使用抗菌药物对婴幼儿肠道微生态的影响

苏思婷， 温洪宇， 袁振亚， 王秀颖， 王国振， 俞晨洁

（江苏师范大学生命科学学院，江苏 徐州 221116）

在健康人群的肠道系统中寄生着大量复杂的细菌，这些细菌构成肠道微生态，对人体健康发挥着重大作用，例如保护宿主免受病原菌的侵袭、促进宿主的消化吸收和药物代谢、影响脂肪的吸收和分布等[1]。肠道细菌是微生态的核心组成部分，细菌种类和数量变化都会对肠道微生态平衡产生重要影响。一般来说，肠道细菌的种类和数量是相对稳定的，但是其易因年龄、饮食、抗菌药物等因素发生变动，从而引起肠道微生态失衡，导致患病。婴幼儿肠道微生态在微生物的数量、丰度及组成上变化快速而广泛[2]。婴儿在出生之前的肠道基本处于无菌状态，出生时各类细菌在婴儿肠道中开始定植，起初大肠埃希菌、肠球菌及梭菌占主体，出生后5 d左右，双歧杆菌发展为优势菌株。在新生儿中，早期是否使用抗菌药物治疗对婴幼儿肠道微生态的影响完全不同[3]。我们就抗菌药物给婴幼儿肠道微生态的影响作一综述，为临床上合理使用抗菌药物提供理论依据。

1 肠道微生态携带耐药基因

抗菌药物耐药基因的存在使耐药细菌可在抗菌药物存在的环境下大量增殖，严重影响抗菌药物的抑菌功能。婴幼儿免疫系统发育不完全，在生命早期需要使用更多的抗菌药物，这会加速体内抗菌药物耐药性的产生。抗菌药物的使用造成了耐药基因及多重耐药细菌的富集[4]，增加了抗菌药物治疗的难度。尹馨等[5]对患有急性腹泻儿童肠道致病菌进行研究，发现造成急性腹泻主要病原菌之一的韦荣球菌对青霉素类抗菌药物具有较强的耐药性，进而影响抗菌药物发挥作用。来自美国的一项研究发现儿童在接受抗菌药物治疗后，体内的抗菌药物耐药基因丰度显著增加[6]。抗菌药物耐药基因的持留性很强，在接受治疗后相当长一段时间内仍然存在。

来自华盛顿大学医学院的研究人员采集了22例6个月～19岁患者的粪便样本并进行分析，通过检测对18种抗菌药物都耐药的患者肠道内细菌的DNA，其中包括对2 500个新型的抗菌药物耐药基因进行筛查，研究人员鉴别出了新型的抗菌药物耐药基因，这些新型的抗菌药物耐药基因能够严重影响抗菌药物的功能发挥。接受青霉素治疗的患儿肠道中存在肺炎克雷伯菌β-内酰胺酶耐药基因，其基因表达量（reads per exon kilobase per million mapped sequence reads，RPKM）高达4 000，β-内酰胺酶耐药基因丰度的急剧上升引起肺炎克雷伯菌的相对丰度从0%上升至22%。而抗菌药物外排基因tolC丰度的增加导致大肠埃希菌的相对丰度由4%上升至24%。耐药基因tet32可使活泼瘤胃球菌的相对丰度增加至97%。许多抗菌药物耐药基因会发生水平基因转移（horizontal gene transfer，HGT），增强肠道内耐药基因的富集作用[7]。有研究结果表明，一些新生儿体内携带抗菌药物耐药基因可能来自于他们的母亲[8]，但迄今为止，婴幼儿肠道内的耐药基因起源于何处仍不清楚。不仅如此，每名儿童的肠道都存在一定数量和不同种类的耐药基因，即使是一些尚未接受过任何抗菌药物治疗的健康儿童[8]。因此，应用于婴幼儿的抗菌药物种类受到限制，进一步增加了治疗难度。

2 抗菌药物暴露降低肠道微生态多样性和稳定性

肠道微生态、肠道上皮细胞与宿主免疫系统之间构成的平衡保证了宿主的健康。有研究结果表明，使用抗菌药物、剖腹产和主要喂食配方奶粉等因素均会降低婴儿肠道微生物组的多样性和稳定性，这种现象在拟杆菌处于低水平的婴儿体内表现得更为明显[6，9]。全基因组测序（whole genome sequencing，WGS）分析结果表明，与未受到过抗菌药物暴露的婴儿不同的是，接受过抗菌药物治疗的婴儿中，其肠道微生物种类更少，并且往往倾向于受到单个菌株的控制，包括大肠埃希菌、普氏梭杆菌、脆弱拟杆菌、副流感嗜血杆菌。母乳喂养时间较长且早期未使用过抗菌药物的婴儿肠道中双歧杆菌及Akkermansia muciniphila丰度较高。随着时间的推移，受到抗菌药物暴露的婴儿其肠道微生态开始变得不稳定，尤其是在抗菌药物治疗期间，这更加证明了使用抗菌药物会加剧肠道微生态失衡的事实[10]。

不同的抗菌药物对肠道微生态多样性的影响不同。2016年，芬兰的研究人员发现，大环内酯类抗菌药物的使用与肠道微生物丰度的长期下降存在关联[3]。即使是最近一两年内未接受过大环内酯类抗菌药物治疗的儿童，其微生物组成仍然无法达到对照微生物组的丰富程度。双歧杆菌和拟杆菌的丰度通常在1年内可以恢复至正常水平，但乳酸菌、柯林斯菌的丰度在2年后依旧处于很低的水平。GIBSON等[4]发现早产婴儿在出生初期由于身体状况等原因普遍需要接受抗菌药物治疗。常见的美罗培南、头孢噻肟、替卡西林-克拉维酸会显著降低肠道微生物的丰度，而庆大霉素和万古霉素的使用对肠道微生物的丰度也具有一定影响。

3 抗菌药物的使用破坏肠道微生态的结构及功能

在临床治疗中，抗菌药物已成为常用的药物之一。但抗菌药物治疗破坏正常肠道微生态结构，改变肠道微生态功能。KLEMM等[11]利用系统发生学分析发现使用抗菌药物显著改变了细菌微生态结构，儿童使用抗菌药物与肠道微生态组成的变化相关，这种变化将持续6个月以上。为了深入剖析肠道微生态的起源，了解抗菌药物及其他环境因素对肠道菌群可能产生的影响，来自麻省总医院、Broad研究所的研究团队挑选了39名婴儿，从他们出生开始每月定期采集他们的粪便样本，一直持续至3岁[12]。采集的样本通过统一技术处理后进行高通量测序以确定肠道微生态的构成。实验结果表明，是否接触过抗菌药物、出生方式、喂养方式等因素会改变肠道微生态的构成。还有研究结果显示，接触抗菌药物影响了益生菌的稳定定植，在健康儿童中表现为机体生理紊乱[13]。

KORPELA等[3]对142名2～7岁的芬兰儿童进行研究。在研究期间，这些儿童接受相同幼儿日托中心的照顾。研究人员分析了这些儿童接受抗菌药物治疗的过程以及抗菌药物的使用如何影响肠道微生态。采用16S rRNA基因测序技术，研究人员通过检测粪便样本确定了其肠道的细菌构成。研究结果表明，儿童肠道微生态构成清楚反映了抗菌药物的使用情况，使用抗菌药物会减少肠道微生物的丰度，同时也会减缓微生物群落的发育[14]。尤其是接受大环内酯类抗菌药物治疗的儿童，如阿奇霉素和克拉霉素等，这些儿童在过去2年里的肠道微生态变化程度较为明显。具体表现为放线菌（包括双歧杆菌）的丰度下降，而拟杆菌和变形菌的丰度升高。然而，使用过青霉素的儿童却没有表现出这么明显的变化。大环内酯类抗菌药物的使用使得肠道微生态的构成和代谢持久改变。其变化包括放线菌的消失，杆菌和变形杆菌的增加，胆盐水解酶的减少以及大环内酯类抗菌药物耐药性的增强[15]。此外，研究人员还发现早期使用抗菌药物将影响体重指数（body mass index，BMI）。结合实验结果和之前从小鼠实验中得到的结果，他们得出结论，大环内酯类抗菌药物的使用对儿童的肠道微生态产生了不利影响，这危及健康儿童的免疫系统和新陈代谢的发展，相比大环内酯类抗菌药物，青霉素类抗菌药物对儿童肠道微生态的构成也可能产生一定影响[13]。一般来说，在接受过抗菌药物治疗的1年后肠道微生态将恢复正常，但如果儿童长期使用抗菌药物，则其肠道微生态需要更长时间进行恢复。

4 使用抗菌药物增加患病风险

已有的许多研究均证明了儿童使用抗菌药物与免疫系统疾病的患病风险增加有关，如炎症性肠道疾病（inf l ammatory bowel disease，IBD）、肥胖症、糖尿病、哮喘和过敏等[16-18]。目前，人们普遍认为，肠道微生态与这些疾病有着密切联系。肠道微生态及细菌代谢产物的改变会影响宿主的代谢功能，严重时会导致某些代谢疾病如肥胖症和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）[19]。短期使用抗菌药物会导致肠道菌群的长期紊乱，从而导致疾病的发生或加重。研究人员已经探索出抗菌药物使用与幼年时期肥胖症以及BMI之间的关系，小肠微生态和大肠微生态影响体重调节和葡萄糖稳态[20]。有研究发现大环内酯类抗菌药物的使用与哮喘病、肥胖症直接相关。在2岁之前频繁使用大环内酯类抗菌药物的儿童后期患上哮喘症和肥胖症的概率明显增加。并且，这些患儿拥有独特的肠道微生态。2岁前使用抗菌药物2次以上的儿童患哮喘的概率是未使用大环内酯类抗菌药物的儿童的6.11倍[3]。另外，幼儿时期接受大环内酯类抗菌药物的治疗与肠道微生态构成、肠道功能的长期紊乱以及细菌耐药性存在关联。

目前研究结果表明，早期抗菌药物暴露是导致儿童期肥胖症的重要原因[21]。PAOLELLA等[22]提出了3种解决方法来应对抗菌药物带来的这种影响：（1）理性使用窄谱抗菌药物。长期、大剂量地使用广谱抗菌药物会导致肠道微生态中的正常菌株被灭杀，具有耐药性的菌株被选择出来并逐渐生长繁殖，进而成为优势菌群，通过多种方式获得了对抗菌药物的耐药性，临床上使用抗菌药物时应谨慎明智；（2）增加ω-3脂肪酸的摄入。ω-3和ω-6脂肪酸是人体必需的脂肪酸，且不能在体内合成，需通过食物获取。ω-3脂肪酸能够通过多条途径抑制ω-6脂肪酸的脂肪生成作用，也能通过抑制成脂相关基因包括脂肪酸合酶（fatty acid synthase，FAS）、脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）以及硬脂酰辅酶A脱饱和酶1的表达以调节体内脂类的平衡[23]。ω-3脂肪酸的摄入可最终导致脂肪沉积减少，对于减少脂肪的形成、预防肥胖引起的相关健康问题发挥重要的作用；（3）使用益生元或益生菌。常用的限制饮食和手术等减肥方式会降低肠道微生物丰度，改变肠道微生态构成，长此以往容易产生副作用，而益生菌或益生元通过优化肠道微生态构成、减少肠道细菌脂多糖的产生、降低脂肪存储，继而改善肠道环境、宿主代谢并降低体脂。因此，通过益生菌、益生元的干预调节肠道微生态以抵抗肥胖及相关疾病是有效的策略[22]。

5 小结与展望

关于人类肠道微生物的研究已经受到诸多关注。抗菌药物的使用在短期和长期内对于宿主的正常肠道微生态均具有一定的负面作用，进而影响人们正常的生理活动。近年来，随着微生物学的发展，越来越多的研究人员将关注点投向婴幼儿肠道微生态，尤其是接受抗菌药物治疗的婴幼儿。抗菌药物耐药性问题已是全球主要的公共卫生问题。2016年9月，在联合国大会国家元首高级别会议上，来自多个国家的科学家联合发文呼吁提高对抗菌药物使用不足和耐药性的认识[24]。

目前，抗菌药物治疗对婴儿肠道菌群的影响仍然处于不断探索阶段。随着我们对于肠道微生态对人类健康的作用和如何保持肠道健康的重视，了解抗菌药物对肠道微生态的影响显得尤为关键，尤其是婴幼儿使用抗菌药物导致其耐药基因扩散所带来的威胁。展望未来，除我们提及的几点影响外，希望有更多关于抗菌药物对婴幼儿肠道菌群的影响的研究，为临床合理使用抗菌药物提供理论依据。