先天性心脏病足月新生儿坏死性小肠结肠炎的早期免疫-微生物群标志物预测模型研究

本研究针对先天性心脏病(CHD)足月新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)的早期预测难题，通过分析围手术期细胞因子谱和肠道菌群变化，发现IL-1RA、IL-5、IL-18和MCP-1组成的细胞因子面板可实现NEC的临床前诊断(AUC=0.938)，并揭示Collinsella和Mediterraneibacter gnavus等致病菌的富集与NEC发生相关，为新生儿NEC的早期干预提供了新的免疫微生物学依据。

　　

在新生儿重症监护领域，先天性心脏病(CHD)足月患儿发生坏死性小肠结肠炎(NEC)是一个严峻的临床挑战。虽然NEC更常见于早产儿，但患有严重CHD的足月婴儿也有2-6%的发病风险。这些患儿经历的心脏手术和循环缺氧状态可能引发肠道灌注不足和缺血，进而启动过度的全身炎症反应。然而，当前医学界对NEC发生的具体分子机制仍知之甚少，特别是早期 postnatal adaptation（出生后适应）阶段免疫系统与肠道微生物群的相互作用如何影响NEC发展，仍存在认知空白。

传统观点认为， preterm（早产）婴儿NEC主要与功能不成熟的肠道菌群组成有关，而 term（足月）CHD患儿的NEC则更多与缺血事件相关。但最新研究表明，肠道菌群的异常定植和免疫系统的失调反应可能共同构成了NEC发生的病理基础。细菌定植过程作为免疫系统在新环境中的"训练师"，遵循"敌友识别"原则，教导免疫系统耐受共生菌同时抵抗病原体。当这一精细调节过程被打破，就可能引发肠道炎症和坏死。

为了深入探究这一科学问题，来自俄罗斯Almazov国家医学研究中心的Ekaterina Zaikova等研究人员开展了一项前瞻性研究，成果发表在《Scientific Reports》上。该研究通过对36例接受心脏手术矫正的CHD足月新生儿进行围手术期血液和粪便样本分析，其中8例术后一周内发展出NEC，比较了两组患者在细胞因子水平和肠道菌群组成上的差异。

研究人员主要采用了多重细胞因子分析技术（检测47种血浆细胞因子/趋化因子/生长因子）和16S rRNA基因测序技术（对粪便样本进行V4区测序），样本来自Almazov国家医学研究中心收治的先天性心脏病患儿队列，分别在手术前（中位日龄5天）和手术后（中位日龄14天）两个时间点采集。

细胞因子谱预测NEC发展

研究发现，未发生NEC的新生儿在围手术期表现出22种信号分子的显著变化，而NEC患儿仅有4种细胞因子发生变化。术前两组在IL-1RA、IL-5、IL-18和MCP-1水平上存在显著差异：未患NEC的婴儿IL-18和IL-1RA水平较高，而IL-5和MCP-1水平较低。

ROC分析显示，IL-5是临床前阶段诊断NEC最有前景的细胞因子指标。包含IL-1RA、IL-5、IL-18和MCP-1的逻辑回归模型显著提高了预测准确性（AUC=0.938，敏感性100.0%，特异性85.7%）。相反，M-CSF在术后时期显示出诊断NEC的潜力。

判别分析表明，43种细胞因子中的35种在围手术期能够区分NEC和非NEC新生儿，所有样本根据组别和手术时期形成了四个完全独立的聚类，分类矩阵预测准确率达100%。

相关性分析揭示了两组婴儿不同的细胞因子谱。未患NEC的婴儿在术前存在中等强度的复杂细胞因子相互作用网络，术后这一网络进一步扩展；而NEC婴儿在术前仅有少数强正相关，术后细胞因子间相互作用急剧下降。

围手术期肠道微生物群特征

16S rRNA基因测序分析了20名新生儿（12名非NEC，8名NEC）的37份粪便样本。 taxonomic assignment（分类分配）鉴定出503个ASV（扩增子序列变体），涵盖2个域、12个门、18个纲、49个目、90个科、163个属和231个种。

两组

两组婴儿术后表现出不同的微生物群变化轨迹。未患NEC婴儿中，Bacillota（厚壁菌门）和Actinomycetota（放线菌门）平均相对丰度增加，而Pseudomonadota（变形菌门）和Bacteroidota（拟杆菌门）减少。NEC婴儿则呈现相反趋势。

在属水平上，两组在 Streptococcus（链球菌属）和 Senegalimassilia 的比例上存在差异。 Venn图显示NEC新生儿的肠道微生物群包含的物种数量明显较少。

DESeq2分析显示，未患NEC和NEC新生儿的粪便样本在9个细菌属和6个物种上存在差异丰度。未患NEC新生儿术前有较高丰度的 Parabacteroides、Enhydrobacter、Bacteroides、Clostridioides、Actinomyces 和 Escherichia-Shigella。

LEfSe分析进一步发现，未患NEC婴儿的粪便样本中 Peptostreptococcus-tissierellales、Anaerococcus 和 Anaerococcus（未鉴定种）丰度较高，而NEC婴儿粪便样本中 Streptococcaceae、Mediterraneibacter gnavus group 和 Mediterraneibacter gnavus group（未鉴定种）更为普遍。

异常的细胞因子-肠道微生物群相互作用影响NEC发展

细胞因子水平与23个最丰富细菌属之间的相关性分析显示，未患NEC婴儿术前存在细菌类群与血浆细胞因子水平之间的主要正相关关系，而术后则主要呈负相关。

相比之下

相比之下，NEC婴儿在观察期内微生物群与血浆细胞因子水平之间几乎不存在相关性，微生物群内部的关联也极为有限。这些结果共同强调了免疫-肠道微生物轴对NEC发展风险的影响。

研究结论表明，肠道黏膜免疫 homeostasis（稳态）的维持依赖于先天性免疫和适应性免疫细胞、肠道上皮细胞、结缔组织细胞以及共生菌的复杂相互作用。研究发现， skewed（偏斜的）出生后细胞因子景观（以炎症小体相关细胞因子IL-18减少和1型/2型相关细胞因子增加为特征）是导致CHD足月婴儿后期发生NEC的诱因之一。

由35种细胞因子组成的血浆细胞因子特征能够区分出具有NEC高风险的新生儿。包含IL-1RA、IL-5、IL-18和MCP-1的组合在NEC临床前阶段表现出卓越的诊断性能，而M-CSF则在临床阶段显示出诊断潜力。

微生物群群落介导了在"敌友识别"广泛条件下的平衡细胞因子网络动态，有效抑制早期出生后适应过程中的过度炎症反应。然而，在微生物多样性低的情况下，形成了强烈不平衡的细胞因子反馈 loop（循环），导致正常免疫反应 maturation（成熟）出现偏差，最终在术后早期产生异常免疫反应。

这些发现为了解生命最初几天肠道微生物群-免疫系统相互作用的精细调节提供了新的见解，强调了 antenatal（产前）和 intrapartum（产时）因素对出生后细胞因子景观和肠道微生物群多样性的影响的重要性。研究提出的细胞因子面板为CHD新生儿NEC的临床前诊断提供了有前景的工具，有望改善这一高风险群体的临床结局。