極低出生體質量兒腸道細菌定植的研究進展

鄭耀，吳軍華

作者單位： 315012 寧波，寧波大學（鄭耀）；寧波市婦女兒童醫院（吳軍華）

腸道菌群是指人體腸道內所有的細菌，至少由1 000 種菌種構成，約含1014個細菌[1]。大量研究表明，腸道菌群對維持人體的正常代謝和各項生理功能至關重要，與多種疾病如消化系統疾病、神經系統疾病、代謝性疾病、自身免疫性疾病及癌癥、炎癥等發生密切相關[2-3]。近年來，隨著圍產醫學的飛速發展和新生兒重癥監護救治水平的提高，出生體質量＜1500g 的極低出生體質量兒（VLBWI）的救治成功率顯著提高。但由于吸吮力弱，腸黏膜發育不成熟，免疫功能不完善，加之住院時間較長，接受各種侵入性操作較多，這使得VLBWI腸道菌群的早期建立受到極大影響。因此，了解與VLBWI腸道細菌定植有關的因素，及時發現細菌定植并采取相應措施，將直接關系到VLBWI 的生存質量。

1 早期腸道菌群的建立

過去普遍認為胎兒在母體子宮內的無菌環境中生長，其腸道內也是無菌的，新生兒腸道細菌的定植起始于分娩過程及分娩之后。然而，最近的研究結果對胎兒腸道“無菌論”提出了挑戰。Collado 等[4]發現在孕婦胎盤和羊水中均含有豐富度低、多樣性低的細菌微生物群，胎兒可能通過吞咽羊水而接觸細菌，并開始建立腸道菌群。Aagaard 等[5]在胎盤中檢測到一個獨特的微生物群落，由厚壁菌門、軟壁菌門、變形菌門、擬桿菌門和梭桿菌門等非致病性共生菌群組成；Gomez-Arango等[6]的研究也證實厚壁菌門和變形菌門在人類胎盤微生物群落中占主導地位。而Malmuthuge 等[7]提出，用于測序的試劑存在細菌DNA污染的風險，通過設置無樣本對照，利用多種分子方法來分析綿羊胎兒環境和胎兒腸道中的微生物群，證實了妊娠晚期胎兒在子宮內是無菌的，并強調在分析宿主相關微生物群時，特別是在樣本微生物量可能較低的情況下，進行適當校驗的重要性。腸道細菌的定植究竟是始于子宮內還是分娩時目前仍存在爭議。

新生兒腸道細菌定植是一個動態變化的過程。隨著時間的變化和環境的影響，菌種變化不太穩定且個體之間存在差異性。分娩時嬰兒接觸母體糞便和陰道細菌，需氧菌及兼性厭氧菌通過上下腔系迅速定植。在出生后1 ～2 周內以雙歧桿菌、志賀氏桿菌、球菌及假單胞菌等為主。從母乳喂養到斷奶階段中，厭氧菌在腸道逐步形成較高的多樣性和優勢，包括擬桿菌、普氏菌及梭菌屬細菌等[8]。嬰兒期腸道細菌不斷豐富，其中雙歧桿菌、鏈球菌、乳球菌和乳桿菌占主導地位，有助于葉酸生物合成和腸道內皮細胞的新陳代謝[9]。直到18 ～24 個月齡，腸道菌群才類似于極其密集和復雜的成人型菌群。

2 影響腸道細菌定植的因素

與足月兒相比，早產兒尤其是VLBWI，其腸道菌群的組成有很大的不同，比如細菌多樣性降低，定植延遲，潛在與新生兒壞死性小腸結腸炎（NEC）相關的病原體增加等。此外，腸道菌群定植更易受一些普遍存在的因素的干擾，這些因素包括分娩方式、抗生素（母親或嬰兒）、胎膜早破時長、非腸道喂養、延遲喂養、胎齡、出生體質量、居住在病原菌含量豐富的新生兒重癥監護病房（NICU），以及缺乏接觸母親皮膚和母乳微生物群的機會等[8]。

2.1 分娩方式 大量研究證實，分娩方式不同及在分娩過程中接觸到不同的微生物對新生兒腸道細菌的定植有著深遠的影響。經陰道分娩的新生兒腸道細菌主要來源于母親的產道，以乳桿菌屬為主，同時還有高豐度的雙歧桿菌屬、擬桿菌屬、普氏菌屬和纖毛菌屬[10-11]；而剖宮產兒腸道菌群多來源于醫院環境、醫護人員及母親的皮膚，包括葡萄球菌屬、丙酸菌屬、梭菌屬和棒狀桿菌屬，以及低豐度的擬桿菌屬和雙歧桿菌屬[10-12]。母親腸道也是經陰道分娩新生兒細菌定植的一個重要來源。據報道，經陰道分娩的新生兒腸道細菌種類與母親腸道細菌種類匹配度達72%，而在剖宮產兒中這一比例為41%[13]。Jakobsson 等[12]通過比較兩種不同分娩方式的新生兒腸道菌群的定植情況，發現剖腹產分娩的新生兒腸道內擬桿菌門的定植延遲長達一年，而且腸道菌群的多樣性較低。更有研究發現，自然分娩和剖腹產分娩的嬰兒腸道菌群定植的差異會持續到7 周歲[14]。

嬰兒腸道菌群的多樣性與健康狀況密切相關。相比較自然分娩兒，剖宮產出生的嬰兒更易患感染性疾病，且生后患肥胖、免疫介導性疾病（如哮喘、炎癥性腸病和關節炎）及腦功能障礙（自閉癥）等疾病的風險顯著提高[15]。我國剖宮產率位居世界前列，遠高于世界衛生組織建議的10%～15%。從腸道菌群建立的角度提示人們需重視并減少非醫學指征的剖宮產。

2.2 喂養方式 不同喂養方式對新生兒腸道菌群的定植具有重要影響。過去普遍認為母乳是無菌的，直到Benno 等[16]從母乳中分離出嚴格厭氧菌，說明母乳中確實存在細菌。隨著傳統微生物培養方法的改進和分子生物學技術的發展，越來越多的研究證實母乳中含有不同菌群，如葡萄球菌、鏈球菌、棒狀菌、乳酸桿菌、腸球菌和雙歧桿菌等[17]。國外學者多對母親的乳汁及新生兒的糞便菌群進行基因組測序[18]，在同一對母嬰的乳汁和糞便樣本中發現了多個菌株，以雙歧桿菌、乳酸桿菌及葡萄球菌等為主。這些研究均表明母乳是新生兒腸道菌群的重要來源。國內外研究均比較了母乳喂養和配方奶粉喂養對嬰兒腸道菌群的影響[13,19]，結果發現到第7天時，母乳喂養嬰兒腸道菌群以有益的雙歧桿菌屬、乳酸菌屬為主，還有少量的擬桿菌屬和梭菌屬。而配方奶粉喂養嬰兒腸道菌群多樣性較高且有大量的潛在致病菌，包括大腸埃希菌、擬桿菌屬、梭菌屬及檸檬酸桿菌屬、嗜膽菌屬等。

早產兒對腸道氧化損傷的易感性增加，喂養方式的不同則是影響新生兒氧化應激水平的主要因素。Cai 等[20]研究顯示在腸內喂養后期（2 ～4 周），喂養母乳和添加母乳強化劑的VLBWI腸道內韋榮氏球菌屬豐度明顯低于喂養母乳和配方奶的VLBWI，且明顯觀察到氧化應激水平增加，因為該菌屬可以通過在人體腸道內產生丙酸，從而改善腸道屏障功能，促進抗炎和降低氧化應激來減少結腸炎的發生。

母乳喂養和配方奶粉喂養導致的嬰兒腸道菌群差異主要來源于母乳寡糖（HMOs）。HMOs通過母乳傳遞給嬰兒，可選擇性的刺激有益細菌的增殖或活性，比如雙歧桿菌、乳桿菌等。此外，雙歧桿菌這一特定的有益腸道細菌將HMOs作為能量來源，兩者所產生的有機酸使腸道環境酸度增加，抑制了大腸埃希菌、產氣莢膜梭菌等致病菌的生長[21]。同時，母乳中還有其他的生物活性分子，包括sIgA、乳鐵蛋白、糖巨肽及溶菌酶等，這些物質幫助有益菌的定植，并且能夠聯合有益菌抑制致病菌的生長，修復腸道黏膜屏障，減少腹瀉的發生[22]。

2.3 抗生素的應用 VLBWI 由于在母體宮內發育時間較短，器官發育不成熟，免疫功能不完善，易出現感染性疾病及多種并發癥，臨床上應用抗生素治療較多，這對腸道菌群的影響也十分明顯[8]。出生后接受抗生素治療的早產兒，其腸道菌群的建立和定植時間將延遲，腸道菌群的多樣性降低，且雙歧桿菌、乳桿菌等益生菌數量減少，腸球菌、腸桿菌等潛在致病菌數量增多[23]。同時，抗生素的應用時間越長對菌群的影響越大[24]。Dardas 等[25]比較了接受2d 和7d 抗生素治療的早產兒糞便發現，抗生素應用時間越長，糞便菌群多樣性越低。在應用抗生素10 d 的早產兒糞便中發現厚壁菌門和擬桿菌門最為豐富，在30d的糞便中這兩個門仍然占主導地位，但變形菌門和放線菌門有所增加，這說明在停用抗生素后，腸道菌群仍處于紊亂狀態。有研究顯示，新生兒期抗生素的使用天數與新生兒壞死性小腸結腸炎、晚發型敗血癥的發生密切相關[26]。也有研究顯示，抗生素的使用可增加腸道菌群耐藥基因的產生，從而促進耐藥菌的形成和耐藥菌感染的發生[23]。因此臨床醫生應嚴格掌握適應證，合理應用抗生素。

2.4 胎齡 無論是腸道發育的成熟度，還是腸道環境中細菌的定植，出生時的胎齡與VLBWI的腸道細菌結構有重要的相關性。VLBWI 胎齡大多＜32 周，其中28～32 周早產兒的細菌多樣性明顯降低，個體之間的腸道系統發育也存在差異性。＜28 周的極早產兒腸道細菌定植多樣性的建立速度遠遠落后，可能在較長一段時間內對潛在致病菌有更高的敏感性[27]。隨著校正孕周的增加，細菌多樣性呈上升趨勢，但是與足月健康兒相比，VLBWI的許多關鍵菌群屬的豐度較低，比如雙歧桿菌、類桿菌和鏈球菌等，這表明了為出生胎齡較早的早產兒補充益生菌的潛在益處[28]。Korpela 等[29]報道VLBWI 的腸道細菌定植的主要驅動力是胎齡，且菌群發育結構取決于校正胎齡。在校正胎齡后的前50 周，無論是極早產兒還是晚期早產兒都遵循著腸道菌群定植的四個演替階段，第一階段是校正后25 ～30 周以葡萄球菌屬為優勢菌群；第二階段是在校正后30周腸球菌屬豐度達到高峰，其中腸球菌階段極易在極早產兒中觀察到，這一階段可能延遲了腸道菌群定植發育的演替；第三階段是在校正后35 周以腸桿菌屬為優勢菌群；第四階段是校正后30 周以雙歧桿菌屬為特征，逐漸定植發育，最后在嬰兒腸道菌群占據主導地位，這也是嬰兒形成腸道健康微生物區系的一個重要指標。有研究發現，VLBWI 腸道菌群多樣性減少，腸桿菌、假單胞菌、葡萄球菌和腸球菌等致病菌增多，真菌類和病毒類多樣性明顯增加[30]。劉學敏等[31]對收入NICU 的53例VLBWI出生后第1、7、14、28 和180 天（出院后）的糞便進行16SrRNA基因高通量測序及生物信息學分析發現，VLBWI住院期間腸道菌群多樣性下降，變形菌門、克雷伯菌屬成為優勢菌，雙歧桿菌屬相對豐度較低。

2.5 環境因素 NICU的環境因素以及醫護人員消毒隔離制度的狀況與VLBWI 細菌定植的發生密切相關。劉健慧等[32]對NICU 住院治療的早產兒進行細菌學監測發現，胃腸外營養和機械通氣為細菌定植的高危因素。因為住院時間長、應用機械通氣和胃腸外營養等因素，均增加了護理操作，增加了醫護人員與早產兒的接觸機會。Brooks 等[33]對NICU 的VLBWI 出生后每隔3 天（至30 d 止）連續進行糞便細菌DNA的16SrDNA基因組進行測序分析，同時對所在NICU房間環境如暖箱表面、鍵盤表面、胃管或氣管導管、醫護人員的手及手機表面等取樣測序，并對測序后的基因組進行同源性分析，發現一半以上的樣本優勢菌群，如表皮葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、脆弱擬桿菌及大腸埃希菌等，為NICU 常見耐藥菌。由此可見，醫護人員與VLBWI 之間的接觸傳播應是細菌定植的重要傳播方式，由水平傳播造成外源性細菌定植的作用大于自身內源性菌群[32]。此外，長時間胃腸外營養容易導致腸黏膜萎縮，黏膜屏障功能受損，使細菌定植概率大大增加。同時，腸內營養管的使用利于生物膜的形成，亦增加了腸道細菌定植的風險[34]。Mourani 等[35]研究發現，氣管插管的早產兒多在出生后第3 天便可發生氣管內細菌定植。氣管內定植菌可在早產兒躁動時隨著氣道分泌物發生反流及細菌易位，為下呼吸道-胃腸道途徑的細菌轉移定植增加了條件。

3 小結

新生兒期是人體腸道微生態系統建立的初期階段，其構成和演變極易受到各類因素的影響，而人體的腸道微生態系統作為一個及其龐雜的生物體系，對維持人體健康起著至關重要的作用。就目前的研究表明，經陰道分娩和母乳喂養更有利于新生兒建立豐富的腸道菌群，且菌群分布相對較為均衡，應該大力提倡經陰道分娩和母乳喂養。此外，加強手衛生、環境消毒及合理應用抗生素等措施均對VLBWI腸道菌群的正常建立起著重要作用。隨著對生命早期腸道菌群研究的不斷深入，通過菌群的檢測和調控，實現減少嬰兒患病的目的，是現代醫學實現“未病先防”和個性化醫療的新方向及新途徑。