导语

2007 年,美国发起了「整合人类微生物组计划」(iHMP),旨在针对怀孕与早产婴儿相关的肠道微生物组与炎症性肠病、免疫性疾病、早期慢性疾病等关系进行研究。数以亿计的菌群聚集在人体内的社群,其中超过 90% 的微生物生活在肠道里,被称为「肠道菌群」,早期生命的肠道菌群与众多疾病的发生和发展息息相关。

人体微生物组和婴幼儿健康

人体由 30 万亿个细胞组成,其中 80% 是人体内的微生物细胞,并不是人类细胞。而 80% 的微生物又集中在肠道内,重量可达 2 公斤,肠道菌群的基因组比人类的基因组还要庞大,是人类基因的 100 多倍,人体肠道内有多达 1,000 多种的共生微生物,其中绝大部分是细菌,肠道里的各种菌群互相制约、和谐共存,并以各种方式影响着整个人体的健康,如食物的消化、营养吸收合成、代谢系统、免疫系统、神经系统、心血管系统等,因此也被称为人体的「第二器官」和「第二基因组」。
 
宝宝时期,肠道菌群便开始在人体肠道里定植,到 3 岁左右时发展成接近成年人的状态。在 0~3 岁期间,肠道微生态的组成经历了巨大的变化,而这些变化的特征与宝宝的健康成长,尤其是营养代谢能力和免疫系统的建立有着密切的联系[1]
 
分娩方式、喂养方式、抗生素饮食等会影响婴儿的肠道菌群。孕妇的健康状况,孕期的生活习惯,宝宝的出生方式(剖腹产/剖宫产),喂养方式(母乳和配方奶粉比例和引入辅食的时间)和后天的生活环境(抗生素的使用和环境污染)都可能导致宝宝的肠道微生态不同程度的失衡,从而给宝宝的健康带来隐患(比如过敏体质和消化问题),甚至是影响终身的慢性疾病。因此,宝宝早期的肠道菌群构建,是健康成长过程中至关重要的部分[2]

肠道菌群基因检测技术

传统的微生物检测是对粪便进行处理,经过分离、培养基培养等,通过判断微生物的形态和大小来确定微生物种类。该方法存在耗时长、培养要求高、影响因素多等问题。得益于基因测序技术的发展,肠道菌群检测利用微生物靶向区域如 16SrDNA 来了解菌群的组成或使用宏基因组测序在 16S rDNA 测序分析基础上对基因和功能进行深入研究。16S rDNA 测序是指用利用高通量测序方法对 16S rDNA V3-V4 区(16S rDNA 基因序列存在于所有细菌的基因组中,具有高度的保守性。该序列包含 9 个可变区和 10 个保守区,全长 1.5 kb)进行测序,研究群落的物种组成、物种间的进化关系以及群落的多样性,具有无需培养、特异性强、灵敏度很高、精准、自动化程度高、鉴定高效(已知和未知细菌都能检测)、性价比高等优势。
 
宏基因组测序是对环境样品中全部微生物的总 DNA 进行高通量测序,主要研究微生物种群结构、基因功能活性、微生物之间的相互协作关系以及微生物与环境之间的关系。宏基因组测序则是将微生物基因组 DNA 随机打断成 500 bp 的小片段,然后在片段两端加入通用引物进行 PCR 扩增测序,再通过组装的方式,将小片段拼接成较长的序列。肠道菌群检测技术摆脱了微生物分离培养的限制,扩展了微生物资源的利用空间,为了解肠道菌群提供了有效的方式。

国际重大微生物组计划

美国人类微生物组计划
2007 年,美国发起了「人类微生物组计划」(HMP),目标是探索研究人类微生物组的可行性,研究其变化与疾病健康的关系,同时为其他科学研究提供信息和技术支持。iHMP 是其子计划之一。
 
欧盟人类肠道宏基因组计划
2008 年初始,欧盟发起了「人类肠道宏基因组计划」(MetaHIT),旨在研究人类肠道中的所有微生物群落,进而了解人肠道中细菌的物种分布。第二期计划叫 MetaGenoPolis(MGP),目标是通过建立肠道菌群和健康的关系,从而为营养和健康管理提供新的思路。
      
美国国家微生物组计划
2016 年 5 月 13 日,美国白宫科技政策办公室宣布启动「国家微生物组计划」(National Microbiome Initiative, NMI),这是奥巴马政府继脑计划、精准医学、癌症「登月计划」之后推出的又一个重大国家科研计划。

婴儿肠道菌群与疾病监测

婴幼儿的肠道菌群与人体健康有着极为密切的联系。目前国外研究者在肠道菌群与婴幼儿健康关系领域获得的重要成果有:
 
2018 年,来自首尔大学的李敏俊教授分析了婴儿肠道菌群组成和宏基因组数据,发现在母乳喂养和混合喂养的湿疹患儿中,粪便中细菌总量显著减少,Akk 菌等黏液降解细菌的肠道定殖情况在混合喂养的湿疹患儿中能力较差,且菌群中与宿主免疫发育相关的功能基因较少。因此,肠道菌群的不良定殖可引起免疫发育迟缓,增加婴儿患湿疹风险[3]
 
2018 年,西班牙国家研究委员会营养与健康研究室 Marta Olivares 教授在其开展的一个前瞻性队列研究中报道,健康婴儿随着时间的推移,其肠道菌群的多样性增加,特征在于肠道菌群之一厚壁菌门丰度逐渐升高。同时,Marta Olivares 教授报道短双歧杆菌和肠菌属比例增加与腹泻发生相关[4]
 
2018 年,哥本哈根大学的 Hans Bisgaard 教授对 690 名婴幼儿在出生后的第一年的肠道菌群进行分析,发现拥有不成熟菌群组成的 1 岁儿童,在 5 岁时拥有更高发生哮喘风险,这样的变化可能与免疫失调相关,从而导致哮喘的发生。这一研究结果已发在了《Nature》子刊《Nature Communication》杂志上[5]
 
2017 年,Nature Medicine 刊载了瑞金医院和华大基因合作的针对中国人肥胖和肠道菌群的研究成果。研究者建立了 217 个肥胖相关的基因关联群组,并通过血清代谢组学分析,发现多形拟杆菌(一种可发酵谷氨酸盐的共生细菌)的丰度在肥胖者中显著降低,而这种细菌与脂肪代谢相关。这项研究发现为未来针对中国人减肥药物的开发提供了全新的方向和候选菌株[6]
 
2017 年,新加坡国立大学 Christophe Lay 教授开展的一项随机对照研究发现, 肠道菌群的 Klebsiella/Bifidobacterium(K/B)比例升高是儿童患过敏的风险因子之一,利用这个比例值可以很好地在验证集里对患者和健康婴儿进行分类[7]
 

2016 年,来自美国、荷兰、芬兰、俄罗斯等多个国家科学家开展关于肠道微生物 LPS 免疫原性的变化和自身免疫疾病相关的大型队列研究。研究发现,早期肠道紊乱的婴儿长大后患有 1 型糖尿病的风险显著升高[8],该研究结果发表在顶级期刊 Cell 杂志。

结语

近年来,对人体微生物组的研究发现,我们亦可从人体内环境层面,反映人体健康状况,特别是对于一些慢性疾病,可以采取一种彻底的无创检测手段——通过粪便来检测即通过婴儿的肠道微生物进行一些疾病监测,如过敏、湿疹、腹泻等疾病。这些研究首先以婴儿和母亲的菌群为基础进行诊断,之后根据菌群,选择个性化治疗方案,并利用益生菌、益生元及药物等,针对靶向菌群进行健康管理。人体微生物组学,很有可能成为精准医疗即将到来的下一个热潮。

 

本专题所有内容由爱幼妈妈提供

参考文献

1. Bäckhed F, Roswall J, Peng Y, et al. Dynamics and Stabilization of the Human Gut Microbiome during the First Year of Life.[J]. Cell Host & Microbe, 2015, 17(5):690-703.


2. Milani C, Duranti S, Bottacini F, et al. The First Microbial Colonizers of the Human Gut: Composition, Activities, and Health Implications of the Infant Gut Microbiota[J]. Microbiology & Molecular Biology Reviews Mmbr, 2017, 81(4):e00036-17.

 

3. Jsy L, Soh S E, Lee Y K, et al. Ratio of Klebsiella/Bifidobacterium in early life correlates with later development of paediatric allergy[J]. Beneficial Microbes, 2017, 8(5):681-695.

 

4. Olivares M, Walker A W, Capilla A, et al. Gut microbiota trajectory in early life may predict development of celiac disease[J]. Microbiome, 2018, 6(1):36.

 

5. Stokholm J, Blaser M J, Thorsen J, et al. Maturation of the gut microbiome and risk of asthma in childhood:[J]. Nature Communications, 2018, 9(1):141.


6. Liu R, Hong J, Xu X, et al. Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention.[J]. Nature Medicine, 2017, 23(7):859-868.


7. Lee M J, Kang M J, Lee S Y, et al. Perturbations of the gut microbiome genes in infants with atopic dermatitis according to feeding type[J]. Journal of Allergy & Clinical Immunology, 2018, 141(4).

 

8. Vatanen T, Kostic A D, D' Hennezel E, et al. Variation in Microbiome LPS Immunogenicity Contributes to Autoimmunity in Humans[J]. Cell, 2016, 165(4):842.

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肠道菌群检测用于宝宝的健康管理,你怎么看?

大多数宝宝都经历过腹泻、胀气、便秘的小状况,很多妈妈都曾因为宝宝营养不良和免疫力低下所苦恼…… 有研究表明,这些都与肠道菌群失衡有关。

 

0~3 岁是婴幼儿肠道菌群构建的关键窗口期,这一时期肠道微生态的塑造,甚至会影响其成年后的菌群。在此期间,婴幼儿的食物营养来源相对单一,更适合借助科学的干预手段来有效调整婴幼儿的肠道微生态系统。


 

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