婴儿的微生物群到底来自哪里?反正健康胎盘里没找到

2019-10-16 16:20

  原文作者:Nicola Segata

  研究人员分析了几百个胎盘后,发现胎盘中不存在任何可以进入胎儿肠道的微生物,这一重要发现将揭示人体微生物群是如何形成的。

  早期人体胚胎中并没有微生物,但在断奶后的婴儿体内却能发现微生物群落(或称微生物群),其复杂程度堪比成年人的。人体与其微生物群之间的共生关系究竟是如何形成以及何时形成的,一直是热门的研究课题。不久前,de Goffau 等人在《自然》发表证据表明,在健康妊娠期间,作为母胎界面的胎盘并无微生物定殖,因此也不可能成为婴儿微生物群宫内发育的主要渠道。

  如果人体的微生物定殖确实发生在子宫内,这将对早期免疫系统的形成过程产生关键影响。婴儿出生后的第一次排便中已经充满了各种微生物,但科学家并不清楚这究竟是婴儿在分娩中和分娩后获得的微生物,还是出生前就已定殖在胎儿体内的微生物。

  由于采集胎儿肠道内容物的难度远大于在(选择性)剖宫产时采集胎盘和羊水样本的难度,科学家一直把眼光放在母胎界面的胎盘和羊水上

  在胎盘内和胎盘上发现微生物群落就能表明胎儿体内有微生物定殖;但在过去几年里,对于胎盘和羊水在健康妊娠生理条件下是无菌的这一长期理论,研究人员既给出了支持证据,也给出了反驳证据。目前这场争论依然在继续。


婴儿肠道细菌定殖的可能场景

  a)长期以来的一种观点是,人体胎盘和胎儿体内都没有微生物。因此,新生儿被认为是在分娩中从母体和环境中获得肠道细菌(红色区域为细菌来源),分娩方式和喂养模式(母乳喂养或奶粉喂养)也会产生进一步的影响。

  b) 但是,过去几年来,有证据显示胎盘中含有细菌;婴儿肠道的细菌定殖也被认为发生在子宫内。

  c) 即使胎盘中没有微生物,在特定条件下,胎儿肠道会获得来自母体的细菌,发生宫内定殖。de Goffau 等人 1 最新给出的证据有力地表明,健康妊娠胎盘中没有细菌,因此可以排除场景b。

  科学家未产生分歧的一点是,在健康妊娠中,胎盘和羊水的细菌浓度不可能像成年人口腔或肠道细菌的浓度那么高。如此一来,胎盘样本研究者所面临的技术挑战就成了如何把这些组织中确实存在的少量微生物,与实验工具上的细菌以及采样过程中的污染区分开来。少量的微生物污染可能非常普遍,污染源可以是空气、理论上无菌的 DNA 提取试剂盒以及其它与 DNA 处理和测序相关的实验用品。因此,这类研究需要严肃考虑潜在污染的影响,最好还能用足够大的样本量确保统计稳健性。de Goffau 等人的研究恰好满足了以上条件。

  研究团队采用全 DNA 测序方法分析了 537 名女性的胎盘样本,寻找这些样本中的微生物,这也是同类研究迄今为止使用的最大样本量。团队用相同的 DNA 提取试剂盒和测序步骤分析了阴性对照,这里的阴性对照是指理论上不含有生物物质的“空白”样本。同时,团队还在胎盘样本中加入已知量的沙门氏菌,生成了阳性对照,用来检测样本中可能存在的其他微生物的丰度。至于测序,作者使用了两种互补的技术,分别为鸟枪法宏基因组测序和 16S rRNA 基因扩增子测序,使用两种方法的目的是计入不同技术可能存在的偏倚。研究结果很明显:健康妊娠胎盘中不含有微生物,污染问题是对所有检测到的细菌的合理解释。

  论文报道的一些实验细节表明,当样本中的细菌浓度极低时,污染微生物有多么普遍。比如,鸟枪法宏基因组测序检测到了霍乱弧菌和肺炎链球菌,并发现这两种致病菌与该仪器之前测序过的菌株相匹配。因此,这两种细菌之所以存在,极有可能是因为作者的测序仪发生了交叉感染。现代测序技术对于少量细菌的检测力的确是一些实验需要面对的问题,因为即使是微量的污染物也会导致假阳性的检测结果。作者样本中的严重污染主要发生在样品制备早期,而非后期。研究结果证实了此前发表的一项研究,该研究发现商业 DNA 提取试剂盒含有相对丰富的微生物群,并根据空白对照样本提取的遗传物质,鉴定出了不同公司试剂盒的不同细菌群落。

  整体而言,de Goffau 和同事采取了较为复杂的步骤去识别污染物,并从中得出一个清晰的结论:可以说在他们的研究中只发现了一种细菌,而且只存在于大约5% 的样本中。这一确凿证据证明了胎盘中并不存在功能性微生物群,而且婴儿基本不可能在生理条件正常的胎盘中获得了这些微生物。

  作者在胎盘中偶尔检测到的细菌是无乳链球菌。如果母亲在分娩时携带这类细菌,就会传递给新生儿,导致肺炎、败血症和脑膜炎。目前已有多种临床手段可以用来预防这类细菌的传播[18]。在部分胎盘样本中发现无乳链球菌与健康妊娠子宫不含微生物的观点并不冲突,因为这种细菌与疾病相关。确实如此,无乳链球菌作为胎盘中唯一发现的细菌,且只存在于少量样本中,正好印证了这样一种预期,即少数怀孕妇女会受到这种细菌的感染,并通过宫内传播,这也反过来增加了实验结果的可信度。

  de Goffau 和同事开展的这项大规模严格对照研究,为胎盘无菌的说法提供了可信证据。同时,该研究还为其它人体器官或组织的研究设置了基准——它们至多只携带少量细菌,如肺部或血液。尽管如此,阴性结果一般很难作为决定性证据,因此子宫没有微生物的理论也有待进一步检视。细菌在特定条件下可以突破许多宿主屏障,只要有一个细菌细胞抵达胎儿肠道,就有可能启动宫内定殖。人体宿主与微生物群之间的共生关系是如何形成的,依然是一个很有意思的基础科学问题。不过到目前为止,我们至少可以肯定地说,胎盘不是一个细菌库,也不是健康情况下胎儿获得各种微生物的直接主要来源。

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