母乳微生物和寡糖在婴儿肠道菌群时间发育中的作用
母乳微生物与寡糖在婴儿肠道菌群发育中的关键作用
学术背景
婴儿肠道菌群的发育在生命早期至关重要，而母乳喂养是这一过程的重要驱动因素之一。母乳不仅为婴儿提供必要的营养，还含有丰富的微生物和寡糖，尤其是人乳寡糖（Human Milk Oligosaccharides, HMOs）。这些成分对婴儿肠道菌群的塑造具有深远影响。然而，尽管已有研究表明母乳中的微生物和HMOs在婴儿肠道菌群发育中扮演重要角色，但关于它们在哺乳期间如何随时间变化的系统性研究仍然有限。特别是，针对荷兰人群的研究更是少见。因此，本研究旨在探讨母乳微生物和HMOs在婴儿出生后1个月、3个月和9个月时对婴儿肠道菌群组成的影响，以填补这一领域的研究空白。
论文来源
该研究由来自荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University & Research）、马斯特里赫特大学（Maastricht University）以及FrieslandCampina等机构的研究团队共同完成。论文的第一作者为Martha F. Endika，通讯作者为Hauke Smidt。该研究于2024年4月26日被接受，并发表在《Gut Microbiome》期刊上，题为“Seeding and feeding milestones: the role of human milk microbes and oligosaccharides in the temporal development of infant gut microbiota”。
研究流程
1. 研究设计与样本采集
本研究纳入了23对母婴对，采集了母乳和婴儿粪便样本。样本采集时间分别为婴儿出生后1个月、3个月和9个月。所有婴儿均为足月顺产，且在出生后至少3个月内完全母乳喂养。排除标准包括早产（妊娠少于37周）和在出生后第一个月内使用抗生素的婴儿。
母乳样本由母亲在早晨喂奶前采集，采用手工挤奶或吸奶器收集。粪便样本则从尿布中采集，并使用无菌勺子收集。所有样本在采集后立即冷藏，并在72小时内送至实验室进行进一步处理。
2. DNA提取与微生物组分析
母乳样本经过离心处理后，使用FastDNA Spin Kit for Soil提取DNA。粪便样本则通过重复珠磨法（Repeated Bead Beating Method）提取DNA。随后，使用Illumina NovaSeq 6000平台对16S rRNA基因的V4区域进行测序，以分析微生物组成。
3. HMOs分析
母乳中的HMOs通过固相萃取（Solid-Phase Extraction, SPE）技术进行分离和纯化，并使用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（High-Performance Anion-Exchange Chromatography-Pulsed Amperometric Detection, HPAEC-PAD）和质谱（Mass Spectrometry, MS）进行定量分析。共分析了18种HMOs，包括8种岩藻糖基化HMOs、4种非岩藻糖基化中性HMOs和6种唾液酸化HMOs。
4. 数据分析
使用R语言进行数据分析，采用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）和PERMANOVA等方法评估微生物组的变化及其与HMOs的关系。α多样性通过Shannon指数计算，β多样性则通过Aitchison距离进行评估。
主要结果
1. 母乳与婴儿粪便微生物组的动态变化
研究发现，母乳样本中的主要菌属为链球菌（Streptococcus）、葡萄球菌（Staphylococcus）和未分类的肠杆菌科（Enterobacteriaceae uncl.），而婴儿粪便中的主要菌属为双歧杆菌（Bifidobacterium）、拟杆菌（Bacteroides）和未分类的肠杆菌科。母乳和婴儿粪便中共享的细菌序列变体（Amplicon Sequence Variants, ASVs）主要属于双歧杆菌、链球菌、肠杆菌科、韦荣球菌（Veillonella）、拟杆菌和嗜血杆菌（Haemophilus）等属。
2. 母乳微生物组的时间变化
在哺乳期间，母乳微生物组的组成发生了显著变化。特别是在9个月时，母乳中奈瑟菌（Neisseria）、颗粒链球菌（Granulicatella）、嗜血杆菌、放线菌（Actinomyces）、韦荣球菌和链球菌等菌属的比例显著增加，这些菌属通常与婴儿口腔菌群相关。
3. 婴儿粪便微生物组的时间变化
婴儿粪便微生物组的α多样性在9个月时显著高于1个月和3个月时。在9个月时，粪便中厌氧菌（Anaerostipes）、布劳特菌（Blautia）和粪杆菌（Faecalibacterium）等菌属的比例显著增加，表明婴儿在添加辅食后肠道菌群发生了显著变化。
4. HMOs的时间变化
研究发现，母乳中的HMOs浓度在哺乳期间发生了显著变化。其中，3-岩藻糖基乳糖（3-Fucosyllactose, 3-FL）的浓度在9个月时显著增加，而其他HMOs的浓度则保持不变或下降。此外，母乳中的HMOs浓度与婴儿粪便微生物组组成之间没有显著关联。
结论与意义
本研究通过纵向分析母乳微生物和HMOs在婴儿出生后1个月、3个月和9个月时的变化，揭示了母乳微生物在婴儿肠道菌群发育中的重要作用。研究发现，母乳微生物组在哺乳期间发生了显著变化，且母乳和婴儿粪便中共享的细菌序列变体表明母乳微生物可能在婴儿肠道菌群的定植中发挥了关键作用。然而，HMOs的浓度变化对婴儿肠道菌群的影响相对有限。
该研究的科学价值在于首次系统性地探讨了母乳微生物和HMOs在荷兰人群中的时间变化及其对婴儿肠道菌群的影响，填补了这一领域的研究空白。此外，研究结果为母乳喂养在婴儿健康中的重要性提供了新的证据，并为未来开发基于母乳成分的婴儿配方奶粉提供了理论依据。
研究亮点
- 时间动态分析：首次在荷兰人群中系统性地分析了母乳微生物和HMOs在哺乳期间的时间变化。
- 共享细菌序列变体：发现母乳和婴儿粪便中共享的细菌序列变体，表明母乳微生物在婴儿肠道菌群定植中的潜在作用。
- HMOs的有限影响：研究发现HMOs的浓度变化对婴儿肠道菌群的影响相对有限，提示母乳微生物可能在婴儿肠道菌群发育中扮演更为重要的角色。
- 创新实验方法：研究采用了高效的DNA提取和测序技术，以及精确的HMOs分析方法，为类似研究提供了技术参考。
其他有价值的信息
研究还发现，母乳中的微生物组成在9个月时与婴儿口腔菌群相似，提示婴儿口腔菌群可能通过反向流动进入母乳。这一发现为进一步研究母乳微生物的来源及其在婴儿健康中的作用提供了新的视角。