溺亡后腸道菌群變化綜述

馬玉欣，馬 淵，徐勝杰，宋積壽，馬 琴，傅思武

西北民族大學醫學部，甘肅 蘭州 730030

在法醫學中，死亡時間是指死后間隔時間（postmortem interval，PMI）或人體死亡后到法醫推斷所經過的時間，也就是從死亡發生到法醫進行檢驗的時間區間[1]。從傳統方法根據尸體溫度、尸體現象、尸體腐敗程度、胃腸內容物消化程度、膀胱尿量及昆蟲變化等數據綜合分析來推斷PMI，到如今檢測尸體體液中的生化變化、死后機體生物分子物質，如脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）及蛋白質等物質的降解變化規律、超聲反應、代謝組學、影像學及利用眼組織結構等眾多方法綜合推斷PMI，為法醫學提供了較好的方法。然而，受自身和環境的雙重影響，溺亡尸體的變化較陸地更為復雜。目前，除了硅藻和生化檢驗等方法，隨著對腸道菌群研究的逐漸深入，可利用基于腸道菌群16S rRNA 擴增子測序技術與機器學習算法來推斷PMI[2]。

1 腸道菌群

腸道菌群是指人體腸道中存在的細菌總數，數量龐大，是人體細胞總數的10 倍。腸道菌群在出生前發育，于嬰兒期和兒童期發展。人出生時，腸道內處于無菌狀態，在出生后數小時到數月之間，細菌通過口腔和肛門侵入并迅速定植于腸道。腸道菌群的形成被視為物種之間對所需資源進行競爭和互利共生的結果。在人類生長發育的各個階段，都有特定腸道微生物群的參與。這些微生物在維生素和氨基酸的合成、糖和蛋白質的代謝及礦物質的吸收方面發揮著重要的作用。其不僅參與體內穩態的維持和功能的發揮，還影響著尸體的分解過程，在尸體的腐爛過程中發揮著至關重要的作用[3]。

2 腸道菌群及其代謝產物的檢測方法

過去一般采用培養法來檢測腸道菌群，但由于腸道菌群大多為厭氧微生物，而能夠進行培養的微生物種數僅占微生物總類的1%，隨著微生物測序技術的發展，利用擴增子技術和宏基因組測序技術獲得的微生物種群隨PMI 變化的演替模式等信息可進行定量處理，通過將量化結果與人工智能算法結合，可以構建更準確的PMI 推斷模型[4]。此外，由于腸道菌群可產生多種代謝產物，主要包括短鏈脂肪酸、色氨酸及其衍生物、膽汁酸等物質。可利用超高效液相色譜/四極桿飛行時間質譜法檢測代謝產物，并根據其質子化離子的色譜圖和特征，分析不同代謝產物的變化規律[5]，可以分析出腸道菌群的變化特征。

3 死亡后腸道菌群的變化

有研究發現，闌尾和橫結腸的菌群種類存在差異，且闌尾的微生物種類比橫結腸多，菌群多樣性高，并且在尸體分解進程中，闌尾中的微生物群落具有一定的可推斷的演替規律。隨著PMI 的推移，厚壁菌門（firmicutes）及其亞類的相對豐度逐漸提升，而擬桿菌門（Bacteroides）及其亞類的相對豐度逐漸降低[6]。同時，機體外部的微生物開始于體內定植，不同尸體受年齡、種族、性別及飲食等因素影響，其腸道微生物的分布也會存在差異，有證據表明[7]，不同性別尸體的微生物群落組成存在一定的差異。Guo 等[8]發現，隨著尸體的降解，腸道的微生物群中擬桿菌門（Bacteroides）和厚壁菌門（firmicutes）的數量不斷下降，而變形菌門（proteobacteria）的數量則在不斷上升。DeBruyn 等[9]對尸體盲腸中的微生物群進行連續采樣和測序，結果表明，隨著PMI 的推移，腸道菌群的豐富度顯著增加，多樣性顯著降低。Hauther 等[10]對6 具腐爛尸體近端結腸的微生物群樣本進行了DNA 測序，并使用RT qPCR 技術發現近端結腸中擬桿菌門（Bacteroides）和乳酸菌門（Lactobacillus）的相對豐度隨PMI 的增加而呈指數式下降。

李歡等[11]對處死大鼠的直腸區進行了一定時間梯度擦拭采樣，第1、5 天，腸球菌屬（Enterococcus sp.）是腸道菌群中的優勢菌群；第10、15、20 天，蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis）為優勢菌群，松鼠葡萄球菌（Staphylococcus squirrels）消失；糞腸球菌（Enterococcus faecalis）是第25、30 天的優勢菌群。采用變性梯度凝膠電泳技術，發現樣品菌群的多樣性隨PMI 的增加呈下降趨勢，組內相似度也呈下降趨勢。在尸體腐爛的活躍階段，受腐爛菌群影響，產生了大量甲烷、硫氫化物、尸胺等腐敗氣體。隨后，該團隊研究人員[12]在類似研究中也發現，直腸樣本的微生物多樣性和豐富度隨PMI 的增加而呈下降趨勢。Jie Cao 等[13]采用16S rRNA 高通量測序技術，檢測大鼠盲腸內容物中的腸道菌群，結果顯示死后30 d 內大鼠腸道的微生物菌群總數未發生顯著變化，但菌群多樣性呈上升趨勢，且其組成和結構發生了明顯的變化，通過建立的PLS 回歸（Partial least squares regression，偏最小二乘法回歸）模型，發現PMI 與腸道菌群高度相關，呈一定的時序性變化趨勢。以上結果均提示，腸道菌群的演替可以作為輔助PMI 推斷的一大潛在指標。

4 溺亡后腸道菌群的研究進展

與陸地等環境狀況相比，水中的環境更為復雜多樣，受水流、溫度、環境等諸多因素影響，極大地限制了法醫工作者根據尸體現象和法醫昆蟲學對PMI的推斷。在門水平上，變形菌門（proteobacteria）和厚壁菌門（firmicutes）在不同器官的微生物群落中占據主導地位[14-15]。與陸地尸體的研究結果相似，相關研究[15-16]表明，在尸體腐敗后期，水中尸體肺部和盲腸中的梭狀芽孢桿菌（clostridium）與淡水環境下的PMI 密切相關。有研究發現[17]，尸體在水環境下，厚壁菌門（firmicutes）隨PMI 延長而逐漸增加，變形菌門（proteobacteria）隨PMI 延長而逐漸減少。在尸體的整個腐爛進程中，擬桿菌門（Bacteroides）是主要微生物群。Zhang 等[18]基于水中小鼠的盲腸微生物群落構建了PMI 推斷模型。死亡后14 d 內的平均絕對誤差（mean absolute error，MAE）為0.818 d。但相關研究多集中于流速較慢的淡水中的尸體，復雜水環境中微生物群落的演替仍有待進一步研究。

5 總結與應用前景

綜上所述，利用尸體腸道相關微生物群的演替模式進行PMI 推斷具有一定的潛力，特別是采用基因測序技術檢測尸體腸道微生物群的組成和演替，該方法相較于傳統方法更具優勢。與根據尸體現象推斷PMI 相比，法醫工作者的主觀因素對PMI 的影響較小；與昆蟲學等估計誤差較高的方法相比，結合機器學習算法構建的PMI 推理模型的準確率已大幅提升。

目前仍然缺乏溺亡尸體中腸道菌群代謝產物隨PMI 變化規律的有力證據，由于水中環境對腸道微生物的影響因素眾多，關于其是否會影響PMI 的準確性還需進一步驗證。未來有望發現和確立腸道菌群及其代謝產物的變化規律，建立尸體死亡時間腸道微生物信息數據庫，為法醫工作者提供更精確的判斷PMI 的方法。