研究背景
嬰兒健康問題一直是大眾關(guān)注的焦點(diǎn)之一，我國(guó)兒童腸道疾病發(fā)生率高達(dá)80%左右，腸道健康狀態(tài)與嬰兒身體發(fā)育和智力發(fā)育等直接相關(guān)。新生兒腸道微生物已經(jīng)被證實(shí)對(duì)于兒童健康有著至關(guān)重要的作用。絕大多數(shù)腸道病毒屬于噬菌體，它們?cè)谡{(diào)節(jié)腸道環(huán)境健康、促進(jìn)人體免疫系統(tǒng)功能中的作用舉足輕重，腸道菌群的失調(diào)會(huì)直接導(dǎo)致腸道感染性疾病的發(fā)生。健康新生兒的腸道內(nèi)通常沒有病毒，但出生后不久出現(xiàn)的病毒定植是什么時(shí)候開始的，以及嬰兒的哺乳方式對(duì)這一過程的影響如何呢？

來自賓夕法尼亞大學(xué)的Frederic Bushman教授團(tuán)隊(duì)對(duì)幾百個(gè)新生兒樣本個(gè)體進(jìn)行研究，結(jié)合熒光染色、定量PCR、shotgun宏基因測(cè)序和腸道細(xì)菌分離和體外噬菌體培養(yǎng)等技術(shù)，確定了腸道病毒的分階段定植方式及母乳喂養(yǎng)對(duì)潛在有害病毒在腸道寄生的抑制作用。

研究結(jié)果
為研究病毒的定植，研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)新生兒的縱向糞便樣本（出生0~4天即0月，1月和4月）進(jìn)行研究。從病毒顆粒富集的SYBR染色結(jié)果可以看出（圖1a、1b），0月的20例糞便樣本中僅有3例樣本中檢測(cè)出病毒顆粒。1月的嬰兒糞便樣本中大部分樣本中能檢測(cè)出病毒顆粒(1.6×10⁹病毒顆粒/樣本)， 4月的病毒情況與1月一致，對(duì)125個(gè)5歲兒童糞便樣本分析也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論，且表明病毒數(shù)接近于已報(bào)道的成人的病毒總數(shù)量。qPCR分析表明(圖1c和1d)，0月的胎糞中基因數(shù)非常少，1月和4月每克樣本中基因數(shù)有3.1×10⁸；進(jìn)一步的宏基因組數(shù)據(jù)分析表明，細(xì)菌DNA在1月和4月樣本中富集，細(xì)菌豐富度和多樣性也增高。

為確定病毒來源，通過宏基因組技術(shù)平臺(tái)對(duì)DNA和RNA病毒進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，0月病毒物種豐富度較低，1月和4月病毒物種豐富度較高(圖1d)。對(duì)病毒contigs進(jìn)行物種注釋發(fā)現(xiàn)，病毒樣顆粒是DNA噬菌體 (圖1e)。關(guān)聯(lián)分析表明，細(xì)菌與病毒豐富度和多樣性有很強(qiáng)的正相關(guān)性。對(duì)能感染人體的部分病毒的研究發(fā)現(xiàn)，0月只有少數(shù)樣本與Herpesviridae和Picornaviridae正相關(guān)，而4月樣本中，感染人體的病毒Adenoviridae，Anelloviridae 和Caliciviridae等逐漸增多(圖1e)。此外，對(duì)分離的24個(gè)菌株的裂解方式研究發(fā)現(xiàn)，大部分基因組更接近于溫和噬菌體。
 

圖1 嬰兒腸道糞便樣品VLPs的檢測(cè)和特征描述

為研究病毒種群的來源，通過熒光染色法對(duì)細(xì)菌菌株在液體培養(yǎng)過程中自發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生的病毒顆粒進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)嬰兒腸道中的細(xì)菌在誘導(dǎo)后產(chǎn)生的病毒顆粒高達(dá)80%（自發(fā)產(chǎn)生32%病毒顆粒, 圖2a），由此推斷嬰兒的腸道病毒主要在細(xì)菌被誘導(dǎo)后產(chǎn)生。測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，病毒顆粒的序列與細(xì)菌contigs一致（圖2b、2c）。對(duì)種群特異性的研究發(fā)現(xiàn)，純化菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的病毒顆粒與嬰兒體內(nèi)的病毒顆粒相似度比較高，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)嬰兒腸道中每種細(xì)菌的比例與相關(guān)病毒中該細(xì)菌菌種的噬菌體比例顯著正相關(guān)（圖2d）。此外，crAssphages在1月中含量較少，在4月中較多且與2~5歲兒童含量基本一致。
 

圖2 生命早期誘導(dǎo)產(chǎn)生病毒研究

接下來對(duì)嬰兒喂養(yǎng)方式、分娩方式和性別等條件進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)母乳喂養(yǎng)與人體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的病毒累計(jì)量較低有關(guān)系（圖3a）, qPCR結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了可感染人細(xì)胞的病毒在配方奶喂養(yǎng)的嬰兒樣本富集（圖3b），結(jié)果也進(jìn)一步在125名嬰兒和100例新生兒樣本中得到驗(yàn)證。宏基因組分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在母乳喂養(yǎng)組中雙歧桿菌（Bifidobacterium）和乳酸桿菌（Lactobacillus）含量更高（圖3c），且與雙歧桿菌和乳酸桿菌相一致的溫和噬菌體在母乳喂養(yǎng)的嬰兒中富集（圖3d）。

總體來看，嬰兒體內(nèi)病毒早期定植分兩個(gè)階段（圖3e），第一階段先鋒腸道誘導(dǎo)產(chǎn)生噬菌體，第二階段是感染人體病毒的定植，但這個(gè)過程可以通過母乳喂養(yǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；也進(jìn)一步從病毒的角度加深了母乳喂養(yǎng)保護(hù)作用的理解；同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了潛在干預(yù)或可減少嬰兒感染。
 

圖3 母乳喂養(yǎng)對(duì)潛在有害病毒腸道寄生的抑制作用和病毒在嬰兒腸道的分段寄生

研究結(jié)論
本文整合宏基因組和宏病毒組等不同種測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了嬰兒早期病毒在腸道的分階段定植以及母乳喂養(yǎng)方式對(duì)潛在有害病毒的抑制作用；同時(shí)結(jié)合大量生物信息分析技術(shù)手段，對(duì)兒童腸道病毒種群來源進(jìn)行深入研究，為早期兒童腸道疾病的臨床治療，微生物調(diào)節(jié)提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

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