妊娠期肠道菌群变化及益生菌干预研究进展

吕思婷 刘赫 潘礼龙 孙嘉， 吕祝武

1南京医科大学附属无锡人民医院产科（江苏无锡 214000）；2江南大学食品学院食品科学与技术国家重点实验室（江苏无锡 214000）；3江南大学无锡医学院（江苏无锡 214000）

妊娠期母体激素、免疫、代谢等发生变化，从妊娠早期至晚期，孕妇体重增加，血糖、瘦素、胰岛素、胆固醇等水平增高，并表现出更严重的胰岛素抵抗等［1］。上述生理变化可以看做人体自身对于孕期这一特殊状态的适应性重构［1-2］。人类肠道中优势菌群主要为以下六类：厚壁菌门（Firmicutes），拟杆菌门（Bacteroidetes），放线菌门（Actinobacteria），变形菌门（Proteobacteria），疣微菌门（Verrucomicrobia），梭杆菌门（Fusobacteria）［3］。肠道菌群可产生各种营养物质，包括短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA）、维生素B和维生素K等，参与机体代谢、能量平衡以及免疫调节。孙嘉等［4］研究发现，胰岛β细胞分泌抗菌肽（cathelicidin related antimicrobial peptide，CRAMP）受肠道产SCFA细菌的调控，揭示肠道菌群改变可以直接影响胰腺免疫环境及自身免疫性糖尿病的发展。既往研究也显示肠道菌群失调在肥胖、代谢综合征、糖尿病、炎症性肠病以及肿瘤的发生发展中存在一定的作用［5-7］。LE等［8］研究发现，肠道菌群丰度低的个体具有一系列代谢相关特征，如较为显著的全身性肥胖、胰岛素抵抗、血脂异常及炎症表型等，表明肠道菌群对宿主代谢状态发挥重要的调节作用，同时这些类似于妊娠期血糖、血脂、炎症状态的改变也提示妊娠期代谢变化和肠道菌群之间存在某种程度的相互作用。

1 妊娠期肠道菌群与机体代谢指标

1.1 妊娠期肠道菌群与脂代谢指标多项研究发现孕妇体内脂代谢与肠道菌群存在相关关系。正常体重状态下，孕妇肠道总菌群数增加，其血清胆固醇水平升高；体重增长正常的孕妇肠道总菌及葡萄球菌丰度与血清胆固醇水平呈正相关，拟杆菌门丰度与高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）呈正相关；体重增长过度孕妇双歧杆菌丰度与HDL水平呈正相关［9］，放线菌门红蝽杆菌科柯林斯氏（Collinsella）菌与甘油三酯（triglyceride，TG）、极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）水平呈正相关，与HDL呈负相关［10］；孕早期超重孕妇肠道中，毛螺旋菌属细菌丰度与血液中VLDL颗粒直径呈负相关，Blautia菌属与LDL、HDL、VLDL颗粒直径具有显著相关性［11］。揭示了妊娠期某些肠道菌群丰度的升高（或降低）可加重妊娠期高血脂症，同时孕妇体重变化也是肠道菌群改变的重要影响因素。

1.2 妊娠期肠道菌群与糖代谢指标GOMEZ等［10］发现血清胰岛素和胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessmentinsulin resistance，HOMA-IR）水平升高，肠道菌群中放线菌门相对丰度呈上升趋势，与无壁菌门（tenericutes）丰度呈负相关，进一步研究表明放线菌门红蝽杆菌科柯林斯氏菌与血清胰岛素、C-肽水平以及HOMA-IR均呈正相关。此外，血清胰岛素和C-肽水平还与瘤胃球菌丰度呈正相关，而空腹肠促胰素（gastric inhibitory polypeptide，GIP）浓度与瘤胃球菌呈负相关，与毛螺旋菌科粪球菌属呈正相关，两菌同属厚壁菌门［10］。因此肠道菌群对妊娠期的高血糖水平、胰岛素抵抗甚至妊娠期糖尿病的发生发展均存在影响。

2 正常妊娠状态肠道菌群的变化

妊娠期代谢机能发生变化，肠道菌群的构成和丰度也随之改变。GOHIR等［12］发现正常饮食条件下，C57BL/6小鼠孕期某些优势菌丰度显著增高，拟杆菌门相对丰度在整个孕期高于未孕鼠，双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）丰度在孕早期达顶峰，后逐渐下降至丰度与未孕鼠相似，艾克曼菌（Akkermansia）孕早期较为丰富，孕中晚期丰度下降。KOREN等研究表明女性妊娠早期肠道菌群的组成与未孕女性相似，孕晚期个体间肠道菌群的差异增大，但从孕早期至孕晚期，变形菌门和放线菌门组成总体上升，细菌丰度下降，Faecalibacterium菌属在孕晚期的丰度显著低于孕早期，而作为产丁酸盐的细菌，其对于炎症反应具有重要的抑制作用。将孕晚期和孕早期肠道菌群分别移植入无菌小鼠肠道后发现，移植孕晚期肠道菌群的小鼠血清干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）以及肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）等促炎因子水平上升，其脂肪累积、血清胰岛素及血糖水平较对照组显著升高［1］，孕晚期肠道菌群可诱导小鼠能量摄入增多，发生胰岛素抵抗和低水平炎症反应，此类变化在代谢综合征以及妊娠状态下同样存在。

然而，有研究表明妊娠期肠道菌群的构成保持相对稳定。国外研究发现，孕早期和晚期肠道菌群构成未改变，结果出现差异可能由于研究对象之间存在菌群差异性［13］。JOST等［14］研究表明孕晚期至产后，厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门和变形杆菌门的丰富度均无显著变化，但该研究样本数量偏少，不足以支持此结论。DIGIULIO等［15］对于妊娠期人类菌群时间和空间变化进行研究后发现，孕早期至孕晚期人体四个部位（阴道、末端直肠、唾液、口腔）菌群的种类组成方面均保持稳定。

基于目前研究结果尚无法定论妊娠期肠道菌群的具体变化。研究结果可能受样本的数量、样本采集时间及方式、实验方法和数据处理等影响。因此仍需要未来基于大样本、全方位的研究进一步阐明妊娠期肠道菌群的变化，并以此揭示肠道菌群在不良妊娠状态发生发展中的作用。

3 异常妊娠状态肠道菌群的变化

3.1 妊娠合并超重或肥胖孕妇肠道菌群的变化COLLADO等［16-17］发现孕前母体体重和身体质量指数（BMI）与拟杆菌属、葡萄球菌属、梭菌属丰度呈正相关，与双歧杆菌丰度呈负相关。孕期体重过度增加者（孕期增重11.5～16.0 kg）拟杆菌属丰度上升，而低体重增加者双歧杆菌丰度显著升高。而后有研究表明超重孕妇（BMI＞25 kg/m2）葡萄球菌属、肠杆菌科、大肠杆菌丰度升高，双歧杆菌属、拟杆菌属、艾克曼菌菌丰度降低。孕期体重正常增加者双歧杆菌和艾克曼菌丰度明显升高，体重过度增加者大肠杆菌丰度显著升高［9］。GOMEZ等［10］进一步研究超重（BMI：25 ～ 30 kg/m2）孕妇与肥胖（BMI＞30 kg/m2）孕妇之间肠道菌群的差异性发现，超重孕妇较肥胖孕妇的肠道菌群具有更高的丰富度和均匀度，但两者菌群门类构成并无显著差异，厚壁菌门/拟杆菌门丰度比约为3∶1，肥胖者厚壁菌门、放线菌门丰度较超重者升高，而超重者无壁菌门相对丰度升高。王颖楠等［18］同样发现肥胖孕妇肠道菌群中厚壁菌门比例上升，拟杆菌门比例下降，这与GOMEZ的结论一致。

肠道菌群与肥胖的关系可能与以下3个机制相关：（1）肠道菌群可将肠道中难以消化的多糖水解为易吸收的单糖，同时激活脂蛋白脂肪酶，使得葡萄糖快速吸收，脂肪酸以甘油三酯的形式过度贮存，从而促进体重增加；（2）特殊的肠道细菌可调节空腹诱导的脂肪细胞因子；（3）一磷酸腺苷（AMP）介导的蛋白激酶活化，抑制合成代谢并激活分解代谢［16］。肠道菌群通过多种途径参与糖脂代谢，介导能量贮存，导致孕妇体重增加，因此维持肠道菌群稳态，可能更加有益于妊娠期正常体重的控制。

3.2 妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）孕妇肠道菌群及生化指标的变化国内研究者已对GDM孕妇肠道菌群的变化进行较多探索。陈颖等［19］对50例GDM孕妇病例对照研究发现，GDM组空腹血清葡萄糖（fasting blood glucose，FBG）、TG、总胆固醇（total cholesterol，TC）、HDL、低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）等生化指标和C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、TNF-α、IL-6等炎症因子水平均高于对照组，其肠道菌群中双歧杆菌和乳酸杆菌丰度较对照组有所下降。Spearman相关分析发现双歧杆菌和乳酸杆菌总菌拷贝数的对数值与FBG、TNF-α、IL-6存在负相关。陈清华等［20］的研究结果具有一致性，他们发现GDM孕妇血清IL-6较对照组升高，IL-2降低，同时粪便中双歧杆菌、乳酸杆菌及拟杆菌的丰度下降，而球菌丰度上升。

张崇媛等［21］对116例妊娠期糖尿病女性（GDM组）及101例妊娠期糖耐量正常女性（GNGT组）的对照研究表明，与 GNGT组相比，GDM组血清FPG、糖化血红蛋白（HbA1c）、TC、TG及HDL-C，高敏C反应蛋白（high-sensitivity C-reactive protein，s-CRP）、TNF-α和IL-6水平均升高，肠道菌群中肠杆菌、拟杆菌、肠球菌丰度较GNGT组上升，双歧杆菌和乳杆菌丰度降低。Spearman相关分析显示肠杆菌丰度与TNF-α、IL-6及hs-CRP呈正相关；肠球菌与TNF-α和IL-6呈正相关；双歧杆菌、乳杆菌及拟杆菌与TNF-α和IL-6呈负相关。进一步验证此前研究结论的可信性。CRUSELL等［22］的最新研究发现孕晚期妊娠期糖尿病孕妇放线菌门、柯林斯菌属、罗斯氏菌属等菌群丰度升高，艾克曼菌与胰岛素敏感性的降低相关，而Christensenella菌可导致空腹血糖升高。

然而，国外一项对妊娠期糖尿病孕妇产后5年母子肠道菌群的横断面研究表示，GDM组和对照组母亲肠道菌群并无差异，而GDM组子代的厌氧棍状菌属（Anaerotruncus）细菌丰度增加，作者认为高危妇女并无可辨别的GDM易感微生物基础，而相应子代的微生物差异可能有更高的生物学价值［23］。

综合以上研究结论可以得出，妊娠期糖尿病患者肠道菌群的异常：益生菌如双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌丰度的下降，致病菌如放线菌、肠杆菌、肠球菌的增多，可导致宿主细胞炎症因子表达紊乱，血糖、血脂代谢异常，进而加重妊娠期宿主已存在的生理性胰岛素抵抗、高血脂等状态，从而导致不良妊娠结局的发生和发展。此外，妊娠期糖尿病患者肠道菌群变化可能对子代肠道菌群组成具有一定的影响。而调控妊娠期宿主益生菌及致病菌的丰度可能成为妊娠期糖尿病的治疗新思路。

3.3 其他不良妊娠状态与肠道菌群变化

3.3.1 肠道菌群与胎儿先天性心脏病对17例怀有先天性心脏病胎儿的孕妇肠道菌群进行高通量测序分析发现，怀有先心胎儿的孕妇肠道菌群构成与对照组孕妇并无差别，主要由厚壁菌门、变形菌门、放线菌门组成，但整体菌群丰度有所下降，双歧杆菌科、红蝽杆菌科丰度显著降低［24］，提示先天性心脏病胎儿的发生可能与孕妇恶劣的肠道微环境有关，但此研究样本量较小，结论的准确性需要更多研究加以支持。

3.3.2 肠道菌群与妊娠期高血压GOMEZ等［25］研究表明，肥胖或超重孕妇肠道菌群中产丁酸盐细菌Odoribactereae菌和梭菌科（Clostridiaceae）丰度、丁酸盐的产量，与孕妇血压以及血液中炎性标志物——纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1）水平呈显著负相关。而肥胖孕妇血液中丁酸盐含量下降、PAI-1浓度上升与血压升高具有显著相关性。此结果提示肥胖孕妇患妊娠期高血压和子痫前期风险更高，增加肥胖孕妇肠道中产丁酸菌群和丁酸盐的含量可能有利于正常血压的维持。同时此研究表明妊娠期肠道菌群及其代谢产物参与构成妊娠期低水平炎症状态，间接影响孕妇血压的变化。

3.3.3 肠道菌群与早产SHIOZAKI等［26］使用限制性片段长度多态性方法分析10例早产结局孕妇妊娠期的粪便标本后发现，早产孕妇肠道菌群中梭菌属和拟杆菌属的丰度较足月产孕妇降低，乳酸杆菌丰度较足月产孕妇升高。DAHL等［27］使用新一代测序技术，对121例经阴道分娩的自发性早产孕妇产后4 d粪便进行分析，结果显示早产孕妇肠道菌群中双歧杆菌属、链球菌属及梭菌目相对丰度较足月产孕妇降低，但拟杆菌属的丰度无差异性。两方的研究结果存在差异可能与所采用的实验方法及样本数目有关，但对深入研究自发性早产与妊娠期肠道菌群的关系有所启示。

4 妊娠期肠道菌群变化的影响因素

人类肠道菌群的组成和菌落丰度受多种因素影响：年龄、种族、抗生素、基因、饮食、肠道部位及体质指数等［28］。妊娠期肠道菌群组成多样性的改变与母体健康状况（孕前高BMI，GDM）无关［1］。回顾性研究发现，不论孕妇28孕周是否诊断为GDM，其16孕周时肠道菌群的组成无显著差异［10］。

4.1 抗生素对妊娠期肠道菌群的影响对怀孕小鼠孕期喂食B类抗生素诱导肠道菌群变化的宏基因组分析显示，抗生素使用可降低菌群多样性，头孢克洛组小鼠肠道菌群操作分类单元（operational taxonomic units，OTUs）数量最低；同时菌群的丰度有所改变，使用抗生素后，小鼠肠道变形菌门丰度升高，厚壁菌门丰度下降，促进孕期体重增加［3］，此变化对正常妊娠状态的维持可能产生不利影响。

4.2 饮食对妊娠期肠道菌群的影响肠道是人类消化吸收食物的器官，饮食对肠道菌群的影响是研究的热点。研究发现孕妇肠道菌群多样性及丰富度与纤维素的摄入呈正相关，与总脂肪及饱和脂肪酸摄入呈负相关［11］，单不饱和脂肪及胆固醇摄入与变形菌门相对丰度呈正相关［29］，纤维素摄入与柯林斯氏菌呈负相关，低纤维素摄入与某种乳酸发酵菌存在相关性，而高纤维摄入提高产短链脂肪酸细菌的相对丰度［30］。此外，维生素的摄入对妊娠期肠道菌群也存在影响，脂溶性维生素尤其是维生素D的大量摄入与个体菌群多样性（α多样性）减少相关，变形杆菌丰度与维生素D及维生素A摄入呈正相关，与维生素E呈负相关［29］。

小鼠模型实验显示，高脂饮食造成小鼠孕期厚壁菌门与拟杆菌门比值升高，但孕鼠个体间肠道菌群组成差异（β多样性）并未升高［31］。GOHIR等对C57BL/6小鼠孕前饮食干预后发现，高脂饮食可改变小鼠肠道中调节代谢通路相关基因的菌群丰度。与对照组相比，高脂饮食组小鼠（以下简称HF鼠）肠道菌群富含参与脂肪酸和含硫氨基酸代谢、糖酵解、糖异生等相关基因，且此变化在孕期得以保持；参与不饱和脂肪酸合成的基因丰度在HF鼠孕早期是非孕期的两倍，但孕中期有所下降。此外，HF鼠参与半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、酮体合成与分解的基因序列含量增多，并随着孕期的进展维持其上升趋势。在维生素和胆汁代谢方面，两组小鼠妊娠期肠道菌群的相关基因有所区别，对照组小鼠维生素B6相关基因丰富，HF鼠富含辅因子和维生素A代谢的相关基因，初级和次级胆汁酸合成基因丰度则显著下降［12］。

以上研究结果表明孕期饮食可改变孕期多种代谢通路相关的肠道菌群丰度，影响母体能量代谢和脂肪酸、酮体、维生素、胆汁酸等物质合成，加重妊娠期高脂血症、妊娠期肝内胆汁淤积等不良妊娠状态的发展。

5 益生菌干预对妊娠的影响

我们研究发现产丁酸盐益生菌可抑制高脂饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗等［32］。使用丁酸梭菌（Clostridium butyricum）饲喂高脂饮食致糖尿病小鼠后发现，丁酸梭菌可降低血脂和炎症指标并对小鼠高血糖状态起到改善作用［33］。提示益生菌干预对改善非妊娠状态的糖、脂代谢紊乱及炎症反应均存在正面作用，而研究者们对妊娠状态下益生菌干预的影响也进行了相关探索。

5.1 益生菌干预对妊娠期糖代谢的影响LAITINEN等［34-35］对256例健康孕早期女性随机双盲对照研究发现，饮食指导同时服用益生菌（含鼠李乳酸菌GG和乳酸双歧杆菌Bb12）组孕妇患GDM风险下降，孕期和产后12个月血糖浓度最低，且孕晚期具有较好的葡萄糖耐受性；该研究过程中无不良母婴事件的发生，且孕期持续时间正常，可证实妊娠期益生菌干预的安全性。WICKENS等［36］发现妊娠早期摄入益生菌（鼠李糖杆菌HN001）可降低孕妇特别是高龄（≥35岁）或者曾患GDM孕妇发生GDM的风险。此外，BADEHNOOSH等［37］发现GDM孕妇摄入益生菌，可降低其空腹血糖、血清hs-CRP、血浆丙二醛浓度，提高抗氧化应激水平，但对妊娠结局无显著影响。然而，LINDSAY等［38］发现益生菌饮食对肥胖孕妇的空腹血糖、代谢水平和妊娠结局均无影响。TAYLOR等［39］对益生菌影响GDM孕妇代谢的研究进行系统回顾和荟萃分析显示，益生菌对GDM孕妇空腹血糖的下降并无影响，但可减轻其胰岛素抵抗。益生菌对妊娠期糖代谢的作用尚未达成统一结论，仍需进一步研究，为益生菌的广泛应用提供更多理论依据。

5.2 益生菌干预对妊娠期其他方面的影响孕晚期摄入益生菌酸奶可提高孕妇红细胞谷胱甘肽还原酶水平，减轻孕晚期的氧化应激，但对其他氧化应激指标如血清谷胱甘肽、红细胞谷胱甘肽过氧化酶等并无明显意义［40］。妊娠期大量摄入含益生菌食物可显著降低严重先兆子痫的风险，但对于严重先兆子痫引起的早产并无保护作用［41］。同时，大量酸奶摄入可降低非超重孕妇的早产风险，但对于超重和肥胖孕妇的早产结局并无影响［42］。

益生菌干预可影响孕妇妊娠期糖代谢、氧化应激及血压等，尽管目前的研究结论仍存在限制性和差异性，但未来更全面、深入的研究将为妊娠合并并发症的治疗开辟一条新道路。

6 小结

妊娠期肠道菌群变化与妊娠期病理生理状态具有相互作用。目前的研究表明，妊娠期肠道菌群改变可影响机体各类物质合成与代谢，改变孕妇体重、血压、血糖、血脂等生理指标，进而导致某些妊娠并发症的发生。因此，对妊娠女性肠道菌群进行针对性干预（例如提高肠道益生菌的丰度）可能有利于改善不良妊娠结局，但仍缺乏大样本的理论研究及有效的临床实践。此外，妊娠期肠道菌群的变化是一个复杂的多因多果现象，研究妊娠期肠道菌群的变化需要考虑饮食环境、时间、研究对象的生理状态、样本数量、样本的处理等方面，平衡各方差异性，去除混杂干扰因素，以期获得理想的研究结论。