中华预防医学杂志    2017年05期 婴儿肠道菌群的构成及影响因素    PDF     文章点击量:416    
中华预防医学杂志2017年05期
中华医学会主办。
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刘伟 冯金秋 范爱琴 张敏佳 周雅琳 刘坦 许雅君
LiuWei,FengJinqiu,FanAiqin,ZhangMinjia,ZhouYalin,LiuTan,XuYajun
婴儿肠道菌群的构成及影响因素
The composition of gut microbiota in infant and its influencing factors
中华预防医学杂志, 2017,51(5)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2017.05.017

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投稿日期: 2016-11-18
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婴儿肠道菌群的构成及影响因素
刘伟 冯金秋 范爱琴 张敏佳 周雅琳 刘坦 许雅君     
刘伟 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
冯金秋 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
范爱琴 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
张敏佳 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
周雅琳 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
刘坦 100191 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系
许雅君 食品安全毒理学研究与评价北京市重点实验室
摘要: 肠道菌群为宿主提供其本身不具备的酶和生化代谢通路,与宿主自身基因组一起在外界环境作用下影响着机体的功能。婴儿期肠道菌群的构成与机体以后的健康状态密切相关。本文从分娩方式、喂养方式、孕期饮食、孕期心理状态、孕期抗生素的使用等多个角度对婴儿肠道菌群构成的影响进行综述。自然分娩和母乳喂养的婴儿其肠道菌群的构成较丰富且分布均衡,剖宫产和配方奶粉喂养会减少婴儿肠道优势菌群的数量。此外,孕期不恰当饮食、异常心理状态及使用抗生素等因素会改变子代肠道菌群的种类和数量。
关键词 :婴儿;怀孕期间;肠道菌群;影响因素
The composition of gut microbiota in infant and its influencing factors
LiuWei,FengJinqiu,FanAiqin,ZhangMinjia,ZhouYalin,LiuTan,XuYajun     
Department of Nutrition and Food Hygiene, School of Public Health, Peking University, Beijing 100191, China
Corresponding author: Xu Yajun, Email: xuyajun@bjmu.edu.cn
Abstract:Gut microbiota provide enzymes and additional biochemical metabolic pathways for the host, which together with the host genome and the external environment, influence the body function. The composition of gut microbiota in infant is closely related to health in later life. However, it is influenced by many factors, including delivery mode, feeding pattern, prenatal diet, pregnancy psychology and antepartum antibiotic treatment. Vaginal delivery and breastfeeding is beneficial for shaping gut microbiota, while cesarean section and formula feeding would reduce the amount of gut dominant bacteria. In addition, inappropriate diet during pregnancy, prenatal stress and antepartum antibiotic treatment alters bacterial colonization of the gut in infant.
Key words :Infant;Perpartum period;Gut microbiota;Influencing factors
全文

近年来,随着对人体微生物组研究的深入,肠道菌群(gut microbiota)逐渐揭开其神秘的面纱。越来越多的研究显示,肠道菌群对于人体的生长发育、消化吸收、免疫调节等方面起到了非常重要的作用。人体肠道菌群稳态的建立是一个长期的、动态的过程。多种因素均会影响到婴儿肠道菌群的构成和演变。

一、正常机体的菌群构成  人体肠道内有数量超过1×1014个微生物,大概有1 000多种[1],根据其复杂的种类与特性分为:共生菌(与宿主共生关系,多为专性厌氧菌,是肠道的优势菌群,如双歧杆菌、类杆菌和消化球菌等,具有营养及免疫调节作用)、双向菌(肠道非优势菌群,如肠球菌、肠杆菌,在肠道微生态平衡时是无害的,在生态失衡时,就会致病)、抗生菌(多为过路菌,长期定植的机会少,生态平衡时,这些菌数量少,不会致病;生态失衡时,数量超出正常水平,可导致疾病,如变形杆菌、假单胞菌等[2])。肠道菌群在人体消化、免疫、维生素和酶的合成等方面的作用逐渐受到重视[3]。它们为宿主提供其本身不具备的酶和生化代谢通路[4],与宿主自身基因组一起在外界环境作用下影响着机体的功能[5]

二、婴儿期肠道菌群的建立和演变  20世纪Barker的"编程假说(programming hypothesis)"认为,胎儿出生前,其所处的宫内环境可明显影响其发育编程(development programming),不良的宫内状况会导致胎儿长期的物质代谢或结构功能的改变以至持续影响到出生后甚至终生[6]。目前认为,婴儿肠道菌群最初来源于母体。虽然之前人们一般认为胎儿在母体子宫内发育的过程是处在无菌环境下的,然而近期不同的研究团队利用动物实验和人群研究分别证实了羊水、脐带血和胎儿肠道内确实存在着来源于母体的肠道菌群[7,8,9,10,11],从而打破了胎儿"无菌"的说法,并明确了人类肠道菌群的最早来源。虽然婴儿生后肠道菌群的演变会受到一些因素的影响,但大量研究提示,最早定植婴儿肠道的菌群对后期肠道菌群的演变有直接的影响。最早定植在婴儿肠道的菌群会产生诸多代谢产物,而这些代谢产物会对包括肠道pH值在内的肠道内环境产生重要影响,不同的肠道内环境又适合不同的肠道微生物生长,因此,先定植肠道的微生物对于后来植入肠道的微生物具有一定的筛选作用[12]
        婴儿出生后的7~10 d主要是厌氧菌和兼性厌氧菌定植生长,随着氧气的消耗使肠道内更利于厌氧菌的生长,如类杆菌、梭菌和双歧杆菌等逐渐成为优势菌。婴儿在添加辅食后,由于食物的多样化而使肠道菌群也呈现多样性改变,如类杆菌、肠球菌及乳杆菌等逐渐增多,向成年人型过渡,直至2~3岁便形成以厌氧菌占绝对优势的稳定菌群[13]。婴儿时期肠道菌群的构成也会受到一些因素的影响并发生演变。

三、婴儿肠道菌群构成及演变的影响因素  

1.分娩方式:  阴道分娩的胎儿在经过母体产道时,获得了母体产道和肠道的微生物,其主要为厌氧菌,而这一获菌过程在剖腹产分娩的婴儿中是缺失的。据研究发现[14],同样是母乳喂养的婴儿,剖宫产降低肠道乳酸杆菌和双歧杆菌的水平。国外大型的人群出生队列研究和回顾性病例-对照研究发现,剖腹产分娩的婴儿在其成年后较阴道分娩的婴儿成年后更易出现肥胖,研究者推测剖腹产婴儿肠道菌群早期植入的缺陷可能在这一现象的形成中起了很重要的作用[15]。研究发现,阴道分娩的婴儿1岁时肠道菌群的构成仍然与其母亲肠道菌群构成有直接的联系[16]。Dominguez-Bello等[17]研究表明,用含有母亲阴道微生物的纱布拭擦可改变剖腹产新生儿的肠道菌群。研究人员用无菌纱布对母亲的阴道微生物进行取样,在婴儿出生的3 min内,用带有母亲阴道微生物的纱布来擦拭新生儿的身体。研究人员发现,与未接受纱布擦拭的剖腹产婴儿相比,接受纱布擦拭的剖腹产婴儿菌群与顺产婴儿更相似。

2.喂养方式:  婴儿时期的喂哺方式也会对肠道菌群构成的演变产生影响。目前有较多的流行病学证据表明,母乳喂养和配方奶粉喂养对于婴儿肠道菌群产生不一样的影响。母乳中的抗体是子代肠道特异性免疫的第一来源。据研究,在出生后的第一个月的母乳喂养对于子代健康有着短期和长期的影响,比如能够预防感染、降低子代的患病率和死亡率、减少免疫性疾病的发生率[18]。母乳是一种"带菌体液"的说法。目前已经得到广泛的认同,研究者们已从母乳中分离出了葡萄球菌、链球菌、微球菌、乳酸菌和肠球菌等,这些微生物被认为是母乳中天然存在的菌群,并可以通过母乳喂养传递给婴儿,参与婴儿肠道菌群的建立和演变,健康的母乳是婴儿肠道菌群中双歧杆菌和乳酸菌的重要来源。而以配方奶粉喂养的婴儿,其肠道菌群的演变与母乳喂养儿相比则有很大差异[19]。王小卉等[19]研究发现,母乳喂养婴儿肠道乳酸杆菌、双歧杆菌数量较人工喂养婴儿高。根据动物和人的实验证明,肠道的SIgA能够调节肠道菌群的构成和活动,而乳汁会分泌SIgA,富含SIgA的母乳喂养不仅会在断奶前影响后代的菌群,还会将这种影响放大到成年期[20]。以健康足月剖宫产婴儿为观察对象,母乳喂养婴儿的双歧杆菌数量明显高于配方奶喂养婴儿[21]

3.孕期饮食:  孕期饮食结构对于孕产妇和及其后代的健康状态有着非常重要的作用。根据几项前瞻性队列研究显示,多不饱和脂肪酸是溃疡性结肠炎的潜在危险因素[22]。而不饱和脂肪酸的过多摄入使得肠道中优势菌的数量减少,其他菌种的数量增加,从而影响到菌群的构成。
        Myles等[23]研究发现,摄入西方饮食模式(高热能、高n6: n3脂肪酸比值、高碳水化合物)的母鼠与低脂饮食的母鼠所生的子代肠道菌群相比较,毛螺旋菌和梭菌数量增加,而西方饮食模式组的子代菌群多样性要少于低脂饮食组。另一项研究表明,n-3脂肪酸组的子代菌群的颤杆菌、梭菌目、乳球菌属、真杆菌属等明显增加,而毛螺旋菌科、罗氏菌属却减少[24]。此外,一项在日本猕猴中进行的研究发现,在孕期高脂饮食会降低后代肠道中的非致病性弯曲杆菌属的丰度[25]。Gibson等[26]研究显示,孕期n-3多不饱和脂肪酸和n-6多不饱和脂肪酸饮食均会使得在子代肠道菌群占优势的肠杆菌和双歧杆菌的数量减少,同时,与免疫系统有关的梭状芽胞杆菌属和丝状细菌数量减少。比较特别的是富含n-3多不饱和脂肪酸的鱼油增加了拟杆菌门的数量,富含n-6多不饱和脂肪酸的红花籽油增加了厚壁菌门的数量。
        另有研究表明,给Wistar大鼠在孕期和哺乳期饲喂高蛋白饮食和高纤维饮食发现,只有母乳里面寡糖的含量会发生变化,而母乳中的蛋白质和脂肪含量并没有发生变化[27]。母乳中寡糖成分的改变与肠道菌群的改变有关系,与对照组相比较,高纤维饮食组的孕鼠和其子代的肠道中双歧杆菌的量增加。

4.心理状态:  肠道菌群的演变和中枢神经的发展、机体的固有免疫系统有着密切的联系[28],很多孕妇在产前会有抑郁、焦虑、紧张等心理变化,而这些心理变化会影响子代肠道菌群的构成,主要表现为乳酸杆菌的丰度下降。Golubeva等[29]研究发现,孕鼠产前压力会造成子代肠道内乳酸菌属数量下降,而颤杆菌和消化球菌属数量增加。Ja?arevi?等[30]也证实,孕期压力导致阴道内环境变化,使得阴道乳杆菌属的丰度发生改变,孕妇阴道乳杆菌的数量下降,直接导致自然分娩过程向后代传递的乳酸菌数量减少。另一项研究发现[31],孕早期的恒河猴暴露在听觉刺激压力之下,其子代肠道内乳酸杆菌的数量减少;孕后期的刺激会使子代肠道菌群中乳酸杆菌和双歧杆菌的丰度均减少。

5.孕期抗生素的使用:  母亲在孕期接受过抗生素治疗,其后代肠道菌群种类减少,未曾接触过抗生素治疗的母亲其后代的肠道菌群则较丰富且分布均衡。Tormo-Badia等[32]研究显示,给无肥胖症状的糖尿病孕鼠使用抗生素,其子代的菌群多样性减少。此外,Munyaka等[33]的实验表明,在预产期的前6天给予怀孕的C57BL/6小鼠160 mg/kg的头孢唑啉,发现产前使用抗生素减少了粪便中微生物的丰富程度,改变了粪便和结肠的微生物构成。

6.其他因素:  除了上述涉及到的因素之外,生活环境也会影响子代肠道菌群的构成。De Filippo等[34]研究表明,农村婴儿肠道菌群中的放线菌和拟杆菌比城市多,而城市婴儿的肠道菌群的厚壁门和变形菌门比农村婴儿多,提示环境因素对肠道菌群的影响。此外,孕期体重、地理环境、气候因素等均会对菌群的构成产生影响。

四、结语  维持肠道微生物稳态对儿童的生长发育和免疫功能有着非常重要的作用,而分娩方式、喂养方式、孕期饮食、孕期心理状态及抗生素的使用等多种因素均会影响到婴儿肠道菌群的构成和演变。自然分娩和母乳喂养的子代肠道菌群的构成较丰富且分布均衡,应该提倡自然分娩和母乳喂养。孕期合理的膳食模式不仅关系到孕妇整体健康状态,并且改善孕期饮食结构、合理摄入不饱和脂肪酸并适当增加膳食纤维的摄入量对于构建肠道菌群稳态有着至关重要的作用。孕期心理焦虑紧张等情绪也会影响菌群的构成,因此,应该增加对孕期心理健康的关注度,并科学指导孕产妇心理健康。此外,尽量减少孕期广谱抗生素的使用,避免由此引起的菌群失衡。维护肠道微生态稳态已经成为母婴健康的关注热点。

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