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編譯：微科盟草重木雪，編輯：微科盟Tracy、江舜堯。
微科盟原創(chuàng)微文，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。 導(dǎo)讀微生物暴露對于新生兒和嬰兒的發(fā)育、生長和免疫至關(guān)重要；然而，在出生前胎兒腸道中是否存在微生物仍存在爭議。在這項研究中，研究者使用足月無菌子宮切除術(shù)分娩的羔羊為動物模型，通過多組學(xué)方法研究產(chǎn)前腸道中是否存在微生物組；無菌剖腹產(chǎn)后立即對羔羊?qū)嵤┌矘匪?，并無菌獲取其盲腸和臍帶血樣本。研究者通過宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組測序評估盲腸含量樣品，以表征任何現(xiàn)有的微生物組，通過代謝組學(xué)分析這兩類樣品，以檢測微生物代謝物，最終檢測到一個低多樣性、低生物量的微生物組，主要由變形菌門、放線菌門和厚壁菌門組成；研究者還檢測到多種微生物代謝產(chǎn)物，包括短鏈脂肪酸、脫氧吉霉素、絲裂霉素和妥布霉素，進(jìn)一步表明存在代謝活性微生物群。此外，在胎兒腸道中檢測到噬菌體phiX174和Orf病毒以及抗生素抗性基因，表明妊娠期間母親可以將噬菌體，病毒和攜帶抗生素抗性基因的細(xì)菌傳播給胎兒。這項研究為產(chǎn)前腸道具有微生物組，并且胎兒腸道的微生物定植始于子宮內(nèi)提供了有力的證據(jù)。原名：Multiomics analysis reveals the presence of a microbiome in the gut of fetal lambs譯名：多組學(xué)分析揭示了胎羊腸道中存在的微生物組
通訊作者單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所
1. 從宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集中去除潛在的污染基因和轉(zhuǎn)錄本為了評估研究中使用的6只子宮內(nèi)羔羊的微生物組，我們對研究動物的盲腸內(nèi)容物進(jìn)行了宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組測序?？紤]到其他研究中用于處理樣品的試劑會污染DNA/RNA，我們也加入了陰性對照，即使用無核酸的水而不使用樣品DNA。從陰性對照開始，我們進(jìn)行了數(shù)據(jù)去污染步驟。我們將包含19320個非冗余(nr)基因的元基因組數(shù)據(jù)集與陰性對照進(jìn)行比較，盲腸內(nèi)容物樣本具有14116個獨(dú)特基因，其中盲腸內(nèi)容物樣本與陰性對照樣本共有5204個基因(在線補(bǔ)充表S1和S2)。在這5204個共享基因中，有83個通過了設(shè)定的過濾標(biāo)準(zhǔn)，保留在我們的數(shù)據(jù)集中，而剩余的5121個基因作為潛在污染物丟棄。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集（包含1691個nr基因）與陰性對照的比較表明，盲腸含量樣本包含1446個獨(dú)特基因。我們的篩選步驟確定了盲腸內(nèi)容樣本和陰性對照(在線補(bǔ)充表S3和S4)之間共享的245個基因，其中10個基因通過了篩選標(biāo)準(zhǔn)，因此保留在我們數(shù)據(jù)集中。最終的質(zhì)量評估和數(shù)據(jù)處理后，六個盲腸內(nèi)容樣本宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集分別包含共有14199個基因(每個樣本5935±711個基因,表示為平均值±SD)和1456個基因(358±134個基因/樣本)。
圖1 數(shù)據(jù)去污對腸道微生物宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組基因計數(shù)的影響
(A)胎兒盲腸內(nèi)容物樣本數(shù)據(jù)去污前后微生物宏基因組(MG)和元轉(zhuǎn)錄組(MT)總基因計數(shù)。Before表示數(shù)據(jù)去污前的基因計數(shù)；After數(shù)據(jù)去污后的基因計數(shù)。(B)數(shù)據(jù)去污前后每個盲腸內(nèi)容物樣品中微生物MG和MT的平均基因計數(shù)。在(B)中，方框代表第一至第三四分位數(shù)之間的IQRs，方框內(nèi)的水平線代表中位數(shù)；須表示距離第一或第三四分位數(shù)1.5 IQR內(nèi)的最小值或最大值。為了在宏基因組水平上鑒定胎兒腸道的微生物群落結(jié)構(gòu)，我們對6只無菌子宮切除術(shù)分娩羔羊的盲腸內(nèi)容物樣本進(jìn)行了宏基因組測序，將宏基因組基因與國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）的nr核苷酸數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，以進(jìn)行分類分配。微生物類群被定義為至少存在于六分之三的樣本中。我們發(fā)現(xiàn)，胎兒羔羊腸道顯示出較低的α多樣性（在線補(bǔ)充圖S2），表明胎兒腸道中的細(xì)菌豐富度較低。盲腸內(nèi)容物樣本中鑒定出四個主要門：變形桿菌（95.30%±2.19%）、厚壁菌（4.85%±1.71%）、放線桿菌（0.53%±0.22%）和奇古菌門（0.02%±0.01%）（圖2A，在線補(bǔ)充表S7）。在屬和種水平上，盲腸內(nèi)容物樣品中檢出33屬50種，大腸桿菌（88.76%±2.04%）和鏈球菌（4.19%±1.65%）是主要的細(xì)菌屬（圖2B，在線補(bǔ)充表S7），而大腸桿菌（86.89%±2.21%）和海洋鏈球菌（4.11%±1.61%）是其中最豐富的物種（圖2C，在線補(bǔ)充表S7）。我們還在所有盲腸內(nèi)容物樣本（在線補(bǔ)充圖S3A）和胎兒腸道中檢測到高水平的噬菌體phiX174（52.29%±5.55%）和Orf病毒（0.03%±0.01%）（在線補(bǔ)充表S8）。
圖2 胎兒腸道宏基因組(MG)和宏轉(zhuǎn)錄組(MT)微生物組組成
(A-C)分別代表胎兒腸道微生物組的門級、屬級和種級細(xì)菌組成(相對豐度為0.1%)。微生物組組成顯示所有樣本中細(xì)菌的平均相對豐度。n=6。(D)平均微生物相對豐度與MG (MT/MG)的比值。為了檢查檢測到的微生物的潛在活性，我們對盲腸內(nèi)容樣品中提取的RNA進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分類結(jié)果顯示總共26個細(xì)菌屬和32個細(xì)菌種。四個菌門包括變形菌門（94.73％±3.66％），放線菌（2.75％±2.52％），厚壁菌（1.69％±1.13％）和擬桿菌（0.67％±0.62％）（圖2A，在線補(bǔ)充表S9）。在屬和種水平上，大腸埃希菌（64.23％±19.30％）和沙門氏菌（15.51％±6.84％）是主要細(xì)菌屬（圖2B，在線補(bǔ)充表S9），而大腸桿菌（64.14％±19.17％），腸沙門氏菌和沙門氏菌（15.60％±6.87％）是最豐富的物種（圖2C，在線補(bǔ)充表S9）。盲腸內(nèi)容物樣品的宏轉(zhuǎn)錄組分析還表明，噬菌體phiX174的水平很高（占所有映射reads的58.88％±14.73％）（在線補(bǔ)充圖S3B）。為了推斷樣品收集時的微生物相對活性，我們基于微生物功能基因轉(zhuǎn)錄與基因的比率分析了樣品中微生物基因的表達(dá)。MT/MG比率定義為宏轉(zhuǎn)錄組中平均相對微生物豐度的比率，放線菌門的成員，例如分枝桿菌屬和角質(zhì)桿菌屬，顯示出增加的MT/MG比（圖2D）；而厚壁菌門的成員，例如鏈球菌屬，表現(xiàn)出降低的MT/MG比率，但是梭菌的MT/MG比率增加。變形桿菌的MT/MG比率接近1，但屬于該門的成員差異很大，例如，大腸埃希氏菌和檸檬酸桿菌屬的成員顯示降低的MT/MG比，而屬于變形桿菌的其他微生物顯示增加的MT/MG比。4. 盲腸內(nèi)容物樣品和對照樣品中的微生物定量我們進(jìn)行了絕對定量定量PCR（qPCR），以定量總細(xì)菌和五個選定微生物（圖3）的拷貝數(shù)，這些微生物在我們宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)中顯示出較高的相對豐度。盲腸含量樣品和陰性對照中每克總細(xì)菌的拷貝數(shù)（表示為平均值±SD）分別為4.6×107±3.4×107和1.6×107±1.1×106。盲腸內(nèi)容物樣品顯示每克總細(xì)菌的拷貝數(shù)顯著高于陰性對照（p<0.05），而大腸桿菌，海洋桿菌，肺炎鏈球菌和釀酒酵母的拷貝數(shù)顯著高于陰性對照（p <0.05），而這兩類樣本的慢生根瘤菌每克拷貝數(shù)沒有顯著差異。
圖3 每克盲腸內(nèi)容物中細(xì)菌總數(shù)和選定微生物的拷貝數(shù)
方框表示第一和第三四分位數(shù)之間的IQRs，方框內(nèi)的水平線表示中位數(shù);須表示從第一或第三四分位數(shù)開始的1.5× IQR內(nèi)的最小值或最大值。胡須上方不同字母的盒數(shù)有顯著差異(p<0.05)。為了在功能上表征盲腸微生物組，我們針對《京都議定書》的基因和基因組百科全書（KEGG）和基因的進(jìn)化譜系以及非監(jiān)督直系同源群體（eggNOG）數(shù)據(jù)庫對宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組的nr基因目錄進(jìn)行了比對。在宏基因組基因中，我們用KEGG和eggNOG分別對5458和8749個基因進(jìn)行了注釋。隸屬于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、碳水化合物代謝、氨基酸代謝和能量代謝的KEGG通路，在胎兒腸道微生物組中高度富集(圖4A)。同樣地，在eggNOG功能類中，涉及氨基酸運(yùn)輸與代謝、碳水化合物運(yùn)輸與代謝、能量生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制途徑的微生物基因也高度富集。此外，涉及轉(zhuǎn)錄、翻譯后修飾、蛋白轉(zhuǎn)換、伴侶、細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、分泌和泡囊運(yùn)輸?shù)耐吩?/span>eggNOG功能類別中也高度富集(圖4C)。我們使用KEGG和eggNOG分別對宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中912和1168個基因進(jìn)行了注釋。涉及碳水化合物代謝、能量代謝、氨基酸代謝、膜轉(zhuǎn)運(yùn)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的KEGG通路在胎兒腸道微生物組中高度富集(圖4B)。eggNOG在胎兒腸道中最活躍的功能類別是能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換、氨基酸運(yùn)輸與代謝、碳水化合物運(yùn)輸與代謝，其次是翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)與生物發(fā)生、細(xì)胞壁/膜/包膜生物發(fā)生(圖4D)。
圖4 胎兒腸道宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組的KEGG和eggNOG分類
（A，B）分別為胎兒腸道元基因組和元轉(zhuǎn)錄組的KEGG分類。（C，D）分別為胎兒腸道元基因組和元轉(zhuǎn)錄組的eggNOG功能分類。eggNOG，非監(jiān)督直系同源群體；KEGG，《京都基因與基因組百科全書》。6. 盲腸內(nèi)容物和臍血的代謝組學(xué)分析為了進(jìn)一步分析胎兒腸道中的微生物活性，我們進(jìn)行了代謝組學(xué)分析，以檢測樣本中的微生物代謝產(chǎn)物。我們還測定了短鏈脂肪酸（SCFA）的濃度，并將其作為腸道微生物代謝活指標(biāo)。在本研究中，我們使用的乙酸，丙酸和異丁酸的檢出限為5×10-5 μg/mg，丁酸，異戊酸，戊酸和己酸的檢出限為5×10-6 μg/mg。此范圍允許檢測盲腸內(nèi)容物樣品中除丙酸，異丁酸和異戊酸之外的所有SCFA。結(jié)果表明乙酸，丁酸，戊酸和己酸的濃度分別為1.88×10-3±4.05×10-4、1.01×10-4±2.43×10-5、2.71×10-5±4.56×10-6、1.02×10?4±3.01×10?5μg/mg。為了追蹤腸道中這些SCFA的可能來源，我們檢查了臍帶血中的SCFA。臍帶血中乙酸，丙酸，丁酸，異丁酸，戊酸，異戊酸和己酸的濃度分別為6.23±2.94、1.69±0.55、0.72±0.24、0.56±0.19、0.24±0.09、0.04±0.03和0.41±0.24 μg/mL（在線補(bǔ)充表S10）。我們還使用高效液相色譜-四級桿飛行時間質(zhì)譜（UHPLC-QTOF-MS）進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析，以檢測樣品中的其他代謝物。我們從盲腸內(nèi)容物樣品中共檢測到2808個峰，其中正離子模式（ESI+）和負(fù)離子模式（ESI-）的峰分別為1271個和1537個。使用人類代謝組數(shù)據(jù)庫（HMDB）、PubChem和KEGG數(shù)據(jù)庫對這些峰進(jìn)行比對，我們能夠注釋1990個總峰（ESI+中937個峰和ESI-中1053個峰）（在線補(bǔ)充表S11和S12），在這1990個代謝物中，有151個被注釋到180個KEGG途徑，而其他1839個代謝物沒有被指定為特定的途徑，然后將這些KEGG途徑分為寄主相關(guān)（即綿羊）途徑和非寄主相關(guān)途徑（即所有與綿羊不共享的KEGG途徑）。在這151種代謝物中，143種參與了127種與宿主相關(guān)的KEGG途徑（在線補(bǔ)充表S13），77種參與了53種與非宿主微生物相關(guān)的KEGG途徑（在線補(bǔ)充表S14）。53條非宿主微生物相關(guān)代謝途徑包含8種獨(dú)特的代謝產(chǎn)物，包括脫氧野霉素、絲裂霉素、妥布霉素、對苯醌、氨基磺酸環(huán)己酯、大豆苷元、氯仿和橙皮素。我們注意到這8種代謝物都與已知的微生物代謝途徑有關(guān)。具體來說，脫氧野霉素、絲裂霉素和妥布霉素參與“抗生素生物合成”，妥布霉素參與“新霉素、卡那霉素和慶大霉素生物合成”，對苯醌和環(huán)己基氨基磺酸參與“不同環(huán)境中的微生物代謝”，大豆苷元和氯代物參與“次級代謝物的生物合成”，橙皮苷參與“類黃酮生物合成”（在線補(bǔ)充表S14）。為了追蹤腸道中這些微生物代謝物的可能來源，我們進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析以檢測臍血中的代謝物，但沒有發(fā)現(xiàn)脫氧野霉素、絲裂霉素或妥布霉素的存在（在線補(bǔ)充表S15和S16）。7. 盲腸微生物組和盲腸內(nèi)容物代謝物之間的關(guān)系為了確定盲腸微生物組與盲腸含量代謝物之間的相關(guān)性，我們使用Spearman秩相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和熱圖分析。在共存網(wǎng)絡(luò)和熱圖中，丁酸和己酸的濃度與肺炎鏈球菌和科氏菌屬的相對豐度呈正相關(guān)（Spearman的相關(guān)值> 0.6，p <0.05；圖5A，B）。此外，己酸濃度與肺炎克雷伯菌的相對豐度呈正相關(guān)，炔諾酮濃度與肺炎克雷伯菌和肺炎鏈球菌的相對豐度呈正相關(guān)，但與腸沙門氏菌的豐度呈負(fù)相關(guān)。除了確定盲腸微生物組和盲腸內(nèi)容物代謝物之間的相關(guān)性外，我們還發(fā)現(xiàn)盲腸內(nèi)容物宏基因組，宏轉(zhuǎn)錄組和代謝組共享許多KEGG途徑。在宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中，分別有376條和198條KEGG途徑以及代謝組共享152條和95條KEGG途徑（在線補(bǔ)充表S17和S18）。
圖5 盲腸微生物組與盲腸含量代謝物的關(guān)系
（A）胎兒腸道轉(zhuǎn)錄組中盲腸含量代謝物和微生物物種之間共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分析。節(jié)點(diǎn)代表代謝物和微生物種類。通過節(jié)點(diǎn)的線數(shù)增加會增加節(jié)點(diǎn)的大小。紅色邊緣表示代謝物與微生物種類之間呈正相關(guān)；Spearman等級相關(guān)系數(shù)> 0.6，p <0.05。藍(lán)色邊緣表示代謝產(chǎn)物與微生物種類之間呈負(fù)相關(guān)；Spearman等級相關(guān)系數(shù)<-0.6，p <0.05。（B）胎兒腸道轉(zhuǎn)錄組中盲腸含量代謝物和微生物種類之間Spearman等級相關(guān)系數(shù)的熱圖。Spearman等級相關(guān)系數(shù)> 0.6或<-0.6，* p <0.05，** p <0.01。紅色和藍(lán)色分別表示正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。顏色強(qiáng)度與Spearman等級相關(guān)值成正比。在這項研究中，我們采用無菌子宮切除術(shù)和基于多組學(xué)的宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)分析來研究產(chǎn)前胎兒腸道中微生物組的存在。為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們采取了許多措施來消除來自環(huán)境源和處理的污染風(fēng)險。首先，我們的動物模型中使用的羔羊通過無菌子宮切除術(shù)分娩，從而防止母羊陰道和糞便中的微生物污染。其次，安樂死、開腹手術(shù)和收集這些羔羊的盲腸內(nèi)容物樣本，以及提取總DNA和RNA，都是在嚴(yán)格控制、去污和消毒的生物安全柜中進(jìn)行的，以避免潛在的環(huán)境污染。重要的是，在樣本采集、遺傳物質(zhì)提取、測序和數(shù)據(jù)分析過程中對陰性對照進(jìn)行了相同的處理，以消除（通過數(shù)據(jù)過濾）提取試劑盒和其他實(shí)驗室試劑和設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的DNA和RNA的潛在污染。我們集中去除宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)中潛在污染的微生物基因后，在產(chǎn)前胎兒腸道中檢測到一種多樣且具有代謝活性的微生物群。胎兒腸道微生物群主要由變形桿菌、放線桿菌和厚壁菌屬組成，其中變形桿菌的豐度最高，占不同樣本所有序列的90%以上。大腸桿菌在所有樣本中顯示出最高的相對豐度，分別占我們宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)集中總序列的86%和64%以上。此外，在胎兒腸道中還檢測到其他物種，如海洋哺乳動物梭菌、腸沙門氏菌、肺炎鏈球菌、陰溝腸桿菌、艾伯特氏大腸桿菌和宋內(nèi)志賀氏菌。這些細(xì)菌類群與以前的人類報告相似，特別是在沒有羊膜內(nèi)感染的足月和早產(chǎn)胎盤中。這些觀察結(jié)果表明細(xì)菌在不同物種間的定植是一致的。許多研究也在沒有免疫病理學(xué)的情況下，在子宮內(nèi)使用非序列方法鑒定微生物，例如，在無羊水內(nèi)感染的足月和早產(chǎn)胎盤中，通過16S rRNA原位雜交和傳統(tǒng)組織學(xué)技術(shù)觀察和定位完整的胎盤微生物；在人胎盤的底板中發(fā)現(xiàn)革蘭氏陽性和陰性細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌，而根據(jù)形態(tài)學(xué)觀察沒有臨床或組織學(xué)證據(jù)表明存在絨毛膜羊膜炎；在剖腹產(chǎn)分娩的足月嬰兒的所有胎盤中，使用qPCR檢測分娩前給予母親的益生菌菌株。我們的觀察結(jié)果與這些研究一致，這表明微生物群的播種可能在分娩前就開始了。重要的是，我們的qPCR結(jié)果顯示，盲腸內(nèi)容物樣本中總細(xì)菌、大腸桿菌、C. marimammalium、肺炎和釀酒酵母的每克拷貝數(shù)顯著高于陰性對照組，進(jìn)一步證明了產(chǎn)前胎兒腸道中存在微生物群。然而，盲腸內(nèi)容物中這些微生物每克拷貝數(shù)很低，數(shù)量級為103–105。與之前關(guān)于3日齡羔羊腸道微生物群的報告相比，宮內(nèi)羔羊的胎兒腸道含有顯著較低的細(xì)菌多樣性和生物量，表明產(chǎn)前胎兒腸道的細(xì)菌豐富度和生物量較低。我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了一些先前發(fā)表的報告，其中使用宏基因組測序來證明子宮中存在低豐度、低生物量和稀疏的微生物群落。除了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，我們還進(jìn)行了代謝組學(xué)分析，支持產(chǎn)前胎兒腸道微生物組是活躍的。我們在胎兒盲腸內(nèi)容物樣品中檢測到幾種微生物代謝物，包括短鏈脂肪酸、脫氧野霉素、絲裂霉素和妥布霉素。短鏈脂肪酸是腸道微生物發(fā)酵的主要最終產(chǎn)物，是推測微生物代謝活性的指標(biāo)。先前的研究發(fā)現(xiàn)，在嬰兒首通胎糞中發(fā)現(xiàn)了乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸，與當(dāng)前研究結(jié)果一致。野尻霉素是脫氧野尻霉素的前體，已知能抑制各種微生物的葡萄糖苷酶，由幾種鏈霉菌產(chǎn)生。該化合物對幾種耐藥菌株有較強(qiáng)的生物活性，包括黃纖絲菌、福氏志賀氏菌和水稻黃單胞菌。絲裂霉素是鏈霉菌成員生產(chǎn)的重要抗生素，具有較低的毒性和廣譜抗腫瘤活性，因此被廣泛應(yīng)用于臨床。妥布霉素是一種氨基糖苷類抗生素，來源于奈布霉素，它是一種廣譜抗生素，也是由鏈霉菌成員產(chǎn)生的。它對假單胞菌、金黃色葡萄球菌和大多數(shù)腸桿菌科細(xì)菌具有極好的抗菌活性。我們使用KEGG進(jìn)行的代謝物分析顯示脫氧野霉素，絲裂霉素和妥布霉素參與抗生素的生物合成。妥布霉素還參與新霉素、卡那霉素和慶大霉素的生物合成。在本研究中，我們從胎兒盲腸內(nèi)容物的宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中檢測到屬于鏈霉菌的序列，鏈霉菌及其代謝物脫氧野霉素、絲裂霉素和妥布霉素的存在可能并不一致。一種推測是胎兒微生物群中的鏈霉菌成員正在產(chǎn)生這些次生化合物，用來與群落中的其他微生物競爭。為了追蹤胎兒腸道中這些微生物代謝物的可能來源，我們還研究了臍血中存在的代謝物。哺乳動物發(fā)育中的胎兒由臍帶支撐，幾乎所有的營養(yǎng)物質(zhì)、排泄物、呼吸氣體和外源物質(zhì)都通過臍帶傳遞。在本研究中，我們檢測到臍帶血中存在SCFA，但尚不清楚胎兒腸道中的SCFA是來自胎兒腸道微生物群還是來自母羊。這些SCFA可能是母羊腸道微生物群的產(chǎn)物，這些微生物群通過胎盤從腸道轉(zhuǎn)移到胎兒體內(nèi)。值得注意的是，我們沒有在臍血中檢測到脫氧野霉素、絲裂霉素和妥布霉素的存在，這些都存在于胎兒腸道中。雖然檢測到抗生素，但它們可能來自當(dāng)?shù)氐募?xì)菌，也可能是以前從母親那里傳播的。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步證明，產(chǎn)前腸道不僅存在微生物群，而且可能具有代謝活性。現(xiàn)有證據(jù)表明，胎兒腸道的微生物定植可能是通過陰道或母親腸道或口腔微生物群的血行傳播而建立的。眾所周知，某些陰道微生物會在懷孕期間進(jìn)入子宮并侵入羊水腔。羊水中含有懷孕期間被胎兒攝入的微生物，最終定植于胎兒腸道。以前的研究在胎兒的各個器官中發(fā)現(xiàn)了孕鼠口服的微生物DNA，由此推測是通過胎盤途徑傳遞的。通過培養(yǎng)法和PCR法，對無菌剖宮產(chǎn)健康新生兒胎盤和胎糞中引入的基因標(biāo)記細(xì)菌進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)微生物從母體腸道轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)育中的胎兒的可能機(jī)制是細(xì)菌從母體腸道上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)位到血液中，然后在胎盤中定植?？茖W(xué)家利用DNA技術(shù)在母體口腔中，但未在母體腸道和陰道中發(fā)現(xiàn)原胎盤中已檢測到的這幾種微生物群。此外，人類口腔和胎盤微生物群落之間的顯著相似性先前已有報道，其中胎盤微生物群與口腔微生物群的相似性高于任何其他身體部位（包括陰道和腸道）。其中一些口腔微生物如核梭桿菌能與血管內(nèi)皮結(jié)合并增加通透性，使大腸桿菌等其他微生物穿過內(nèi)皮屏障，促進(jìn)胎盤期間的血行傳輸。產(chǎn)前接種具有代謝活性的微生物群對發(fā)育中的胎兒可能具有重要的臨床意義。首先，微生物群或微生物代謝物的幾個成員可能驅(qū)動胎兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育和腸上皮的成熟。例如，益生菌乳酸雙歧桿菌和鼠李糖乳桿菌GG，當(dāng)補(bǔ)充到孕婦體內(nèi)時，在胎盤和羊水中被檢測到，胎兒腸道中Toll樣受體相關(guān)基因的表達(dá)被顯著調(diào)節(jié)，暗示子宮內(nèi)的微生物接觸與胎兒腸道固有免疫發(fā)育的變化有關(guān)。羊水中的炎性細(xì)胞因子水平與羊水中的微生物組有關(guān)，這可能會影響發(fā)育中的胎兒免疫系統(tǒng)。在一個短暫妊娠定植的實(shí)驗?zāi)Ｐ椭?，無菌懷孕的雌性小鼠被一種不能在體內(nèi)復(fù)制的短暫定植活大腸桿菌菌株處理。與對照無菌母親所生的幼崽相比，短暫定居母親所生的無菌幼崽體內(nèi)含有較多的第3組腸道固有淋巴細(xì)胞和F4/80+CD11c+單核細(xì)胞。母體對大腸桿菌的定植也改變了幼崽的腸道轉(zhuǎn)錄譜，包括增加抗菌肽的表達(dá)，增加上皮細(xì)胞的細(xì)胞分裂和分化。在這項研究中，我們檢測到胎兒腸道中有高水平的大腸桿菌，表明胎兒在出生前受到細(xì)菌源性免疫刺激。因此，在此研究中發(fā)現(xiàn)的大腸桿菌可能參與支持子宮內(nèi)胎兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育。微生物代謝產(chǎn)物SCFA是重要的能量來源和信號分子，參與增強(qiáng)能量代謝、維持免疫系統(tǒng)、誘導(dǎo)活性氧、調(diào)節(jié)趨化性和吞噬作用、抑制組蛋白脫乙酰酶、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和分化，增強(qiáng)腸屏障的完整性。SCFAs通過激活免疫細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體或通過抑制賴氨酸脫乙酰酶促進(jìn)宿主免疫成熟。在目前的研究中，我們在胎兒腸道中鑒定了多種SCFAs，盡管SCFAs的來源尚不確定，但是，這些SCFAs可能有助于胎兒免疫功能改變；其次，在宮內(nèi)環(huán)境中微生物生物量必須維持在極低的水平，微生物或潛在病原體在子宮內(nèi)的過度定植可能導(dǎo)致宮內(nèi)感染，導(dǎo)致流產(chǎn)、早產(chǎn)或死產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局，例如，孕期無乳鏈球菌從母親傳給胎兒可導(dǎo)致新生兒敗血癥；口服有核梭桿菌定植于小鼠胎盤，72小時內(nèi)迅速增殖至每克組織107個集落形成單位，并擴(kuò)散至胎兒和羊水，造成足月死胎；胎盤中發(fā)現(xiàn)的一些細(xì)菌種類，包括彎曲桿菌、大腸桿菌、瘦素三胞菌、奈瑟菌、消化鏈球菌和鏈球菌，與早產(chǎn)、胎兒死亡和新生兒敗血癥有關(guān)，攜帶抗生素耐藥基因的細(xì)菌在圍產(chǎn)期傳播給胎兒，可能會使新生兒在出生后對某些抗生素產(chǎn)生耐藥性。在妊娠期篩查某些攜帶抗生素耐藥基因或潛在病原體的細(xì)菌，并有針對性地使用抗生素，可預(yù)防不良妊娠結(jié)局，降低新生兒發(fā)病率和死亡率。據(jù)我們所知，此研究是第一次提供直接的證據(jù)，以支持在產(chǎn)前腸道微生物組的存在。然而，仍有幾個問題有待解決。首先，利用轉(zhuǎn)錄組測序和代謝組學(xué)分析技術(shù)，我們證明了產(chǎn)前腸道中存在代謝活性微生物，但這并不等同于捕獲了活微生物，未來需要以培養(yǎng)為基礎(chǔ)的方法來確認(rèn)活微生物的存在；其次，我們在胎兒腸道中鑒定了許多微生物種類和代謝物，由于有關(guān)這些微生物種類和代謝物的功能作用的知識仍然有限，因此需要探討它們對胎兒發(fā)育的影響；第三，我們的關(guān)聯(lián)分析不能直接推斷這些代謝物是由我們檢測到的微生物產(chǎn)生的，而僅僅表明盲腸內(nèi)容物代謝物與微生物組之間的相關(guān)性，例如，我們發(fā)現(xiàn)丁酸和己酸濃度與肺炎鏈球菌的相對豐度呈正相關(guān)，然而，肺炎鏈球菌不產(chǎn)生丁酸和己酸。此外，我們沒有調(diào)查胎兒腸道微生物群定植的時間和起源。胎兒微生物組可能比以前認(rèn)為的更早開始觸發(fā)和培養(yǎng)胎兒免疫系統(tǒng)。最后，由于人類和動物模型之間的內(nèi)在差異，胎羊腸道微生物組的組成和功能可能與人類不同。很明顯，這樣的實(shí)驗在人類身上是不可行的，但這項研究確實(shí)提供了一些關(guān)于微生物在胎兒腸道中定植過程的見解。綜上所述，以無菌子宮切除術(shù)分娩的羔羊為動物模型，通過多組學(xué)分析，此研究提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明產(chǎn)前腸道具有低多樣性和低生物量的代謝活性微生物群，胎兒腸道微生物群是在產(chǎn)前定植的。這些發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了我們對胎兒腸道微生物群的理解，這有助于設(shè)計旨在改善人類健康和治療與腸道微生物群失調(diào)相關(guān)的非傳染性疾病的臨床療法。然而，還需要進(jìn)一步的研究來深入了解胎兒腸道微生物群的起源、組成、功能、動力學(xué)和定植時間，以及闡明胎兒腸道微生物群及其代謝物在整個生命早期對胎兒發(fā)育和健康的影響。 https://pubmed.ncbi.nlm./33589511/
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