印度早产儿坏死性小肠结肠炎的肠道菌群特征：基于宏基因组学的病原与功能通路解析

本研究采用鸟枪法宏基因组学技术，首次揭示了印度早产儿坏死性小肠结肠炎（NEC）患者肠道菌群中肠杆菌科（Enterobacteriaceae）的显著富集现象，并发现LPS O抗原、IV型分泌系统（T4SS）等毒力相关通路激活，为NEC的微生物致病机制提供了新的生物学见解。

　　

引言

坏死性小肠结肠炎（Necrotizing Enterocolitis, NEC）是一种主要影响早产儿的炎症性肠病，其危险因素包括早产、配方喂养、贫血和败血症。既往研究尚未对印度NEC早产儿的肠道菌群特征进行深入探索。本研究通过宏基因组学方法，首次系统分析了印度早产儿NEC相关的微生物群落特征和功能通路。

方法

研究在印度北部一家三级医疗中心的新生儿重症监护室（NICU）开展，纳孕26-32周、出生体重低于1500克的早产儿。NEC诊断依据Bell分期标准，对照组按胎龄和出生后日龄匹配。采集出生后首月粪便样本，使用QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit提取DNA，通过NovaSeq X Plus平台进行150 bp双端测序。原始数据经去人源污染后，使用MEGAHIT进行^{de novo}组装，ORF预测采用Prodigal完成。物种注释基于NCBI数据库，功能分析使用SEED分类系统。统计学分析包括α/β多样性计算（Phyloseq、Vegan包）、LEfSe差异物种分析（LDA>4）、线性回归模型（LinDA、MaAsLin2）和功能通路比较（STAMP软件）。

结果

基线特征显示NEC组与对照组在胎龄和日龄上匹配良好。α多样性（Shannon指数、OTU数目）和β多样性（Bray-Curtis、Jaccard距离）在两组间无显著差异。PERMANOVA分析表明分娩方式是影响β多样性的主要协变量。

在物种组成上，NEC组中变形菌门（Pseudomonadota）占比达47%，显著高于对照组。肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和肠球菌科（Enterococcaceae）是优势菌科，其中肠杆菌科在NEC组中丰度显著升高（线性回归，q<0.05）。属水平上，埃希菌属（Escherichia）和克雷伯菌属（Klebsiella）在NEC组中富集，而肠球菌属（Enterococcus）减少。热图分析显示82%的NEC样本中存在Escherichia或Klebsiella（对照组仅为33.3%）。Krona图进一步揭示NEC组中肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和 quasipneumoniae克雷伯菌（Klebsiella quasipneumoniae）的丰度分别为24%和21%，显著高于对照组（8%和13%）。LEfSe分析确认肺炎克雷伯菌和 quasipneumoniae克雷伯菌是NEC的标志性物种，而对照组中不动杆菌属（Acinetobacter）更为富集。

功能通路分析显示，NEC组中与IV型分泌系统（T4SS）、接合转移、肠杆菌共同抗原（LPS O抗原）、耶尔森菌群体感应（quorum sensing）、L-鼠李糖途径以及铁转运系统（包括ABC转运蛋白和莽草酸激酶SK3簇）相关的基因显著富集（Welch t检验，p<0.05）。相反，叶酸生物合成和乳糖利用通路在NEC组中表达降低。

讨论

本研究首次基于宏基因组学揭示了印度NEC早产儿肠道菌群的物种和功能特征。肠杆菌科的高丰度与既往研究一致，但肺炎克雷伯菌和 quasipneumoniae克雷伯菌的显著富集为区域特异性病原提供了新证据。功能分析表明，LPS O抗原可能通过激活Toll样受体4（TLR4）通路加剧肠道炎症，而T4SS系统可能促进毒力基因和抗生素抗性基因的水平转移。L-鼠李糖途径和莽草酸激酶通路则反映了病原菌在宿主环境中的代谢适应性。这些发现强调了肠杆菌科及其代谢功能在NEC发病机制中的关键作用。

研究的局限性包括单中心设计和样本量较小，但其创新性地采用了全基因组测序策略，为发展中国家NEC的微生物学研究提供了重要数据。

结论

印度早产儿NEC与肠道肠杆菌科细菌（尤其是肺炎克雷伯菌和大肠杆菌）的富集密切相关，功能上表现为LPS O抗原、T4SS、群体感应和铁摄取通路的激活。这些发现为开发基于微生物组的干预策略（如益生菌或噬菌体疗法）提供了理论依据。