母乳对婴儿肠道菌群建立和远期生存质量的影响

2024-12-31 00:00:00刘学琴窦凌松柳林红薛晓飞张晓妹杜振兰
现代医学与健康研究电子杂志 2024年21期
关键词:肠道菌群母乳婴儿

【摘要】母乳是母体为婴儿提供的最天然的营养物质,包含人乳寡糖、丁酸盐、双糖、乳脂球膜、游离苏氨酸等成分,尤其是母中的微生物成分,可影响婴儿肠道菌群的建立。从近期来看,母乳中的微生物可直接促进婴儿肠道菌群建立和肠道益生菌群的长期定植,促进肠道屏障的成熟和完整,并通过调节肠道菌群的组成诱导婴儿机体免疫成熟和免疫耐受;从远期看,母乳中的微生物不仅起到减少胃肠道疾病、食物过敏情况发生,降低新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)和婴儿腹泻的发生率,提高极低出生体质量儿(ELBW)的存活率,还会对婴儿的非肠道疾病产生重要影响,诱导免疫成熟、提高远期认知能力。现就母乳中影响婴儿肠道菌群的成分及其对婴儿肠道菌群建立和肠道功能、婴儿肠道疾病和非肠道疾病的影响进行综述,阐释其对婴儿早期成长的重要性。

【关键词】母乳 ; 婴儿 ; 肠道菌群 ; 肠道微生物

【中图分类号】R725.7 【文献标识码】A 【文章编号】2096-3718.2024.21.0132.05

DOI:10.3969/j.issn.2096-3718.2024.21.041

母乳是婴儿生长发育的基石,可为婴儿提供重要的营养和生物活性化合物,母乳喂养对婴儿的营养、生理、发育等方面的积极影响已得到证实。世界卫生组织(WHO)和联合国儿童基金会(UNICEF)建议在婴儿出生后1 h内开始母乳喂养,并建议在生后6个月内进行纯母乳喂养,不再摄入任何其他食物或液体,包括水[1]。母乳富含营养物质(宏观营养和微观营养),包括大量的蛋白质、乳糖、脂肪,还有铁、锌、钙等微量元素,以及其他微量但有重要生理功能的成分。一些研究提出了“泌乳途径”,即母体肠道中的微生物可能通过内源性途径迁移到母乳中,这些细菌进一步迁移到新生儿的口腔和肠道,这些微生物不仅是婴儿肠道中的首批定植菌,而且可以在婴儿胃肠道中与其他营养基质结合,产生各种高活性代谢物,如微生物与某些碳水化合物的相互作用会产生短链脂肪酸,如醋酸盐、丙酸盐及丁酸盐。母乳丰富的成分和多重作用使母乳在婴儿生长、发育过程中起到重要作用。现就母乳中的微生物对婴儿近期与远期生长发育的影响作一综述。

1 母乳中可影响肠道菌群的成分

母乳中含有多种可影响婴儿肠道菌群的成分,主要包括细菌成分、生物活性成分人乳寡糖(HMO)、丁酸盐、双糖、乳脂球膜(MFGM)及游离苏氨酸(FAA)等,这些成分共同作用,促进了婴儿肠道菌群的健康发展,现详细综述如下。

1.1 细菌成分 虽然最初观点认为母乳是无菌的,但现在研究认为,母乳中含有丰富的微生物群,其是有益微生物的主要来源,是婴儿胃肠道微生物组的主要驱动力[2]。母乳中含有一个动态、复杂的微生物群结构,其不是通过随机的方式组合而成,而是由数百到数千种不同的生物活性成分组成的复杂生物流体。目前已发现母乳中约有200种菌种,包括一些之前未发现的菌属,有葡萄球菌、链球菌、乳酸菌及双歧杆菌等多样化的细菌种类。一项研究发现,南非人群的母乳菌群中最丰富的属分别为链球菌、葡萄球菌、罗氏菌属及棒状杆菌,平均相对丰度为48.6%、17.8%、5.8%及4.3% [3]。初乳和母乳中的微生物会传播给婴儿,因此其是人类肠道的首批定植菌。母乳中细菌的起源有很多争议,但肠道 - 乳腺通路将微生物从母体肠道转移到乳腺这一潜在的途径已被分析和阐明。据报道,母乳喂养的婴儿肠道微生物组成是动态变化的,可降低某些疾病的发生率,母乳微生物群的改变可能对婴儿肠道菌群定植、代谢、免疫和神经内分泌、发育,以及母体的乳腺健康产生生物学后果[4]。除了初乳和乳汁,哺乳期和非哺乳期妇女的乳腺组织也可能含有微生物群,这与乳腺癌的发病机制和一些与乳房植入相关的不良后果有关。

1.2 HMO HMO是母乳的生物活性成分中尤为重要的一种,其是母乳中第3大固体成分,占母乳干物质的10%,按质量计算是第3大非水成分(仅次于乳糖和脂类) [5]。初乳是所有新生哺乳动物的第一种食物,其在妊娠期间开始在乳腺中形成,由乳腺分泌的一种黏稠的黄色液体。初乳中HMO浓度最高,达20~23 g/L,成熟乳中其浓度下降至12~14 g/L,因此,早产儿母体的母乳比足月儿母体的母乳含有更高的HMO浓度[6]。HMO能促进双歧杆菌的生长,抑制潜在的致病微生物生长。母乳中的活性成分HMO是由FUT2基因编码的α-1, 2-HMOs(称为分泌子),可促进婴儿肠道内双歧杆菌的生长,并可调节剖宫产婴儿的肠道微生物群[7-8]。

1.3 丁酸盐 丁酸盐是一种肠道微生物代谢产物,具有多种免疫调节功能。一项研究109名健康女性母乳中丁酸盐浓度的报道显示,成熟母乳中丁酸盐浓度的中位值为0.75 mM;并在体内和体外模型中评估了母乳中丁酸盐对食物耐受机制的影响,在3种食物过敏动物模型中,经丁酸盐干预后可显著降低过敏反应,刺激耐受性细胞因子的产生,抑制T辅助细胞2型(Th2)细胞因子活性,调节氧化应激反应[9]。人体细胞模型显示,丁酸盐刺激食物过敏患儿肠上皮细胞的β-防御素-3、黏膜成分、紧密连接成分的表达,并可刺激食物过敏患儿外周血单核细胞表达白细胞介素-10(IL-10)、干扰素-γ(IFN-γ)及叉头蛋白-3(FoxP3),进而促进M2前体巨噬细胞、树突状细胞(DC)及调节性T淋巴细胞的成熟。因此,母乳中的丁酸盐有益于增强婴儿食物耐受,起到预防食物过敏的作用。

1.4 双糖 母乳中的双糖可调节双歧杆菌和乳酸菌种类。乳糖-n-生物糖(LNB),半乳糖-n-生物糖(GNB),聚酰基-α-1, 3-glcnac(3FN)及聚酰基-α-1, 6-glcnac(6FN)均属于双糖,其组成了HMOs和母乳糖蛋白结构的一部分。双糖可对肠道菌群进行总调节和特定调节,其中LNB显著提高了双歧杆菌和乳酸菌的种类;3FN发酵可提高乳杆菌属水平,GNB和3FN发酵可提高短乳杆菌属水平,LNB和3FN可抑制球锈菌的生长;6FN则显著降低了肠杆菌家族的水平。乳酸、甲酸的产量随母乳中双糖的变化而变化。与对照培养相比,在含有LNB或GNB的培养中产生的乳酸、甲酸及乙酸浓度明显更高[10]。因此,LNB、GNB及3FN双糖可能对婴儿肠道菌群有特定的有益作用,是婴幼儿食品中潜在的益生元。

1.5 MFGM 最近人们开始关注母乳中的MFGM,其是蛋白质(其中许多是糖基化的)、磷脂、鞘脂、神经节苷脂、胆碱、唾液酸及胆固醇的异质混合物,这一物质在婴儿配方奶粉中是缺乏的。这些成分中有许多已被证明具有生物学效应,临床前研究和临床试验表明,MFGM可对大脑发育产生影响,MFGM中的磷脂、胆碱、神经节苷脂、唾液酸、复合乳脂质等可促进大脑认识发育,还对免疫和肠道发育产生影响[11];体外研究检验了MFGM蛋白抑制感染的能力,提出了两种可能的机制,即降低病原体黏附肠道上皮的能力,或者直接杀菌活性[12]。

1.6 FAA FAA中的苏氨酸可能是一种具有潜在免疫调节作用的生物活性化合物。一项包括41名健康母体及其足月分娩、出生体质量正常的健康婴儿的研究中,在婴儿出生后2个月检测母体血清和母乳中FAA浓度,通过相关分析确定母体血清与乳汁FAA之间的关系发现,并检测婴儿肠道微生物区系(16S rRNA),结果显示,母乳FAA与婴儿哺乳早期肠道微生物区系组成之间存在潜在的相互作用,这表明在母乳喂养的婴儿中,乳汁中的FAA成分可为某一特定细菌群落提供营养,因而,这些微生物的生长发育反过来又可为婴儿肠道菌群结构提供保护[13]。由此可见,母乳中FAA具有促进早期肠道微生物作用而起到免疫调节功能。

2 母乳中的微生物对婴儿肠道菌群建立和肠道功能的影响

2.1 建立肠道菌群 婴儿早期肠道微生物定植和微生物群的建立、发展是一个动态的过程,其受母乳、配方食品及固体食物的影响。完全母乳喂养与配方奶喂养的同龄婴儿肠道微生物群明显不同,母乳中富含HMO,婴儿不能消化HMO,但其可引导肠道微生物群落的形成,并能够选择性地促进双歧杆菌增殖,双歧杆菌是母乳喂养婴儿的肠道微生物群中最主要的HMO依赖菌种。健康足月新生儿最初的肠道微生物群以大肠杆菌、肠球菌、链球菌及梭菌为特征,随后是厌氧菌,特别是双歧杆菌和拟杆菌属成员。有研究表明,双歧杆菌在母乳喂养的婴儿肠道微生物群中占主导地位,而配方奶喂养的婴儿则表现出明显多样性[14]。一项研究对比了母乳喂养、牛奶配方奶(MF)及大豆配方奶(SF)婴儿不同年龄段的粪便微生物群和代谢产物发现,在3、6、9个月时母乳喂养婴儿在α-多样性的得分最低,SF婴儿最高,MF为中等;在婴儿1岁内母乳喂养组双歧杆菌的值比SF组高2.6~5倍,可见母乳喂养提供了更多肠道益生菌[15]。以上结果可知,母乳通过HMO促进双歧杆菌生长,而双歧杆菌为婴儿肠道的主要益生菌群体,从而促进婴儿肠道正常菌群生长。

2.2 促进肠道屏障成熟和完整,预防感染 母乳促进了人类肠道细胞的生长和增殖,肠道屏障的完整性是由肠道上皮细胞之间的紧密连接维持的。在隐窝 - 绒毛轴的体外上皮细胞模型中,HMO3’唾液酰乳糖(3’ SL)和6’唾液酰乳糖(6’ SL)联合培养导致肠上皮细胞增殖减少和分化增加,这些因素有助于肠道屏障的成熟和完整。证据表明,HMO有抗粘作用,许多病毒或细菌必须附着在上皮细胞表面才能增殖并引发疾病,HMOs类似于某些聚糖结构,充当可溶性引诱受体,阻断病原体与上皮细胞的结合,达到预防感染、保护肠道上皮细胞的作用[16]。

2.3 诱导肠道功能成熟和免疫耐受 母乳中含有大量的免疫活性分子,如激素、生长因子、细胞因子、趋化因子,以及母体淋巴细胞等,其在一定程度上可以调节婴儿的黏膜和全身免疫反应,诱导免疫成熟。母乳对婴儿免疫系统的影响可以直接通过母乳中所含的免疫调节因子和细胞,也可能是间接影响共生菌群的组成和功能实现。初乳和牛奶是免疫调节成分的重要来源,如细胞因子、趋化因子及生长因子,这些因子是重要的免疫调节剂,通过调节婴儿免疫细胞的反应性和加速黏膜屏障的发育,帮助婴儿黏膜免疫系统建立适当的反应性[17]。如转化生长因子-β(TGF-β)是最早在母乳中发现的细胞因子,其可通过控制上皮细胞凋亡影响乳腺的开始哺乳和断奶时的状态[18]。另一方面,母乳促进肠道屏障关闭和抑制对无害抗原的免疫反应,从而使哺乳动物对口入的食物和微生物产生耐受[19]。另外,母乳还提供了大量的蛋白质、小分子MRA(microRNAs)及其他成分,与宿主肠道固有黏膜免疫系统相互作用,影响发育中的婴儿胃肠道屏障功能,为适应免疫的发展及与中枢神经系统的生长和通信提供信号。

3 对肠道相关疾病的影响

3.1 减少食物过敏 母乳中的益生菌群与代谢物可促进婴儿肠道发育,减少肠道疾病与食物过敏等反应。王晶等[20]研究中分析不同喂养方式的食物过敏婴幼儿肠道菌群的差异,结果显示,人工喂养和混合喂养的食物过敏婴幼儿粪便中平均临时操作分类单元(OTU)数量,较母乳喂养的食物过敏婴幼儿和健康婴幼儿明显升高,说明食物过敏可能与喂养方式所致的肠道微生态的改变有关,提示母乳中的菌群成分可影响婴儿肠道菌群的建立。

3.2 降低消化道疾病的发生率 母乳最重要的益处是降低坏死性小肠结肠炎(NEC)的发生风险,接受母乳喂养的婴儿,其NEC发病率可能较接受配方奶喂养的婴儿低6~10倍[21]。母乳降低NEC的潜在机制是母乳中的免疫成分的调节作用,以及免疫成分与肠道微生物群相互作用并向肠道微生物群传递信息[22]。在新生儿的随机对照试验和队列研究发现,补充益生菌可调控宿主微生物群,从而降低败血症或NEC等发病率;母乳中HMO、二烯丙基乳酸-n-四糖(DSLNT)浓度越高,婴儿患NEC的风险越低[23]。婴儿的肠上皮细胞分泌的色氨酸,经分解后为吲哚-3-乳酸,管腔蛋白降解导致色氨酸的释放,在肠道菌群的影响下,色氨酸分别通过5-羟色胺(5-HT)途径、吲哚/芳香烃受体(AHR)途径和犬尿氨酸途径转化为5-HT、吲哚-3-乳酸及喹啉酸。吲哚-3-乳酸作用于胎儿肠道上皮细胞中的芳香烃受体,从而以配体特异性的方式影响先天免疫反应,抑制炎症细胞因子,如白细胞介素-1β(IL-1β)的分泌,诱导白细胞介素-8(IL-8)的分泌。研究还发现,母乳中的复合碳水化合物与脆弱拟杆菌相互作用,可导致短链脂肪酸对新生儿肠道产生抗炎作用,这些母乳代谢物可以帮助预防NEC [24]。

3.3 降低婴儿腹泻的概率 在全世界范围内,婴儿感染性腹泻是发展中国家的一个主要卫生问题,因为发展中国家感染性腹泻的发病率和死亡率都非常高,占5岁以下儿童死亡人数的10.5% [25]。一项荟萃分析表明,纯母乳喂养,尤其是出生后2个月以上的母乳喂养婴幼儿,具有更稳定的肠道细菌类群组成,可减少腹泻发生[26]。因此母乳喂养有利于婴儿肠道菌群平衡,减少婴儿腹泻的发生。

3.4 提高低体质量新生儿的存活率 为极低出生体质量儿(ELBW)(≤1 500 g)提供母乳,可获得短期和长期的健康益处,母乳是ELBW的最佳营养来源[27]。一项研究将ELBW随机分为Ⅰ组和Ⅱ组,分别使用配方奶和母乳喂养,Ⅱ组婴儿每周平均增重为120.83 g,高于Ⅰ组的97.27 g,Ⅰ组与Ⅱ组的感染发生率分别为100%和66.6%,且Ⅰ组患儿中2例发生NEC,这提示早期母乳喂养有助于改善ELBW婴儿的体质量,母乳喂养可降低婴儿侵袭性感染和NEC的发病率[28]。

4 母乳中的微生物对婴儿非肠道疾病影响

4.1 预防呼吸道疾病和过敏 母乳可预防婴儿早期呼吸道感染和哮喘。一篇研究母乳对过敏性疾病相关性的meta分析中表示,母乳喂养对过敏性疾病有保护作用显而易见,尽管研究存在异质性,但有强有力的证据表明母乳喂养与降低哮喘风险有关[29]。这提示母乳喂养通常能够提供给婴儿天然的免疫保护,帮助减少呼吸道感染和过敏的发生。

4.2 预防肥胖和糖尿病 母乳喂养和降低日后肥胖风险之间的相关性已被广泛讨论,以防止婴儿时期的快速生长和减少脂肪组织的沉积。一项研究报告比较正常体质量和肥胖妇女的母乳代谢情况后发现,肥胖母亲的母乳中非葡萄糖单糖增加,可导致婴儿脂肪沉积增多,而体质量正常的母亲母乳有利于预防肥胖[30]。因此母乳代谢组学有助于预测婴儿肥胖和降低成年后的2型糖尿病发病率。

4.3 提高认知能力 一项研究报道了2009年出生的152名ELBW,其中纯母乳喂养59名,配方奶喂养55名,混合奶喂养38名。并对其中61名婴儿进行了更详细的随访发现,母乳喂养可缩短生后住院时间,且2岁和5岁时头围较其他组大,5岁时在整体和语言认知方面的得分更高[31]。这一研究显示,母乳可能对提高婴儿远期的认知能力有益。

5 小结与展望

母乳为婴儿在生命的最初6个月提供了最佳的营养。新生儿期的喂养方式影响其生命早期的营养支持,是构建其肠道菌群的关键因素。婴儿期是肠道菌群快速进化的关键阶段,肠道菌群不稳定,易受外界因素影响而发生生态失调。影响婴儿期肠道菌群建立的因素多种多样,包括分娩方式、喂养方式、营养状况等。但婴儿肠道菌群的来源目前仍不十分确定。由于在母乳中发现了严格的厌氧双歧杆菌,因此提出了“肠道 - 乳腺通路”理论。具体来说,来自母体肠道的活细菌通过肠道 - 乳腺途径通过内源性途径进入乳腺。这种转移涉及上皮细胞、免疫细胞及细菌之间复杂的相互作用,这些细菌进一步迁移到新生儿的口腔和肠道,可能有助于婴儿肠道微生物群的成熟。在生命早期,肠道微生物组成迅速变化,母乳的成分在母乳喂养期间会发生变化,以满足婴儿成长的需要,母乳中的微生物群是动态的,而对于以母乳为主要食物来源的婴儿来说,建立肠道微生物群也是一个动态的过程。由于最初的肠道定植菌与肠道免疫系统的发展相一致,这一关键时期如出现肠道微生物紊乱可能会在以后的生活中导致不良的健康结果。因此,母乳喂养对婴儿早期肠道菌群建立及远期生命状态有特殊的影响;而母乳在婴儿肠道菌群与免疫功能建立,以及其他的远期作用还有待继续研究。

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