杏彩体育，极早产儿肠道微生物群与神经发育连续性的关系

　　极早产儿（very preterm infant，VPI）是肠道微生物群失调和神经系统发育障碍的高危群体。在生命早期肠道微生物群与神经发育之间存在密切联系，尤其对于VPI，这一联系引起了越来越多的关注。目前对VPI体内微生物-肠-脑轴（microbiota-gut-brain axis，MGBA）的机制缺乏深入了解。通过研究损伤性疾病、感染性疾病及不同肠道菌群发现，生命早期肠道微生物群异常对宿主长期神经发育具有重要影响。该文综述VPI早期发育过程中肠道微生物群与神经系统行为之间的关联，为改善VPI神经发育与生长提供更多参考。

　　极早产儿（very preterm infant，VPI）指出生胎龄32周的早产儿［1］。VPI在围生期易受宫内、宫外多种因素的影响，较足月儿更易出现神经系统预后不良。肠道微生物群是内最大的微生物生态系统杏彩体育，通过产生多种代谢物维持宿主的健康和稳态。肠道中细菌和真菌的数量之间存在负相关关系［2］。研究证实肠道微生物群的组成与宿主的年龄存在相关性，即VPI在婴儿期存在特有的发育不成熟的肠道微生物群，其肠道微生物群数量、种类、丰度在儿童期会恢复到正常水平。在生命开始的早期，肠道微生物群参与了胃肠道和神经系统之间的双向信号传递，进而影响神经系统发育。本文就VPI肠道微生物群与神经发育连续性的关联进行综述，为促进VPI正常的神经发育及生长提供新思路。

　　顺产和剖宫产娩出的足月儿早期肠道微生物群以兼性厌氧菌为主，分别为链球菌属、肠杆菌属和葡萄球菌属；肠球菌属、肠杆菌属和克雷伯菌属［3,4］；辅食添加后，随着进食种类的增多肠道微生物群逐渐多样化，随后形成以乳酸杆菌属和双歧杆菌属为主的菌群。VPI在出生时肠道处于相对缺氧状态，其肠道微生物群的α-多样性降低、潜在致病菌数量增加。Rao等［2］研究表明，胎龄在24~28周的超早产儿，肠道微生物群以定植葡萄球菌属为主；胎龄在28~32周的VPI，肠道微生物群以定植肠球菌属为主；胎龄在32~35周的早产儿，肠道微生物群以定植肠杆菌属为主。VPI常接受抗生素治疗，药物和给药方式的不同均会导致肠道微生物群出现变化［5］。总体而言，与足月儿相比，VPI的肠道微生物群多样性和丰富度较低，主要由肠杆菌、葡萄球菌、肠球菌和梭状芽孢杆菌等组成，个体差异更大，出现急性炎症的风险也更高。

　　随着VPI生存率的提高，其神经发育损害（neurodevelopmental impairment，NDI）相关并发症的发病率增高［6］。婴儿的出生胎龄与NDI的发生风险成反比，约35%~50%的VPI在学龄期仍然存在NDI。妊娠晚期是人类神经系统连接、建立、成熟、完善的关键时期，决定宿主的认知水平，然而VPI于妊娠晚期出生，在建立神经回路的同时VPI易受宫内、宫外多种危险因素的影响［7］。早产会阻断子宫内胎儿妊娠后期神经系统的发育，包括皮质生成、髓鞘形成和血脑屏障形成等。VPI住院时间更长，更易受到神经损伤，包括炎症、脑室出血和脑室周围白质软化等。VPI出生的早期是其神经系统发育的关键时期，会对其行为产生长期影响。

　　在神经系统中，小胶质细胞具有典型髓系细胞功能，激活后能够迁移至受损区域清除碎片，并根据其促炎或抗炎的特性，通过分泌细胞因子和趋化因子调节炎症反应的进程［8,9］。研究表明，肠道微生物群对小胶质细胞的发育和功能至关重要，能干预其形态、成熟度和对病原体的免疫反应。此外，小胶质细胞在大脑保护机制中也发挥作用，包括在生命周期的各个阶段激活免疫反应，在早期发育中促进突触传递和神经元回路的形成，这些过程均受到微生物代谢物的调节［10］。通过无菌小鼠实验证实，小胶质细胞状态的稳定由肠道微生物群的代谢产物短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）来维持，Hernández-Martínez等［11］研究发现，血清中较低的SCFA更能促进婴儿的神经发育。既往研究指出，SCFA等神经递质由肠道屏障进入循环系统，最终通过血脑屏障影响宿主神经系统。肠道微生物群种类的简单化会导致小胶质细胞生长发育受限，宿主体内正常定植的肠道微生物群对调节小胶质细胞的成熟、分化、功能起至关重要的作用，且复杂的肠道微生物群可以在一定程度上恢复受损的小胶质细胞。

　　星形胶质细胞是神经系统中含量最丰富的胶质细胞，具有整合邻近神经胶质细胞、神经元细胞、血管细胞和免疫细胞信息的功能，通过反应性增生过程发生分子和结构上的改变，进而调节神经炎症、疤痕形成、血脑屏障完整性以及突触重塑［12］；此外，也有维持血脑屏障的稳定、回收神经递质、参与免疫反应等作用。研究发现，肠道微生物群通过刺激微生物代谢的星形胶质细胞芳香烃受体，调节星形胶质细胞的活性，影响神经系统功能。

　　宿主体内存在一个涉及肠道微生物群、肠道和中枢神经系统双向交流的轴，定义为MGBA。在VPI出生前后，肠道微生物群的异常改变对神经系统发育具有显著影响，增加VPI罹患疾病的风险［13］。实验发现，与传统定植小鼠相比，无菌条件下饲养的小鼠或口服广谱抗生素被去除肠道微生物群的小鼠，在行为和神经病理学方面会表现异常［14］。虽然肠道微生物群与神经系统间相互影响的作用机制仍未明确，但研究者发现其机制涉及多种途径，包括全身免疫调节系统、自主神经系统和肠神经系统（enteric nervous system，ENS）、神经内分泌系统和微生物代谢物［15］。

　　研究证实，早产儿体内起免疫应答作用的T细胞在MGBA中对炎症反应具有重要调控作用；研究表明，VPI在出生一周内消化道微生物群的增长与免疫细胞的迁移，特别是CCR6+T调节细胞数量的上升有关［4］；实验显示无菌小鼠的免疫系统功能异常，T细胞和B细胞数量减少，细胞因子分泌降低。此外，杏彩体育官网注册肠黏膜淋巴组织中包含了70%~80%的免疫细胞，而肠道微生物群能够诱导相关免疫细胞即树突状细胞和T细胞产生，这些细胞通过分泌细胞因子和神经递质影响神经免疫反应和神经炎症反应，并进一步影响神经系统功能。神经系统内的星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞等是神经免疫机制特有的组成。在中枢神经系统受损后，T细胞的迁移被认为受肠道微生物群变化调节，而肠道微生物群的改变最终会调节神经系统中小胶质细胞的功能［16］。因此，免疫系统在调节肠道微生物群及协调神经系统发育和功能方面具有至关重要的作用。

　　中枢神经系统可通过自主神经系统的分支对肠道进行调控［14］，包括副交感神经系统［17］、交感神经系统以及ENS［14］，调节肠道的运动、运输和分泌以及改变肠道的渗透性。双向脑-肠轴是自主神经系统对ENS产生影响的主要途径，神经系统通过节后传出神经元向肠道分泌乙酰胆碱（acetylcholine，Ach），从而调节肠道的分泌运动功能，促进肠道蠕动［18］。此外，Ach还能与肠道巨噬细胞上的烟碱型乙酰胆碱受体α7亚型结合，减少炎性细胞因子的产生［19］；同时Ach还与消化道平滑肌细胞上毒蕈碱受体结合促进肠蠕动，并刺激ENS中的运动神经元兴奋而进一步增强肠道蠕动。

　　肠内分泌细胞（enteroendocrine cells，EECs）是位于肠上皮的特殊细胞，构体内最大的内分泌系统。这些细胞能够释放多种神经肽和激素［20］，包括90%的血清素（5-羟色胺）［21,22,23］、胃泌素、胰高血糖素样肽-1、神经肽Y和缩胆囊素等，这些物质在协调神经系统与肠道之间起关键作用［24］。EECs不仅可以通过与迷走神经的兴奋性突触连接直接影响中枢神经系统杏彩体育，还可以通过将激素释放到体循环中间接影响中枢神经系统。此外，神经系统可通过腔分泌调节肠道微生物群释放的激素，进而调控肠道微生物群的结构和功能，建立神经系统与肠道之间的联系。在胃肠道中，神经递质可以由微生物直接分泌，也可以在微生物代谢物的刺激下由胃肠道细胞产生。虽然肠道微生物群产生的神经递质可以穿过肠壁，但大多不能穿过血脑屏障，只有γ-氨基丁酸能通过。

　　肠道微生物群通过转化膳食成分生成多种代谢物，包括SCFA、色氨酸代谢物和胆汁酸代谢物［25］。这些微生物代谢物不仅可以通过与迷走神经传入神经受体结合直接影响神经系统，还可以通过血液循环与神经系统中的星形胶质细胞、小胶质细胞等相互作用间接影响神经系统。各种微生物代谢产物组与小胶质细胞、T细胞等神经系统免疫细胞之间发生相互作用，最终可能影响神经发育和认知功能。在MGBA中，信号传递受到血脑和肠两个动态屏障的调节，血脑屏障由大脑内皮细胞紧密连接形成；肠屏障由通过紧密连接的上皮细胞和含有分泌型IgA和抗菌肽的动态黏液层组成。微生物代谢物中SCFA包括醋酸酯、丙酸酯和丁酸酯，作为神经元和小胶质细胞的能量底物对神经系统的功能具有正向作用，它们不仅能够进入全身循环和穿过血脑屏障直接影响神经系统，而且可以通过与迷走神经末梢上的受体结合间接影响神经系统。实验发现，肠道微生物群可以上调紧密连接蛋白的表达，包括occludin和claudin-5，从而降低血脑屏障的通透性。

　　研究表明，VPI肠道微生物群的稳态存在严重失调，分娩途径、喂养方式、抗生素的使用、胎龄等多方面因素均可影响肠道微生物群定植，从而直接或间接对神经系统发育产生影响；VPI的肠道微生物群稳定性差，因此罹患NDI的概率大；对MGBA的研究发现，肠道微生物群中存在可以特异性调节中枢神经系统损伤和修复的微生物，予以胃肠道有益微生物群可以预防和治疗NDI，同时减少肠源性疾病的出现。肠道微生物群不仅与正常神经系统的发育和功能紧密相关，还与多种急慢性肠道疾病及神经系统疾病有关。

　　剖宫产通常被视为VPI更安全的分娩方式，通过降低例如呼吸窘迫等相关疾病发生的风险使脑损伤发生率下降。国外一项分析指出，剖宫产会增加罹患哮喘、炎症性肠病、免疫缺陷等慢性免疫相关疾病的风险［26］。新生儿生后6个月内的粪便样本基因测序得出，与剖宫产娩出的婴儿相比，经娩出的婴儿其肠道微生物群的丰度及多样性更高，肠道微生物群差异随年龄增大而减小。

　　饮食与肠道微生物群具有紧密联系，母乳在肠道微生物群定植过程中起着至关重要的作用。研究发现，在早产儿中母乳喂养可降低新生儿坏死性小肠结肠炎（necrotizing enterocolitis，NEC）等相关疾病的发生风险，改善神经系统的发育［27］。在一项对69例VPI进行的前瞻性队列观察研究中发现，经由母乳喂养的VPI的肠道菌群以双歧杆菌属为主，而母乳中双歧杆菌属含量丰富，因此，母乳的微生物群是婴儿肠道微生物群的主要来源并定植于婴儿肠道中发挥保护作用。

　　与足月儿相比，VPI接受抗生素、抗真菌药物治疗的可能性更大；尽管药物的有效使用可以减少肠道微生物群中致病菌的数量，但有研究发现，长期使用抗生素可能导致肠球菌属数量增加，肠道微生物群中的有益定植菌数量减少［5］。综上所述，抗生素的使用会减少早产儿肠道微生物群数量和多样性，进而对宿主的健康产生不利影响［28］。

　　Seki等［4］通过头颅超声、振幅整合脑电图等，研究60例VPI的早期发育情况，确定VPI出现NDI时的一些潜在生物学标志物，在罹患PWMI的VPI中枢神经系统发育的三个阶段中，初始静止期时，宿主体内相关的炎症级联反应可以被相关肠道微生物群触发，导致促炎细胞的分泌和T细胞的极化；神经生理成熟期时，宿主体内的炎症反应出现迟发性、特异性的病理特点，导致脑电活动的改变、神经保护因子分泌的变化等；等效期时，宿主体内的克雷伯菌是一种条件致病菌，会出现特异性生长，当某些炎症因子过度分泌或出现严重脑损伤时，克雷伯菌会过度生长，而当宿主体内神经保护性因素分泌增多时，克雷伯菌生长受抑制［4］。综上，克雷伯菌参与了MGBA的异常调节，可能与早产儿PWMI的严重程度呈正相关。

　　大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）是一种急性脑损伤，研究发现，用抗生素阿莫西林和克拉维酸或万古霉素处理后的小鼠，其大脑梗死灶体积减少，感觉、运动功能改善；然而，经过抗生素环丙沙星和甲硝唑处理后的小鼠，生存率降低，实验得出MCAO会导致宿主的肠道微生物群生态失调。脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）作为一种致残率极高的疾病常导致肠道功能障碍［29］，严重者甚至危及生命；SCI后肠系膜淋巴结中的促炎细胞因子肿瘤坏死因子、IL-1β和IL-10的表达显著上升，杏彩体育官网注册胃肠道相关淋巴组织的炎症细胞如B细胞、CD8+T细胞、树突状细胞和巨噬细胞数量增加，其中CD4+T细胞数量减少。综上，肠道微生物群对急性脑损伤具有保护作用。

　　新生儿败血症是VPI发生的一种严重并发症。研究表明，胃肠道固有层中的抗原呈递细胞如树突状细胞和巨噬细胞与肠道微生物群相邻，能够有效地监测入侵的病原体和抗原，通过其表面的Toll样受体和NOD样受体识别并响应微生物相关分子模式，触发免疫反应，进而导致促炎或抗炎细胞因子的产生。VPI因感染导致脑细胞处于缺氧、缺血环境中，可使经典活化型的小胶质细胞被激活，炎症因子中肿瘤坏死因子-α、IL-1β、活性氧、活性氮（如一氧化氮）及谷氨酸等水平升高引起神经兴奋毒性，影响少突胶质细胞的发育和髓鞘化形成，对轴突和神经元产生损伤［30］，导致远期并发症NDI出现。长期追踪研究进一步证实，有感染史尤其是罹患败血症的VPI，其患脑瘫、孤独症和癫痫的风险增加［31］，对超早产儿的分析也证实，确诊为早发败血症的儿童出现死亡或NDI的风险更高［32］。

　　NEC是早产儿中一种以肠道缺血性坏死为特征的炎症性疾病，是最具破坏性的疾病之一；肠道微生物群失调、肠道细菌移位、全身炎症反应和肠道灌注不足等因素相互作用导致NEC的发生；这些危险因素不仅损害了新生儿未成熟的免疫系统和黏膜屏障［33］，还可能因调节性T细胞（regulatory T cells，Treg）功能受损破坏与促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α和IL-6）之间的平衡，导致促炎因子的大量释放加剧NEC的发展。研究发现，VPI由于胃肠道运动复合体的神经支配发育不全，其胃肠道运动能力下降，从而导致肠道内细菌的停留时间延长，促进肠道内细菌的过度生长，并增加了它们通过肠黏膜上皮层的转运机会，从而导致NEC的发生。有研究表明，发生NEC的肠道菌群的多样性和稳定性降低，对于罹患NEC的VPI，其肠道菌群中变形菌丰度增加，而作为健康肠道微生物群中的标志性厌氧菌，厚壁菌属和拟杆菌属数量减少［34,35］。长期观察发现，NEC患儿大脑皮质比同龄儿童薄，可能面临脑部发育滞后［36］、语言表达困难等风险。由此可见，肠道微生物群的紊乱会对神经系统产生重要影响。

　　克雷伯菌在早产儿的肠道微生物群中富集，使其具有生长优势，便于其在医院环境中持续存在［37］。研究发现，对从早产儿粪便中分离出的菌株进行的多相特征分析表明，所有肺炎克雷伯菌、准肺炎克雷伯菌、格氏克雷伯菌和密歇根克雷伯菌等肠道分离株，均能在巨噬细胞中存活并持续存在，这表明它们具有免疫逃逸能力，更易在高危婴儿中引起感染［38］。研究发现，克雷伯菌在肠道中过度生长对神经系统损伤具有高度预测作用［4］。

　　双歧杆菌的早期定植影响幼儿期神经的发育。具体来说，双歧杆菌的缺失或相对丰度较低与VPI早期NDI有关［39］，可能成为VPI神经发育障碍和发育不成熟的标志物。双歧杆菌属在婴儿早期肠道微生物群定植中起重要作用，主要通过调节神经活性代谢产物的产生和释放提供神经保护作用［40］。研究人员在强迫大鼠游泳的抑郁症母体分离模型中，给予重度抑郁障碍模型小鼠双歧杆菌治疗后，模型小鼠的情绪恢复到正常水平。

　　研究指出乳酸杆菌可使处于应激反应状态的模型小鼠情绪恢复正常。Cowan等［41］在生后2周内的母体分离模型大鼠的动物实验中证实，当仔鼠与母体分离产生压力时，益生菌可以治疗压力引起的神经早熟，因此，适时补充有益菌可以缓解子代压力。

　　VPI中肠道微生物群与神经发育相互影响，肠道和神经系统之间的相关作用机制值得进一步探索；在评估MGBA和预测宿主未来神经系统疾病方面，肠道微生物群在宿主体内共享相同的生态位，其数量、种类及相互作用至关重要。考虑到VPI更易受到宫内、宫外多种危险因素影响，要充分发挥肠道微生物群定向治疗的潜力，未来需要更多、更严谨的临床研究来评估VPI肠道微生物群与神经发育连续性的关联。为研究有利于VPI大脑发育、神经系统预后的肠道微生物群定植提供新思路。