早产儿肠道病毒组特征与早发性贫血及神经发育迟缓的关联研究

本刊推荐：为探究早产儿早发性贫血(EOA)和神经发育迟缓(NDD)的微生物机制，研究人员开展了一项针对107名早产儿肠道病毒组的深度研究。通过病毒颗粒提取、宏病毒组测序及多组学分析，发现病毒组多样性和特定噬菌体（如Tp84噬菌体）与EOA和NDD风险显著相关。该研究揭示了病毒-细菌互作在早产儿健康中的关键作用，为靶向干预提供了新思路。

　　

早产是全球新生儿健康面临的重大挑战，每年约有1340万早产儿出生。这些婴儿由于器官和系统发育不成熟，面临多种产后并发症的风险，包括坏死性小肠结肠炎、早发性贫血(early-onset anemia, EOA)和神经发育迟缓(neurodevelopmental delay, NDD)。这些并发症不仅导致新生儿死亡率和发病率升高，还会对早产儿的健康、成长和发育产生终身影响。

值得注意的是，与足月婴儿相比，早产儿（尤其是妊娠32周前出生）的肠道微生物定植模式存在显著差异。这种异常的定植模式可能增加早产儿对感染和其他系统缺陷的易感性。细菌噬菌体（bacteriophages）作为感染细菌的病毒，在宿主生态系统内调节细菌种群方面发挥着重要作用。近期研究表明，婴儿肠道病毒组最初由先锋细菌诱导的温和噬菌体定植，随后是裂解性噬菌体和能在人类细胞中复制的病毒。早产儿的肠道屏障功能受损且发育不完善，这可能促进微生物易位和免疫激活，导致粪便中噬菌体菌株丰富度降低。

虽然关于肠道病毒组的研究仍处于起步阶段，但最近一项研究发现，早产儿发生坏死性小肠结肠炎前存在特定的病毒特征，强调了噬菌体在早产儿肠道健康中的关键作用。然而，对于早产儿其他发育并发症的微生物机制，我们仍知之甚少。基于此，研究人员假设肠道微生物定植类型和噬菌体谱的差异可能是早产儿发育不良结局的关键风险因素。

为了验证这一假设，研究团队对107名出生时无临床并发症或疾病的早产儿队列的肠道病毒组和细菌组进行了全面分析。这些婴儿的粪便样本在出生后第一周内收集，通过病毒组和16S rRNA测序，结合生物信息学分析和机器学习建模，深入探索了微生物定植（特别是噬菌体）与早产儿发育之间的复杂关系。

本研究主要采用了以下关键技术方法：从107名早产儿出生一周内采集的粪便样本中提取病毒样颗粒(virus-like particles, VLPs)，通过离心、过滤和核酸酶处理富集病毒颗粒；使用多重置换扩增技术对病毒核酸进行全基因组扩增，并通过Illumina NovaSeq平台进行宏病毒组测序；利用16S rRNA测序和全基因组shotgun宏基因组测序分析细菌组成和功能；通过ConsensusClusterPlus进行病毒组亚型分型，采用随机森林模型构建疾病风险预测模型，并结合STAMP、KEGG等功能分析工具揭示病毒-宿主互作机制。

研究结果

肠道病毒组与细菌组特征分析

通过对107名健康早产儿的粪便样本进行测序分析，研究人员平均获得44.57±27.21 million clean reads，病毒组数据集总计6.67±4.07 GB/样本。病毒组装产生平均105,074±102,906个contigs，N50长度为935 bp。其中约73.35%的病毒contigs为噬菌体，其余为动物病毒。主要的病毒家族包括Siphoviridae、Myoviridae、Podoviridae、Iridoviridae和Circoviridae，其中Iridoviridae和Circoviridae在早产儿中表现出相对较高的丰富度。共鉴定出306个不同的病毒物种。

基于病毒组特征的早产儿分类

通过病毒物种相对丰度的共识聚类分析，研究人员将早产儿分为四个主要组别。这些组别在病毒组成上表现出明显差异：Group A富含Siphoviridae；Group B以Myoviridae为主；Group C富含Iridoviridae；Group D则以Circoviridae为主。温和噬菌体在Group A和Group D中更为丰富，而毒性噬菌体仅在Group A中检测到。

肠道病毒组组成与早发性贫血的关联

研究发现，Group D的婴儿血液学参数显著高于其他三组，其血红蛋白中位数为162 g/L，而其他组别为137.5 g/L，表明Group D的EOA风险较低。高风险EOA组(Group A+B+C)的病毒组α多样性（Shannon指数）显著高于低风险组，但细菌组无此差异。β多样性分析显示病毒组在高风险和低风险EOA组间存在明显分离。

通过比较分析，研究人员鉴定出4个与高风险EOA正相关的VLPs和4个负相关的VLPs。利用这些标志物构建的随机森林模型在测试集上达到AUC 0.857，表明这些病毒物种可作为预测EOA风险的潜在生物标志物。KEGG通路分析显示，低EOA风险组中"复制与修复"通路显著富集。

生长参数与肠道病毒组组成的关联

Group C在胎龄、出生体重等生长参数上显著低于Group D，但出院天数更长。Group C的病毒组α多样性显著高于Group D，而细菌组无差异。β多样性分析显示病毒组在两组间沿PCoA轴1明显分离。研究人员鉴定出10个在Group C中正相关的病毒物种和3个负相关的物种，其中4个为动物病毒，9个为噬菌体。"双组分系统"通路在Group C中富集，而"复制与修复"在Group D中富集。

神经发育迟缓的关键病毒颗粒

多元线性回归分析确定胎龄是保护因素，而ABO血型、母亲年龄、抗生素使用、血小板计数和G6PD缺乏是风险因素。Group A(低NDD风险)的行为能力得分显著高于Group C和D(高NDD风险)。高NDD风险组的细菌组α多样性显著高于低风险组，但病毒组无此差异。β多样性分析显示病毒组在高风险和低风险NDD组间存在明显分离。

研究人员鉴定出1个与高NDD风险正相关的病毒物种和5个负相关的物种，其中2个为动物病毒，4个为噬菌体。值得注意的是，CRESS virus sp.与低NDD风险相关，而Erythrocytic necrosis virus和Serratia phage eta与高NDD风险相关。"双组分系统"通路在高NDD风险组中显著富集。

讨论与结论

本研究首次全面描述了早产儿出生后第一周肠道病毒组的特征，并揭示了其与EOA和NDD风险的密切关联。研究发现，病毒组多样性在EOA高风险早产儿中显著升高，特定病毒类群与NDD风险增加相关。特别值得注意的是，Geobacillus virus Tp84——唯一同时表现温和和毒性生活方式的噬菌体——与高EOA风险但低NDD风险相关，表明其具有情境依赖性效应。

研究结果强调了肠道病毒组在EOA和NDD发病机制中的作用，提示基于靶向噬菌体的干预措施可能有助于减轻早产儿EOA相关的NDD风险。病毒组分析显示，早产儿早期以温和噬菌体为主，这一模式与成人肠道环境相反。研究还发现，CRESS virus sp.在EOA高风险但NDD低风险的早产儿中占主导地位，提示其可能具有神经保护作用。相反，Erythrocytic necrosis virus和Serratia phage eta的存在可能与有害的病毒组特征相关。

这些发现为理解早产儿健康发育的微生物机制提供了新视角，表明肠道病毒组特征可能作为预测EOA和NDD风险的生物标志物，并为开发针对性的微生态干预策略提供了理论基础。未来的研究需要进一步验证这些关联，并探索基于噬菌体的精准干预措施，以改善早产儿的长期健康结局。

研究的局限性包括病毒参考数据库的覆盖范围有限，功能预测基于间接证据，以及缺乏纵向数据来评估病毒组动态变化。然而，这些发现为早产儿健康管理提供了重要的科学依据，为未来开展针对肠道病毒组的干预研究指明了方向。