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2019-04-24浏览量:1575

『锐帮读』喂养方式影响极低出生体重早产儿的肠道菌群组成并与氧化应激相关:一项前瞻性队列研究

导读

 饮食在决定新生儿肠道微生物组的组成和多样性方面起着重要作用。母乳(HM)被认为通过提供有益的微生物和营养物质如乳寡糖以促进健康肠道微生物的发育,乳寡糖是特定的有益肠道细菌的能量来源。由于早产儿在生命早期表现出对营养素的需求增加,因此母乳喂养的婴儿通常必须喂食母乳强化剂(HMF)。然而,一些研究表明,以牛蛋白为基础的母乳强化剂强化母乳会增加早产儿的氧化应激水平。早产儿的氧化应激水平高于健康足月婴儿,因为早产儿缺乏发育完全的抗氧化防御系统,并且由于高氧,再灌注损伤和炎症而有更多的ROS产生。此外,以牛蛋白为主的母乳强化剂补充会改变母乳的抗菌性能。肠道微生物组的生长和发育可能对早产儿产生重要的病理生理学影响。我们研究的目的是确定住院早产儿的喂养方式是否影响与氧化应激有关的菌群,这可能有助于通过改变肠道微生物组成来制定喂养策略以改善这些婴儿的健康。

文献ID

题目:Feeding practice influences gut microbiome composition in very low birth weight preterm infants and the association with oxidative stress: A prospective cohort study

译文:喂养方式影响极低出生体重早产儿的肠道菌群组成并与氧化应激相关:一项前瞻性队列研究

期刊:Free Radical Biology and Medicine

发表时间:2019.03  IF:6.02

通讯作者:James Friel

通讯单位:加拿大曼尼托巴大学农业与食品科学学院食品与人类营养科学系

材料与方法

 实验设计

样本:

不同喂养方式的VLBW早产儿的粪便及尿液样本;(VLBW:Very low birth weight)

样本收集:第1组样品为早期喂养阶段样品,即引入肠内喂养后1 ~ 2周收集。第二组样品于引进肠内喂养后2 ~ 4周采集,并将其分类为后期喂养阶段。

图1 实验设计流程图(HM:Human milk,F:Formula,HMF: Human milk fortifier)

喂养方案:

早期喂养阶段:HM(10-44 ml/day,n=7),或者HM+F(21-111 ml/day,F体积占比30-100%,n=5)

后期喂养阶段:HM+HMF(231-380 ml/day,HMF体积占比45-100%,n=7),HM+F(323-326 ml/day,F体积占比60-62%,n=6),F(289-474 ml/day)。每一个婴儿的HM(母乳)均来自于他的母亲。

测序区域及平台

Illumina MiSeq,V3+V4

研究成果

1、早产儿的基本参数

该研究一共获得20个早产儿的粪便样本,其中有两份样本由于DNA质量过差被排除在外,最终获得18份婴儿的粪便样本。所有的婴儿均为早产(平均孕龄是29.6周)且极低出生体重(平均出生体重为1189.9g),77.9%的婴儿是剖宫产,55.6%为男孩。在早期喂养阶段,58.3%的婴儿为母乳喂养,剩下的婴儿为母乳+配方奶粉喂养。在晚期的喂养阶段,41.2%的婴儿为母乳+母乳强化剂,35.3%的婴儿为母乳+配方奶粉喂养,23.6%的婴儿只喂养配方奶粉(参见表1)。

表1 早产儿的基本参数

2、肠道微生物的α多样性和β多样性分析结果

加权的和非加权的UniFrac距离用于评估肠道微生物的β多样性以确定样品之间的相似性。进行Permanova(非参数多元方差分析)以分别评估出生特征(包括胎龄,性别,分娩方式和出生体重)对早期和后期喂养阶段的肠道菌群的影响(表2)。只有分娩方式与晚期喂养阶段的肠道菌群的β多样性相关(p<0.05)。这表明分娩方式可能与肠道菌群中的某些微生物的有无有一定的相关性。

表2 早产儿肠道微生物的组成与特征变量的关系

(表注 EP:极早产婴儿;VP:早期早产婴儿;MLP:中度/晚期早产婴儿;F:女性;M:男性;E:极低出生体重;V:非常低的出生体重)

非加权的分析结果表明不同时间点(早、后喂养期)采集的样品微生物种类差异有统计学意义(P<0.05)(图2A)。加权的结果表明不同时间点(早、后喂养期)采集的样品之间没有差异(图2B)。此外,加权的和非加权的结果均表明后期的喂养方式对肠道菌群的结构有显著的影响(图2C与D)。

图2 早产儿体内微生物群-多样性的比较。未加权的PCoA分析结果早期为(A),后期为(C);加权的PCoA分析结果早期为(B),后期为(D)。

肠道微生物的α多样性分析(Chao1)结果显示晚期喂养阶段F组与HMP+F组和HM+HMF组相比微生物的多样性有显著差异(P<0.05)(表5)。肠道微生物组的α-多样性显示,与HM+F组和HM+HMF组的婴儿相比F组的婴儿,微生物丰富度(Chao1指数)显著差异(P<0.05)(表5)。然而,对早期和后期喂养阶段(表3)或早期喂养阶段的婴儿喂养组(表4)的响应没有变化。

表3 不同喂养阶段早产儿肠道微生物群的alpha多样性

a粪便采样时间包括早期(口服喂养后1~2周)和后期(口服喂养后2~4周)。

b平均标准误差。

c显示了通过混合模型ANCOVA分析的组之间的时间效应的P值,其中饲喂,孕龄和分娩方式作为协变量。

表4 不同喂养类型早产儿在喂养前期的肠道微生物群的α多样性

a喂养方式包括母乳喂养(HM)和添加配方奶粉的母乳喂养(HM+F)。

b平均标准误差。

c以胎龄和分娩方式为协变量,采用混合模型ANCOVA分析各组间喂养效果的p值。

表5 不同喂养类型的婴儿在喂养后期肠道微生物群的α多样性

a喂养方式包括母乳(HM),母乳添加了牛蛋白为基础人乳强化剂(HM+HMF),添加配方奶粉的母乳喂养(HM+F)和配方奶粉(F) 。

b平均标准误差。

c以胎龄和分娩方式为协变量,采用混合模型ANCOVA分析各组间喂养效果的p值。

3、微生物组成的变化

VLBW早产儿肠道菌群中以厚壁菌门、变形杆菌门、放线菌门和拟杆菌门为主,其中厚壁菌门和变形杆菌门最多,分别占喂养前期和后期肠道菌群的95%和89%。气泡图(图3)方法为我们分析单个婴儿随喂养时间变化的微生物群变化提供了帮助。与后期喂养阶段相比,早期喂养阶段的肠道微生物组组成似乎存在更高的个体差异。与早期喂养阶段相比,后期喂养方式对肠道微生物组个体变异的影响更显著。此外,在头两周喂养期间,HM组和HM+F组之间的细菌相对丰度没有显著差(数据未显示)。然而,在喂养后期HM+HMF组,HM+F组和F组的婴儿肠道菌群差异显著(P<0.05,图4)变形菌门的菌在HM+HMF组中最丰富(63.9±9.6%)但HM+F(36.7±9.5%)组和F(5.5±3.3%)组丰度相对低一些(图4c)。而厚壁菌门的细菌仅在F组和HM+F组中检测到丰度分别为(90.8±3.4%和56.9±9.5%)(见图5)。

图3 早产儿个体肠道微生物特征。气泡图显示了早期和后期喂养阶段的早产儿肠道细菌组成的个体差异(相对丰度>0.1%)。每一行代表一个细菌分类单元,而每一列代表一个样本。大多数细菌类群的分类以属级(g)为主,而有些类群只能划分为科(f)。

在属水平上对喂养后期获得的细菌进行热图分析,发现仅F组、HM+HMF组和HM+F组的婴儿肠道菌群中存在的细菌被聚类为3个簇(图4A)。F组的婴儿肠道菌群中TerrisporobacterPeptoclostridium的相对丰度(分别为14.7±8.2%和0.4±0.3%)显著高于HM+F组(分别为2.5±1.2%和0.1±0.03%)与HM+HMF组(分别为0.001±0.001%和未检测到)的丰度(P<0.05)。与HM+F组的婴儿肠道微生物组(22.8±8.6%)相比,HM+HMF组婴儿的肠道微生物组Veillonella的相对丰度显著降低(1.9±1.7%,P<0.05)。

4、氧化应激与粪便微生物群的关系

后期喂养阶段,F组与HM+HMF组中的F2-异前列烷的浓度相比HM+F组中浓度显著降低(图4A)。前期喂养阶段,HM组和HM+F组中的F2-异前列烷的浓度没有显著差异。相关网络分析的结果显示微生物类群的丰度与F2-异前列烷水平之间存在显著相关性(图4B)。值得注意的是肠杆菌科,Terrisporobacter,PeptoclostridiumRothia的相对丰度与F2-异前列烷水平呈正相关(P <0.05)。

图4 后期喂养F组、HM+F组、HM+HMF组早产儿的细菌群落组成

(A)每一行代表一个样本,而每一列代表一个OTU。左边分支上的样例标识符是基于喂养方式进行颜色区分的的。顶部的分支颜色基于不同的OTU,表示OTU在门水平上的分类。展示相对丰度在0.01%以上的OTU。而OTU的分类以属级为主,有些只能分至科(f.)、目(o.)、类(c.)或门(p.)水平。每个粪便样本16S rRNA基因序列中OTU的归一化相对丰度由标尺颜色(浅棕色至黑色)反映。左侧的树状图显示了样本基于Bray-Curtis差异度量进行聚类,并通过喂养方式进行平均。顶部的树状图显示了基于斯皮尔曼等级相关性的细菌分类聚类结果。

(B)显示肠道菌群中细菌类群相对丰度的箱线图。

(C)柱状图说明了喂养方式对细菌门丰度的影响。

图5 VLBW早产儿体内F2 -异前列腺素与肠道菌群的关系

(A)后期喂养阶段不同喂养方式组中VLBW早产儿体内F2 -异前列腺素浓度。

(B)terrisporobacterter,Peptoclostridium,Enterobacteriaceae_unclassifiedRothia的相对丰度与F2-异前列腺素水平呈正相关性(绿线)。

研究结论

1.喂养方式对早期婴儿的粪便菌群没有影响,显著影响后期喂养阶段婴儿的粪便菌群。

2.低丰度的 Veillonella可能与用母乳强化剂喂养婴儿的氧化应激增加有关。相比之下,大量的Terrisporobacter、Peptoclostridium和低细菌多样性可能与配方奶粉喂养的婴儿的氧化应激增加有关。

亮点

这是首次研究不同喂养方式对氧化应激的影响及其与早产儿肠道菌群相关性的研究。我们使用F2-异前列烷作为氧化应激的生物标志物,并比较两个特定的时间点(即早期喂养期和后期喂养期)的样本的菌群及氧化应激性的差异。

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