科研 | Cell：母体粪便微生物群移植能够快速恢复剖宫产婴儿的正常肠道微生物发育
编译：朱雯君，编辑：小菌菌、江舜尧。
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儿科免疫系统相关疾病以及肥胖症和代谢性疾病在全球范围内日益流行，是一个重大的公共卫生负担。尽管因果关系仍有待证明，但许多此类慢性病与剖腹产有关，并且至少部分是婴儿发出的的异常微生物信号，肠道细菌不断与宿主相互作用，向宿主发出信号，影响代谢和免疫功能，在免疫系统形成的早期发育阶段，微生物信号特别重要。事实上，已经有小鼠实验表明，肠道微生物群可能影响表观遗传程序，指导免疫系统的发展，并影响生长和能量代谢。而到目前为止，还没有安全有效的方法来完全恢复剖腹产婴儿的微生物群。顺产是出生婴儿获得肠道微生物群的一种自然方法；一些销售的益生菌制剂含有双歧杆菌，可以部分地使整个微生物群落正常化；然而顺产和剖腹产婴儿普遍缺乏类杆菌，益生菌不能完全替代婴儿自然接受的特定母体菌株。因此，成功恢复剖腹产婴儿正常的微生物群对这些婴儿的长期健康有很重要的的影响，并且恢复婴儿肠道菌群最自然和最具有效益的方法是让婴儿接触母体肠道细菌。
论文ID
原名：Maternal Fecal Microbiota Transplantation in Cesarean-Born Infants Rapidly Restores Normal Gut Microbial Development: A Proof-of-Concept Study
译名：母体粪便微生物群移植能够快速恢复剖宫产婴儿的正常肠道微生物发育
期刊：Cell
IF：38.637
发表时间：2020.10
通讯作者：Willem M. de Vos
作者单位：芬兰赫尔辛基大学医学院
图文摘要
实验设计
该研究(NCT03568734)中，研究人员评估了出生后口服粪便微生物群移植（FMT）能否恢复足月剖宫产婴儿的肠道微生物群的发育紊乱，该实验招募了17位母亲，经过仔细审查后挑选出来其中7位。在分娩前3周获得了孕妇的粪便稀释样本。在3个月的随访中，所有7名婴儿的临床过程平安无事，没有出现不良反应。FMT治疗的剖腹产(CS)婴儿的粪便微生物群组成随着时间与未治疗的CS婴儿不再相似，而显示出与顺产婴儿显著相似。这项研究表明，出生后母体FMT可以恢复CS婴儿体内微生物群落。
文章内容
1 CS婴儿的母体FMT (粪菌移植)
在这项研究中，共有17名孕妇进行了剖腹产（CS）登记为其婴儿进行产后FMT。经过筛查后选择了7名母亲。所有母亲均在孕龄37周(±3天)时分娩，并且纯母乳喂养至少2个月。7个新生儿中有5个女孩2个男孩，在5毫升的第一次母乳喂养时接受了他们自己的母亲的粪便移植。在产科病房对婴儿进行为期2天的随访，并评估其炎症指标(表1)。接受FMT治疗的婴儿的平均出生体重为3240±285g，身高为49.9±1.7cm,所有婴儿均健康，除婴儿(M6)接受了7mg毫克的移植外，其余婴儿都接受了3.5mg的移植，单次剂量含有大约0.7–16*106个细菌 (表1)。婴儿的临床过程平安无事。在产科病房随访期间，没有观察到体温升高。在4周的随访中，总体上，父母们没有报告任何其他症状，这表明FMT在3个月大时没有造成任何不良健康影响。接受治疗的婴儿在3个月时的体重(5702±525g)处于正常发育范围 (表1)
表1 婴儿的编码是根据他们出生时母亲的年龄给出的。BW-出生体重；BL-出生时的长度；TW -3个月时的体重；VC-活细胞计数；Hb-血红蛋白（出生后2天采集的血液样本）。
2 CS婴儿母体粪便微生物群移植后显示出选择性生长
因为FMT治疗的婴儿的健康和发育是正常的所以，研究者通过16S rRNA基因扩增子测序进行分析，并与他们的母亲进行比较(图1)来关注他们的粪便微生物群。该研究使用分娩前3周的母亲新鲜粪便样本(样本编码为母亲A)来准备移植(样本编码为移植)，并将其与分娩前几天母亲的样本(样本编码为母亲B)进行微生物群落组成比较。正如预期那样，这些母亲样本中的微生物非常相似，但与婴儿样本中的微生物明显不同(图1)。
图1 婴儿微生物群与母体和移植样本的比较。圆圈是用每个样本类型(母亲、婴儿、胎粪)中数据点的标准偏差绘制的。M4、M6、M8、M10、M11、M12和M17这些数字表示家庭代码。用于移植的样本称为移植。母亲A是分娩前3周采集的母亲样本，母亲乙是分娩前1-3天采集的样本。
经FMT治疗的婴儿样本中的微生物群与母亲的微生物群非常不同，这表明移植物的生长具有高度选择性 (图2)。母亲的微生物群具有典型的成人特征，以Ruminococ- Caceae和Lachnospiraceae为主。胎粪标本以Aeromonas spp为主。但婴儿M12和M17除外，他们的成分更多样，与粪便样本类似。七个婴儿中有六个表现出类杆菌属和双歧杆菌属的统一发展，迅速上升到优势地位，而婴儿M17具有高含量的肠杆菌属/埃希氏菌属、链球菌属和韦氏菌属，值得注意的是，这些在M17的胎粪中已经存在。除M17外，所有婴儿拟杆菌的丰度均随年龄增长而下降，M17在4周时观察到该菌的增长。到7日龄时，除了两个婴儿(M17和M11)外，双歧杆菌已成为肠杆菌科占优势的群体。除了婴儿M6和M17的4周样本外，所有后续样本中的双歧杆菌丰度都很高。
图2 母亲和FMT治疗过的婴儿样本中家庭水平的微生物群组成
为了清楚起见，仅显示了风度最高的，没有显示低丰度的，所以柱形图条不总是达到100%。母亲A是分娩前3周采集的母亲样本，母亲B是分娩前1-3天采集的样本.
3 CS婴儿粪菌移植后的微生物群发育类似于顺产婴儿
为了比较FMT治疗的婴儿的样本和未治疗的芬兰婴儿的代表性数据，我们从顺产的和CS出生的完全母乳喂养的婴儿中收集了82个额外的样本(表2)，按照相同的方法处理和分析微生物群落组成(图2)。在平均出生体重、第3个月体重或第3个月体重增加方面，两组之间没有差异。大多数FMT治疗的CS出生的婴儿服用益生菌(表2)，主要是罗伊乳酸杆菌，一种常用的维生素D补充剂，在芬兰的一项国家计划中，从2周开始给婴儿服用。在FMT治疗的CS婴儿的微生物群或芬兰对照婴儿的样本中没有观察到这种干预的效果，他们也接受了这种益生菌。
FMT治疗的CS婴儿的整体微生物群发育比未经治疗的CS婴儿更类似于顺产婴儿。在最初几天，FMT治疗的婴儿的微生物群不同于顺产婴儿(p = 0.03)，但从7天开始，FMT治疗的婴儿与顺产婴儿相似，并不同于未经治疗的剖腹产婴儿(表3)。为了进一步详细说明接受移植治疗的婴儿的微生物群发育情况，测试了顺产婴儿与接受治疗和未接受治疗的CS婴儿之间的微生物群差异。研究者调整了使用抗生素的情况 (所有对照婴儿都完全母乳喂养，没有接受抗生素)，比较图3 A和图3B，观察到与顺产婴儿相比，CS婴儿的拟杆菌和双歧杆菌的丰度一直明显较低。FMT治疗的最显著效果是类杆菌丰度的快速正常化。事实上，在第1周和第3周，与FMT组和顺产组相比，类杆菌的丰度在CS组显著较低，12周时，FMT组的拟杆菌丰度下降。在出生后的头两天内，接受抗生素治疗的婴儿体内双歧杆菌的数量没有显著减少，此后，双歧杆菌的水平与顺产婴儿相当。与顺产组和FMT组的婴儿相比，CS组的婴儿中梭状芽孢杆菌显著升高，尤其是在第3周和第12周。FMT疗法改变了CS婴儿的微生物群，使得所有相关群体的发展与顺产婴儿相似。重要的是，潜在病原菌Enterococcusfaecium、Enterococcus faecalis、 Entero-bacter cloacae、Klebsiella pneumoniae、Klebsiella oxytoca、Hae-mophilus influenza、Campylobacter jejuni和Salmonella enterica的相对丰度在CS组中持续升高，但在FMT治疗的CS组中没有升高(图3B)。
与顺产组和FMT治疗组相比，CS组的微生物多样性往往较低(图3C)，FMT治疗增加了多样性，特别是OTU计数。
表2 剖腹产的婴儿包括计划分娩和紧急分娩。所有接受FMT治疗的CS婴儿(CS+FMT)均来自计划CS分娩。两组之间在第3周和第12周使用益生菌之间没有观察到差异
图3 不同年龄经FMT治疗的婴儿与未治疗的CS和顺产的芬兰婴儿的平均相对细菌丰度、多样性和丰富度。优势菌群(A)和(B)显示为平均值；(B)还包括潜在病原菌Enterococcus faecium、Enterococcus faecalis、 Entero-bacter cloacae、Klebsiella pneumoniae、Klebsiella oxytoca、Hae-mophilus influenza、Campylobacter jejuni和Salmonella enterica的组合相对丰度。(A)表示组均值，(B)表示组均值和均值的标准误差。(C)逆辛普森多样性，以97%相似度(物种丰富度)聚集的物种数和相对丰富度大于0.1%的物种数(物种丰富度> 0.1%)作为平均值和平均值的标准误差。
表3 v-顺产；CS-未经治疗的C婴儿；FMT-FMT治疗的CS婴儿
图4 本研究数据与公开可用的婴儿微生物群数据集的比较(A–F)对FMT治疗的CS婴儿、未治疗的CS婴儿、顺产婴儿和用阴道擦拭治疗的CS婴儿的微生物群组成进行了比较。2天(A)、7天(B)、2周(C)、3周(D)、1个月(E)和3个月(F)。FMT治疗的CS婴儿样本来自本研究，VS样本来自早期研究，所有CS婴儿样本和对照来自本研究和早期发表的研究。
结论
这项研究将粪便微生物群从母亲转移到婴儿肠道内来恢复剖腹产婴儿中常见的肠道微生物群失衡。7名接受治疗的婴儿无一例出现并发症，FMT恢复了微生物群的发育，使其类似于顺产的婴儿。重要的是，母体FMT纠正了CS婴儿的类杆菌持续缺乏和双歧杆菌的延迟发育（这是CS婴儿的特征）。
作者以母乳为介质，给第一批CS婴儿提供了接种后的的母乳。这项初步研究表明，较低剂量的移植量是有效的（平均含有73106个活的细菌细胞，表1），不会对接受治疗的婴儿造成有害影响。大多数妇女在分娩时都会有一定程度的排便，这是一种潜在的传播途径，但一些国家在顺产分娩前进行一天的禁食或肛门灌洗。为确定这是否也影响顺产婴儿的母婴微生物群转移，在这项研究中，研究人员选择在分娩前3周，采集了母亲新鲜粪便样本。在筛查过程中，我们发现29%(17人中的5人)的病原微生物筛查呈阳性，4人的GBS病毒筛查呈阳性，1人的疱疹病毒筛查呈阳性。此外，发现了一例疑似肝炎病例(表S1)。因此不能将未审查的母体微生物群转移给新生儿，因为传播有害微生物的可能性似乎很高。
我们没有发现移植样本和分娩前3天内母亲(母亲B)的粪便样本之间的微生物群落组成有显著差异(图1)。但研究人员表明，婴儿肠道是一个高度选择性的环境，因为单次母体移植的微生物组成在2天后发生了显著变化(图1)。研究者表明，FMT治疗的CS婴儿的菌群随时间发展是接种物选择性生长的结果。有迹象表明，母体肠道微生物在出生后最初几个月逐渐定居在CS出生的婴儿体内，这表明家庭成员之间的细菌转移发生在出生后。
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