低出生体重早产儿肠道微生态研究进展

郭 杉，刘瑞霞，阴赪宏

(1.首都医科大学附属北京妇产医院中心实验室，北京 100026；2.北京妇幼保健院中心实验室，北京 100026)

胎龄在28～37周的新生儿定义为早产儿。因胎龄小，出生体重低，易并发新生儿疾病，早产或低出生体重是我国部分地区2015年5岁以下儿童死亡主要原因[1]。早产儿胃肠道发育不成熟，肠道微生态在多样性、结构组成、代谢功能等各方面均与足月儿不同。肠道菌群在新生儿代谢、免疫系统建立等生理过程中发挥重要作用，肠道菌群失调与坏死性小肠结肠炎、晚发型败血症等多种新生儿疾病相关[2]。早产是低出生体重主要原因之一，极低出生体重儿坏死性小肠结肠炎发病率为5%～10%，死亡率高达25%[3]。阐明低出生体重早产儿肠道菌群定植影响因素及远期关联有利于改进现有干预措施，防治低出生体重早产儿新生儿疾病及生长发育迟缓。因此，本研究综述了低出生体重早产儿肠道微生态的研究进展。

1新生儿肠道菌群的建立

1.1产前

既往认为，子宫宫腔内为无菌状态，新生儿肠道菌群在出生后开始定植[4]，即曾被广泛接纳的无菌宫腔假说。但新近研究表明，胎盘、羊水、胎粪中均存在微生物群落，其中大部分胎盘及羊水中的微生物源自母亲口腔[5]，这表明胎儿在母体内已开始接触微生物环境，由此产生宫腔定植假说，即宫腔和胎盘是有菌的，胎儿的菌群定植在宫内已开始。

一项纳入486名中国孕妇的临床研究分别收集剖宫产胎儿出生时的羊水、唾液、胎粪样本及孕妇产后2天的唾液、阴道分泌物及粪便样本进行16s rRNA基因测序，发现无论肠道菌群丰度还是共现性，新生儿和孕妇均有相同的变化趋势，且新生儿多部位菌群源自母亲肠道。母婴菌群传递也给新生儿带来了潜在的危险。患有妊娠期糖尿病的孕妇和胎儿肠道患病菌群趋于同质化，可能导致胎儿代谢功能降低，疾病易感性增加[6]，提示怀孕时母亲的身体健康状况可影响自身肠道菌群结构进而传递给胎儿，临床上在孕期时密切关注孕妇的肠道菌群情况并做出调节可能有利于新生儿健康，未来需进一步探讨研究。

1.2产时产后

分娩时胎头下降过程中，胎儿首先接触到阴道菌群，阴道菌群在新生儿体内定植后，消耗肠道内氧气，因肠道内氧气含量较低，肠杆菌、肠球菌、葡萄球菌、链球菌等兼性厌氧菌在肠道内占据优势[7]。

出生后，新生儿在吮吸母乳过程中接触到母亲的皮肤菌群，同时，母乳中特有的不同种类低聚糖，可抑制致病菌生长，使新生儿肠道环境更适合有益菌定植[8]。兼性厌氧菌的定植使肠道内氧气含量进一步下降，为专性厌氧菌如双歧杆菌、拟杆菌、梭菌等定植提供了条件。双歧杆菌可促进母乳中多聚糖代谢，在早期新生儿肠道菌群比例中占据优势。随着辅食添加、固体食物引入，为了代谢复杂食物中含有的淀粉等成分，新生儿肠道菌群种类逐渐增多。从断奶开始，新生儿肠道日趋成熟，肠道菌群组成逐渐与成人相同[9]。

2低出生体重早产儿肠道微生态特征及影响因素

2.1肠道微生态特征

孕周及出生体重是肠道微生态差异产生的最主要因素。与足月儿相比，低出生体重早产儿出生后早期双歧杆菌等有益菌群定植较晚，α多样性、β多样性降低。在属水平上，大量菌群丰度存在差异，具体表现为低出生体重早产儿共生、专性厌氧细菌普遍减少，而机会致病菌和兼性厌氧菌肠球菌、克雷伯菌、链球菌丰度较高[10]。分娩方式、喂养方式及治疗手段在低出生体重早产儿肠道微生态的建立中亦发挥重要作用[11]。

2.2肠道微生态影响因素

2.2.1分娩方式

分娩方式是决定胎儿早期肠道菌群组成的最重要因素之一[12]。由于产妇合并妊娠期高血压综合征、胎盘功能不良、脐带异常等高危因素，医源性早产剖宫产率高达89.4%[13]，低出生体重早产儿达75.5%[14]。顺产新生儿经产道过程中，先后接触母亲的阴道、粪便及皮肤菌群；剖宫产新生儿只接触母亲皮肤和来自环境中的菌群。生后1周至1个月，顺产胎儿拟杆菌属丰度较高；剖宫产胎儿双歧杆菌属丰度较低，克雷伯菌属、嗜血杆菌属丰度较高[10]。生后1至3个月，菌群丰度差异逐渐变小，但顺产胎儿肠道菌群中乳酸杆菌和双歧杆菌仍占优势。顺产胎儿和剖宫产胎儿在肠道菌群丰度及多样性的差异可持续至3～5岁[15]。

2.2.2外界环境

出生后所处的环境条件是新生儿肠道微生态重要影响因素之一。低出生体重早产儿出生后即被转入新生儿重症监护室(neonatal intensive care unit, NICU)，NICU中设备呼吸机、导管、听诊器、安抚奶嘴等表面存在链球菌、奈瑟菌、假单胞菌、葡萄球菌、肠杆菌等[16]。NICU的低出生体重早产儿粪便样本测序分析发现克雷伯氏菌属、肠杆菌属、肠球菌属丰度较高，且同一监护室的新生儿肠道菌群间的差异随住院时间增长而逐渐减小[17]。因此，探究医院环境条件致病菌定植对低出生体重早产儿肠道菌群的影响，对防治坏死性小肠结肠炎、败血症等新生儿常见感染性疾病有重要临床意义[18]。

2.2.3喂养方式

低出生体重早产儿出生后即与母亲分开，在NICU使用配方奶粉喂养，足月儿生后多为母乳喂养。母乳喂养的新生儿，出生后数周肠道拟杆菌和双歧杆菌丰度增高，肠杆菌属和葡萄球菌属丰度下降。母乳中含有人母乳低聚糖(human milk oligosaccharides, HMO)，HMO经过双歧杆菌代谢后产生乙酸，可降低肠腔内部pH值，抑制病原菌的生长；HMO还可作为可溶性配体类似物与病原菌结合，阻止病原菌粘附于肠道上皮细胞的多糖蛋白复合物上而引起疾病[8]。尽管配方乳中已逐步添加益生菌等对早产儿肠道微生态有益的组分，但与母乳喂养相比，配方乳喂养低出生体重早产儿肠杆菌目丰度显著增高，梭菌和乳杆菌目丰度显著降低[19]。

2.2.4抗生素使用

出生后即转入NICU的低出生体重早产儿因预防或治疗败血症等感染性疾病，抗生素应用较为普遍。使用广谱抗生素固然能降低早产儿感染性疾病的发病率及死亡率，但同时也影响早产儿早期肠道微生态的建立[20]。收集入组婴儿生后1个月、6个月、12个月、24个月时粪便样本，测序发现抗生素组婴儿肠道菌群中双歧杆菌属受影响最大，丰度始终偏低，种类偏少[21]。使用抗生素的早产儿肠道菌群多样性降低，双歧杆菌属定植时间落后，耐药菌群如克雷伯杆菌属、埃希氏杆菌属、肠杆菌属、肠球菌属丰度增加。随着用药时程增加，早产儿肠道微生态多样性下降更明显，双歧杆菌属丰度恢复时间增长[20]。停止使用抗生素后，早产儿肠道微生态至少需要2个月的时间来建立新的平衡[22]。

2.2.5呼吸支持

低出生体重早产儿由于出生时肺部发育成熟度不同，多采用无创或有创等氧疗方式。气道正压呼吸支持可给新生儿原本缺氧的胃肠道带来氧气，胃肠道有氧环境更利于需氧菌和兼性厌氧菌的生长，使专性厌氧菌繁殖受阻[23]。氧疗持续时间与新生儿肠道菌群组成密切相关，治疗时间越长，新生儿肠道中需氧菌和兼性厌氧菌越占优势。专性厌氧菌粘附于肠黏膜上可加固肠黏膜屏障，抵抗病原菌的入侵。肠道中专性厌氧菌减少使肠道通透性增加，而早产儿院内感染病原体多为兼性厌氧菌，可能损害早产儿肠道防御功能并增强院内感染的发生[24]。同时，足月儿通过厌氧发酵代谢母乳或配方乳，而呼吸支持的早产儿因肠道中氧气含量增高，肠道通过好氧分解代谢配方乳，影响能量供给、营养成分及生物活性物质的合成，进而影响生长发育[25]。

3低出生体重早产儿肠道微生态与远期关联

3.1新生儿疾病

3.1.1新生儿坏死性小肠结肠炎

新生儿坏死性小肠结肠炎(necrotizing enterocolitis, NEC)的发病与低出生体重早产儿的肠道菌群特征相关。NEC表现为新生儿腹胀、便血、肠黏膜坏死，危及患儿生命。早产儿生后两周，肠道中的产气荚膜梭菌可能会导致NEC的发生[26]；肠道菌群中肠杆菌科占优势，也可能是NEC发生的原因之一[27]。患有NEC的新生儿肠道中普遍变形菌门丰度升高，厚壁菌门、拟杆菌门丰度降低[28]。变形菌门为革兰氏阴性菌，富含脂多糖。脂多糖增多可使Toll样受体4(toll-like receptor 4,TLR4)表达量升高，而早产儿免疫系统适应性反应尚未发展健全，增多的变形菌门通过TLR4使免疫系统反应过度，引起肠道损伤坏死[29]。

3.1.2迟发型新生儿败血症

迟/晚发型新生儿败血症(late-onset neonatal sepsis, LONS)是新生儿出生后7～10天发生的严重感染性疾病，收集LONS患儿粪便样本测序发现常见迟/晚发型败血症致病微生物来源于肠道，并非皮肤转移，如克雷伯氏菌属、大肠杆菌属、链球菌属、肠球菌属等[30]。同时，LONS患儿肠道微生物多样性降低，变形菌门及厚壁菌门丰度较高，双歧杆菌属丰度低[17]，与低出生体重早产儿肠道双歧杆菌属定植偏晚、机会致病菌丰度增高的特征一致。这些研究结果表明，早产儿早期肠道菌群稳态对遏制LONS的发生极为重要。

3.2生长发育

生长发育指标是衡量早产儿健康状况的重要依据[31]。低出生体重早产儿住院期间配方乳无法完全模拟人类母乳成分，肠道发育不成熟，肠蠕动异常，热量吸收不足，均导致超过一半的早产儿在出院后生长发育持续落后[11]。而大多数低出生体重早产儿在NICU中使用过抗生素，相比于未接触过抗生素的儿童，生后14天内接受抗生素治疗的男童在6岁前身高、体重普遍偏低。将经抗生素治疗组婴儿的粪便菌群移植给无菌小鼠后，相比于无抗生素移植组，抗生素治疗组菌群移植雄性小鼠生长速度变慢，这表明早期应用抗生素可能通过肠道菌群影响儿童的身高及体重增长。

3.3神经发育

低出生体重早产儿肠道微生态稳态并未建立[32]，肠脑轴紊乱，影响胎儿远期神经发育，表现为认知能力偏低等[33]。孕晚期是胎儿大脑发育成熟关键期，在此阶段，胎儿大脑皮质灰质已成熟，白质轴突、胶质细胞及少突胶质细胞之间的复杂连接将逐步构建[34]，因此相比于足月儿，早产儿早期神经系统发育不足。头围追赶生长与儿童早期建立良好的认知能力及行为表现相关。出生后纠正胎龄6个月内头围追赶生长至正常范围的早产儿肠道菌群内沙门氏菌、黄杆菌属、伯克氏菌属丰度较高，而在纠正胎龄6个月后头围追赶生长至正常范围的早产儿肠道菌群中普氏菌属、水栖菌属、慢生根瘤菌属及不动杆菌属占优势。功能预测表明，纠正胎龄6个月内头围追赶生长至正常范围的早产儿肠道菌群中转运体(如ATP结合盒转运体)相关基因表达增高，具体通路及影响机制需更多的研究进一步阐明[35]。

4低出生体重早产儿肠道微生态干预措施

4.1益生菌

益生菌主要成分为足月儿肠道中占主导地位的双歧杆菌属。益生菌干预低出生体重儿肠道菌群组成更加稳定，脂肪酸生物合成通路、淀粉、糖类、脂肪酸、酪氨酸、过氧化物酶体、丁酸甲酯的代谢通路表达显著增高；无益生菌组中，肠道菌群的脂多糖生物合成及感染定植相关的代谢通路表达较高[36]。合理应用益生菌制剂是否利于低出生体重早产儿后期的生长发育，是后续值得探讨的研究问题。

4.2益生元

益生元是通过发酵作用改善肠道菌群组成并有利于宿主健康的生物制剂。早期使用益生元制剂可有效降低低出生体重儿感染发生率、死亡率，缩短住院时间及较早达到完全肠内营养[37]。益生元的主要成分之一HMO，目前已被添加到配方奶粉中。但需注意的是，随着母乳分泌时间的变化，HMO的种类及分泌量也在改变，配方奶粉的益生元添加也需在成分上做出相应的改变，以更好地调节婴儿的肠道菌群[8]。

4.3粪菌移植

一项临床试验中，研究人员将提取的7位母亲的粪便菌群分别掺在母乳中，在剖宫产婴儿出生后第一次母乳喂养的过程中喂给各自的孩子。干预3个月后收集婴儿粪便样本测序发现，7名婴儿中有6名肠道菌群拟杆菌群属和双歧杆菌属丰度增高，为优势菌群，肠道菌群结构与顺产婴儿更为相似；而未接受粪菌移植的剖宫产婴儿乳杆菌目、梭菌目、肠杆菌目细菌及条件致病菌总相对丰度较高[38]。粪菌移植手段作为大胆的尝试，其安全性、有效性后续仍需要大规模的临床研究来进行验证。

低出生体重早产儿肠道菌群微生态与足月儿不同，且影响追赶生长及神经发育。虽然已有诸多手段以期建立与足月儿相似的肠道菌群结构，但其对远期生长发育改善仍是需要研究的科学问题；低出生体重早产儿肠道菌群影响生长发育的具体分子机制，也尚未阐明。未来希望研究者们不断尝试，通过调节肠道微生态改善低出生体重早产儿的预后，降低死亡率，给社会带来更高的经济和社会效益。