母體和外界環(huán)境對(duì)新生兒腸道微生物區(qū)系的影響綜述
腸道微生物與機(jī)體的互作對(duì)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(jī)體的發(fā)育過(guò)程同時(shí)發(fā)生，而腸道微生物與機(jī)體的互作對(duì)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(jī)體不能代謝的物質(zhì)。這些酶類對(duì)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(xì)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(chǎn)生短鏈脂肪酸類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如丁酸)。研究表明，丁酸可以被腸上皮細(xì)胞GPR43受體識(shí)別，轉(zhuǎn)運(yùn)至上皮細(xì)胞或脂肪組織，參與三羧酸循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生能量;丁酸還可以上調(diào)結(jié)腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白表達(dá)，下調(diào)粘附分子表達(dá)，具有抗炎癥功能，促進(jìn)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(nèi)在的免疫原，可以通過(guò)細(xì)菌中保守的病原相關(guān)分子模式，如脂多糖、肽聚糖、磷壁酸等成分，調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的模式識(shí)別受體(Toll樣受體，NOD樣受體)的表達(dá)，促進(jìn)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(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，新生兒在出生到400天內(nèi)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(shí)驗(yàn)室對(duì)仔豬出生后糞樣進(jìn)行變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析，從已發(fā)表數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著日齡的增長(zhǎng)，初生仔豬體內(nèi)微生物經(jīng)歷由少到多，由單一到復(fù)雜的過(guò)程。成年豬消化道內(nèi)的微生物區(qū)系穩(wěn)定性更高[4]。本文主要對(duì)母體和外界環(huán)境對(duì)新生兒腸道微生物區(qū)系的影響進(jìn)行綜述，從分娩時(shí)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(jìn)行探討。
1、新生兒腸道微生物區(qū)系形成特點(diǎn)
腸道微生物區(qū)系的形成有以下特點(diǎn):(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(gè)消化道。數(shù)天后，可在每克新生兒糞便中檢測(cè)到108-1010個(gè)細(xì)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(shù)天或數(shù)周之后會(huì)被更加豐富的嚴(yán)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(xì)菌種類的影響[7]。在有Clostridiumdif?cile感染的個(gè)體，擬桿菌屬、毛螺旋菌科和瘤胃球菌科的細(xì)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(shù)量明顯多于后者，有害細(xì)菌如致病性大腸桿菌的數(shù)量也大大減少;(5)早期腸道內(nèi)細(xì)菌的定植會(huì)對(duì)嬰兒以后的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)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(duì)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(chǎn)道和外陰周圍的細(xì)菌，這些細(xì)菌以乳酸桿菌、普雷沃氏菌屬等對(duì)機(jī)體有益的細(xì)菌為主;而剖腹產(chǎn)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(dǎo)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(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收與合成以及腸上皮細(xì)胞代謝的能力[11]。Biasucci等對(duì)自然分娩和剖腹產(chǎn)分娩3天的胎兒的糞樣進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)自然分娩的胎兒糞樣中存在雙歧桿菌，而剖腹產(chǎn)分娩的胎兒中都未檢測(cè)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(shí)，對(duì)后期一段時(shí)間內(nèi)也能產(chǎn)生影響。有研究顯示，自然分娩的嬰兒在12周齡時(shí)糞樣中的雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬數(shù)量顯著高于剖腹產(chǎn)嬰兒(P<0.05)[13]。在一項(xiàng)以14個(gè)剖腹產(chǎn)或自然分娩的新生兒為對(duì)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(mén)的水平上差異已不顯著(P>0.05)[14]。雖然微生物區(qū)系在門(mén)的水平上差異不顯著(P>0.05)，但是由于剖腹產(chǎn)嬰兒早期血中嘌呤堿含量的下降會(huì)減弱體內(nèi)DNA合成過(guò)程(核酸合成原料不足)以及體內(nèi)能量代謝(ATP合成原料不足)過(guò)程，這樣也會(huì)造成后期乃至成年和代謝相關(guān)疾病的發(fā)生[15]。研究發(fā)現(xiàn)，自然分娩的嬰兒總菌的數(shù)目上極顯著高于剖腹產(chǎn)出生的嬰兒(P<0.01)，這說(shuō)明自然分娩的嬰兒在微生物增殖上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但其大腸桿菌的數(shù)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(chǎn)生的代謝產(chǎn)物以及裂解釋放的LPS等有害物質(zhì)可能通過(guò)TLR4受體介導(dǎo)的信號(hào)途徑級(jí)聯(lián)激活細(xì)胞內(nèi)炎癥應(yīng)答同時(shí)大腸桿菌分泌的抑菌肽也會(huì)對(duì)其他微生物的定植產(chǎn)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(chǎn)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(xì)胞因子和免疫球蛋白，另外sIL-2R作為IL-2的受體具有調(diào)節(jié)免疫的功能，這3種因子聯(lián)合作用使腸道微生物健康定植[18]。
3、分娩時(shí)間影響新生兒腸道微生物區(qū)系建立
有關(guān)分娩時(shí)間影響腸道微生物區(qū)系的研究多以早產(chǎn)胎兒為研究對(duì)象，早產(chǎn)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(yán)重疾病[19-20]。通過(guò)對(duì)嬰兒1月齡糞樣中的微生物種類分析表明，早產(chǎn)胎兒的腸道微生物區(qū)系的形成時(shí)間要比足月產(chǎn)胎兒延遲，這可能是因?yàn)樵绠a(chǎn)胎兒微生物區(qū)系含有比例較多的變形菌門(mén)細(xì)菌(致病性大腸桿菌)和腸道組織較足月產(chǎn)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(chǎn)胎兒微生物區(qū)系多樣性降低[21]。當(dāng)攝入母乳等含有益生物質(zhì)以及免疫因子的食物時(shí)，免疫系統(tǒng)和器官進(jìn)一步發(fā)育會(huì)使早產(chǎn)胎兒腸道微生物區(qū)系趨向穩(wěn)定。Sangild等以早產(chǎn)仔豬為模式動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收能力等各項(xiàng)指標(biāo)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(xiàn)，早產(chǎn)兒腸道內(nèi)微生物數(shù)量明顯少于足月產(chǎn)胎兒，而其梭菌數(shù)量則顯著高于足月產(chǎn)嬰兒(P<0.05)，雙歧桿菌屬數(shù)量顯著低于足月產(chǎn)嬰兒(P<0.05);早產(chǎn)兒發(fā)生腹瀉率的概率顯著高于足月產(chǎn)嬰兒。此外，足月產(chǎn)胎兒在出生后的2周內(nèi)，腸道微生物區(qū)系以雙歧桿菌為主，早產(chǎn)胎兒微生物區(qū)系則會(huì)以鏈球菌為主[23]。梭菌屬細(xì)菌數(shù)量的增多并不必然對(duì)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(chǎn)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(duì)宿主的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源，對(duì)新生兒生長(zhǎng)發(fā)育和生理健康起著至關(guān)重要的作用，也影響其腸道微生物區(qū)系建立。現(xiàn)在的配方奶粉還不能完全復(fù)制母乳，研究發(fā)現(xiàn)母乳中含有超過(guò)415種蛋白質(zhì)，400種脂肪酸，200種寡聚糖以及各種促生長(zhǎng)物質(zhì)和免疫因子等[24-25]。許多生物活性物質(zhì)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(jìn)有益微生物的生長(zhǎng)等方面的能力下降，而且在促進(jìn)腸道發(fā)育及腸道生物活性肽的產(chǎn)生上也有抑制作用[26]。短期甚至無(wú)母乳而給新生兒較早地喂食牛奶、乳粉等母乳的替代品，會(huì)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(xiàn)象和新生兒攝入的食物是密切相關(guān)的[27]。通過(guò)對(duì)食用母乳和配方奶粉的嬰兒的糞樣微生物檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在5日齡時(shí)，雙歧桿菌屬的細(xì)菌數(shù)量在母乳喂養(yǎng)的嬰兒體內(nèi)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(shù)量極顯著高于母乳喂養(yǎng)的嬰兒(P<0.05)，但總菌數(shù)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(duì)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(xiàn)，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(shù)量上接近[29]。隨后在2006年，其對(duì)1000多名1月齡嬰兒的糞便樣品進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，母乳喂養(yǎng)和奶粉喂養(yǎng)的嬰兒雙歧桿菌數(shù)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(nèi)更容易被埃希氏菌屬、梭菌屬和擬桿菌屬中的某些有害細(xì)菌定植[19]。造成這種結(jié)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(xì)菌并且母乳中含有多種寡糖等含量豐富的益生元，這些細(xì)菌和益生物質(zhì)通過(guò)母乳傳遞給嬰兒，可以刺激腸道中益生菌的生長(zhǎng)[30]。同時(shí)母乳中含有sIgA、IgM和IgG等免疫球蛋白以及細(xì)胞因子(白介素、干擾素以及腫瘤壞死因子等)都可以調(diào)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(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床疾病治療，它可以預(yù)防某些疾病的發(fā)生，雖然抗生素會(huì)對(duì)靶微生物有殺滅作用，但同時(shí)也可能減少腸道有益微生物的定植導(dǎo)致機(jī)體腸道微生物區(qū)系紊亂[31]，危害新生兒腸道健康，導(dǎo)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(lái)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(guò)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(guò)血液進(jìn)入胎盤(pán)再到胎兒體內(nèi)影響羊水內(nèi)的微生物種類，在胎兒出生后，胎糞里的微生物的數(shù)量或種類就發(fā)生改變了[33];后一種則對(duì)嬰兒微生物的形成影響較大，其會(huì)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(guān)的腹瀉數(shù)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(shí)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(gè)月，總菌的數(shù)量無(wú)明顯變化，雙歧桿菌數(shù)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(shí)也會(huì)造成有益微生物的減少。但是在為什么會(huì)造成這種現(xiàn)象，有關(guān)抗生素的很多具體作用機(jī)制我們還不得而知。
給小鼠飼喂亞治療劑量的抗生素時(shí)，和對(duì)照組小鼠相比，體脂含量發(fā)生了顯著性升高。造成這種現(xiàn)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(guān)的激素水平顯著升高(P<0.05);結(jié)腸中代謝碳水化合物為短鏈脂肪酸的關(guān)鍵基因發(fā)生變化;肝臟中和脂代謝、膽固醇代謝相關(guān)途徑發(fā)生了變化;結(jié)腸中和脂肪代謝相關(guān)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(méi)有發(fā)生顯著性變化的情況下，厚壁菌門(mén)在實(shí)驗(yàn)組小鼠中含量顯著升高，而擬桿菌門(mén)含量顯著降低(P<0.05)，這種微生物區(qū)系的變化使實(shí)驗(yàn)組小鼠更有效地利用諸如纖維素等機(jī)體本身不能消化的物質(zhì)生成短鏈脂肪酸以提供能量或轉(zhuǎn)化成脂類物質(zhì)[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(jī)體的脂肪代謝。
6、總結(jié)與展望
新生兒由子宮無(wú)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(xié)同作用的結(jié)果，受到分娩時(shí)間、分娩方式等的影響，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中又會(huì)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(jìn)入機(jī)體，在定植過(guò)程中會(huì)觸發(fā)各種受體(Toll樣受體、NOD受體)刺激免疫系統(tǒng)，并通過(guò)NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)途徑激活輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)、細(xì)胞毒性T細(xì)胞(CTL)以及B細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞的發(fā)育。同時(shí)，最先定植的細(xì)菌會(huì)釋放對(duì)自身無(wú)害的抑菌物質(zhì)來(lái)干預(yù)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(zhì)乳酸等等�？傊律鷥耗c道微生物區(qū)系的形成過(guò)程極為復(fù)雜，很多內(nèi)在機(jī)制還需深入探究。例如，環(huán)境、宿主和微生物之間的互作關(guān)系，機(jī)體識(shí)別有害、有益微生物的機(jī)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(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的改變，其中miRNA(miR-146、miR-155、miR-125、let-7和miR-21等)作為調(diào)控上皮細(xì)胞基因表達(dá)的重要物質(zhì)，受微生物影響很大，它們通過(guò)結(jié)合mRNA的3'-UTR區(qū)域下調(diào)或上調(diào)蛋白表達(dá)水平的而影響腸道代謝[37]。新興快速發(fā)展的微生物組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)會(huì)有助于系統(tǒng)研究腸道微生物區(qū)系及功能。同時(shí)，通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)掘腸道微生區(qū)系的功能基因，進(jìn)而使人們?cè)谖磥?lái)可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系促進(jìn)腸道健康和機(jī)體健康。
參考文獻(xiàn)
[1]KoropatkinNM，CameronEA，MartensEC.Howglycanmetabolismshapesthehumangutmicrobiota.NatureReviewsMicrobiology，2012，10(5):323-335.
[2]NicholsonJK，HolmesE，KinrossJ，BurcelinR，GibsonG，JiaW，PetterssonS.Host-gutmicrobiotametabolicinteractions.Science，2012，336(6086):1262-1267.
[3]KoenigJE，SporA，ScalfoneN，F(xiàn)rickerAD，StombaughJ，KnightR，AngenentLT，LeyRE.Successionofmicrobialconsortiainthedevelopinginfantgutmicrobiome.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences，2011，108(Suppl1):4578-4585.
[4]YaoWZW-Y，SmidtH，VerstegenMWA.Cultivation-independentanalysisofthedevelopmentoftheLactobacillusspp.communityintheintestinaltractofnewbornpiglets.AgriculturalSciencesinChina，2011，10(3):5.
【母體和外界環(huán)境對(duì)新生兒腸道微生物區(qū)系的影響綜述】相關(guān)文章：
腸道微生物與機(jī)體的系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系探究論文06-20
研究外界條件的改變對(duì)紅花離體培養(yǎng)的影響07-06
淺談微生物我們的影響08-29