嬰幼兒腸道微生物的定植特征

范文廣，王婷婷，霍貴成，*

（1.乳品科學教育部重點實驗室，東北農業大學，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江職業學院，黑龍江哈爾濱150111）

嬰幼兒腸道微生物的定植特征

范文廣1，2，王婷婷1，霍貴成1，*

（1.乳品科學教育部重點實驗室，東北農業大學，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江職業學院，黑龍江哈爾濱150111）

腸道微生物對人體的健康至關重要。嬰兒腸道微生物的豐度、多樣性以及構成變化較大，這些變化受母體、分娩、喂養、醫療、環境等因素影響。因此，嬰幼兒腸道菌群的定植和變化標準是很難定義的。本文對早期嬰幼兒腸道菌群定植與發展、微生物代謝產物的最新研究進展進行了論述。

嬰幼兒，腸道微生物，定植，微生物代謝產物

人類體內大約有1014個細菌，超過人類基因數量的100倍[1-2]。最大微生物群落位于消化道的大腸中，它是宿主重要的組成部分，與宿主健康緊密相連。在過去10年中，受益于分子生物學技術的發展，嬰幼兒腸道菌群研究已經取得了巨大進步[3-4]。定量PCR可以測定嬰兒腸道內一些重要細菌，如雙歧桿菌、腸桿菌、厚壁菌和擬桿菌；第二代代測序技術已經得到一個更完整的細菌系統發育圖[5]。然而，一些技術因素（如PCR引物的選擇或DNA的提取方法）極大地影響了這些研究[6]。研究嬰幼兒腸道菌群定植可能影響與腸道微生物相關疾病的治療，所以迫切需要澄清腸道菌群發展變化的規律及其功能。本文對嬰幼兒腸道微生物定植、影響因素、微生物代謝產物的最新研究進行了論述，總結了嬰幼兒腸道微生物定植的特征，為進一步研究嬰幼兒腸道微生物提供一定的理論依據。

1 嬰幼兒腸道微生物的定植

大多數研究者認為，健康成年人腸道菌群十分穩定，只是在特定人群中，可能會存在輕微變化[7-8]。嬰幼兒與成年人的腸道微生物組成迥然不同，1歲左右時，嬰幼兒腸道微生物組成與成年人具有一定相似性，并逐漸向成年人靠攏[9]。早期嬰兒腸道定植的典型微生物包含兼性厭氧菌，如大腸桿菌和其他腸桿菌[10]，這些微生物逐漸消耗腸道內的氧氣，促進厭氧菌（如雙歧桿菌、梭狀芽孢桿菌、擬桿菌、瘤胃球菌）的生長。嬰兒腸道微生物大約第3年的時候達到成人的狀態。早期研究認為雙歧桿菌是成人腸道典型的細菌[11]，但最近的研究發現了這種細菌在嬰幼兒腸道中的高豐度性[12-13]，研究還發現雙歧桿菌是嬰幼兒腸道微生物中一個主要細菌[14-15]，而且從15個嬰幼兒糞便中鑒別出了6種不同雙歧桿菌的菌種[16]。

嬰幼兒腸道微生物定植與發展呈現連續的動態變化[17]。嬰兒出生第一個月，腸道細菌組成變化十分復雜且頻繁，包括一些短暫存在的細菌，一旦腸道環境發生改變這些細菌就會消失，但也有些細菌在成年時仍會存在，演變為固有細菌。從嬰兒出生第1個月到第3年，腸道微生物多樣性增加，擬桿菌門逐漸增加，隨著嬰兒斷奶和飲食結構的變化，微生物利用碳水化合物的程度增加，生成了各種代謝產物，如短鏈有機酸、酚類、維生素等，以滿足微生物自身和宿主的營養需要。隨著時間的推移，嬰幼兒腸道微生物組成逐漸達到成年人的狀態。

2 影響嬰幼兒腸道微生物定植的因素

雖然腸道微生物正常定植的時間和微生物類群已經十分明確，但是影響它們的各種因素很難完全確定，主要包括母體的影響、嬰兒的分娩方式、嬰兒喂養的方式、生活環境、抗生素的使用以及益生元或益生菌的添加，它們通過不同的形式影響嬰幼兒腸道微生物的定植和發展。

2.1 母體的影響

普遍認為胎兒是無菌的，但是一些研究表明母體子宮內仍有細菌存在，母鼠口服補充大腸桿菌后，在其羊水檢測到大腸桿菌[18]。這些細菌（如大腸桿菌、糞腸球菌和葡萄球菌）通過母體遷移給新生兒[10]，它們可能會影響分娩前胎兒細菌的定植[18-22]。

孕期外部因素（藥物、疾病、壓力或重金屬輻射等）也可能通過母體影響嬰幼兒腸道微生物的定植和發展。研究表明懷孕后期的母親服用益生菌（鼠李糖乳桿菌），分娩嬰兒體內雙歧桿菌數量增加[23]。動物研究表明，懷孕期間有外界壓力的母猴分娩的嬰猴，體內雙歧桿菌和乳酸菌數量較少[24]。未來，需要更多研究去確定這些因素如何影響嬰兒腸道微生物定植。

在嬰兒的分娩、護理和早期喂養過程中，母體都和嬰幼兒親密接觸，她可能是嬰兒出生后影響腸道微生物定植最大的外部因素。研究發現，嬰兒出生第一個月，腸道微生物在功能上和組成上都與母體微生物接近；嬰兒出生后第六個月時，通過qPCR分析糞便微生物，發現母親和嬰兒中的微生物存在緊密關系，雙歧桿菌、短雙歧桿菌及金黃色葡萄球菌的存在是相互對應的[25]；在十一個月時，開始出現明顯差異[26]。

2.2 分娩方式

分娩方式（順產或剖腹產）對早期嬰幼兒腸道微生物定植有很大影響，特別是雙歧桿菌的數量[27-28]。通過焦磷酸測序分析早產兒胎便，發現嬰兒消化道微生物群落和母親陰道（剖腹產）或皮膚的細菌（順產）存在聯系[29]。此外，TTGE和DGGE分析出生三天時嬰兒糞便，顯示順產和剖腹產的嬰兒腸道微生物存在不同，剖腹產嬰兒雙歧桿菌的數量較少，而順產嬰兒總微生物多樣性較小[30]。

2.3 喂養方式

喂養方式對嬰幼兒腸道微生物定植影響巨大。母乳喂養與人工喂養嬰兒腸道菌群構成存在明顯差異，母乳喂養的嬰兒體內含有較多的雙歧桿菌和乳酸菌，同時存在少量的擬桿菌、擬球梭菌、葡萄球菌和腸桿菌[31-34]。研究分析母體和母乳喂養嬰幼兒糞便樣品中細菌菌種的基因類型，發現存在相同菌株，這意味著嬰幼兒早期微生物可能來自于母乳[35]。造成母乳與人工喂養嬰兒腸道菌群差異的原因主要是由于母乳中的特殊營養，母乳中含有生長因子，能促進雙歧桿菌、乳酸桿菌的生長；這些菌發酵產酸，使腸道pH降低，抑制其他需氧菌和兼性厭氧菌的生長；乳鐵蛋白和免疫因子對大腸桿菌和致病菌有抑制作用[36]。嬰幼兒奶粉的使用，迅速增加了擬桿菌的數量，也增加了與碳水化合物降解以及維生素合成有關功能性基因的豐度[16]。現在嬰兒奶粉的開發，正在向更接近母乳的奶粉（如低敏性和結構性油脂奶粉）邁進[37]。

2.4 生活環境

嬰兒出生后的生活環境也會影響嬰兒腸道菌群的構成。不同國家、不同區域的嬰兒腸道菌群結構有所不同，比較三種不同環境下0～3歲兒童糞便微生物時，發現微生物組成存在明顯差異[5]。另外一個研究中，芬蘭和德國兒童的腸道微生物也存在明顯差異，芬蘭嬰兒比德國嬰兒擁有更多數量的雙歧桿菌[38]。家庭組成也能影響新生兒的腸道菌群，有哥哥或姐姐的嬰兒糞便中細菌總數較低，但是雙歧桿菌的豐度相對較高[20]。嬰兒出生第一年，家庭環境的微生物開始在嬰兒腸道中定植。腸道微生物或微生物相關性疾病（結腸炎、炎癥性腸炎）能否從家庭成員傳給嬰幼兒還有待研究。

2.5 抗生素的使用

與母體、分娩方式、喂養方式的緊密聯系以及與其他嬰兒的接觸，對所有的嬰幼兒來說都是共同的。然而對于有些嬰幼兒來說抗生素的使用是特殊的，這主要發生在疾病治療過程中。大多數以藥物為基礎的治療在某些程度上都會影響病人的微生物[39]。抗生素可用于腸道感染性疾病的治療，但過量使用會改變腸道菌群，殺死腸道中有益微生物菌群，導致菌群失衡。研究發現，抗生素治療的嬰兒有較高比例的腸道菌和腸球菌以及較低比例的雙歧桿菌[40]。出生時體重偏低的嬰兒在早期抗生素治療時，糞便細菌的多樣性[12]和細菌總數明顯減少[41]。母體的抗生素治療（產前或喂養期間）與嬰兒腸道中較少比例的擬桿菌屬、奇異菌屬以及細菌總數有一定聯系[33]。可見，抗生素對嬰兒腸道菌群的定植會產生影響，盡量減少抗生素的使用，有利于嬰兒腸道菌群的定植和發展。

2.6 益生菌和益生元的添加

不同微生物的連續性對嬰幼兒腸道成熟至關重要。在這些微生物中，雙歧桿菌和其他的乳酸菌被看作是必需和有益的，它們具有益生特性。在成人體內，它們以短暫的方式在腸道定植，停止攝取兩周后，糞便樣品中很難被檢測到[42]。母體在分勉前和母乳喂養過程中補充益生菌，影響了嬰兒腸道雙歧桿屬細菌的定植，增加了雙歧桿菌的多樣性[43]。與對照組比較，喂養富含雙歧桿菌嬰兒奶粉的早產兒腸道中，雙歧桿菌數量較高[44]。在嬰兒出生時，喂養添加益生元（低聚半乳糖和長鏈的低聚果糖）的嬰兒配方奶粉，減少了梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌的數量，同時輕微增加了雙歧桿菌的數量[45]。益生菌和益生元能起到防止嬰兒腹瀉[46]、壞死性小腸結腸炎[47]、濕疹[48]及過敏性皮炎[49]等益生作用，還可能起到降膽固醇作用[50]。

3 腸道微生物的代謝產物

腸道微生物能通過其產生的代謝產物發揮有益作用，宿主和它們的腸道微生物在食物和外源性物質代謝過程中產生大量小分子物質，和身體內所謂“智能通訊”系統緊密聯系，這些系統包括免疫、內分泌等[21]。調節宿主-微生物之間相互作用的代謝產物主要分類和健康效應見表1，但有可能存在更多代謝產物。

表1 部分微生物的代謝產物以及機體的健康效應Table.1 Part microbial metabolites and the health effect for the host

4 結論及展望

綜上所述，嬰幼兒腸道微生物定植的特征為：a.嬰兒出生后不久，來自母體和環境中的微生物開始定植于嬰幼兒腸道；b.嬰幼兒腸道內細菌定植，最早是兼性厭氧菌，幾天或幾周后，厭氧菌變得十分豐富，主要以雙歧桿菌為主；c.微生物發展和最終定植受早期定植微生物的影響；d.細菌定植依賴于嬰兒的飲食；e.早期微生物定植影響嬰兒健康和疾病，相反地，微生物干預（抗生素、益生菌和益生元）影響嬰幼兒早期和后來出現疾病的風險；f.嬰幼兒早期腸道微生物通過其代謝產物發揮作用。

近年來，嬰幼兒腸道微生物發展的動態變化和不同因素對它的影響已經取得了巨大的進步，發現嬰幼兒早期腸道微生物變化規律與腸道代謝及相關性疾病有一定相關性，我們應該有深度地去研究早期微生物變化和成年疾病（如過敏或肥胖）之間的關系，有針對性地調整嬰幼兒腸道微生物，發展新的治療方法來減少嬰幼兒患病的風險。

[1]Qin J，Li R，Raes J，et al.A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing[J].Nature，2010，464（7285）：59-65.

[2]Ley RE，Peterson DA，Gordon JI，et al.Ecological and evolutionary forces shaping microbial diversity in the human intestine[J].Cell，2006，124（4）：837-848.

[3]Turnbaugh PJ，Ley RE，Hamady M，et al.The human microbiome project[J].Nature，2007，449：804-810.

[4]Arumugam M，Raes J，Pelletier E，et al.Enterotypes of the human gut microbiome[J].Nature，2011，473：174-180.

[5]Yatsunenko T，Rey FE，Manary MJ，et al.Human gut microbiome viewed across age and geography[J].Nature，2012，486：222-227.

[6]Ventura M，Turroni F，Canchaya C，et al.Microbial diversity in the human intestine and novel insights from metagenomics[J]. Frontiers in Bioscience：A Journal and Virtual Library，2009（14）：3214-3221.

[7]Vanhoutte T，Huys G，Brandt E，et al.Temporal stability analysis of the microbiota in human feces by denaturing gradient gel electrophoresis using universal and group-specific 16S rRNA gene primers[J].FEMS Microbiology Ecology，2004，48（3）：437-446.

[8]De La Cochetière MF，Durand T，Lepage P，et al.Resilience of the dominant human fecal microbiota upon short-course antibiotic challenge[J].Journal of Clinical Microbiology，2005，43（11）：5588-5592.

[9]Palmer C，Bik EM，DiGiulio DB，et al.Development of the human infant intestinal microbiota[J].PLoS Biology，2007，5（7）：e177.

[10]Jiménez E，Marín ML，Martín R，et al.Is meconium from healthy newborns actually sterile?[J].Research in Microbiology，2008，159（3）：187-193.

[11]Ventura M，O’Flaherty S，Claesson MJ，et al.Genome-scale analyses of health-promoting bacteria：probiogenomics[J].Nature reviews-Microbiology，2009，7（1）：61-71.

[12]Arboleya S，Binetti A，Salazar N，et al.Establishment and development of intestinal microbiota in preterm neonates[J]. FEMS Microbiology Ecology，2012，79（3）：763-772.

[13]Koenig JE，Spor A，Scalfone N，et al.Succession of microbial consortia in the developing infant gut microbiome[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2011，108（Suppl.1）：4578-4585.

[14]Harmsen HJ，Wildeboer-Veloo AC，Raangs GC，et al.Analysis of intestinal flora development in breast-fed and formula-fed infants by using molecular identification and detection methods [J].Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition，2000，30（1）：61-67.

[15]Turroni F，Peano C，Pass DA，et al.Diversity of Bifidobacteria within the infant gut microbiota[J].PLoS ONE，2012，7（5）：e36957.

[16]Aires J，Thouverez M，Allano S，et al.Longitudinal analysis and genotyping of infant dominant bifidobacterial populations[J]. Systematic and Applied Microbiology，2011，34（7）：536-541.

[17]Clemente JC，Ursell LK，Parfrey LW，et al.The Impact of the Gut Microbiota on Human Health：An Integrative View[J]. Cell，2012，148（6）：1258-1270.

[18]Jiménez E，Fernández L，Marín ML，et al.Isolation of commensal bacteria from umbilical cord blood of healthy neonates born by cesarean section[J].Current Microbiology，2005，51（4）：270-274.

[19]DiGiulio DB，Romero R，Amogan HP，et al.Microbial prevalence，diversity and abundance in amniotic fluid during preterm labor：a molecular and culture-based investigation[J]. PLoS One，2008，3（8）：e3056.

[20]Penders J，Thijs C，Vink C，et al.Factors influencing the composition of the intestinal microbiota in early infancy[J]. Pediatrics，2006，118（2）：511-521.

[21]Mackie RI，Sghir A，Gaskins HR.Developmental microbial ecology of the neonatal gastrointestinal tract[J].The American Journal of Clinical Nutrition，1999，69（5）：S1035-S1045.

[22]Madan JC，Salari RC，Saxena D，et al.Gut microbial colonisation in premature neonates predicts neonatal sepsis[J]. Archives of Disease in Childhood：Fetal and Neonatal Edition，2012，97（6）：F456-F462.

[23]Lahtinen SJ，Boyle RJ，Kivivuori S，et al.Prenatal probiotic administration can influence Bifidobacterium microbiota development in infants at high risk of allergy[J].The Journal of Allergy and Clinical Immunology，2009，123（2）：499-501.

[24]Bailey MT，Lubach GR，Coe CL.Prenatal stress alters bacterial colonization of the gut in infant monkeys[J].Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition，2004，38（4）：414-421.

[25]Gr?nlund MM，Grzes＇kowiak ?，Isolauri E，et al.Influence of mother’s intestinal microbiota on gut colonization in the infant [J].Gut Microbes，2011，2（4）：227-233.

[26]Vaishampayan PA，Kuehl JV，Froula JL，et al.Comparative metagenomics and population dynamics of the gut microbiota in mother and infant[J].Genome Biology and Evolution，2012，2：53-66.

[27]Biasucci G，Rubini M，Riboni S，et al.Mode of delivery affects the bacterial community in the newborn gut[J].Early Human Development，2010，86（Suppl.1）：13-15.

[28]張紅波.陸薇，黃娟，等.不同分娩方式對母乳喂養嬰兒腸道菌群的影響[J].臨床兒科雜志，2010，28（3）：251-254.

[29]Dominguez-Bello MG，Costello EK，Contreras M，et al. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota acrossmultiple body habitatsin newborns[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2010，107（26）：11971-11975.

[30]Biasucci G，Benenati B，Morelli L，et al.Cesarean delivery may affect the early biodiversity of intestinal bacteria[J].The Journal of Nutrition，2008，138（9）：S1796-S1800.

[31]Sahl JW，Matalka MN，Rasko DA.Phylomark：a tool to identify conserved phylogenetic markers from whole-genome alignments [J].Applied and EnvironmentalMicrobiology，2012，78（14）：4884-4892.

[32]Fernández L，Langa S，Martín V，et al.The human milk microbiota：origin and potential roles in health and disease[J]. Pharmacological Research，2013，69（1）：1-10.

[33]Fallani M，Young D，Scott J，et al.Intestinal microbiota of 6-week-old infants across Europe：geographic influence beyond delivery mode，breastfeeding，and antibiotics[J].Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition，2010，51（1）：77-84.

[34]李曉敏，楊麗杰，霍貴成.Illumina技術研究不同喂養方式嬰兒腸道菌群差異[J].食品科技，2012，37（9）：319-324.

[35]Martín V，Maldonado-Barragán A，Moles L，et al.Sharing of bacterial strains between breast milk and infant feces[J].The Journal of Human Lactation，2012，28（1）：36-44.

[36]Petschow BW，Talbott RD，BatemaA RP.Ability of lactoferrin to promote the growth of Bifidobacterium spp.in vitro is independent of receptor binding capacity and iron saturation level[J].J Med Microbiol，1999，48：541-549.

[37]洪濱，趙亞東，霍貴成.仿早產兒母乳脂肪配方奶粉及其消化率的評價[J].食品科技，2011，36（9）：106-112.

[38]Grzes＇kowiak ?，Gr?nlund MM，Beckmann C，et al.The impact of perinatal probiotic intervention on gut microbiota：double-blind placebo-controlled trials in Finland and Germany [J].Anaerobe，2012，18（1）：7-13.

[39]Dethlefsen L，Huse S，Sogin ML，et al.The pervasive effects of an antibiotic on the human gut microbiota，as revealed by deep 16S rRNA sequencing[J].PLoS Biology，2011，6（11）：e280.

[40]Tanaka S，Kobayashi T，Songjinda P，et al.Influence of antibiotic exposure in the early postnatalperiod on the development of intestinal microbiota[J].FEMS Immunology and Medical Microbiology，2009，56（1）：80-87.

[41]Westerbeek EA，Berg AV，Lafeber，HN，et al.The intestinal bacterial colonization in preterm infants：a review of the literature [J].Clinical Nutrition，2006，25：361-368.

[42]Sanders ME，Akkermans LM，Haller D，et al.Safety assessment of probiotics for human use[J].Gut Microbes，2010，1（3）：164-185.

[43]Gueimonde M，Sakata S，Kalliom?ki M，et al.Effect of maternal consumption of Lactobacillus GG on transfer and establishment of fecal bifidobacterial microbiota in neonates[J].Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition，2006，42（2）：166-170.

[44]Underwood MA，Salzman NH，Bennett SH，et al.A randomized placebo-controlled comparison of 2 prebiotic/probiotic combinations in preterm infants：impact on weight gain，intestinal microbiota，and fecal short-chain fatty acids[J].Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition，2009，48（2）：216-225.

[45]Costalos C，Kapiki A，Apostolou M，et al.The effect of a prebiotic supplemented formula on growth and stool microbiology of term infants[J].Early Human Development，2008，84（1）：45-49.

[46]Sazawal S，Hiremath G，Dhingra U，et al.Efficacy of probiotics in prevention of acute diarrhoea：a meta-analysis of masked， randomised，placebo-controlled trials[J].The Lancet Infectious Diseases，2006，6（6）：374-382.

[47]Lin HC，Hsu CH，Chen HL，et al.Oral probiotics prevent necrotizing enterocolitis in very low birth weight preterm infants：a multicenter，randomized，controlled trial[J].Pediatrics，2008，122（4）：693-700.

[48]Rautava S，Kainonen E，Salminen S，et al.Maternal probiotic supplementation during pregnancy and breast-feeding reduces the risk of eczema in the infant[J].The Journal of Allergy and Clinical Immunology，2012，130（6）：1355-1360.

[49]Lee J，Seto D，Bielory L.Meta-analysis of clinical trials of probiotics for prevention and treatment of pediatric atopic dermatitis[J].The Journal of Allergy and Clinical Immunology，2008，121（1）：116-121.

[50]國立東，楊麗杰，霍貴成.乳酸菌降膽固醇機制的研究進展[J].食品與發酵工業，2013，39（2）：117-122.

Feature of intestinal microbial colonization in infants

FAN Wen-guang1，2，WANG Ting-ting1，HUO Gui-cheng1，*
（1.Key Lab of Dairy Science，Ministry of Education，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；2.Hei LongJiang Vocational College，Harbin 150111，China）

The gastrointestinal microbiota plays a crucial role in human health.Development of the intestinal microbiota in infants is characterized by large changes in microbial abundance，diversity，and composition. These changes are influenced by maternal，feeding，delivery，medical and environmental factors.Thus，it is nearly impossible to define a universal standard for intestinal colonization and development of the intestinal microbiota.Recent data on the early colonization and development of the intestinal microbiota，microbial metabolites were discussed in this review.

infant；intestinal microbiota；colonization；microbial metabolites

TS201

A

1002-0306（2014）06-0383-05

2013－07－17 *通訊聯系人

范文廣（1982-），男，博士，研究方向：食品科學。

“乳酸菌代謝調控與發酵劑制造技術”教育部長江學者和創新團隊發展計劃（IRT0959）。