《eBioMedicine》：Early-life gut microbiome composition and rotavirus vaccine-induced IgA responses in U.S. infants: a longitudinal cohort study
编辑推荐：
背景：尽管口服轮状病毒疫苗已广泛引入，轮状病毒仍是全球儿童死亡的主要原因。将肠道微生物组与疫苗反应联系起来的证据不一致，且在美国人群中的研究有限。本研究调查了美国婴儿肠道微生物组的发展及其与接种RotaTeq（轮状病毒五价重配活疫苗）后免疫原性的关联。
方法
背景：尽管口服轮状病毒疫苗已广泛引入，轮状病毒仍是全球儿童死亡的主要原因。将肠道微生物组与疫苗反应联系起来的证据不一致，且在美国人群中的研究有限。本研究调查了美国婴儿肠道微生物组的发展及其与接种RotaTeq（轮状病毒五价重配活疫苗）后免疫原性的关联。
方法：研究人员对纽约州罗切斯特市的婴儿进行了纵向分析，使用16S核糖体核糖核酸（rRNA）测序评估了1月龄（M1）、6月龄（M6）和12月龄（M12）时的微生物组组成。在M6和M12测量轮状病毒特异性免疫球蛋白A（IgA）血清学以评估RotaTeq疫苗血清反应。使用临床元数据评估与生命第一年内微生物多样性和轮状病毒-IgA滴度相关的因素。研究人员检验了以下关联：（1）M1微生物组与M6轮状病毒-IgA；（2）M6微生物组与M6轮状病毒-IgA；（3）M6微生物组与M12轮状病毒-IgA。
结果：M1时较高的肠道微生物α多样性与M6时较高的轮状病毒-IgA滴度相关（N = 47，β: 2.06，95% CI: [0.31–3.99]，p = 0.024）。M6时的α多样性与同时期的轮状病毒-IgA反应无关联（N = 56，β: 0.73，95% CI: [?0.856, 2.313]，p = 0.36），但与M12时较高的轮状病毒-IgA相关（N = 52，β: 1.47，95% CI: [0.127, 2.805]，p = 0.033）。轮状病毒-IgA反应与不同时间点的特定微生物分类群相关，观察到正向和负向关联。
结论：在一个健康的美国婴儿队列中，生命早期肠道微生物组的多样性和组成与接种RotaTeq疫苗后的轮状病毒-IgA反应相关。本研究增进了对高收入环境下微生物组-疫苗相互作用的理解。
轮状病毒是导致全球儿童腹泻疾病和死亡的主要原因之一。尽管口服减毒轮状病毒疫苗（ORV）的引入显著降低了严重儿科胃肠炎和死亡病例，但其免疫原性存在显著的地理差异，特别是在中低收入国家（LMICs）观察到的免疫反应通常低于高收入国家（HICs）。这种差异可能受到多种因素影响，包括轮状病毒流行率、母体抗体转移、共接种其他口服疫苗以及肠道微生物组等。肠道微生物组在早期生命免疫系统发育中扮演关键角色，可能通过产生代谢物（如短链脂肪酸）和抗原影响先天性和适应性免疫信号，进而调节肠道免疫球蛋白A（IgA）的产生。然而，先前探究婴儿肠道微生物组与ORV免疫反应关联的研究大多在LMICs进行，其结果不一致，且可能受到当地高轮状病毒感染流行率等多种混杂因素的干扰。在美国等高收入国家队列中，此类研究有限且结果多为阴性。因此，在一个轮状病毒感染率低、疫苗接种率高、且前瞻性收集了元数据的美国队列中，更精确地探究肠道微生物组对ORV免疫反应的独立影响具有重要意义。
本研究为一项纵向队列研究，核心方法包括：1. **研究队列与样本**：研究基于“理解妊娠信号及婴儿发育与儿童健康结果的环境影响”（UPSIDE-ECHO）出生队列，纳入美国罗切斯特地区足月健康婴儿，主要分析接种RotaTeq疫苗的婴儿亚组。在出生、1月龄（M1）、6月龄（M6）和12月龄（M12）前瞻性收集直肠拭子和血液样本。2. **微生物组分析**：使用16S rRNA基因（针对V3-V4高变区）测序技术分析肠道微生物组成，通过QIIME2和DADA2流程进行数据处理和分类学注释，计算香农指数评估α多样性，基于布雷-柯蒂斯相异性评估β多样性。3. **免疫反应评估**：通过基于RotaTeq G1株抗原的酶联免疫吸附试验（EIA）测量血浆中轮状病毒特异性IgA滴度，作为ORV免疫原性的指标，并定义血清阳性（滴度≥40）和血清转化。4. **统计分析**：采用线性混合效应模型分析纵向数据，使用多元线性回归、基于核的关联检验以及针对成分数据设计的惩罚回归模型（如去偏L1惩罚对数对比回归）来探究微生物组多样性、组成、特定分类群与轮状病毒-IgA滴度之间的关联，并调整了婴儿年龄、喂养方式、胃肠炎病史等协变量。
**研究结果**如下：
**婴儿肠道微生物组的纵向发育**：微生物α多样性从出生到M12显著增加。β多样性分析显示，随着年龄增长，婴儿肠道微生物群落组成变得更为相似，年龄是生命第一年群落组成的重要决定因素。在分类群水平上，观察到从出生时的葡萄球菌属（*Staphylococcus*）和大肠杆菌-志贺氏菌属（*Escherichia-Shigella*）为主，到后期双歧杆菌属（*Bifidobacterium*）、拟杆菌属（*Bacteroides*）和普雷沃菌属（*Prevotella*）相对丰度增加的演替模式。
**社会人口学和喂养因素对婴儿肠道微生物组的影响**：多个临床变量与微生物组α多样性相关。女性婴儿在所有时间点的α多样性均高于男性。较高的母亲教育水平与M1和M6时较低的α多样性相关。在M1和M6时，纯母乳喂养或暴露于母乳的婴儿α多样性低于混合喂养或配方奶喂养的婴儿。母亲孕前体重指数（BMI）与M1时较高的α多样性正相关。
**健康美国队列中的ORV免疫原性**：轮状病毒-IgA滴度从出生到M6显著上升，随后从M6到M12下降。大多数婴儿在M6和M12达到血清阳性，血清转化率很高。多变量分析发现，在M6时，非白人母亲所生婴儿的轮状病毒-IgA滴度较低；在M12时，有胃肠炎病史的婴儿滴度较高。喂养方式或母乳喂养持续时间与滴度无显著关联。
**轮状病毒疫苗反应与微生物α和β多样性**：M1时较高的肠道微生物α多样性与M6时较高的轮状病毒-IgA滴度显著正相关。M6时的α多样性与同期（M6）的轮状病毒-IgA滴度无关，但与M12时较高的滴度正相关。在所有分析中，微生物群落整体组成（β多样性）与轮状病毒-IgA滴度均无显著关联。
**与疫苗反应相关的微生物分类群**：通过惩罚回归模型鉴定出与轮状病毒-IgA滴度显著相关的多个细菌分类群。在M1时，柯林斯菌属（*Collinsella*）、奇异菌属（*Atopobium*）和*Schaalia radingae*与较高的M6滴度正相关；而双歧杆菌属（*Bifidobacterium*）、克雷伯菌属（*Klebsiella*）、乳杆菌属（*Lactobacillus*）、大肠杆菌-志贺氏菌属（*Escherichia-Shigella*）、*Streptococcus salivarus*和*Peptostreptococcus anaerobius*与较低的M6滴度负相关。在M6时，厌氧球菌属（*Anaerococcus*）、普雷沃菌属（*Prevotella*）和短双歧杆菌（*Bifidobacterium breve*）与较高的同期（M6）滴度正相关；而艾格特菌属（*Eggerthella*）、*Prevotella buccalis*和两歧双歧杆菌（*Bifidobacterium bifidum*）负相关。在M6时，*Dialister propionicifaciens*、*P. buccalis*、厌氧球菌属（*Anaerococcus*）和链球菌属（*Streptococcus*）与较高的M12滴度正相关；而消化链球菌属（*Peptoniphilus*）、*Murdochella asaccharolytica*、*Campylobacter ureolyticus*和消化球菌属（*Peptococcus*）负相关。
**讨论与结论**部分总结如下：本研究在美国队列中报告了婴儿肠道微生物组与ORV免疫反应之间的关联。微生物α多样性显示出与ORV免疫反应的时间依赖性关联：生命早期（M1）较高的多样性有利于免疫启动，而婴儿期（M6）较高的多样性则与后期（M12）抗体反应的维持相关。尽管整体群落组成（β多样性）未显示关联，但多个特定的细菌分类群与轮状病毒-IgA滴度显著相关，其中一些分类群（如厌氧球菌属）的关联方向与之前在其他疫苗反应中的研究一致，支持其可能在生命早期免疫启动中发挥作用。然而，某些分类群的关联方向与先前在LMICs的研究不同，这可能反映了地理和免疫背景特异性效应、分类学层级聚合的差异或同一属内不同物种的非冗余功能。本研究的优势在于相对同质化的队列和受控的设计，有助于减少混杂因素。局限性包括样本量有限、未考虑母体免疫球蛋白G（IgG）和FUT2分泌状态等因素，且仅分析了细菌组成和单一免疫终点。总之，本研究强调了生命早期微生物组组成是影响疫苗特异性反应的关键窗口，并在高收入国家中确立了微生物组作为影响轮状病毒-IgA反应的可测量因素。未来需要更大规模的队列和运用多组学方法来探索其机制并确定可操作的微生物靶点。
**结论**：在一个健康的美国婴儿队列中，生命早期肠道微生物组的多样性和组成与接种RotaTeq疫苗后的轮状病毒-IgA反应相关。本研究增进了对高收入环境下微生物组-疫苗相互作用的理解。
