《Cell Reports》：Mother-infant sharing of gut and vaginal microbes at the species and strain level
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摘要：母亲向后代的微生物传递是婴儿肠道微生物组建立的基础过程，然而母亲不同身体部位的相对贡献以及分娩方式的影响仍未完全阐明。研究人员利用乌枪法宏基因组测序技术，对68对母婴进行了研究，以探究出生后第一年内母体肠道和阴道微生物组与婴儿肠道微生物组在物种和菌株水平
摘要：母亲向后代的微生物传递是婴儿肠道微生物组建立的基础过程，然而母亲不同身体部位的相对贡献以及分娩方式的影响仍未完全阐明。研究人员利用乌枪法宏基因组测序技术，对68对母婴进行了研究，以探究出生后第一年内母体肠道和阴道微生物组与婴儿肠道微生物组在物种和菌株水平上的共享情况。在2–4月龄时，婴儿平均共享其母亲微生物组中35%的物种，其中来自母体肠道的共享比例显著高于来自阴道的比例。阴道分娩的婴儿比剖宫产（C-section）分娩的婴儿表现出更高水平的微生物共享。菌株水平分析揭示了多种拟杆菌属（Bacteroides）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）物种基因组箱（SGB）中存在持续的母-婴传播，菌株共享频率因物种和分娩方式而异。剖宫产降低了母婴在物种和菌株水平上的微生物共享程度。
论文解读文章
**一、研究背景与科学问题**
生命早期肠道微生物群的建立对于宿主免疫系统发育和代谢编程具有至关重要的影响。母体作为婴儿出生时微生物的首要来源，其微生物传递的破坏可能对后代产生持久的免疫和代谢后果。既往研究已表明，剖宫产（C-section）可能改变婴儿肠道微生物组组成，并延迟关键早期定植菌（如擅长降解复杂碳水化合物如母乳低聚糖（HMOs）的双歧杆菌属（Bifidobacterium）和帮助创造代谢生态位并与其他微生物交叉互养的广谱性拟杆菌属（Bacteroides））的定植。然而，先前的研究多采用16S rRNA基因测序，该技术分辨率有限，无法进行菌株水平的共享分析，而生物学效应往往具有菌株特异性。此外，母体肠道微生物组与阴道微生物组对婴儿肠道微生物组的相对贡献，以及剖宫产对这一传递过程的具体干扰程度，尚未得到系统阐明。因此，开展宏基因组水平的研究以解析母婴间物种及菌株水平的微生物共享规律，并评估分娩方式的影响，具有重要的科学意义。
**二、研究设计与核心发现**
本研究是一项基于美国环境对儿童健康结局影响（ECHO）队列中密歇根儿童健康研究档案（MARCH）子队列的纵向观察性研究，共纳入68对母婴。研究人员利用乌枪法宏基因组测序技术，结合MetaPhlAn和StrainPhlAn等生物信息学工具，系统分析了孕晚期母体肠道（粪便）和阴道微生物组与婴儿出生后0–1至14月龄肠道微生物组在物种和菌株水平的共享程度，并重点评估了剖宫产和母乳喂养等因素的影响。研究结果显示，母亲肠道微生物组是婴儿肠道微生物组的主要微生物来源，而阴道微生物组的贡献相对较小；阴道分娩显著增加了母婴间物种和菌株水平的微生物共享；剖宫产则降低了共享程度，但特定双歧杆菌菌株的共享仍可发生。该研究以论文形式发表在《Cell Reports》上。
**三、主要技术方法**
本研究采用了以下关键技术方法：1）乌枪法宏基因组测序，对母婴粪便及阴道拭子样本进行高通量测序；2）利用MetaPhlAn v4.0.6进行物种水平分类学分析；3）利用StrainPhlAn v4.0.6进行菌株水平单核苷酸变异（SNV）分析；4）定制ChoCoPhlAn数据库以实现长双歧杆菌婴儿亚种（B. infantis）的亚种水平鉴定；5）采用strain_transmission.py脚本和归一化系统发育距离（nGD）阈值判定推测的母-婴菌株共享事件。样本来源于68对母婴，其中母亲贡献了孕晚期粪便和阴道样本，婴儿贡献了至少一份出生后2–4月龄的粪便样本，部分婴儿提供了纵向随访样本。
**四、研究结果详述**
**总体特征**：研究纳入了68对母婴。母亲平均分娩年龄为32.3岁，78%（N=53）为阴道分娩。经过质量过滤和宿主序列去除后，在母体肠道样本中检测到1,377个物种，母体阴道样本中检测到156个物种，婴儿肠道样本中检测到425个物种。
**母婴物种共享**：在婴儿2–4月龄时，其肠道微生物组中平均35.1%的物种与母亲肠道或阴道微生物组共享。其中，与母体肠道微生物组的共享比例（平均值33.7%）显著高于与母体阴道微生物组的共享比例（平均值1.8%）。阴道分娩婴儿的物种共享比例（平均值38.0%）显著高于剖宫产婴儿（平均值24.7%）。研究发现，婴儿肠道微生物组与其生物学母亲的肠道微生物组相似度，高于与非生物学母亲的相似度。
**母婴菌株共享**：菌株水平分析显示，在可进行菌株分型的54个母体肠道物种基因组箱（SGB）中，有40个与婴儿肠道微生物组存在共享。共享频率因物种而异，例如，普通拟杆菌（Phocaeicola vulgatus, SGB1814）的共享频率为32.6%，而直肠真杆菌（Eubacterium rectale, SGB4933）仅为1.9%。在双歧杆菌属内，长双歧杆菌（B. longum）和假链状双歧杆菌（B. pseudocatenulatum）的共享频率（均为55.6%）高于青春双歧杆菌（B. adolescentis）（14.3%）。在母体阴道微生物组中，仅在5位携带双歧杆菌的母亲中观察到4例与婴儿肠道菌株共享事件，且均发生于阴道分娩的母婴对中。
**分娩方式与特定菌属流行率**：在婴儿肠道微生物组中，经阴道分娩婴儿的拟杆菌属（Bacteroides）流行率（64.2%）显著高于剖宫产婴儿（6.7%）。对于双歧杆菌属，两歧双歧杆菌（B. bifidum）在阴道分娩婴儿中更常见，但长双歧杆菌（B. longum）和婴儿双歧杆菌（B. infantis）的流行率在两组间无显著差异。
**母乳喂养对婴儿双歧杆菌（B. infantis）相对丰度的影响**：研究发现，纯母乳喂养婴儿肠道中B. infantis与B. longum的丰度比值更高，且这种关联仅在阴道分娩的婴儿中显著，而在剖宫产婴儿中不显著。这提示母乳喂养对B. infantis的选择性压力在阴道分娩婴儿中更为明显。
**五、讨论与结论总结**
本研究表明，母体肠道微生物组是婴儿肠道微生物组的主要共享来源，而阴道微生物组的贡献虽然较小，但当阴道微生物组中存在双歧杆菌时，其共享概率很高。剖宫产显著降低了母婴间物种和菌株水平的微生物共享。此外，纯母乳喂养，尤其是在阴道分娩的婴儿中，与B. infantis相对丰度的增加相关。
研究结论指出，虽然母体肠道和阴道微生物组中的微生物均可定植于婴儿肠道，但母体肠道微生物的共享比例远高于阴道。然而，若阴道微生物组中存在双歧杆菌，这些微生物也常与婴儿肠道共享。正如研究人员所假设，阴道分娩婴儿的母婴微生物共享程度更高。此外，纯母乳喂养婴儿的B. infantis相对丰度更高，尤其是在阴道分娩的婴儿中。这一发现表明，增加有益微生物B. infantis（其在西方人群中正在消失）的努力，应侧重于减少不必要的剖宫产和促进母乳喂养。未来需要更大规模的纵向研究，纳入更多母体身体部位并采用更深度的宏基因组测序，以更全面地评估母婴微生物共享的动态变化。
