《Gut Microbes Reports》：Associations between the infant gut microbiota and the living environment
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本研究通过HELMi队列分析发现，婴儿肠道菌群（Gut Microbiota）在生命前2年的发育与居住环境关联微弱（R2< 1%）。空气污染是解释菌群变异的最主要环境因素，而森林、农业等自然环境仅与少数菌属相关。研究强调，肠道菌群主要受出生方式、饮食等生命史事件影响，环境的影响可能通过污染物间接作用于宿主免疫系统，而非直接引入环境微生物。
引言
肠道菌群在生命早期的健康和发育中扮演着至关重要的角色。婴儿肠道菌群的定植始于出生时接触母体粪便细菌，但在生命的最初几年，其发育会受到多种因素的影响，如抗生素、益生菌、饮食和分娩方式等。然而，环境暴露对婴儿肠道菌群的作用尚不明确。
尽管有实验表明，接触土壤和植物基材料会增加肠道和皮肤微生物的多样性，但这些材料中的微生物来源也包括动物和人类粪便，难以区分。关于城市化与肠道菌群的研究多为农村与城市人口的比较，往往无法将环境因素与生活方式、饮食等协变量区分开来。此外，土壤作为最大的微生物库，其需氧环境与人体肠道的厌氧环境差异巨大，两者在分类学水平上重叠度极低。因此，本研究旨在利用芬兰HELMi（健康与早期生命微生物组）队列数据，在调整了潜在混杂变量后，系统评估生命前2年婴儿肠道菌群与广泛环境变量之间的关联。
材料与方法
研究人群与环境数据
本研究纳入了HELMi队列中2016年至2018年招募的健康足月单胎婴儿。所有婴儿在生命前2年未搬家，并完成了元数据调查，最终共纳入893名婴儿的5371份粪便样本。样本采集时间点包括3、6、13、26、39、52、78和104周。
环境数据包括：
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空气质量：使用SILAM（大气成分综合模拟系统）模型获取家庭地理位置的室外空气污染数据，计算出生后12个月的年度平均值。由于空气质量数据存在高度共线性，研究对SILAM数据进行了主成分分析（PC），并在模型中使用前6个主成分得分。
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生物多样性分区数据：利用芬兰森林生物多样性分区数据，评估国家层面的环境生物多样性。
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土地利用分类（LUC）：基于Corine Land Cover 2018数据，获取20米分辨率的地表覆盖信息。
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交通数据：利用digiroad 2018数据集，获取缓冲区内交通量、到不同道路类型的距离以及道路长度。
微生物组分析
从粪便样本中提取细菌DNA，使用Illumina MiSeq和HiSeq平台对16S rRNA基因V3-V4区进行扩增子测序。测序数据使用R包mare进行处理，包括质量过滤、嵌合体检测和分类学注释。分类学注释使用RDP分类器，并限制在已知的肠道相关类群中。最终，将读长计数汇总到属水平，并转换为相对丰度进行分析。
统计分析
使用vegan包中的adonis2函数进行多变量方差分析，评估环境变量与菌群组成的整体关联。每个环境变量在每个时间点单独建模，并调整了分娩方式、产时抗生素暴露、饮食、兄弟姐妹数量、宠物、母亲教育程度和住房类型等混杂因素。
使用负二项混合效应模型分析特定类群的关联。将前6个月的数据合并为一个模型，9个月至2年的数据合并为另一个模型。将所有在整体菌群组成中具有显著关联的环境变量与混杂变量一起纳入模型，并使用AIC进行模型简化，以识别与每个类群显著相关的变量集。所有p值均经过错误发现率（FDR）校正。
结果
环境与菌群组成的整体关联
在调整了混杂因素后，环境与婴儿肠道菌群的关联总体较弱。空气质量变量在生命前2年始终具有显著性，其中整体空气质量差和交通相关空气质量是与属水平菌群组成最普遍相关的因素。任何环境变量解释的最大方差仅为1.49%（2岁时交通相关空气质量）。工业和商业基础设施在所有缓冲区大小下，在26周时均具有显著性。
生命前6个月的菌属特异性关联
在生命前6个月，整体空气质量差与多个细菌属呈负相关，而250米内的内陆湿地仅与Mediterraneibacter呈正相关。在存在整体空气质量差的情况下，Shannon和Simpson多样性指数在生命前6个月均显著负相关。
9至24个月的菌属特异性关联
在9至24个月期间，整体空气质量差与婴儿肠道菌群组成的关联最强，与一系列菌属呈显著正相关，而与Akkermansia呈负相关。森林（1250米）、农业区（750米）和海洋水域（750米）与多种细菌属呈负相关。森林与Rothia、Lactobacillus、Lachnospira和Hungatella呈负相关；农业区与Faecalibacterium、Enterocloster、Blautia和Ruminococcus呈负相关；海洋水域与Pediococcues、Gemminger和Collinsella呈负相关。Shannon和Simpson多样性指数与整体空气质量差呈显著正相关。
讨论
本研究利用一个包含893名足月婴儿的纵向队列，阐明了生命前2年肠道菌群与环境暴露之间的普遍关联。结果表明，在调整了重要的混杂因素后，周围环境与婴儿肠道菌群组成的关联微弱但显著。在所有环境变量中，空气质量解释了最大程度的变异，并与婴儿肠道中数量最多的菌属相关。只有工业和商业用地类型在生命前2年与微生物组成有显著关联，而森林、农业、海洋水域和内陆湿地等环境用地类型仅与少数菌属相关。
这些结果强调，决定生命早期菌群组成的主要因素是出生方式、生活方式和医疗实践等重要的生命史事件，而非环境。此外，环境在解释肠道菌群变异方面缺乏显著性，表明环境并非婴儿肠道微生物的关键来源。因此，重点应放在改善促进婴儿生命早期健康和发育的实践和生活方式选择上。
由于环境并非栖息在肠道中的厌氧细菌的储存库，周围自然环境对肠道菌群产生的任何影响，很可能都是通过空气或水中的污染物暴露，间接影响宿主的免疫系统，而非直接引入定植微生物。
