【綜述】新生兒腸道微生物起源假說剖析

原標題：【綜述】新生兒腸道微生物起源假說剖析

本文刊於：中華兒科雜誌, 2018,56(4) : 310-312

作者：付曉婷 張琳

單位：河北醫科大學第三醫院兒科

人們一直認為"胎兒在宮腔內是無菌的"，腸道微生物初始化定植髮生在分娩時及分娩後，陰道分娩兒初始定植菌主要源於母體如母親的糞便、陰道和皮膚，主要為不動桿菌、雙歧桿菌、葡萄球菌、普雷沃菌屬和纖毛菌屬；剖宮產兒則源於所接觸的周圍環境如手術環境、醫療器械及護理人員的手，主要為檸檬酸桿菌、大腸埃希菌、難辨梭菌、棒桿菌屬和丙酸桿菌屬。出生後腸道微生物群的演替主要受餵養方式、環境、藥物等影響，1~3歲時形成近似成人相對穩定的微生物群結構。近年來研究者從胎糞、羊水和胎盤中分離出微生物DNA，提出"腸道微生物初始化程序性定植可能始於子宮"，來源於母體的口腔、腸道、胎盤和泌尿生殖道，並受孕期環境和疾病影響。現就近年來基於新生兒腸道微生物群的基礎和臨床研究，剖析腸道微生物起源和影響因素，探討其定植、演替與嬰兒遠期疾病發生風險的關係。

一、新生兒腸道微生物起源假說

1．胎糞：

胎糞包含胎兒期吞咽的羊水、黏液、胎毛、膽汁、皮膚及消化道脫落的細胞。傳統培養方法研究指出"胎糞不含微生物"，之後近一個世紀"宮腔內無菌"概念一直被人們所接受。Jiménez等[1]採用聚合酶鏈反應（PCR）技術從胎糞中檢出葡萄球菌屬和腸球菌屬。隨著二代基因測序技術的發展，研究者從早產兒胎糞中檢測到細菌DNA，優勢菌為乳桿菌屬、葡萄球菌屬、腸桿菌科，其多樣性與孕周有關[2]。Moles等[3]認為早產兒胎糞與生後1周糞便微生物群結構存在差異，多樣性低，優勢菌為芽孢桿菌。足月兒胎糞微生物群不同於成人的糞便、皮膚和母親陰道菌群，優勢菌為乳酸菌或腸桿菌[4]，擬桿菌門較少。早產兒生命早期因其腸道環境的特殊性，易定植埃希菌屬、志賀菌屬和腸球菌屬，擬桿菌屬和雙歧桿菌不豐富[5]，菌群多樣性低，個體差異大[3]。

2．羊水：

既往研究認為羊水是"無菌"的，羊水中微生物侵襲與絨毛膜羊膜炎、早產、壞死性小腸結腸炎有關。在早產兒羊水中採用傳統培養方法檢測到解脲支原體、人型支原體、具核梭桿菌、陰道加德納菌和擬桿菌，這些源於母親的下生殖道或非泌尿生殖系統部位的低毒性微生物在子宮內激活了中性粒細胞，生成並釋放促炎因子、前列腺素等，致宮頸成熟、胎膜早破，引發早產。但近期研究發現僅一小部分尿支原體屬引發絨毛膜羊膜炎[6]，而且尿支原體感染是否得到治療與妊娠結局無關。DiGiulio[7]發現早產兒完整羊膜和破裂胎膜羊水微生物是不同的，表現為擬桿菌門和厚壁菌門的比例不同，具有完整胎膜早產兒羊水中除了厚壁菌門、擬桿菌、放線菌和變形菌門外，還存在梭桿菌門，目前仍不清楚羊水中微生物的出現是否與早產有關。Ardissone等[2]研究發現胎糞與羊水中微生物物種存在重疊，認為可能與孕後期胎兒吞咽大量羊水，羊水中微生物傳遞至胎兒腸腔有關。

3．臍帶：

23%的早產兒臍帶血中存在解脲支原體和（或）人型支原體，可能與自發性早產、胎兒全身炎症反應綜合征、支氣管肺發育不良有關[8]。Jiménez等[9]從健康足月剖宮產兒臍血中分離出腸球菌、鏈球菌、葡萄球菌和丙酸菌屬，認為與胎兒期微生物刺激與腸黏膜淋巴相關組織發育有關。

4．胎盤：

以往研究認為胎盤組織中細菌侵入與宮內感染、早產有關。Satokari等[10]從足月兒胎盤中發現雙歧桿菌和乳酸桿菌DNA，丰度與分娩方式無關。Aagaard[11]採用全基因測序發現胎盤中存在獨特微生物群如厚壁菌門、軟壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、梭桿菌門，其丰度低、代謝旺盛。足月兒胎盤中富含類芽孢桿菌，早產兒胎盤中富含伯克菌屬，患有尿路感染孕婦胎盤中富含鏈球菌、不動桿菌，並認為可能與產前感染、早產有關[11]。"胎盤、羊水和胎糞中具有共同特徵微生物群"這一現象提示新生兒可能在宮腔就暴露於微生物群[12]。

二、新生兒微生物來源的途經

一些研究提示新生兒第1次與微生物接觸可能始於宮腔，但其起源和定植途徑尚不清楚。宮腔內微生物來源有口腔-胎盤途徑、消化道-胎盤途徑和泌尿生殖道-胎盤途徑。

1．口腔-胎盤途徑：

口腔內富含多種微生物群，其中具核梭桿菌與牙周疾病有關，動物試驗發現孕晚期母鼠感染具核梭桿菌會導致其早產及死產。有學者從早產兒胎盤、絨毛膜羊膜炎胎膜和羊水中也分離出具核梭桿菌，認為其能通過編碼磷脂酶、脂多糖等毒力因子，表達多種表面黏附因子，為微生物侵入羊膜腔或胎盤提供可能，提示牙周疾病是促發早產的潛在危險因素[13]。口腔內非致病菌如內氏放線菌與低出生體重和早產有關，乳酸桿菌與高出生體重和過期產有關。多項研究發現，完整羊膜腔內羊水中微生物與口腔微生物種屬有高度相似性[7]。Aagaard[11]發現胎盤微生物群與女性口腔微生物群結構近似，推測胎盤菌群可能源於孕婦口腔。

2．消化道-胎盤途徑：

早期研究發現，新生兒胎糞中存在與母體糞便中相同的腸桿菌和雙歧桿菌。Jiménez等[1]給孕母鼠經口灌註標記的屎腸球菌，並在新生小鼠腸腔中發現此菌,認為母孕晚期存在"腸道細菌移位"。臨床研究發現，母孕期腸道微生物群發生巨大變化，直接影響新生兒胎糞中細菌含量和構成，提出"羊水中微生物來源於母體腸道"假設，機制可能是腸黏膜固有層樹突細胞穿透腸道上皮，吞噬腸腔內微生物，並通過腸黏膜相關淋巴組織和（或）血液擴散至遠端器官。

3．泌尿生殖道-胎盤途徑：

孕母陰道中乳酸桿菌為優勢菌[14]，胎兒娩出後其皮膚、口腔黏膜、鼻咽分泌物和胎糞中也檢測出乳酸桿菌，推測"新生兒微生物來源於母親陰道"。也有研究發現，與非妊娠女性陰道微生物群相比，妊娠女性陰道微生物群丰度低、多樣性低，乳桿菌屬較多，柔膜菌綱、脲原體較少，且不同於胎糞[15]，提示"胎糞中微生物可能不僅只源於母親陰道"。

三、胎兒期免疫系統的發育

以往認為胎兒環境是無菌的，胎兒免疫系統是不成熟、不活躍的。近年來越來越多研究顯示，母體腸道微生物群及其代謝產物可通過胎盤傳遞至宮腔內環境，暴露於胎兒，影響胎兒免疫系統的發育和成熟：一方面，母體微生物透過胎盤定植於胎兒淋巴結，調節CD4+CD25+FoxP3+T細胞，誘導胎兒對母體同種異型抗原的免疫耐受[16]；另一方面，宮腔內微生物通過與Toll樣受體（TLR）作用，促進胎兒非特異性免疫的發育和成熟。研究發現，孕早期胎兒即有CD4+、CD8+T細胞表達，孕中期在胎兒小腸、肺、肝臟中高表達黏膜相關恆定T細胞[17]，產生γ-干擾素(IFN-γ)、腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素17 (IL-17)，識別細菌代謝產物，產生相應免疫應答。胎糞中所檢測到的埃希菌屬、明串珠菌屬、腸球菌屬、乳球菌屬等是腸道初始定植菌，可刺激腸相關淋巴組織發育，為胎兒適應外界環境做準備。此外，母體腸道微生物群代謝產物如短鏈脂肪酸可通過胎盤中的單羧酸轉運蛋白誘導產生腸道調節性T細胞[18]。宮內暴露於尿支原體能改變胎兒免疫環境，導致免疫失衡，其代謝產物直接影響胎兒器官發育或母胎面的炎症反應[19]，故宮腔內微生物結構失衡可導致不良妊娠結局如早產[2,3]。

四、影響新生兒腸道微生物起源的因素

1．飲食與抗生素：

母孕期均衡的膳食結構能降低早產發生風險[20]。動物試驗顯示，孕晚期母鼠高脂飲食可使子代腸道中擬桿菌屬減少，影響其能量攝取和免疫發育[21]。孕母鼠無麩質飲食可增加子代腸道變形桿菌數量，減少促炎因子基因表達，降低子代遠期胰腺炎和糖尿病發生風險[22]。Azad等[23]發現產時預防性應用抗生素可使子代腸道中腸球菌、梭菌屬高表達，擬桿菌屬低表達直至生後12個月。另有證據表明，孕中、晚期抗生素暴露可增加子代遠期哮喘發生風險[24]。

2．疾病：

最新研究發現，母鼠孕期感染病毒通過激活異常免疫反應使其腸道微生物群構成和代謝發生變化，通過腦腸軸影響子代神經系統發育[25]。合併糖尿病孕母所生新生兒胎糞中擬桿菌屬、卟啉單胞菌和毛螺旋菌科高於健康新生兒，且多樣性高[26]。孕期體重增加過度產婦腸道中擬桿菌屬和普氏菌屬水平較高，雙歧桿菌屬水平較低，並影響子代腸道菌群的丰度和構成[27]。

3．孕齡：

孕婦腸道微生物群構成和丰度發生巨大變化，並與其胰島素抵抗、促炎因子釋放等代謝紊亂有關[28]。研究發現，足月陰道分娩兒腸道菌群主要為放線菌門、變形菌門、擬桿菌門和少量厚壁菌門；早產陰道分娩兒主要為厚壁菌門、軟壁菌門和少量放線菌門。因此，早產對其出生時腸道微生物群的構成是有影響的。

4．遺傳背景：

宿主基因可影響其所寄生的微生物基因構成，如宿主人類白細胞抗原（HLA）基因與其糞便中擬桿菌屬和普雷沃菌屬丰度有關[29]。研究顯示母孕期接觸動物能降低TLR如TLR-2、TLR-4及CD14基因表達，是子代發生特應性皮炎的保護因素[30]。哮喘母鼠孕期接觸魯氏不動桿菌可降低子代氣道高反應性[31]，機制是孕期微生物暴露可修飾免疫調節相關的表觀基因並遺傳給子代。

五、問題與展望

"胎兒宮腔內是否暴露於微生物"在學術上一直存在爭議[32]：一是認為胎盤的機械屏障和免疫細胞、效應分子及抗菌肽構成的免疫屏障共同抵禦外襲菌入侵，而且研究發現胎糞中微生物種的檢出與胎膜破裂時間、胎糞排出時間存在關聯[33]。新生兒生後腸道微生物的定植是迅速的，胎糞中所檢測出的微生物並不代表胎兒宮內情況，胎盤、羊水中所檢出的微生物不排除與孕期感染、妊娠合併症等有關。二是支持"宮內有菌"假說的研究大多基於16SrRNA技術，嚴格意義上不代表樣本中存在活的微生物。另外，樣本採集的方法和時間、保存方式及檢測水平等對"低丰度、低多樣性"微生物的檢測存在極大影響，易受外界環境微生物的污染，而且許多研究設計中未設置空白對照。

總之，對"新生兒腸道微生物群起源假說"至今學者們仍存在爭議，但大量的臨床研究提示母孕期攝入益生菌如鼠李糖乳桿菌、雙歧桿菌、羅伊乳桿菌等能提高孕母固有免疫，減少孕期生殖系感染，降低妊娠期糖尿病、自發性早產、產後肥胖和遠期子代特應性皮炎、濕疹的發生風險，但具體機制和菌株特異性有待進一步探索和臨床驗證。

參考文獻（略）

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