研究名称：Mother-to-Infant Microbial Transmission from Different Body Sites Shapes the Developing Infant Gut Microbiome
期刊：Cell Host & Microbe
发表时间：2018年6月
DOI:10.1016/j.chom.2018.06.005
The acquisition and development of the infant microbiome are key to establishing a healthy host-microbiome symbiosis. The maternal microbial reservoir is thought to play a crucial role in this process. However, the source and transmission routes of the infant pioneering microbes are poorly understood. To address this, we longitudinally sampled the microbiome of 25 mother-infant pairs across multiple body sites from birth up to 4 months postpartum. Strain-level metagenomic profiling showed a rapid influx of microbes at birth followed by strong selection during the first few days of life. Maternal skin and vaginal strains colonize only transiently, and the infant continues to acquire microbes from distinct maternal sources after birth. Maternal gut strains proved more persistent in the infant gut and ecologically better adapted than those acquired from other sources. Together, these data describe the mother-to-infant microbiome transmission routes that are integral in the development of the infant microbiome.
要点- 婴儿在出生时，微生物群迅速涌入，并在随后的几天内进行强有力的生物选择；
- 母亲的皮肤和阴道菌株，仅短暂定植于婴儿；
- 婴儿在出生后将持续获得母体不同来源的微生物。
与其他来源的微生物群相比，母亲的肠道菌株在婴儿肠道中存在更持久的影响，也更能占据生态位优势。
婴儿微生物群；微生物群转移；宏基因组学；菌株水平分析
婴儿微生物群的获得和发展，是建立宿主-微生物群健康共生关系的关键，母亲的微生物群在这一过程中起至关重要的作用。
一些关键因素与婴儿微生物群的早期发育有关，包括：分娩方式、出生时的胎龄、婴儿和母体的抗生素使用、更广泛的环境暴露和早期亲密关系，特别是与母亲的关系。
为了了解婴儿最初微生物群的来源和传播途径，我们对25对母婴的多个身体部位（皮肤、母乳、粪便、阴道、口腔）采样，进行菌株水平的宏基因组分析，并从孩子出生开始，纵向跟踪至产后4个月。
研究对象2015年4月-2016年7月，意大利特伦托圣基亚拉医院的25对母婴。
入组标准孕妇年龄26-43岁，孕前BMI16.5-29.4；排除包括剖腹产、早产（<37周）、体温>38°C、出生体重<2.5 kg、孕期抗生素治疗，并至少在前六个月避免配方奶喂养。
实验方法：对母亲的多个身体部位（皮肤、母乳、粪便、阴道、口腔）采样，并对婴儿（肠道和口腔）从出生至4个月纵向取样。
检测方法宏基因组测序
研究结果1）婴儿早期获得的微生物多样性，取决于随后的快速生态位选择
婴儿粪便微生物群在出生后24小时内的物种多样性很高。这种多样性在产后第一周下降，这反映了微生物的快速涌入。
其中一些微生物仅在某些婴儿中短暂存在，因为它们可能不适合或不适合定植于婴儿的下消化道，因此很容易消失。其他物种更可能是真正的早期定植者。尤其是，我们在第1天的婴儿粪便中发现的一些物种（如，Alistipes putredinis, Clostridium innocuum, Haemophilus parainfluenzae, Prevotella melaninogenica 和 Streptococcus parasanguinis菌）在随后的时间点没有出现。
2）婴儿体内含有丰富的母体微生物群
在所有母婴对中，婴儿的肠道微生物群都与母亲有很大比例的相似。在第1天，婴儿肠道中大约50%的微生物种群属于至少母体的一个取样部位也存在的物种，并且这一部分随时间的推移也相对稳定。
在口腔中，婴儿和任何母体微生物群之间共享物种的相对丰度更为显著，共享比例为77.6%（第1天）和95.4%（第3天）。
母亲的所有取样部位都存在常见的母婴菌群。母婴粪便微生物群占婴儿肠道微生物总数的22.1%，其次是阴道（16.3%）、口腔（7.2%）和皮肤（5%）。随着时间的推移，典型的阴道、口腔和皮肤物种的数量减少，这表明这些物种可能是下消化道的短暂居民。例如，在婴儿第1天时，大多数阴道物种（占婴儿粪便总丰度的16.3%）在1周龄时消失或无法检测到。
3）母亲传播了大量母婴共享菌株
我们共检测到母婴对中共52株菌株（共317例具有典型菌株的母婴物种），即16.4%的菌株传播率。在6319个母婴对间共享菌种中，有46个菌株与非亲缘母亲共有。因此，婴儿和不相关母亲之间的菌株共享是罕见的。
4）大多数母体传播菌株，来自于母亲的肠道微生物群
肠道微生物群是婴儿获得性菌株的最大供体。在母体皮肤和阴道微生物群中也发现了常见菌株，但程度较低。最不重要的传播途径似乎是口腔，几乎没有证据表明母亲和婴儿之间存在口腔物种的共享。随着时间的推移，母婴间共有的菌株数量逐渐减少，这支持了从母体菌株库中，选择特定于生态位的细菌来支持婴儿肠道发育的假设。
5）垂直传播的微生物，更有可能是稳定的定居物种
从母亲到婴儿的垂直微生物传播可能是短暂的，但也可能导致在婴儿肠道的长期定植。
在垂直转移的菌株中，我们在婴儿的多个时间点识别出17个菌株。在这17例中的12例里，70.5%的母体获得性菌株被保留，29.5%被替换。这支持了一个有趣的假设，即：与非母体菌株相比，母体获得性菌株在婴儿体内更具生态适应性。
6）婴儿粪便中同种菌株的多样性高于母亲
对母体肠道样本的分析证实，成年人的肠道内，往往只含有一种特定物种的菌株，多态位点的平均分数为0.31%。但我们发现，婴儿肠道微生物群在第1天具有非常高的同种菌株异质性，其多态性比母亲高6.1倍。相应地，在之后的时间点，物种内多态性在1个月内持续下降，变得与母亲的水平相当。这进一步表明，最先定植于婴儿的肠道微生物群，是由生态过程形成的复杂微生物群落。
母体皮肤和阴道微生物群的菌株多样性与婴儿粪便的菌株多样性一致。有趣的是，与粪便相比，母体口腔菌株的多样性明显高于婴儿。然而，在婴儿口腔中，我们发现了在肠道中观察到的相同模式，即高物种和同种菌株多样性。
7）口腔细菌在婴儿肠道中定植的规模比母亲更大
口腔通往胃肠道，但对成人口腔和肠道微生物群落的分析表明，两者是不同的，且重叠度最小。我们发现婴儿第1天的粪便和舌背样本平均有9.8种，第3天的粪便和舌背样本平均有7.2种。但母亲的平均值明显较低，只有5.5个共享物种。这表明，婴儿的口腔-肠道轴线比成人更宽松，这可能是由于婴儿胃肠道发育不足而产酸减少所致。
婴儿在第1天最常见的口腔肠道共有种是：Gardnerella vaginalis, Propionibacterium acnes, Prevotella bivia, Atopobium vaginae, 和 Prevotella melaninogenica菌；而在第3天主要是Rothia mucilaginosa, Streptococcus parasanguinis 和Streptococcus salivarius菌。
当观察共享口腔肠道物种内的菌株时，我们发现S. salivarius和R. mucilaginosa菌是共享菌株数量最多的物种。这些结果表明，S. salivarius和R. mucilaginosa菌在口腔和肠道中的存活能力可能增加，至少在有限的时间内是如此。
结论即使是在婴儿出生的第一天，婴儿肠道微生物群中的微生物多样性和菌株异质性也非常高，它们在一周内显著降低，并在接下来的4个月内逐渐增加，这反映了早期微生物进行的急剧且快速的选择过程。
强烈的证据表明，婴儿体内存在的微生物菌株是从母亲那里获得的，并且这些菌株比非母系获得的菌株适应性更强，并更可能在婴儿的肠道中持续存在。
母体来源的菌株，包括阴道、皮肤、口腔和肠道菌群，都有助于早期婴儿的微生物群。然而，即使是在产后几天，阴道和皮肤微生物群的贡献也已经减少，而母亲的肠道菌群在婴儿肠道中存在最持久的影响，也更能占据生态位优势。
Figure 1. Microbial Species Common to the Mothers and Their Infants.
(A and B) Average taxonomic composition of the infant stool (A) and tongue dorsum (B) microbiomes over time. The colored sectors indicate species that are found in the infant and his/her mother. White portions refer to species not found in the maternal body sites. External rings show the cumulative abundance of bacterial species per maternal body site.(C) Relative abundances of the most abundant vaginal bacteria in the mothers and in the gut of their infants. Each line represents a mother-infant pair.(D) Number, percentage over total number, and cumulative abundance of identified microbial species that are shared between each mother and her own infant (intra-pair), and between each mother and unrelated infants (inter-pair) (∗p < 0.05 and ∗∗p < 0.01, t test).图 1. 母婴常见的微生物种类。
（A和B）婴儿粪便（A）和舌背（B）微生物群随时间的平均分类组成。彩色部分表示婴儿和他/她的母亲身上发现的物种。白色部分是指在母体部位未发现的物种。外环显示每个母体部位细菌种类的累积丰度。（C）母亲和婴儿肠道中最丰富的阴道细菌的相对丰度。每一行代表一对母婴。（D）每个母亲和她自己的婴儿（对内）以及每个母亲和不相关的婴儿（对间）共有的已鉴定微生物种类的数量、占总数的百分比和累积丰度（p<0.05和p<0.01）
Figure 2. Strain Transmission between Mothers and Their Infants.
图 2. 母婴之间的菌株传递。
（A和B）标准化应变对内距离的分布（STAR法）。（A）以及每个母源、每个婴儿受者身体部位和时间点的垂直传播应变数（B）。（C）大肠杆菌菌株特异性基因含量。有明显垂直传播迹象的菌株用方框表示。（D和E）推断Bacteroides uniformis 和 Bacteroides vulgatus菌影响母婴系统发育。母体部位用正方形表示，婴儿部位用圆圈表示。至少有两个样本的母婴在树上用其ID标记（否则为黑色圆圈）。
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