卻並不確定。他自己設法檢測胎糞中的細菌。「這不是完全無菌的，」他說。儘管證據不完整，他補充道，胎兒微生物至少是可能的。

紐約大學的微生物生態學家瑪麗亞·多明格斯-貝洛（Maria Dominguez-Bello）開展了一項研究，研究嬰兒微生物群的發展以及在剖腹產後將嬰兒與母親的陰道微生物接觸的潛在益處。但是，她並沒有發現胎糞中有細菌。她認為，當羊膜囊破裂時，無菌環境就被破壞了，這為細菌進入嬰兒腸道留下了充足的時間。她補充說：「小孩生產需要幾個小時，在這期間，嬰兒也會吞咽以及揉動產道壁。即使嬰兒是通過剖宮產出生的，嬰兒可能需要幾個小時甚至幾天的時間才能第一次排便-一個可能會在子宮外獲得細菌的時間窗口。」

多明格斯-貝洛（Dominguez-Bello）和其他人說，最有說服力說明不存在胎兒微生物群的證據是，沒有細菌的實驗室老鼠的存在。為了製造這些無菌的嚙齒類動物，幼崽由具有正常微生物組的母體通過手術遞送，然後在無菌條件下飼養。Walter說：「我們已經完成了這些實驗，並且已經完成了70年。如果哪怕只有一個細菌存在於幼齡小鼠身上，它很快就會增殖，那麼，實驗方案就會失敗。完成這樣的實驗是不可能的。」

「我會爭辯說，如果你和真正的微生物學家談論，他們不會認為這是有爭議的，」 Walter說。他補充道，這個問題已經得到解答。

微生物學家Mysorekar不同意。她說，有人堅持認為胎盤微生物是「假新聞」，而則她認為，這是一個恥辱。「有一些非常令人興奮的問題需要解決。」Mysorekar說，人類開始開發一個來源於子宮的免疫細胞庫，這表明某種微生物暴露。 她想知道這些微生物來自哪裡以及暴露的發生。 她說：「要學習的東西太多了。 但她對這種懷疑並不感到驚訝。 她說，在任何新興領域，你會發現「一些反對者，一些骯髒的數據，但也有很多引人注目的新觀察，一起推動領域前進」。

文獻：

1.Stout, M. J. et al. Am. J. Obstet.Gynecol. 208, 226.e1–7 (2013).

2.Funkhouser, L. J. & Bordenstein S. R.PLoS Biol. 11, e1001631 (2013).

3.Aagaard, K. et al. Sci. Transl. Med. 6,237ra65 (2014).

4.Collado, M. C., Rautava, S., Aakko, J.,Isolauri, E. & Salminen, S. Sci. Rep. 6, 23129 (2016).

5.DiGiulio, D. B. Semin. Fetal NeonatalMed. 17, 2–11 (2012).

6.Ardissone, A. N. et al. PLoS ONE 9,e90784 (2014).

7.DiGiulio, D. B. et al. PLoS ONE 3, e3056(2008).

8.Jiménez, E. et al. Curr. Microbiol. 51,270–274 (2005).

9.Jiménez, E. et al. Res. Microbiol. 159,187–193 (2008).

10.Lauder, A. P. et al. Microbiome 4, 29(2016).

參考資料：

Could baby』s first bacteria take rootbefore birth?

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