【儿科每日一文】特定益生元和后生元对生命早期微生物群的影响

肠道菌群是人类生理的重要组成部分，生命早期的微生物定植过程与胃肠道本身的成熟密切相关，而生命早期的营养是影响肠道菌群发育的主要因素。此前已有研究发现，添加益生元组合短链低聚半乳糖/长链多聚果糖(scGOS/lcFOS)的配方奶粉可以调节肠道菌群组成，使其向富含双歧杆菌的群落方向发展并提高免疫功能。并且该益生元组合与特定后生元联合使用时可以维持对肠道菌群的影响，还能够促进改善临床相关的婴儿绞痛。

然而过去基于DNA进行的微生物群分析只是提供了一种潜在的功能能力，并不能直接了解肠道生态系统的实际代谢输出。代谢组学作为一个较新的领域，可以提供对营养－宿主－微生物群相互作用的综合理解，因为它使我们能够确定营养干预措施引起的关键生化变化的特征。

最近，发表于《American Journal Of Physiology - Gastrointestinal And Liver Physiology》的一项临床研究评估了含scGOS/lcFOS(9:1)的益生元和特定后生元的婴儿配方奶粉的效益，同时检测了粪便代谢组动力学，以便更深入了解健康足月婴儿营养和发育中肠道菌群活性之间的相互作用。

研究方法

本实验使用的90例样本来自一项随机、对照、双盲研究（荷兰试验注册号：NTR3455；LIFE研究），分为：

⏩实验组：n=30，接受含有特定益生元组合scGOS/lcFOS(9:1，0.8g/100mL)和后生元的婴儿配方奶粉喂养，该配方中的后生元由独特的发酵过程(Lactofidus)产生，3'-半乳糖基乳糖(3'-GL)是该过程中产生的生物活性化合物之一（25mg/100mL配方奶粉），是一种在母乳中发现的低聚糖。

⏩对照组：n=30，接受标准婴儿配方奶粉喂养

⏩参照组：n=30，纯母乳喂养

图1 婴儿配方奶粉成分及含量

在随机分组时或分组后当天（婴儿基线为0~4周龄）、8周龄和17周龄时采集粪便样本（n=264）。通过比较常规的靶向生理测量、靶向微生物群定量和16S rRNA基因扩增子测序与收集的粪便样本的非靶向粪便代谢物谱获得的信息来研究粪便代谢组学的相关性。

研究结果

1. 生理和靶向微生物群数据证实益生元效应

靶向生理测量表明，与对照组相比，实验组在17周龄时的粪便样品显示出较低的pH值，较低的氨含量，较高的乙酸盐和L-乳酸含量，较低的丙酸盐和D-乳酸含量，较低的（异）丁酸和（异）戊酸含量，较高的分泌型免疫球蛋白A(sIgA)水平。qPCR的目标微生物群定量与这些结果一致，即与对照组相比，实验组17周龄的样品中双歧杆菌属成员增加，艰难梭菌群成员减少。

2. 添加特定益生元和后生元的配方奶粉使婴儿微生物群组成接近母乳喂养婴儿

非靶向16S rRNA基因扩增子测序显示，实验组婴儿与对照组婴儿的几个细菌分类群（8周龄为7属，17周龄为16属）的丰度存在显著差异，特别是在17周龄的样本中，这些显著不同的细菌群中的大多数似乎更符合母乳喂养参照组中检测到的水平，例如拟杆菌属S24_7、未得到培养的γ-变形杆菌属B38、布劳特氏菌属和厚壁菌门的几个未得到培养的分类群。

16S数据的主坐标分析(PCoA)显示(图2)，在基线时，对照组婴儿和参照组婴儿之间没有明显的分离。然而，与基线时的情况相比，在实验期间（8周龄时）和实验之后（17周龄时），三组的微生物群组成均显示出更多的分离。

图2 PCoA绘制16S rRNA基因测序数据

3. 代谢组学特征截然不同的干预组

实验组和对照组鉴定出的代谢物在基线时就已经在母乳喂养婴儿之间显示出显著的丰度差异，对照组有268个代谢物，实验组有250个代谢物。在基线时，两个干预组之间显示显著差异的代谢物并不多，但对照组中显著不同代谢物的数量随着时间的推移增加到404种，而实验组和参照组之间的差异代谢物数量在整个实验过程中或多或少保持不变，即研究结束时为261种代谢物(图3)。这表明，除了两个干预组与参照组的基线差异外，对照组配方奶粉的摄入会不断地使微生物群的功能低于参照组婴儿。

图3 上图:标准化和规范化代谢物信号上的PCoA (Bray-Curtis)；下图:三组之间显著差异代谢物的数量以条形图显示，每个时间点分开

研究结论

研究表明，在婴儿配方奶中使用特定益生元组合scGOS/lcFOS（9∶1）和后生元可调节肠道菌群，如降低pH值，改变有机酸谱，增加双歧杆菌的数量，并且使婴儿肠道菌群组成更接近母乳喂养的婴儿。粪便代谢组谱在实验组和对照组之间也存在显著不同的特征。

综上所述，含有特定益生元组合scGOS/lcFOS(9∶1)和后生元的婴儿配方奶粉可能引发肠道菌群组成的反应，从而使配方奶粉喂养婴儿的粪便代谢物谱更接近母乳喂养婴儿。研究结果强调了建立一个婴儿肠道代谢组参考数据库的必要性，以将这些代谢物的动态变化转化为功能和生理相关的反应，为进一步探索菌群与营养和生命早期健康之间的相互作用提供有力措施。

参考文献

Rodriguez-Herrera A, Tims S, Polman J, et al. Early-life fecal microbiome and metabolome dynamics in response to an intervention with infant formula containing specific prebiotics and postbiotics. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2022 Jun 1;322(6):G571-G582.

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