Nature子刊：婴儿饮食和孕妇妊娠期体重增加可预测肠道微生物组的早期代谢成熟
美国路易斯医学院华盛顿大学Aimee M. Baumann-Dudenhoeffer等人于2018年10月29日在《nature medicine》发表题目为《Infant diet and maternal gestational weight gain predict early metabolic maturation of gut microbiomes》的文章。该研究揭示了母乳喂养，配方成分，母体妊娠期体重增加（GWG），分娩方式和抗生素施用等因素对婴儿肠道菌群组成和功能特征的影响。
研究摘要
共生肠道细菌群落（微生物组）会影响人类健康和疾病。新生儿肠道微生物组由母体和环境的菌群定植，并在2 - 3年内成熟为稳定的结构。
为了研究婴儿微生物组发育的产前和产后决定因素，我们使用纵向广义线性混合模型（GLMM）分析了来自60个0-8个月婴儿的402个粪便宏基因组。
不同的微生物组特征与母乳喂养，配方成分和母体妊娠期体重增加（GWG）相关。母乳喂养的微生物组中的氨基酸合成途径增加补充了母乳成分。添加了益生元寡糖的配方奶粉有不同于母乳喂养的婴儿微生物组的功能途径。大豆配方奶粉与Lachnospiraceae和通路呈正相关，这表明富含短链脂肪酸（SCFA）的环境，包括甘油到1-丁醇发酵，这可能是潜在的生理性疾病。GWG与改变的碳水化合物降解和富含维生素合成途径相关。孕期和产后使用抗生素可改变微生物组，但分娩方式没有持久效应。水可能是微生物组采集的未被充分认识的决定因素。与饮食具有显著相关的临床上重要的微生物途径包括益生菌标记，同源型特征以及肠保护和免疫调节代谢物，表观遗传介质和发育关键维生素的合成途径，这些还需要进一步研究。
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图1 | 婴儿粪便微生物群的分类组成。
a，属的相对丰度，按年龄，饮食和分娩方式分组。样本按月龄，饮食（母乳喂养，牛奶配方，大豆配方）和分娩方式水平分组。在样本中所有相对丰度≥2％的属都被包括，由门垂直排序并且显示了对所有受试者的菌群组成的相对贡献。
b，多样性和主要分类群，按年龄和饮食分组。箱形图描绘了随着时间的推移，按饮食方式分组：多数母乳喂养（n = 75个样本），牛奶配方奶喂养（n = 295），和大豆配方奶喂养（N = 32）三组的α多样性（香农指数）和双歧杆菌科，Lachnospiraceae和肠杆菌科的相对丰度。多样性随着年龄（P <0.001）和大豆（P = 0.036）而增加。双歧杆菌与母乳喂养呈正相关（P = 0.003），与大豆呈负相关（P <0.001）。Lachnospiraceae与时间（P <0.001）和大豆（P <0.001）相关，随母乳喂养而下降（P = 0.014）。肠杆菌科随着时间的推移（P <0.001）和牛奶配方中的GOS（P = 0.003）降低。
c，主要的科的主要坐标分析（PCoA）图。基于所有样品（n = 402）的Bray-Curtis相异指数的科的PCoA图表现了双歧杆菌科，Lachnospiraceae和肠杆菌从低（紫色）到高（绿色）的相对丰度，突出显示三个不同的簇。方差的多元变量分析（R，双尾）中的双歧杆菌产生的R2值为0.37（P = 0.001），Lachnospiraceae的R2值为0.13（P = 0.001），肠杆菌科的R2值为0.11（P = 0.001）;来自包含这三个分类群的多变量模型的残差R2为0.38。PC1（主坐标轴1）解释了39.6％的方差; PC2（主坐标轴2）解释了18.6％的方差。
图2 | 氨基酸合成途径的动态发展。
a，根据年龄和饮食（母乳喂养与配方奶粉），氨基酸合成途径的选择。b，根据年龄和饮食（母乳喂养，牛奶配方喂养，大豆配方喂养），氨基酸合成途径的选择。根据饮食类型，对所选氨基酸合成途径与婴儿年龄的标准化丰度（CPM）的散点图进行着色。在图a中，大多数母乳喂养（n = 75个样本）与大部分配方奶粉喂养（n = 327）进行比较;在图b中，大多数母乳喂养（n = 75），牛奶配方奶喂养（n = 295）和大豆配方奶喂养（n = 32）进行比较。NS，差异不显著。
c，人乳总氨基酸（TAA）含量的已知参考范围。将出版的TAA参考范围与足月母乳进行比较，并与美国农业部的婴儿配方标准进行比较，以对a和b组进行背景化。线图显示了初乳（原产地），过渡乳（0.5个月）以及分娩后2个月和4个月的标准人乳TAA含量随时间的变化（参见参考文献14中的表4）。条形图显示了美国农业部2009年婴儿配方奶粉标准与成熟人乳之间氨基酸总含量的预测差异（参见参考文献14中的表8），除以人乳的标准值;蛋氨酸的a + 0.36值表明该配方比人乳含有多36％的蛋氨酸（mg / N）。N，氮;
图3 | 与大豆配方相关的分类和功能变化。
a，大豆暴露的婴儿肠道微生物群的分类结构。堆积条形图显示4对双胞胎至少每对中有一个大豆暴露的兄弟姐妹的科的相对丰度随时间的变化。所有相对丰度≥3％的科都包括在内（罕见的分类群汇总为“其他”）。大豆前后样品可用于三个婴儿。除了婴儿T0186_A之外，双歧杆菌科丰度在大豆前和整个研究中均较低，除了婴儿T0186_A，其双歧杆菌科在大豆配方停止后恢复。大豆不一致的双胞胎微生物组明显不同。
b，按年龄和大豆接触状况的代谢途径。这些箱形图显示三种功能途径：分支酸合成（PWY-6163），核黄素合成（RIBOSYN2-PWY）和聚合蛋氨酸合成变量METCOMB的归一化丰度（标准化CPM）。纵向图分成没有大豆，使用过大豆和正在使用大豆的样品。使用大豆后的分支酸和核黄素合成途径增加，而蛋氨酸合成途径减少。
c，大豆暴露后分支酸合成途径同源性的变化。柱状图显示了3个接触大豆的婴儿和1个对照（每个时间点n = 4）大豆前后的总分支酸合成途径（PWY-6163）丰度的数值差异。在大豆暴露的婴儿中，总PWY-6163丰度在质量上比在对照中增加更多。热图分析了在分支酸合成途径鉴定的属在大豆前后的差异，其定性地转向与大豆暴露的Blautia途径同源性。CTRL，对照;
图4 | 与GWG相关的维生素合成和碳水化合物利用途径的变化。
a，根据GWG，代谢途径的选择。这些图描绘了糖原降解途径GLYCOCAT-PWY，聚集葡萄糖降解变量GLUCCOMB，以及聚合吡哆醇合成变量THISYNCOMB的标准化丰度（CPM）。绘制的所有途径与GWG具有显着的正相关。b，根据年龄和GWG，代谢途径的选择。随着时间的推移，最低和最高GWG之间的差异变得更加明显。
c，根据孕妇预孕BMI，代谢途径的选择。d，根据胎龄和GWG，代谢途径的选择。