引言
已有研究表明，母乳餵養與微生物組的組成和呼吸道健康有關 【1-3】 。然而，此前的研究往往只聚焦於其中一個方面，並未同時研究母乳餵養與兩者的聯系。此外，大多研究只關註腸道微生物組，忽視了其他部位的微生物組。那麽，母乳餵養、微生物組和呼吸道健康三者之間究竟有什麽關系？在生命早期，母乳餵養是否是透過調節微生物組來影響呼吸道健康的呢？
近日，加拿大曼尼托巴大學 Meghan B. Azad 、麥克馬斯特大學 Michael G. Surette 、多倫多大學 Padmaja Subbarao 和紐約大學 Liat Shenhav 團隊共同在 Cell 雜誌上發表了題為 Microbial colonization programs are structured by breastfeeding and guide healthy respiratory development 的文章。該研究 透過一個納入超過2000名的加拿大兒童佇列 （CHILD Cohort Study） ， 探究了母乳餵養、微生物組和呼吸道健康之間的關系，發現在出生後第一年進行純母乳餵養能夠支持微生物組有序成熟，從而降低哮喘的發生風險，保持寶寶呼吸道健康。
作者采集了2227名嬰兒3個月時和1歲時的鼻部微生物組樣本，並從中選取1306名嬰兒采集了其3個月時和1歲時的腸道微生物組樣本。同時，作者還收集了嬰兒母乳餵養情況、母乳成分、環境暴露、病毒感染、臨床病癥等資訊，並在3歲和5歲時對上述參與者進行了回訪，確認其呼吸道健康狀況 （是否患有哮喘） 。
首先，作者根據出生第一年的母乳餵養情況，將嬰兒分成了3組：出生後第一年堅持純母乳餵養（N=794）、部份母乳餵養（N=517）和3個月起停止母乳餵養（N=234）。
接著，作者分析了生命早期鼻部和腸道微生物組與暴露因素之間的關系。結果表明， 母乳餵養是與微生物組豐富度、多樣性和組成最相關的因素，並且只有該因素始終與兩個部位的微生物組相關。 隨後，作者評估了出生後第一年微生物組變化軌跡 （定義為3個月到1歲之間的變化） 與暴露因素的關系。結果顯示，與單一時間點的微生物組指標相比，微生物組變化軌跡與更少的環境、母嬰因素相關，但是 母乳餵養仍與兩個部位的微生物組變化軌跡相關。
進一步，作者發現與3個月起停止母乳餵養的嬰兒相比，出生後第一年進行純母乳餵養的嬰兒擁有更高的微生物組豐富度和多樣性；與在3歲時被診斷患有哮喘的嬰兒相比，健康兒童也擁有更高的微生物組豐富度和多樣性。
基於上述結果，作者猜測與某一特定時間點相比，從3個月到1歲期間微生物組的變化動態更為保守，且生命早期微生物的定植模式或與嬰兒和兒童時期的健康情況有更明顯的關聯。
為鑒定每個物種在出生後第一年微生物組的變化模式，作者首先定義了3種定植模式：早期 （只在3個月時存在） 、持續 （3個月和1歲時均存在） 和晚期 （只在1歲時存在） 。結果顯示，超過一半的鼻部微生物都為晚期定植，37%的物種為持續定植，僅有10%的微生物為早期定植。與鼻部類似，57%的腸道微生物都為晚期定植，38%為持續定植，僅有5%的微生物為早期定植。
進一步作者設計了一套名為PreTCO （prevalence trajectories coordinate system） 的計算方法，以更好地比較不同表型嬰兒的微生物定植情況。結果顯示，與3個月時停止母乳餵養的嬰兒相比，堅持純母乳餵養嬰兒在3個月到1歲期間獲得了更多微生物。此外，還發現許多被定義為晚期定植的微生物與母乳餵養顯著相關。類似地，與在後續被診斷患有哮喘的嬰兒相比，健康嬰兒在3個月到1歲期間獲得了更多的微生物。上述結果表明， 微生物過早定植和成熟與過早停止母乳餵養和哮喘有關。
隨後，作者基於腸道微生物的宏基因組數據，分析了功能變化。與物種組成結果類似，泛基因組分析顯示， 微生物功能的過早獲得與早期停止母乳餵養和哮喘有關 。結合物種組成和功能數據， 作者發現 Ruminococcus gnavus 或是關鍵物種，與該腸菌相關的色胺酸生物合成功能和純母乳餵養以及呼吸道健康（未被診斷為哮喘）有關。
最後作者透過機器學習方法，進一步探究了母乳餵養、微生物組和哮喘之間的關系。結果顯示，單一時間點的微生物組組成預測哮喘發生的效力較差，而使用微生物組變化軌跡的預測效果較好，若將鼻部和腸道微生物組變化軌跡結合，預測效果會進一步提高，強調了出生後第一年微生物定植模式的重要性。進一步的結構方程式模型 （SEM） 以及中介分析的分析結果顯示， 母乳餵養正是透過調節微生物組的組成，即調節微生物的定植模式，來限制哮喘的發生，增強呼吸道健康。
模式圖（Credit: Nature Methods ）
綜上， 該研究透過一個大型兒童佇列揭示了對鼻部和腸道微生物組的調節是母乳餵養阻礙哮喘發展的關鍵機制。值得一提的是此前有研究表明，過晚斷奶或也會增加哮喘等免疫疾病的風險 【4】 。因此，結合本研究的結果， 過早和過晚給寶寶斷奶或都有可能會增加免疫疾病的風險。
參考文獻
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4. Lubin, J.-B., Green, J., Maddux, S., Denu, L., Duranova, T., Lanza, M., Wynosky-Dolfi, M., Flores, J.N., Grimes, L.P., Brodsky, I.E., et al. (2023). Arresting microbiome development limits immune system matu- ration and resistance to infection in mice. Cell Host Microbe 31, 554– 570.e7. https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.03.006.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.022
責編 |探索君
排版|探索君
文章來源|「BioArt」
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