母乳喂养婴儿肠道菌群定植研究：分娩方式与营养干预对早期微生物组装配的调控作用及生态演进

本研究发现，在纯母乳喂养队列中，分娩方式（剖宫产）和产时抗生素暴露（IAP）仅引起婴儿肠道菌群的短暂改变，且对双歧杆菌（Bifidobacterium）定植无显著影响，提示母乳的“双歧效应”具有缓冲作用；固体食物引入则引发显著的生态转变（p < 1×10?11），驱动菌群多样性和结构重组，而离乳仅降低部分双歧杆菌物种丰度。研究强调定量qPCR在验证相对丰度数据中的关键价值。

　　

引言

婴儿肠道微生物组在免疫和代谢编程中扮演基础性角色，其早期紊乱与过敏、炎症性肠病、肥胖、糖尿病及神经发育障碍等远期疾病风险密切相关。菌群装配受生态学原则支配，早期定植者通过“优先效应”（priority effect）影响后续类群的成功定殖。这一过程受到母体、婴儿和环境暴露等多重因素调控，其中分娩方式和婴儿饮食被认为是关键影响因素。尽管既往研究广泛报道剖宫产（Cesarean section, CS）分娩与双歧杆菌（Bifidobacterium）和拟杆菌（Bacteroides）的减少或延迟定植相关，但关于纯母乳喂养背景下这些效应的稳健性，以及固体食物引入和离乳对菌群生态的长期影响，仍存在研究空白。

材料与方法

BLOSOM 队列研究共纳入84对纯母乳或主要母乳喂养的母婴对，从婴儿出生后第一周至2岁期间共收集698份粪便样本，覆盖10个时间点。采用全长16S rRNA基因测序（PacBio Sequel II平台）和定量PCR（qPCR）技术进行微生物组分析。样本经DNA提取、PCR扩增和序列处理（使用mothur和SILVA数据库）后，进行操作分类单元（OTU）聚类和物种注释。qPCR用于绝对定量双歧杆菌和拟杆菌DNA含量。统计分析方法包括线性混合效应模型、PERMANOVA（基于Aitchison距离）、微生物年龄Z分（MAZ）计算以及随机森林回归模型，以评估时间、分娩方式、产时抗生素预防（IAP）和饮食转换对菌群的影响。

结果

婴儿肠道微生物组在生命前两年经历显著演变

双歧杆菌为优势菌属，平均相对丰度为37.8%，其中婴儿双歧杆菌（B. infantis）占比最高（23.7%）。菌群丰富度和香农多样性在前6个月保持低水平稳定，之后显著上升。qPCR验证了双歧杆菌的广泛存在（0–75.3 ng/μL），且与16S数据显著相关（Spearman’s ρ = 0.63, p < 2.2×10^?16）。双歧杆菌丰度在4个月时达到峰值，之后逐渐下降，其动态变化主要由婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌（B. breve）驱动，而成人型菌种如链状双歧杆菌（B. catenulatum）和假链状双歧杆菌（B. pseudocatenulatum）在幼儿期增加。

微生物组组成随时间显著变化（PERMANOVA R2 = 0.213, p = 0.001），并呈现三个明显阶段：初始建立期（1周–2个月）具有高波动性；稳定期（2–5个月）群落结构无显著差异；过渡期（5个月后）尤其是12–24个月间发生最大群落转变（R2 = 0.223, p = 0.001）。18个OTU呈现显著时间变异，例如大肠杆菌（Escherichia coli）在前9个月丰度较高后下降，而阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）、韦氏梭菌（Blautia wexlerae）等成人相关类群则在后期显著增加。

分娩方式和产时抗生素暴露塑造婴儿肠道微生物组

在纯母乳喂养背景下，剖宫产和经阴道分娩但接受产时抗生素预防（VIAP）仅引起早期（前两个月）菌群组成的轻微但显著变化（CS: R2 = 0.011, p = 0.001; VIAP: R2 = 0.008, p = 0.001）。物种水平上，剖宫产与脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）减少相关（p = 0.045），而VIAP则与肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）和多氏拟杆菌（Phocaeicola dorei）升高相关。尽管在属水平上剖宫产与拟杆菌减少相关（p = 0.028），但其对双歧杆菌的影响经多重校正后不显著（调整后p = 0.337）。

拟杆菌在剖宫产婴儿中的流行率在2、5、6和9个月时显著降低。然而，使用qPCR进行的绝对定量分析未发现双歧杆菌或拟杆菌在分娩方式或IAP暴露上存在显著差异（双歧杆菌: CS p = 0.488, VIAP p = 0.341；拟杆菌: CS p = 0.222, VIAP p = 0.374）。此外，分娩方式对微生物组成熟度（MAZ评分）或波动性均无显著影响。

固体食物引入和离乳是婴儿肠道微生物组发展的关键里程碑

固体食物的引入（90%的婴儿在6个月前开始）引发了显著的菌群重构，尤其是在引入后的第二个样本点（Post-solids 2）。此时菌群组成（PERMANOVA R2 = 0.049, p = 0.001）、丰富度（p = 1.68×10^?13）和香农多样性（p = 3.29×10^?12）均显著增加，同时MAZ评分降低。26个OTU中的11个在Post-solids 2样本中丰度增加，包括两歧双歧杆菌（B. bifidum）等。

至24个月时，61.5%的婴儿已离乳。离乳并未对整体α或β多样性产生显著影响，但导致短双歧杆菌（p = 0.014）、假链状双歧杆菌（p = 0.026）和两歧双歧杆菌（p = 0.049）的丰度降低。属水平模型证实，持续接收母乳的幼儿其双歧杆菌水平更高（p = 0.006）。

讨论

本研究深入描绘了纯母乳喂养婴儿肠道微生物组的建立动态，揭示了分娩方式、固体食物引入和离乳作为微生物组成熟关键节点的作用。研究发现，在纯母乳喂养背景下，剖宫产并未导致双歧杆菌的减少，表明母乳的双歧生成效应可能缓冲分娩干预带来的早期扰动。固体食物的引入而非离乳，引发了最显著且持久的菌群生态转变，凸显了膳食底物对菌群组装的主导驱动作用。研究还观察到即使是在母乳喂养婴儿中，双歧杆菌丰度也存在巨大的个体间差异，这提示母体微生物传递和母乳成分的差异可能是关键因素。绝对定量分析揭示，相对丰度观察到的变化未必代表绝对数量的改变，强调了在微生物组研究中结合定量方法的重要性。这些发现为理解早期生命微生物生态组装提供了新的见解，并对制定促进健康菌群发展的营养干预策略具有重要启示。