非工业化环境下农村贫困对儿童早期肠道微生物组的影响新发现

为探究非工业化环境中儿童早期肠道微生物组发展及影响因素，伦敦圣乔治大学的研究人员开展相关研究，发现农村贫困因素促进儿童肠道微生物组稳定多样。该成果为理解肠道微生物与健康关系提供新思路，推荐科研人员阅读。

　　

伦敦圣乔治大学（Institute of Infection and Immunity, St George’s University of London）的研究人员 Victor Seco-Hidalgo 等人在《Scientific Reports》期刊上发表了题为 “Rurality and relative poverty drive acquisition of a stable and diverse gut microbiome in early childhood in a non-industrialized setting” 的论文。该研究对揭示非工业化环境中儿童早期肠道微生物组的发展规律及影响因素意义重大，有助于人们深入理解肠道微生物组与健康的关系，为预防和控制慢性非传染性疾病提供新的思路和依据 。

研究概述

该论文通过对厄瓜多尔沿海农村地区 60 名儿童从婴儿早期到 5 岁的纵向研究，分析了多种个人、母亲和家庭暴露因素对儿童肠道微生物组发展的影响。研究发现，农村贫困相关因素与儿童肠道微生物组的多样性和稳定性增加有关，而一些在高收入国家研究中被认为重要的因素，如分娩方式和抗生素使用，在该研究环境中对肠道微生物组发展轨迹的长期影响有限。

研究背景

人类肠道微生物组（人体肠道内共生的微生物群落，对人体健康有重要影响 ）在婴儿早期迅速发展，3 - 5 岁时趋于稳定。健康的肠道微生物组在维持人体健康方面起着重要作用，其失衡（即菌群失调）与多种慢性非传染性疾病（如肥胖、糖尿病、心血管疾病等）相关 。

在高收入国家，人们对宿主和环境因素如何影响肠道微生物组的发展和组成进行了广泛研究。然而，在资源匮乏的非工业化中低收入国家，尤其是拉丁美洲，关于儿童早期肠道微生物组发展的纵向研究相对较少。这些地区的人群正经历人口、流行病学和营养转型，生活方式从传统向现代转变，患慢性非传染性疾病的风险增加。而且，非工业化环境中肠道微生物组发展的决定因素可能与高收入国家不同，因为生活条件、生活方式、社会文化因素以及肠道病原体（如土壤传播的蠕虫，STH）的存在存在显著差异。因此，开展这项研究以探究非工业化环境中儿童肠道微生物组的发展及影响因素十分必要。

研究方法

1. 研究设计与样本选择：研究人员分析了 ECUAVIDA 出生队列中部分儿童的粪便样本。该队列是一个基于人群的出生队列，包含 2404 名新生儿，其家庭居住在厄瓜多尔埃斯梅拉达斯省的农村地区。研究样本根据行政 / 地理标准选取，其中 50% 的儿童居住在农村。纳入标准包括健康婴儿、母亲提供粪便样本以及家庭计划在该地区居住至少 3 年 。
2. 随访与采样：对儿童从出生到 5 岁进行随访，在多个时间点收集数据和粪便样本，随访通过诊所就诊或家访进行。同时，研究人员还通过问卷调查收集了儿童和家庭的相关信息，包括母乳喂养、饮食、疾病、农业和动物接触以及住房条件等。
3. 粪便样本处理：粪便样本用四种显微镜技术检测 STH 虫卵和幼虫，部分样本保存于 90% 乙醇中用于分子分析。之后，研究人员使用特定试剂盒从粪便中提取全基因组 DNA，并对细菌 16S rRNA 基因的高变区 4（V4）进行 PCR 扩增，再通过 MiSeq 平台进行配对末端测序 。
4. 生物信息学与统计分析：测序数据经过去条形码、配对末端重叠和过滤处理，使用 Mothur 软件选取操作分类单元（OTUs），并进行标准化处理。研究人员计算了 alpha 多样性指标（Chao、InvSimpson 和 Shannon 指数）和 beta 多样性（反映微生物群组成或多样性的变化率） 。通过随机效应（混合）模型分析个体、家庭和生活方式因素对微生物群多样性指标的年龄调整效应，以及这些因素与年龄的交互作用 。

研究结果

1. 研究样本特征：研究共分析了 60 名儿童（56.7% 为男孩）在不同年龄的 238 份粪便样本。大多数儿童顺产出生，平均出生体重 3.3kg。婴儿期纯母乳喂养平均时长 4.1 个月，6.2 个月开始断奶。多数儿童在 5 岁前食用过未杀菌牛奶，部分儿童接受过抗生素治疗、感染过 STH 或接受过驱虫治疗。母亲中 23.3% 为文盲，近一半在孕期感染过 STH。这些儿童家庭贫困，多数家庭收入低、居住拥挤、使用传统建筑材料，且卫生设施有限 。
2. 肠道微生物组组成：238 份粪便样本中，仅有 1 份因读数少于 10,000 被丢弃。剩余 237 份样本共产生 28,033,042 条高质量读数，映射到 33,448 个独特的 OTUs，分属于 18 个门和 273 个属 。
3. 微生物群多样性指数与潜在解释变量的关联：肠道 alpha 多样性指数（Chao、Shannon 和 InvSimpson）与年龄呈非线性关联，在婴儿期迅速上升，3 年后达到峰值并趋于稳定；beta 多样性则随年龄线性下降，表明微生物群的变化率逐渐降低。多种因素与 alpha 多样性相关，如纯母乳喂养时间越长、食用传统食物越多、经常饮用未杀菌牛奶、家庭拥挤、社会经济地位较低、使用传统建筑材料以及接触马等，都与更高的 alpha 多样性相关 。而母亲和家庭 STH 感染与较低的 Shannon 多样性相关。在 beta 多样性方面，家庭相对富裕程度、母亲教育程度和家庭 STH 感染与年龄存在交互作用，影响微生物群的稳定速度。此外，饮食模式也对 beta 多样性有影响，蔬菜和脂肪摄入量高、甜食摄入量低的儿童，beta 多样性下降速度更快 。
4. Prevotella 与 Bacteroides 的比例：Prevotella/Bacteroides 比例随年龄增长而增加，在 5 岁时达到最大值。与该比例正相关的因素包括儿童期 STH 感染、母亲 STH 感染、孕期母亲未使用抗生素、较低的社会经济地位、物质物品较少、有厕所（与无厕所相比）、出生时和儿童期的农业接触等 。
5. 门水平的相对丰度：研究发现，队列儿童粪便中的细菌 OTUs 主要属于拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）。随着年龄增长，拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度增加，而变形菌门和放线菌门的相对丰度减少 。

研究结论与讨论

研究表明，生活在贫困环境，尤其是农村贫困环境中的儿童，其肠道微生物组的多样性更高，且能更快获得稳定的肠道微生物组。未杀菌牛奶的摄入与更高的细菌多样性始终相关，而 STH 感染风险或相关环境暴露则倾向于降低 alpha 多样性，尤其是均匀度。分娩方式和抗生素暴露对这些发展轨迹似乎没有明显影响，这表明早期儿童生活在 “不卫生” 但生物多样性丰富的环境中，可能会迅速弥补这些因素造成的任何不足或干扰。

该研究的优势在于其纵向研究设计、较长的随访期、独特的研究环境以及广泛的暴露因素测量。然而，研究也存在一些局限性，如样本量相对较小，研究能力有限，无法精确测量多种暴露因素的影响；分析是探索性的，无法深入研究特定关键发育窗口期或微生物组特定组成的高分辨率变化；饮食模式数据收集时间较晚，可能存在时间变化等 。

总体而言，该研究为非工业化环境中儿童肠道微生物组的发展提供了新的见解，有助于进一步探索肠道微生物组发育轨迹对后期炎症和代谢反应调节以及疾病发展的影响。未来需要更大规模的假设检验研究来验证这些发现，并深入探讨特定暴露因素的影响，为促进儿童健康和预防慢性疾病提供更有力的依据。