母體和外界環(huán)境對新生兒腸道微生物區(qū)系的影響綜述
腸道微生物與機體的互作對健康的腸道發(fā)育及免疫穩(wěn)定具有重要作用，以下是小編搜集整理的一篇探究新生兒腸道微生物區(qū)系形成的論文范文，供大家閱讀了解。
前言
新生兒出生后，腸道微生物的逐漸定植和機體的發(fā)育過程同時發(fā)生，而腸道微生物與機體的互作對健康的腸道發(fā)育及免疫穩(wěn)定具有重要作用。大量研究表明，腸道微生物基因能夠編碼宿主不具有碳水化合物代謝酶，如糖苷水解酶和多糖裂解酶，能夠降解機體不能代謝的物質。這些酶類對新生兒的腸道發(fā)育尤其重要，母乳中含有的乳寡糖容易被雙歧桿菌屬細菌(如:Bifidobacteriuminfantis，Bifidobacteriumbifidum)代謝[1]，益于雙歧桿菌在腸道中的定植。微生物代謝多糖產生短鏈脂肪酸類營養(yǎng)物質(如丁酸)。研究表明，丁酸可以被腸上皮細胞GPR43受體識別，轉運至上皮細胞或脂肪組織，參與三羧酸循環(huán)過程產生能量;丁酸還可以上調結腸上皮細胞緊密連接蛋白表達，下調粘附分子表達，具有抗炎癥功能，促進免疫平衡[2]。隨著微生物的定植和多樣性增加，腸道共生菌作為內在的免疫原，可以通過細菌中保守的病原相關分子模式，如脂多糖、肽聚糖、磷壁酸等成分，調節(jié)腸上皮細胞的模式識別受體(Toll樣受體，NOD樣受體)的表達，促進固有免疫和免疫耐受的建立。
新生兒腸道微生物區(qū)系的形成是一個復雜的動態(tài)變化的過程。研究發(fā)現，新生兒在出生到400天內腸道微生物區(qū)系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易受到各種因素影響而發(fā)生改變，而在400天后其腸道微生物區(qū)系和成年人相似，并具有較高穩(wěn)定性[3]。本實驗室對仔豬出生后糞樣進行變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析，從已發(fā)表數據發(fā)現，隨著日齡的增長，初生仔豬體內微生物經歷由少到多，由單一到復雜的過程。成年豬消化道內的微生物區(qū)系穩(wěn)定性更高[4]。本文主要對母體和外界環(huán)境對新生兒腸道微生物區(qū)系的影響進行綜述，從分娩時間、分娩方式、分娩環(huán)境、喂養(yǎng)方式以及抗生素和疾病等方面進行探討。
1、新生兒腸道微生物區(qū)系形成特點
腸道微生物區(qū)系的形成有以下特點:(1)出生后，母體和環(huán)境中的微生物立即附著于新生兒的皮膚、口腔和呼吸道粘膜和整個消化道。數天后，可在每克新生兒糞便中檢測到108-1010個細菌[5];(2)兼性厭氧菌(多為變形桿菌屬)，是最先定植在宿主腸道中的微生物，但是在數天或數周之后會被更加豐富的嚴格厭氧菌(雙歧桿菌屬、梭菌屬和瘤胃球菌屬)所替代[6];(3)后期定植在宿主腸道中的微生物的種類受最初定植的細菌種類的影響[7]。在有Clostridiumdif?cile感染的個體，擬桿菌屬、毛螺旋菌科和瘤胃球菌科的細菌受其影響而難以定植[8];(4)母體和外界環(huán)境影響微生物區(qū)系。例如，母乳喂養(yǎng)的嬰兒與配方奶粉喂養(yǎng)的相比，雙歧桿菌的數量明顯多于后者，有害細菌如致病性大腸桿菌的數量也大大減少;(5)早期腸道內細菌的定植會對嬰兒以后的生長發(fā)育產生巨大影響[9]。
2、分娩方式影響新生兒腸道微生物區(qū)系建立
分娩方式對新生兒微生物區(qū)系的建立具有重要作用。自然分娩的新生兒最初的腸道菌群是母親產道和外陰周圍的'細菌，這些細菌以乳酸桿菌、普雷沃氏菌屬等對機體有益的細菌為主;而剖腹產胎兒最初的腸道菌群是其優(yōu)先接觸到的母體皮膚上的微生物，包括葡萄球菌、棒狀桿菌屬和丙酸桿菌屬等[10]。
金黃色葡萄球菌是導致新生兒出生后患敗血癥的主要原因之一，其基因組中的某些基因容易發(fā)生突變而耐受多種藥物，并且減弱腸道對營養(yǎng)物質吸收與合成以及腸上皮細胞代謝的能力[11]。Biasucci等對自然分娩和剖腹產分娩3天的胎兒的糞樣進行檢測，發(fā)現自然分娩的胎兒糞樣中存在雙歧桿菌，而剖腹產分娩的胎兒中都未檢測到雙歧桿菌[12]。分娩方式影響新生兒最早期的腸道微生物，同時，對后期一段時間內也能產生影響。有研究顯示，自然分娩的嬰兒在12周齡時糞樣中的雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬數量顯著高于剖腹產嬰兒(P<0.05)[13]。在一項以14個剖腹產或自然分娩的新生兒為對象的研究表明，糞樣的微生物區(qū)系早期受分娩方式的影響較大，但在分娩一年后，微生物區(qū)系在門的水平上差異已不顯著(P>0.05)[14]。雖然微生物區(qū)系在門的水平上差異不顯著(P>0.05)，但是由于剖腹產嬰兒早期血中嘌呤堿含量的下降會減弱體內DNA合成過程(核酸合成原料不足)以及體內能量代謝(ATP合成原料不足)過程，這樣也會造成后期乃至成年和代謝相關疾病的發(fā)生[15]。研究發(fā)現，自然分娩的嬰兒總菌的數目上極顯著高于剖腹產出生的嬰兒(P<0.01)，這說明自然分娩的嬰兒在微生物增殖上具有顯著優(yōu)勢，但其大腸桿菌的數量卻與自然分娩嬰兒非常接近[16-17]。大腸桿菌作為潛在致病菌，產生的代謝產物以及裂解釋放的LPS等有害物質可能通過TLR4受體介導的信號途徑級聯激活細胞內炎癥應答同時大腸桿菌分泌的抑菌肽也會對其他微生物的定植產生抑制作用。在自然分娩的嬰兒血液中，IL-1β、sIL-2R和TNF-α在自然分娩的嬰兒血液中的含量顯著高于剖腹產出生的嬰兒，其中IL-1β和TNF-α作為促炎癥因子可以刺激新生兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育，從而釋放抗炎癥因子，如細胞因子和免疫球蛋白，另外sIL-2R作為IL-2的受體具有調節(jié)免疫的功能，這3種因子聯合作用使腸道微生物健康定植[18]。
3、分娩時間影響新生兒腸道微生物區(qū)系建立
有關分娩時間影響腸道微生物區(qū)系的研究多以早產胎兒為研究對象，早產胎兒在免疫器官、腸道組織發(fā)育以及固有免疫等方面還不完善，難以形成健康穩(wěn)定的微生物區(qū)系，在出生后容易受到外界病原菌的侵襲而發(fā)生壞死性腸炎、哮喘以及敗血癥等嚴重疾病[19-20]。通過對嬰兒1月齡糞樣中的微生物種類分析表明，早產胎兒的腸道微生物區(qū)系的形成時間要比足月產胎兒延遲，這可能是因為早產胎兒微生物區(qū)系含有比例較多的變形菌門細菌(致病性大腸桿菌)和腸道組織較足月產胎兒比較幼稚，腸道有益菌群的定植耐受能力(colonizationresistance)差，造成早產胎兒微生物區(qū)系多樣性降低[21]。當攝入母乳等含有益生物質以及免疫因子的食物時，免疫系統(tǒng)和器官進一步發(fā)育會使早產胎兒腸道微生物區(qū)系趨向穩(wěn)定。Sangild等以早產仔豬為模式動物，發(fā)現喂食配方奶粉的新生仔豬其容易受Clostridiumperfringens的感染發(fā)生壞死性腸炎，腸道絨毛高度、酶活性以及營養(yǎng)物質吸收能力等各項指標都要比喂食初乳的仔豬要顯著降低(P<0.05)[22]。
CaroleRougé等研究發(fā)現，早產兒腸道內微生物數量明顯少于足月產胎兒，而其梭菌數量則顯著高于足月產嬰兒(P<0.05)，雙歧桿菌屬數量顯著低于足月產嬰兒(P<0.05);早產兒發(fā)生腹瀉率的概率顯著高于足月產嬰兒。此外，足月產胎兒在出生后的2周內，腸道微生物區(qū)系以雙歧桿菌為主，早產胎兒微生物區(qū)系則會以鏈球菌為主[23]。梭菌屬細菌數量的增多并不必然對健康造成危害，其中梭菌XIV群中的Roseburia/Eubacteriumrectalegroup以及Eubacteriumhallii和梭菌IV群的Faecalibacteriumprausnitzii是主要的產丁酸菌，梭菌IV群的布氏瘤胃球菌，黃化瘤胃球菌是主要的纖維降解菌，這些都對宿主的營養(yǎng)和健康有重要的意義。
4、喂養(yǎng)方式影響新生兒腸道微生物區(qū)系建立
母乳或配方奶粉，作為新生兒必需的營養(yǎng)物質來源，對新生兒生長發(fā)育和生理健康起著至關重要的作用，也影響其腸道微生物區(qū)系建立�，F在的配方奶粉還不能完全復制母乳，研究發(fā)現母乳中含有超過415種蛋白質，400種脂肪酸，200種寡聚糖以及各種促生長物質和免疫因子等[24-25]。許多生物活性物質在配方奶粉中含量很少或缺失。這種減少或缺失不僅使腸道在抑制有害微生物的定植和促進有益微生物的生長等方面的能力下降，而且在促進腸道發(fā)育及腸道生物活性肽的產生上也有抑制作用[26]。短期甚至無母乳而給新生兒較早地喂食牛奶、乳粉等母乳的替代品，會使新生兒以后患1型糖尿病、肥胖和自身免疫病的幾率大大增加，這種現象和新生兒攝入的食物是密切相關的[27]。通過對食用母乳和配方奶粉的嬰兒的糞樣微生物檢測發(fā)現，在5日齡時，雙歧桿菌屬的細菌數量在母乳喂養(yǎng)的嬰兒體內顯著高于非母乳喂養(yǎng)(P<0.05);非母乳喂養(yǎng)的嬰兒腸道中大腸桿菌和梭狀芽胞桿菌的數量極顯著高于母乳喂養(yǎng)的嬰兒(P<0.05)，但總菌數量比母乳喂養(yǎng)的嬰兒少，這可能是影響嬰兒早期腹瀉發(fā)生率高低的重要因素[28]。2005年，Penders對50名母乳喂養(yǎng)的和50名奶粉喂養(yǎng)的嬰兒腸道微生物區(qū)系研究發(fā)現，有的嬰兒腸道中在種的分類水平上都有雙歧桿菌的存在并且在數量上接近[29]。隨后在2006年，其對1000多名1月齡嬰兒的糞便樣品進行檢測發(fā)現，母乳喂養(yǎng)和奶粉喂養(yǎng)的嬰兒雙歧桿菌數量也不存在顯著性差異(P>0.05)，但是奶粉喂養(yǎng)的嬰兒腸道內更容易被埃希氏菌屬、梭菌屬和擬桿菌屬中的某些有害細菌定植[19]。造成這種結果的最主要原因可能是母乳本身含有雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬細菌并且母乳中含有多種寡糖等含量豐富的益生元，這些細菌和益生物質通過母乳傳遞給嬰兒，可以刺激腸道中益生菌的生長[30]。同時母乳中含有sIgA、IgM和IgG等免疫球蛋白以及細胞因子(白介素、干擾素以及腫瘤壞死因子等)都可以調節(jié)微生物定植。
5、抗生素影響新生兒腸道微生物區(qū)系建立
抗生素作為廣譜性抗菌藥物現已廣泛應用于臨床疾病治療，它可以預防某些疾病的發(fā)生，雖然抗生素會對靶微生物有殺滅作用，但同時也可能減少腸道有益微生物的定植導致機體腸道微生物區(qū)系紊亂[31]，危害新生兒腸道健康，導致新生兒腹瀉或其他疾病的發(fā)生[32]。影響新生兒早期腸道微生物建立的抗生素來源有兩種，一是在妊娠期從母體攝入的抗生素，另一是胎兒出生后通過母乳或自身為了抵抗疾病而攝入的抗生素。前一種攝入后通過血液進入胎盤再到胎兒體內影響羊水內的微生物種類，在胎兒出生后，胎糞里的微生物的數量或種類就發(fā)生改變了[33];后一種則對嬰兒微生物的形成影響較大，其會引起腸道微生物區(qū)系的劇烈變化[34]。研究表明，在新生兒腹瀉中，與抗生素使用相關的腹瀉數占5%-35%，尤其是在使用阿莫西林和氯潔霉素后。使用氯潔霉素后7天，雙歧桿菌從未使用時的8.0×107CFU/g下降到102CFU/g，梭狀芽胞桿菌從1.5×105CFU/g下降到小于102CFU/g;在使用阿莫西林后1個月，總菌的數量無明顯變化，雙歧桿菌數量顯著降低[35]。從中看出，抗生素在減少潛在有害微生物的同時也會造成有益微生物的減少。但是在為什么會造成這種現象，有關抗生素的很多具體作用機制我們還不得而知。
給小鼠飼喂亞治療劑量的抗生素時，和對照組小鼠相比，體脂含量發(fā)生了顯著性升高。造成這種現象的原因概括為以下幾種:微生物區(qū)系變化使與脂肪合成相關的激素水平顯著升高(P<0.05);結腸中代謝碳水化合物為短鏈脂肪酸的關鍵基因發(fā)生變化;肝臟中和脂代謝、膽固醇代謝相關途徑發(fā)生了變化;結腸中和脂肪代謝相關的微生物區(qū)系發(fā)生了顯著性變化(P<0.05)。在腸道微生物總量和種類沒有發(fā)生顯著性變化的情況下，厚壁菌門在實驗組小鼠中含量顯著升高，而擬桿菌門含量顯著降低(P<0.05)，這種微生物區(qū)系的變化使實驗組小鼠更有效地利用諸如纖維素等機體本身不能消化的物質生成短鏈脂肪酸以提供能量或轉化成脂類物質[36]。該研究表明，早期抗生素的使用，可能影響后期腸道微生物的組成及機體的脂肪代謝。
6、總結與展望
新生兒由子宮無菌環(huán)境到外界有菌環(huán)境，腸道微生物區(qū)系的建立是多種因素相互協同作用的結果，受到分娩時間、分娩方式等的影響，在生長發(fā)育過程中又會受到飲食的改變、抗生素的使用以及病原菌入侵的影響。微生物作為免疫原進入機體，在定植過程中會觸發(fā)各種受體(Toll樣受體、NOD受體)刺激免疫系統(tǒng)，并通過NF-κB信號傳導途徑激活輔助性T細胞(Th細胞)、細胞毒性T細胞(CTL)以及B細胞、樹突狀細胞的發(fā)育。同時，最先定植的細菌會釋放對自身無害的抑菌物質來干預其他菌的定植，如大腸桿菌釋放的抑菌素、乳酸桿菌釋放的可以降低pH的酸性物質乳酸等等�？傊律鷥耗c道微生物區(qū)系的形成過程極為復雜，很多內在機制還需深入探究。例如，環(huán)境、宿主和微生物之間的互作關系，機體識別有害、有益微生物的機制等。微生物，不論是腸道共生微生物還是外界入侵微生物，都可能引起腸上皮細胞轉錄組的改變，其中miRNA(miR-146、miR-155、miR-125、let-7和miR-21等)作為調控上皮細胞基因表達的重要物質，受微生物影響很大，它們通過結合mRNA的3'-UTR區(qū)域下調或上調蛋白表達水平的而影響腸道代謝[37]。新興快速發(fā)展的微生物組學、蛋白質組學等技術會有助于系統(tǒng)研究腸道微生物區(qū)系及功能。同時，通過高通量測序技術發(fā)掘腸道微生區(qū)系的功能基因，進而使人們在未來可通過調節(jié)腸道微生物區(qū)系促進腸道健康和機體健康。
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