【婴儿肠道菌群】Cell子刊 IF31.316│母乳营养强化剂改变出生体重极低婴儿发育中的肠道菌群

母乳中添加了营养强化剂，以支持极低出生体重婴儿的发育。目前，牛奶强化剂（BMBFs）是主要的管理方式，人们对采用母乳强化剂（HMBFs）越来越感兴趣，但它们对肠道微生物群的影响尚不清楚。这项三盲随机临床试验（NCT02137473）测试了添加HMBF和BMBF的营养强化母乳如何影响住院期间出生体重< 1250g的婴儿肠道微生物群。与BMBF喂养的婴儿（n = 56，n = 239份粪便）相比，HMBF喂养的婴儿（n = 63，n = 269份粪便）表现出较低的微生物多样性、微生物群落结构和预测的微生物功能的变化。HMBF喂养的婴儿unclassified Enterobacteriaceae的丰度较高，Clostridium sensu stricto丰度较低。个体喂养成分（母乳、母乳和强化剂）和微生物群之间存在剂量依赖性关系。这些结果强调了营养强化剂如何在关键的发育窗口期影响出生体重极低婴儿的微生物群。

文章简介

文章题目：Human milk nutrient fortifiers alter the developing gastrointestinal microbiota of very-low-birth-weight infants

发表单位：多伦多大学医学院等

发表时间：2022.8.19

发表期刊：Cell Host & Microbe

影响因子：31.316

研究对象：婴儿粪便

组学类型：微生物多样性

研究思路

主要结果

1、微生物群落特征

干预期间共收集了508份粪便样本（n = 239 BMBF，n = 269 HMBF），共鉴定出691个OTUs，129个属和9个门。干预期间的优势微生物属为unclassified Enterobacteriaceae、Clostridium sensu stricto、Veillonella、Staphylococcus、Haemophilus、Enterococcus、Bacteroides和Streptococcus（图S1）。

图S1 强化剂组个体粪便样品中优势类群的丰度

2、强化剂改变微生物多样性

与喂养BMBF的婴儿相比，喂养HMBF的婴儿具有较低的微生物多样性（Shannon，p = 0.005，图2a）。微生物群落结构（β多样性）显示了强化剂依赖效应，HMBF喂养的婴儿在PCoA图上表现出的变异性低于BMBF喂养的婴儿（图2b）。根据强化剂，最强的聚类的特征是Proteobacteria的相对丰度高，特别是unclassified Enterobacteriaceae（图2c）。值得注意的是，尽管在unweighted UniFrac距离PCoA图上观察到明显的聚类，但仍无法确定解释该聚类的临床、时间或技术变量。

图2 强化剂组的肠道菌群多样性

3、强化剂影响微生物类群的丰度

在对两个强化剂组进行干预的过程中，均观察到Proteobacteria和Firmicutes占优势，其中unclassified Enterobacteriaceae和Clostridium sensu stricto为主要的优势菌（图3a）。

与喂养BMBF的婴儿相比，喂食HMBF的婴儿总体上具有较高相对丰度的Proteobacteria（pFDR = 0.0003）和unclassified Enterobacteriaceae（pFDR =0.005），以及较低相对丰度的Firmicutes（pFDR =0.001）和Clostridium sensu stricto（pFDR = 0.04）（图3c,d）。在HMBF喂养的婴儿中，Enterococcus的相对丰度也在出生后2-4周内迅速下降，此后趋于平稳（p = 0.005）。强化剂组对细菌总数也有影响，与HMBF喂养的婴儿相比，BMBF喂养的婴儿随着时间的推移总细菌密度显示出稳定的增加（p = 0.03，图3b）。功能预测分析发现，喂食HMBF（与BMBF相比）的婴儿中，参与NOD样受体信号传导、沙门氏菌感染、青霉素和头孢菌素生物合成、基础转录因子和安沙霉素生物合成的基因较少，参与硫中继系统的基因较多（pFDR < 0.1）。

图3 强化剂组婴儿粪便的优势菌种和总细菌密度

4、微生物丰度可预测强化剂组

使用相对和标准化OTU计数建立随机森林模型，以预测每个粪便样本的强化剂组（图4）。在训练集中，两个模型的Out-of-bag误差为19.7%，这在测试集中得到了进一步验证（误差：14.0%-18.9%）。总的来说，这些模型表明，使用基于OTU的数据，可以预测每个粪便的强化剂组，准确率> 80%。此外，根据测试集，模型预测HMBF组的召回率为84.5%-85.2%，而BMBF组的召回率为76.9%-82.7%（图4a,c）。最能区分强化剂组的OTU为Enterococcus、Enterobacteriaceae、Clostridium sensu stricto和Staphylococcus（图4b,d）。

图4 根据微生物图谱预测每种粪便的强化剂组

5、肠道内喂养成分、母乳与微生物变化有关

婴儿每天摄入的每种肠内营养成分（母乳、PDHM和强化剂）的实际量。在两个强化剂组中，母乳在肠内喂养中占很大比例。由于两种强化剂的位移不同，HMBF组（相对于BMBF）提供的PDHM相对于强化剂较少。在两个强化剂组中，较高的母乳量与α多样性增加相关。类似地，随着母乳量的增加，在两个强化剂组中都观察到PC1和PC2的变化（图S6）。随着母乳量的增加，在两个强化剂组中均观察到较高的Veillonella相对和标准化丰度，此外，在BMBF组中Streptococcus的丰度较高（图5）。标准化丰度还揭示了母乳量与HMBF喂养婴儿中Staphylococcus（pFDR = 0.03）和BMBF喂养婴儿中unclassified Enterobacteriaceae浓度（pFDR = 0.003）间的正相关关系。

图S6 肠内喂养成分随时间的变化及其与微生物的关系

图5 以母乳、供体奶和强化剂的肠内喂养为基础主要类群丰度

总结

本研究提供了不同强化剂改变VLBW婴儿胃肠道微生物群发育的基础证据。此外，单个肠内营养成分（如母乳和PDHM量）与VLBW婴儿肠道中的微生物群落之间存在剂量依赖性关系。总的来说，这项工作强调了理解早期营养如何塑造VLBW婴儿微生物发育的重要性，这可能有助于更好地支持短期和长期健康。

参考文献.

Asbury M R, Shama S, Sa J Y, et al. Human milk nutrient fortifiers alter the developing gastrointestinal microbiota of very-low-birth-weight infants[J]. Cell Host & Microbe, 2022.