首页 > 业内资讯 > 前沿快讯
Nautre:婴儿身上的首批细菌来自出生前?
2018-02-08 10:28   来源: 生命奥秘/张洁  点击次数: 关键词:


大部分婴儿在出生时首次接触细菌——至少部分研究者们是这么猜想的。

本文转载自“生命奥秘”。

受孕后不久,人类胚胎便开始组装一个对其生存至关重要的器官——胎盘。胎盘是胎儿与母体之间物质交换的重要器官,它将母体血液中的氧气、营养素和免疫分子运送到正在发育的胎儿身上,同时胎盘也是防止感染的屏障。一个多世纪以来,医生们认为这种短暂的结构——就像胎儿和子宫本身一样——是无菌的,除非出现了什么问题。

从2011年左右开始,华盛顿大学(Washington University)的微生物学家Indira Mysorekar开始质疑这个想法。她和同事们从密苏里州圣路易斯一家医院收集了分娩妇女的近200个胎盘,并对它们进行切片染色。在显微镜下观察切片时,他们发现有近三分之一的胎盘携带了细菌。Mysorekar指出,事实上,细菌就在细胞里。

细菌通常是感染的标志,而感染是早产的常见原因。但是Mysorekar观察到的微生物似乎不是病原体。她在细菌附近并没有看到任何免疫细胞,也没有观察到炎症的迹象。而且细菌不仅仅存在于早产妇女的胎盘中,正常、健康怀孕妇女的样本中也存在细菌。她认为,这是首个提示这些细菌可能是正常微生物组的证据。

过去几十年,关于微生物如何影响人类健康和发育的研究变得非常流行。但一个至关重要的问题——细菌何时在人体内定居——目前还没有答案。医生们认为,细菌最开始在人体定居的过程发生在产道。临床医生甚至希望看到剖腹产出生的婴儿是否可以从其母亲的阴道微生物拭子中获益。但是Mysorekar和其他科学家已经在胎盘、羊水和胎粪——胎儿在子宫内形成的、焦油状的第一个粪便——中发现了细菌的证据。一些研究人员基于此提出假设:微生物可能在胎儿出生前就定居在其体内了。

如果细菌对于怀孕是正常,甚至重要的一部分,那么它们对免疫系统的发育也应当具有重要作用。科学家可能会找到方法来改变子宫内的微生物组成,以此防止过敏、哮喘和其它疾病的发生。他们也许能够发现怀孕期间与早产或其它并发症相关的微生物谱,这可能有助于阐明其发生的原因。

来源于肚脐的细菌培养:关于微生物最先定居于身体哪个部分仍存争议。

科学家们认为,子宫无菌的理论将要过时。也许人类、蛤蜊、采采蝇和海龟等物种的后代在出生前就已经继承了母体的微生物组。加州大学旧金山分校(University of California)的微生物学家Susan Lynch表示,如果子宫内没有微生物,那么人类将是研究过的物种中唯一一种后代在出生前没有继承母体微生物组的物种。

尽管支持这一理论的论文数量不断增加,但是一些科学家仍然对“无菌子宫”理论深信不疑。加拿大埃德蒙顿艾伯塔大学(University of Alberta)的微生物学家Jens Walter就不赞同子宫内存在微生物。有人看到了新奇的科学发现,另一些人则将其归因于污染——一种长期困扰微生物研究和测序领域的现象。现在,更深入的研究正在进行中,将有望一劳永逸地解答这个问题。

一位儿科医生将胎盘微生物的争论问题比作科学的“刀具格斗”。但是,如果确实存在胎儿微生物组,那么对医学、基础生物学都有深远的影响。德克萨斯州休斯敦贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的产科医生Kjersti Aagaard表示,如果我们把胎盘看成是母胎通讯的渠道或促进者,而不是屏障,那么这将可以解释很多发育生物学家非常感兴趣的问题。

胎盘探秘

“无菌子宫”理论可追溯到法国儿科医生Henry Tissier,他在二十世纪初研究了婴儿首个细菌的来源。三十多年前,研究者们就开始发现了一些与无菌子宫理论不符的证据。但是2014年以前,胎盘可能拥有完全成熟的微生物组的想法并没有得到太多关注,直到Aagaard领导的一个研究小组在2014年发现了胎盘组织中的细菌DNA。

当时正在从事人类微生物项目的Aagaard注意到一些奇怪的事情。虽然婴儿应该在产道中得到细菌,并形成微生物组,但是她发现孕妇阴道中的细菌和婴儿出生后第一周的细菌并不匹配。她认为,很有可能微生物菌群在胎儿出生前就已经定居其体内了。

Aagaard认为,如果母亲将细菌传染给子宫内的婴儿,那么就可能在胎盘中找到证据,毕竟胎盘是连接两者的器官。为了进行调查,她和她的小组在无菌条件下收集了320名妇女胎盘的一小部分组织,其中包括一些早产的孕妇和一些在怀孕期间感染的妇女。细菌可能难以培养。因此,为了确定胎盘中的细菌成分,他们采用了基因测序。他们在一个小时内对胎盘进行无菌活检,切除表面以避免污染,并将这些样本放入小瓶中。他们对空瓶也进行了分析检测,以排除环境或DNA提取试剂造成的污染。

不是所有胎盘都含有可检测的细菌DNA,但是很多都含有。为了更深入地了解这些微生物的功能,研究人员对一部分样品进行了全基因组测序。在大多数情况下,他们发现了由大肠杆菌和其它几个菌种主导的微生物组。当他们比较胎盘的细菌DNA与身体其它部位的细菌DNA时,结果发现,胎盘细菌DNA与口腔的微生物种类最为匹配。口腔细菌如何进入胎盘尚不清楚,但有一种可能性是通过血液循环。即使是常规的牙刷也可以让细菌进入血液。更重要的是,经历过早产或早期感染的妇女的微生物标志似乎不同。医生们认为,胎盘中细菌是感染的信号,但对于Aagaard而言,搞清楚哪些细菌存在比确定它们是否存在更为重要。

这篇论文在大众媒体上引起了轰动,但批评者认为,Aagaard的证据不够可靠。德国亚琛工业大学医院(University Hospital RWTH Aachen)微生物学研究所主任Mathias Hornef认为,DNA不是细菌。DNA可以用来表征微生物,但不能确定它的存在。

然而,无独有偶,其他几个团队也在胎盘中发现了细菌DNA和其它线索。例如,Mysorekar从胎盘中看到细胞内部结构。并且在2016年,芬兰的一个小组成功地从健康怀孕妇女的胎盘组织中培养出了细菌群落。

研究人员还发现了羊水中的细菌。他们进而怀疑,胎儿在摄取液体的时候,是否偶尔会摄取微生物。一些研究人员,包括佛罗里达大学(University of Florida)的新生儿学家Josef Neu,在胎粪中鉴定出了细菌DNA,这一发现表明胎儿在出生前肠道里就可能含有细菌。胎粪中的一些细菌与来自羊水中发现的细菌属于同一菌属。结果显示,早产儿粪便中的微生物与足月儿出生的微生物不同。

Neu假设,某些细菌菌株可能会促使胎儿的胃肠道产生可能引发早产的炎性蛋白质。事实上,一些研究显示,早产儿的羊水确实含有更多的炎性蛋白。Neu表示,尽管这种联系并不能证明什么,但它确实提供了“一些有趣的难题”,“胎儿-母体微生物组至少解释了部分早产的原因。

Lynch的小组是几个能够从胎粪中培养细菌的团队之一。她认为,目前尚不清楚这些细菌是否仅仅是通过胎儿的身体,还是它们真的能在胎儿体内生长、分裂,并在其肠道中定植。Lynch现在正在观察人类胎儿组织,以查看是否能够在肠道内发现细菌存在的证据。

一些动物研究表明,这种从母体到胎儿的细菌转移是可能的。21世纪中期,由马德里康普坦斯坦大学(Complutense University of Madrid)的微生物学家Juan MiguelRodríguez领导的研究小组将标记细菌接种到怀孕小鼠体内,并通过剖宫产分娩幼鼠。结果,他们在羊水和幼仔的胎粪中发现了标记的细菌。

Neu指出,他们在这些动物模型中看到的以及他们在人类中看到的东西确实似乎支持这种胎儿-母体微生物群。Neu并不是100%信服,但他认为证据越来越扎实。

污染问题

然而,一些研究人员仍然深表怀疑。他们认为,所谓的胎盘微生物是来自研究中使用的DNA提取试剂盒的“基因组”污染物。有一些证据支持这一点。费城宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院(University of Pennsylvania’s Perelman School of Medicine)的一名围产期医生Samuel Parry最初对Aagaard的数据很感兴趣。因此,他计划进行一项研究,以研究早产婴儿的胎盘微生物群与足月婴儿的差异。首先,他的研究小组检测了无菌拭子、试剂、DNA纯化试剂盒和常用的其它设备上的微量DNA。他们最终从6个胎盘样本中得到的细菌DNA与提取试剂盒上发现的细菌DNA无差别。Parry表示,他们已经测试了几十个胎盘,但无法找到一种微生物。英国维康信托桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的微生物组研究人员Marcus de Goffau指出,他们从几百个胎盘中得到了类似的、未发表结果。

Goffau表示,其中一个问题是胎盘中的细菌信号会很弱。在粪便或唾液中,细菌含量较高,很容易区分微生物与背景污染。但是,当微生物稀少时,就难以提取真正的信号了。事实上,这个问题不仅局限于人类胎儿研究,整个测序领域都存在背景信号的问题。

Aagaard支持她的结果,并认为自己非常谨慎。有没有可能是误解呢?当然可能。但是,她们严格地设置了阴性和阳性对照。Aagaard指出,其他几个小组已经在胎盘中发现了细菌DNA的证据。

Parry现在与密歇根州国立儿童健康和人类发展研究所(National Institute of Child Health and Human Development)的产科医生Roberto Romero联手,计划开展一项多中心研究,计划研究更多胎盘,以确认细菌存在与否。他们希望在接下来的几个月里召开会议来设计方案。Romero表示,如果一切顺利的话,他们可以在明年得到答案。他们邀请Aagaard参加,Aagaard同意了。Romero认为,Kjersti Aagaard是一位杰出的调查人员,她提出了一个有趣、重要、值得进行测试的想法,这是一个可以解决的争议。

他们并不是在寻求答案的唯一一批研究人员。de Goffau是英国医学研究委员会(British Medical Research Council)提供160万英镑(合200万美元)资助的一个团队的一员。该团队负责检查胎盘组织和血液中可能与妊娠并发症相关的感染因子。去年,美国国立卫生研究院(US National Institutes of Health)宣布将为免疫系统的早期发育研究提供资金。该声明特别强调了如何检查胎儿微生物的演变,以及调查这些细菌是否以及如何影响大脑的研究的。

如果研究未能发现子宫内的微生物,那么这并不能排除胎儿在子宫内可能接触微生物的可能性。新罕布什尔州达特茅斯-希契科克医学中心(Dartmouth–Hitchcock Medical Center)的新生儿学家Juliette Madan指出,人体上和体内很少被认为是无菌的。但少数微生物并不一定意味着复杂而繁荣的微生物群。Madan并不认为研究人员会发现任何有意义的母亲与胎儿之间的细菌共享。

但是,胎盘有菌理论最强烈的批评者之一的de Goffau没有Madan这么肯定。他自己就检测出胎粪中的细菌。这不是完全无菌的。这一点是明确的。尽管证据不完整,但是胎儿体内存在微生物是有可能的。

纽约大学(New York University)的微生物生态学家Maria Dominguez-Bello开展了一项研究,以研究婴儿微生物群的发展,以及在剖腹产后让婴儿接触母亲的阴道微生物的潜在好处。但是,她觉得胎粪中存在细菌的报道并没有那么可信。她认为,当羊膜囊破裂时,无菌环境就被破坏了,这为细菌进入婴儿肠道留下了充足的时间。她补充指出,生产需要数个小时,在这期间,婴儿在与产道相互摩擦。即使婴儿是通过剖宫产出生的,婴儿也可能需要几个小时甚至几天才会初次排便——这段时间里胎儿可能会在子宫外获得细菌。

Dominguez-Bello和其他人表示,胎儿微生物群不存在最有说服力的证据是实验室无菌小鼠的存在。为了制造这些无菌的啮齿类动物,幼崽由具有正常微生物组的母鼠孕育,通过剖宫产出生,然后在无菌条件下饲养。Walter表示,70年前他们就已经完成了这个实验。只要有一个细菌存在于幼鼠身上,那么它会很快就会定居在幼鼠体内,这个实验也就会失败。

Walter指出,如果你和真正的微生物学家谈论,他们不会认为这是个值得争议的问题,这个问题早就有了答案。

微生物学家Mysorekar完全不赞同这个说法。她表示,有人坚持认为胎盘微生物是“假新闻”。她觉得这是一个耻辱。有一些非常令人兴奋的问题需要解决。人类在子宫内就开始形成一系列免疫细胞,这表明某种微生物暴露了。她想知道这些微生物来自哪里,以及这些细菌如何与胎儿接触。要研究的东西太多了。但她对这种怀疑并不感到惊讶。,在任何新兴领域,你会发现“一些反对者,一些不好的数据,但也有很多引人注目的新观察,一起推动领域前进”。

原文检索:

Cassandra Willyard. (2018) Could baby’s first bacteria take root before birth? Nature, 553: 264-266.

编辑: 生物探索

 

版权声明

本网站所有注明“来源:丁香园”的文字、图片和音视频资料,版权均属于丁香园所有,非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:丁香园”。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

评论

发表评论评论 ()

本周

本月

总排行

生物学霸
帮助你升级成为学霸。
查看