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Lalit Bharadia,Neha Agrawal,Nandan Joshi, "婴儿肠道微生物的发展和功能:西方vs.印度的婴儿“,国际儿科学杂志, 卷。2020., 文章的ID7586264, 10 页面, 2020.. https://doi.org/10.1155/2020/7586264
婴儿肠道微生物的发展和功能:西方vs.印度的婴儿
抽象的
人类肠道中有上万亿的细菌和其他微生物,统称为“肠道菌群”。该菌群在代谢和免疫中发挥着重要作用,其正常组成和定植模式的改变可以干扰免疫系统的发展和功能,使个体易患多种疾病。新生儿从母亲和周围环境中获得肠道菌群,随着婴儿的成长,肠道菌群经历几次变化,最终获得一种类似成人的成分。健康婴儿的肠道菌群特征对保护婴儿免受感染性疾病的侵袭具有重要意义。此外,在特定人群中为提高婴儿免疫力而制定的益生元和益生菌配方也需要事先了解该人群中健康婴儿的正常肠道菌群。为此,对西方婴儿进行了几项研究;然而,印度婴儿的肠道菌群研究还不够。此外,对两种人群的婴儿肠道菌群的发育和特点也没有比较分析。本文就婴儿肠道菌群的发展成熟及其对免疫的影响,以及影响定植模式的因素作一综述。此外,我们根据现有文献比较了西方和印度婴儿肠道菌群定植的模式,试图确定两个种群之间的相似性或差异程度。
1.介绍
人类肠道是一个复杂的微生物生态系统的家,包括大约100万亿细菌,属于超过35000个物种,以及其他微生物,如真菌、古菌、病毒和原生动物[1,2]。肠道菌群在维持肠道和整个个体的健康方面起着重要的作用[2]。其中一些细菌,如乳酸菌和双歧杆菌,已经被证明参与了免疫系统的发育和功能[3.,4],通过防止致病菌过度生长而对感染产生抵抗力[5,6,营养代谢[7]、药物代谢、肠道屏障功能、外源性化合物的解毒和对人类健康有益的化合物(如多酚)的激活[1,2]。婴幼儿肠道菌群组成与成人不同。第一批在新生儿肠道定植的微生物有助于建立婴儿肠道菌群。它们对其长期组成和活动有重大影响,而这是个人今后整体健康和免疫力的关键决定因素。在这一阶段,正常定植模式的任何改变都可能导致整个成年期的肠道菌群失调,从而使个体易于患病。因此,在生命早期(通常是最初2年)建立健康的肠道菌群是极其重要的[1]。
对西方国家婴儿肠道菌群的发展和特点进行了广泛的研究和综述;然而,很少对印度婴儿进行这样的研究。此外,还缺乏比较西方和印度婴儿肠道菌群的研究。本文就婴儿肠道菌群的发展、其对免疫的贡献以及影响其组成的各种因素作一综述。我们还对西方和印度婴儿肠道菌群的现有文献进行了比较分析,以确定这两个群体之间的定殖模式是否有任何相似之处。
1.1.搜索策略
通过使用以下关键字和短语来搜索有关相关文章的PubMed:“婴儿肠道微生物,”婴儿肠道微生物,“婴儿肠道微生物群”和“婴儿肠道微生物群”。这些短语与“印度”一词相结合,专门搜索印度婴儿的研究。检讨了检索的文章的全文以及这些条款书目列表中的相关文章的案文。
2.结果
2.1.婴儿肠道菌群的发展
很长一段时间以来,人们认为新生儿的肠道基本上是无菌的,在分娩期间和分娩后肠道开始被微生物占领[1]。然而,最近的一些研究通过证明脐带血中存在细菌,挑战了这一长期以来的信念[8]、羊水[9]和胎盘[10]在健康的怀孕中,表明胎儿暴露于微生物的暴露甚至可以在递送之前开始。截至目前,在此问题上存在相互矛盾的观点,其中一些研究人员支持“无菌子宫”视图[11,12其他人反对它[8- - - - - -10]。
出生后,婴儿立即暴露在含有高浓度活微生物的子宫外环境中,新生儿肠道迅速定植[1]。出生后不久,母亲,特别是母体肠道微生物群,是新生儿肠道微生物的主要来源[13]。将新生肠道肠道的第一个微生物是兼性Anaerobes。他们在肠内用氧气用氧气,并为主要由InviageAnaerobes组成的复杂微生物群落的生长来铺平道路[14]。母乳通常是婴儿的第一款饮食及其唯一的营养来源在出生后6个月内大约6个月。它含有非易熟的碳水化合物,其在结肠中发酵并刺激特异性粪便细菌的生长[15]。除了这种“益生元效应”,母乳也是活细菌的来源,包括葡萄球菌、链球菌、双歧杆菌和乳酸菌[16- - - - - -18]。这些细菌的起源仍然存在争议。一个观点是母亲的粪便微生物群被转移到婴儿交付期间,从哪里转移到乳房皮肤和乳头,最终在母乳喂养时对牛奶管道进行转移到牛奶管道中[1]。也有人认为,一些母亲的肠道微生物可以到达乳腺通过内源性途径[19]。
在4-6个月的年龄,工业化国家的婴儿通常被引入固体食品,如谷物,水果和蔬菜。对这些食物特异的新型非易失性碳水化合物导致肠道微氟土组成的重大变化[1]。儿童肠道菌群的个体间变异大于成人;然而,随着时间的推移,这些个体间差异逐渐减小。与此同时,婴儿肠道菌群的物种多样性增加,因为它变得更加复杂,并开始类似于成人的肠道菌群[20.- - - - - -22]。一般来说,在2.5-3岁时,一个稳定的、成人样的肠道菌群已经建立[20.,22]。
2.2.影响婴儿肠道菌群发育的因素
有几个因素影响婴儿肠道菌群的生长和建立。出生时的胎龄和分娩方式(阴道分娩)vs.剖腹产)在出生后的初始时期中影响新生儿肠道微集膜的组成[1]。早产已经被发现与有限数量的物种的延迟殖民化有关[23,24]。这一差异归因于新生儿重症监护病房的无菌环境和早产儿出生后不久广泛使用抗生素[1]。同样,与阴道分娩相比,剖宫产也会导致延迟定植(尤其是双歧杆菌)和肠道菌群多样性降低[25]。经产婴儿最初的肠道菌群主要来自母亲阴道和会阴菌群,而剖腹产婴儿的肠道菌群主要来自母亲的皮肤和医院环境[1]。在一项比较产道婴儿和剖宫产婴儿肠道菌群的研究中发现,产道婴儿肠道菌群的组成与母亲阴道菌群相似,主要包括乳酸杆菌,Fvootella.,Sneathia相比之下,剖宫产婴儿的微生物区系与母亲皮肤表面的相似,主要由葡萄球菌,棒子杆菌,propimibactium.SPP。[26]。还有表明,剖腹产婴儿的肠道微生物中的干扰可能持续到6个月的年龄[27]。
随着婴儿的成长,其环境(家庭生活方式和地理位置)也影响了肠道微生物的发展。在发达的西方国家的婴儿在更加卫生的环境中被培养,限制了他们对致病微生物的暴露。相比之下,发展中国家种植的婴儿具有更大的细菌暴露。这会影响肠道殖民化过程[1]。很少有研究直接比较发达国家和发展中国家婴儿的肠道菌群;然而,众所周知,肠道细菌的定植如大肠杆菌与发展中国家的婴儿延迟延迟。前者被较少的细菌菌株殖民,流量较低,从发展中国家的婴儿观察到了较低的营业速度28,29]。即使在发达国家,地理和种族的差异也会影响婴儿肠道菌群的定植模式[30.,31]。
最后,喂养方式对婴儿肠道菌群的发育也有相当大的影响。母乳提供了特定的营养物质和亲抗菌物质的混合物,这些物质为母乳喂养的婴儿的肠道微生物群提供了特性。母乳中存在的人乳寡糖促进有益微生物的生长和功能[14]。众所周知,母乳喂养和配方奶粉喂养的婴儿有不同的肠道菌群;纯母乳喂养婴儿的肠道菌群中放线菌(尤其是双歧杆菌)的比例较高,放线菌是一种保护性菌类。早在1981年,Daoulas Le Bourdelles等人就证明了这一点,他们比较了一组母乳喂养的法国新生儿与另一组奶瓶喂养的新生儿的粪便菌群[32]。随后,其他几位研究人员也报告了同样的观察结果[20.,33- - - - - -36]。此外,配方奶喂养的婴儿的肠道菌群比母乳喂养的婴儿更多样化,而且比母乳喂养的婴儿更早获得成人样特征[21,33,34]。
2.3。婴幼儿微生物对免疫系统的影响
肠道菌群在免疫系统的成熟和功能中起着重要的作用。肠道菌群的正常组成的改变会导致免疫失调,并使儿童在以后的生活中容易患免疫相关疾病,如过敏、肥胖或糖尿病[1]。以下部分将讨论肠道菌群的一些免疫相关功能。
2.3.1。肠道免疫系统的发育与调节
肠道菌群在肠道相关淋巴组织的发育中起着至关重要的作用,淋巴组织在抵御微生物和环境抗原方面发挥着重要作用[1]。研究表明,肠道淋巴细胞在接触局部淋巴结构(如Peyer’s patches)中的肠道抗原后,会发生重要的发育变化。对无菌小鼠的研究揭示了肠道细菌在黏膜免疫系统成熟和功能中的重要作用,例如,刺激黏膜免疫球蛋白A (IgA)的产生,促进上皮内淋巴细胞的发育[37]。DNA MicroAnalyses表明叫多形拟杆菌,在无菌小鼠定植后,调节宿主基因的表达,涉及出生后成熟、营养吸收和代谢、外源性处理和血管生成[38]。Mazmanian等人的研究表明,哺乳动物免疫系统的成熟是由一种特殊的免疫调节多糖,多糖a (PSA),由脆弱拟杆菌,一种无处不在的肠道微生物。PSA的免疫调节作用包括纠正全身T细胞缺陷和TH1 / TH2不平衡和引导淋巴器官发生[39]。
还表明肠道微生物通过Paneth细胞调节肠绒毛微血管系统的发展[40]。肠道细菌也在特异性淋巴细胞的发育中发挥重要作用;它们会触发人类肠道B细胞的类转换[41并调控TH17小肠中粘膜中的效应T细胞[42]。它们还在特定情况下抑制了Treg细胞的生产,其中需要限制Treg水平以确保有效免疫应答,例如,在口腔疫苗接种或控制急性感染[43]。肠道微生物还可以改变天然食物蛋白质的免疫调节特性。结果表明,牛酪蛋白的降解率为乳杆菌GG,一种常用作益生菌的肠道微生物,抑制从特应性疾病婴儿获得的抗cd3抗体诱导的外周血单个核细胞产生白细胞介素-4 (IL-4) [44]。随后,Kalliomäki等人进行的一项具有里程碑意义的试验证实了这一观察结果乳杆菌GG可有效预防高危婴儿(即有特应性家族史的婴儿)的特应性疾病[45]。
2.3.2。建立和调节肠道表面屏障
多项研究表明,肠道菌群维持和加强肠道黏膜屏障[46- - - - - -49]。Cani等人。表明肠微生物群的益生菌调节导致选择性增加双歧杆菌spp降低肥胖小鼠肠道通透性并改善紧密连接完整性[47]。共生细菌也已被证明在维持肠上皮稳态和保护肠上皮损伤中发挥作用。肠道共同的这种功能是介导的通过肠道toll样受体的激活[48]。此外,在另一项研究中,一种可溶性蛋白质,p40,从乳杆菌在体外和体内,GG均可抑制细胞因子诱导的肠上皮细胞凋亡[49]。一些肠道细菌,如双歧杆菌,产生短链脂肪酸(SCFAs;例如,醋酸盐)通过在厌氧肠腔中发酵不可消化的碳水化合物[50]。这些SCFA强化覆盖肠上皮的粘液层,从而提高肠道屏障功能并预防致病微生物的粘附和定植[51]。肠道共生还调节分泌性IgA的产生,这是粘膜免疫的重要组成部分,可防止致病菌粘附肠道上皮[52]。
2.3.3。定殖抗性和病原体清除
有充足的证据表明肠道微生物群在殖民化抗性中发挥着重要作用,即通过进入病原体并抑制潜在的致病性细菌的过度生长,预防肠道的殖民化,这些潜在的致病性细菌在低位中的肠道中1,36]。肠道共生菌利用各种机制来提供定殖抗性,包括(a)产生抗菌物质,如细菌素(杀死竞争菌株的杀微生物化合物),(b)管腔内容物的pH值修改,以及(c)对病原微生物所需营养物质的竞争[53]。
已经证明肠道共生在提供对致病微生物的保护,所谓的病原体间隙中发挥另一种作用,其中共生在急性传染性发作后从肠道中消除致病微生物(例如,之后沙门氏菌腹泻)。殖民化抗性和病原体间隙之间的差异是,在前者中,肠道微生物酵母在开始时防止了致病微生物的生长,而在后者中,肠道微生物液从耗尽状态中再次再逐渐消除非常高的病原体载荷。肠。据信病原体清除介导由参与殖民化抗性的一些相同机制介导;此外,通过肠道微生物瘤刺激粘膜细胞免疫系统也可以参与其中[54]。
2.4。婴幼儿肠道微生物菌的定植模式:西方vs.印度的婴儿
西方国家婴幼儿肠道微生物殖民定子的顺序过程有几次研究。Based on these studies, the development of gut microbiota in infants has been divided into four separate phases: the first 1-2 weeks after birth, i.e., the initial phase of bacterial acquisition (Phase 1), the remaining period during which the infant is exclusively breastfed (Phase 2), the time between the beginning of supplementation and discontinuation of breastfeeding (Phase 3), and the period after completion of weaning when the infant gut microflora begins to resemble that of adults (Phase 4) [55]。
新生儿肠道菌群包括四个主要门:变形菌门、厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门[14]。如前所述,已经确定,第一种微细肠道染色肠道的微生物是兼性厌氧人,例如E.杆菌和链球菌[55]。接下来是葡萄球菌-,肠球菌-, 和乳酸杆菌它们消耗肠道内的氧气,创造一个厌氧环境,从而促进严格厌氧细菌的生长[1]。出生后4-7天,厌氧菌属拟杆菌,双歧杆菌,梭状芽胞杆菌驯化肠道[36,55,56]。在下一阶段,当婴儿专门母乳喂养时,双歧杆菌占肠道微生物,而比例的比例E.杆菌,链球菌,拟杆菌,梭状芽胞杆菌减少(55]。
随着4-6月龄时固体食物的引入,婴儿肠道菌群的组成发生进一步的变化。在Stark和Lee的一项研究中,将固体断奶食品引入母乳喂养的婴儿,导致肠杆菌和肠球菌数量迅速增加,随后逐渐被定殖拟杆菌发生了链球菌、梭菌和厌氧链球菌。双歧杆菌的定植持续了整个生命的第一年[57]。最近,Amarri等。获得类似的研究结果,其中在引入互补饲养前4个月内患者的专门母乳喂养的婴儿随访4至9个月。发现双歧杆菌的计数在整个5个月的互补饲养过程中保持高,而肠菌和肠球菌的计数随着年龄的增长而增加。乳酸杆菌和万古霉素的计数增加到年龄的4至7个月,然后减少[58]。在生命的第二年左右,婴儿肠道微生物群开始类似于成年人,其中许多其他微生物组的存在,如噬菌体,veillonella,葡萄球菌,丙杆菌,芽孢杆菌,fusobacteria和酵母[55]。表格中总结了西部母乳喂养婴儿肠道微生物的演变1.
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对印度婴儿的肠道微生物的发展有相对较少的研究。然而,如前所述,很好地确定地理和种族差异导致婴儿肠道微氯定殖的模式的差异[28- - - - - -31]。因此,印度婴儿和西方婴儿的肠道菌群会有所不同。Albert等人对印度婴儿的肠道菌群进行了最早的研究之一。在他们的研究中,他们发现南印度1-20个月婴儿的正常粪便菌群主要是厌氧的,其中双歧杆菌是最丰富的微生物。需氧菌群主要包括肠细菌和肠球菌[59]。Balamurugan等人最近的一项研究也获得了类似的结果,其中肠杆菌(E.杆菌)及双歧杆菌(双歧杆菌longum亚种Infantiis.)被发现是印度南部一家三级护理医院一组足月新生儿的主要粪便细菌[60]。在印度南部进行的另一项研究中,双歧杆菌被发现是2-3岁儿童粪便群的突出成员,乳杆菌嗜酸乳杆菌也被检测到。然而,这两种细菌在这个年龄之后数量都减少了[61]。所有这些研究的样本量都很小,婴儿人数不超过30人。Kabeerdoss等人进行了一项样本量更大的研究,对南印度一家医院的83名足月出生婴儿从出生到6个月的随访。结果与上述研究结果基本一致,在生命的前2天,肠道细菌以肠杆菌和乳酸菌为主,而双歧杆菌和葡萄球菌在第4天开始增加。的Bacteroides-Pvototella.组是成人肠道菌群的主要组成部分,出生后相对较少,但在6个月左右增加。肠球菌在这些婴儿中较少[62]。
在印度马哈拉施特拉邦进行的一项研究中,Pandey等人发现,足月、产道出生、母乳喂养的婴儿出生后第7天的粪便菌群主要是由不动杆菌Sp .(占粪便菌群的44%),其次是双歧杆菌sp。和葡萄球菌sp。[63]。在第7天第7天的这种丰富的双歧杆菌符合西婴儿对先前研究的观察[55]。而剖宫产婴儿的粪便菌群则以citrobactersp。,大肠杆菌,Clostridium艰难岩。有趣的是,这些婴儿中缺乏双歧杆菌,尽管它们也是专门的母乳喂养[63]。Dinh等人。从3个月至2年的南印度贫民窟社区中的出生队列中随之而来的持续发育不良和正常的儿童(控制),并比较了其肠道微生物群。他们发现整体队列中最丰富的植物是迫切(38.6%)和植物体外(25.89%),其次是肌动菌(17.5%),菌兵(13.8%)和疣状病症(2.6%)[64]。这种殖民模式与之前在美国对婴儿进行的研究中观察到的情况相似[22,65]和意大利[66,其中变形菌门和厚壁菌门是肠道菌群的优势门。对照组儿童的益生菌菌群也明显增加双歧杆菌longum和乳酸菌粘膜这与它们的健康益处是一致的。
Chandel等人。分析了印度奥迪沙医院的剖宫产分析了剖宫产段的全幼儿婴儿的肠道微群。在第一天7天,迫切(28%;肠球菌、梭状芽孢杆菌、葡萄球菌)和植物聚糖(64%;大肠杆菌、志贺氏杆菌)为优势门。然而,到第60天,变形菌门(Proteobacteria)的比例显著下降至13%,厚壁菌门(Firmicutes)占49%;链球菌)、拟杆菌门(36%)和放线菌门(36%)双歧杆菌)在丰度中增加了[67]。本研究60天的定菌模式与Palmer等在美国的研究中观察到的变形菌门(46%)比例较高,而厚壁菌门(32%)和拟杆菌门(20%)比例较低[65]。
上述大多数研究都是在印度南部进行的。因此,分析北印度婴儿的肠道菌群也很重要。Attri等人分析了喜马偕尔邦索兰和西姆拉的产道出生、纯母乳喂养的足月婴儿的肠道菌群。在生命的第一和第二个月,来自厚壁菌门和变形菌门的兼性厌氧菌占主导地位,而在第三和第四个月,来自拟杆菌门和放线菌门的专性厌氧菌有所增加[68]。这种继承模式类似于Chandel等人的先前研究中观察到的模式。涉及奥西沙的婴儿[67],表明印度不同地区的婴儿的肠道微生物可能不会那么不同。在通过Attri等人的研究,梭状芽胞杆菌保持整个前4个月的生活为主(有20-30%的相对丰度)。的双歧杆菌物种的发现包括双歧杆菌adolentureis,b . bifidum,b . longum,B.伪龙,B. Breve.[68].在另一项研究中,同一组的成员分析了乳酸产生的细菌和双歧杆菌的建立和多样性,这些乳酸的乳酸细菌和双歧杆菌在前4个月的同一个地理区域的母乳喂养的婴儿中的全术,专门的婴儿。他们发现,在乳酸产生的细菌中,属的物种肠球菌,链球菌,乳酸杆菌,而在双歧杆菌中,B. Breve.是主要的物种。乳酸产生细菌和双歧杆菌的多样性随着4个月的时间而增加[69]。在印度新德里一家主要医院进行的一项研究中,对29名4周左右足月婴儿的粪便菌群进行分析,发现存在严格需氧、兼性厌氧和厌氧细菌。主要的好氧生物是单体sp。(3.4%);兼性厌氧菌包括肺炎克雷伯菌(41.3%),大肠杆菌(24.1%),普罗透斯sp。(10.3%),肠球菌都有效(34.4%)和葡萄球菌表皮(6.8%);厌氧菌群以双歧杆菌sp(13.4%)和Clostridium Bifermentans.(3.4%) (70]。
综上所述,上述对西方婴儿和印度婴儿的研究结果表明,婴儿时期肠道菌群定植的总体模式大致相似,两个群体都有大量共同的属。然而,在检测到的特定物种、它们的相对比例和殖民化的确切顺序方面存在差异。这里讨论的印度研究的主要结果已在表中总结2.
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3.结论
肠道微生物的有益效果已知很长一段时间,因为婴儿肠道微生物群不同的事实是与成年人不同的事实。肠道不仅有助于营养代谢,而且在为致病微生物提供免疫力方面发挥着至关重要的作用。因此,健康的肠道微生物对婴儿的健康至关重要。在本综述中,我们分析了西婴幼儿婴儿肠道微生物的开发和特征的可用文献,并对印度婴儿提供了有限的数据进行了比较分析。从我们的分析中,似乎来自两个人群的婴儿的肠道微量群体比预期更相似。核化的临时序列保持不变,具有静电和伴随着殖民肠道的致殖民,并铺平了以后的主要厌氧微生物的生长。两种种群之间几种细菌属常见。特别地,鉴于大多数益生菌制剂含有这两种细菌属,并且还配制了大多数益生菌制剂以及大多数益生菌的婴儿,特别是母乳喂养婴儿的婴儿的双歧杆菌和乳杆菌存在重要的临床意义。更多研究调查印度婴儿的肠道微生物的发展和组成,以及印度和西方婴儿的比较研究,得到进一步了解这个问题。
利益冲突
作者NA和NJ由Danone India雇用。LB没有申报的任何利益冲突。
致谢
这项工作得到了达能印度公司的支持。
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