摘要

肠道菌群对儿童健康具有重要意义。越来越多的研究表明肠道菌群是影响人类神经发育和神经精神疾病的潜在介质之一。在生命早期，肠道菌群和神经系统发育窗口期有显著的重叠。早产儿发生肠道菌群失调和神经发育障碍的风险较高。然而人类生命早期肠道菌群与神经发育之间的关系仍未明确。该文综述了生命早期肠道菌群与早产儿神经发育之间的关系，以期有助于明确早产儿健康神经发育的预测性生物标志物和潜在治疗靶点。

Progress on gut microbiota in early life and neurodevelopment of premature infants

The gut microbiota is of great significance for children's health.An increasing number of studies indicate that gut microbiota is one of the potential mediators affecting human neurodevelopment and neuropsychiatric dysbiosis.In early life，there is a significant overlap between the development window of gut microbiota and the nervous system.Premature infants are at high risk of developing gut microbiota dysbiosis and neurodevelopmental disorders.However，the connection between gut microbiota in early human life and neural development remains unclear.This article reviews the relationship between gut microbiota in early life and neurodevelopment in premature infants，with the aim of contributing to identify predictive biomarkers and potential therapeutic targets for healthy neurological development in premature infants.

近年来，新生儿重症监护救治水平有了极大的提升，超早产儿即胎龄小于28周的婴儿的病死率也显著降低。这些婴儿存活率提高了，但终身神经发育障碍的发生率却有所增加 ^{［ 1 ］} 。妊娠晚期是大脑迅速生长发育的关键时期，在此期间大脑体积显著增加，认知功能也逐渐完善。早产的发生中断了妊娠晚期大脑的正常生长发育。肠道菌群参与宿主生理过程（包括神经发育）是近年来研究的热点 ^{［ 2 ］} 。早产儿由于受到各种内外因素的影响，肠道菌群定植延迟，肠道菌群与宿主之间关系的严重受损可能会使其出现不良神经发育结局。然而，只有少数研究探讨了肠道菌群和早产儿神经发育之间的关系。本文对生命早期肠道菌群与早产儿神经发育之间关系的研究进展进行综述。

生命最初的1 000 d是影响人体营养与健康状况的关键时期。这一时期影响人体微生物群的建立。关于宫内胎儿肠道是无菌还是有菌，目前依然存在争议。生命早期肠道内定植的菌群以母体传递的、有益的、非致病的共生菌为主，如双歧杆菌、乳酸杆菌和类芽孢杆菌等 ^{［ 3 ］} 。随着新生儿的生长发育，肠道内细菌快速增殖会消耗肠道内大量的氧气，从而在肠道内形成了有利于厌氧菌定植的环境。肠道菌群的定植是一个复杂且动态的过程，经历了从简单到多样化、从不稳定到相对稳定的演变。研究表明，肠道菌群通常在儿童3岁前稳定 ^{［ 4 ］} 。

生命早期，肠道菌群的建立受母亲健康、营养、代谢状况和其他多种内外因素的影响。影响新生儿肠道菌群定植最重要的因素是从母亲到儿童的菌群垂直传播 ^{［ 5 ］} 。阴道分娩的新生儿在出生时通过产道首次接触微生物。新生儿首先接触到来自阴道、母亲皮肤和粪便中的微生物，随后才接触到周围环境中的微生物 ^{［ 6 ］} 。这些事件是母体印记效应的体现，对儿童早期肠道菌群的定植和成熟起着关键作用。任何影响菌群垂直传播的因素，都可能改变新生儿肠道菌群的初次定植情况。

影响新生儿微生物定植的因素包括分娩方式、喂养方式、胎龄、抗生素的使用等。足月、阴道分娩、纯母乳喂养且未接触抗生素的新生儿被认为拥有早期健康的肠道菌群 ^{［ 7 ］} 。剖宫产对足月分娩新生儿的肠道菌群有显著影响 ^{［ 8 , 9 ］} 。剖宫产婴儿肠道内早期定植的菌群与母亲皮肤表面的微生物群落相似，也接近手术室中的微生物群落。与阴道分娩婴儿相比，剖宫产婴儿肠道内的类杆菌数量较少 ^{［ 10 ］} 。母乳富含双歧杆菌，这些细菌会随乳汁进入婴儿体内并定植于肠道，此外，母乳中的免疫球蛋白和低聚糖有助于双歧杆菌等有益菌的生长 ^{［ 11 ］} 。配方奶喂养的婴儿肠道菌群包含拟杆菌、肠杆菌等多种细菌，然而，双歧杆菌在其肠道内并不占主导地位。早产儿与足月儿的肠道菌群种类和数量存在显著差异，这表明胎龄会影响肠道菌群的定植。此外，母亲的生活习惯、分娩年龄和妊娠期并发症等因素，都可能对生命早期肠道菌群的定植产生重要影响。研究发现，妊娠期糖尿病母亲分娩的新生儿，其肠道菌群组成会明显变化。主要表现为厚壁菌门和变形菌门的丰度发生了改变 ^{［ 12 , 13 ］} 。如果母亲孕期吸烟，儿童的肠道菌群会发生改变，尤其是厚壁菌门的多样性会增加。这可能导致肠道菌群代谢物丁酸的增加，从而提高了儿童后期超重和肥胖的风险 ^{［ 12 , 13 ］} 。高龄产妇面临更高的不良妊娠结局风险，这可能进一步影响新生儿肠道菌群的正常定植过程。

早产儿肠黏膜屏障功能和免疫功能均不成熟，再加上特定的环境条件，这可能严重干扰健康的肠道微生物定植。早产儿通常由于孕母妊娠期出现并发症，采取剖宫产分娩。出生后，部分早产儿会转入新生儿重症监护室接受治疗。住院期间会暴露于医院环境、接受呼吸机治疗、接受肠外营养、预防性使用抗生素等。这些因素影响了微生物群的正常定植和自然发育，可能导致肠道微生物群的建立出现偏倚或组成发生异常。早产儿的肠道菌群多样性降低，个体之间差异显著，同时潜在病原体的比率也有所增加。早产儿共生厌氧菌在肠道内的定植延迟。早产儿粪便中肠球菌属、肠杆菌科和条件致病菌的水平明显高于足月新生儿 ^{［ 14 , 15 ］} 。最近的研究表明，胎龄对婴儿肠道微生物群的发育影响较大 ^{［ 16 , 17 ］} 。尽管如此，早产儿肠道菌群随着时间的推移，会逐渐接近正常足月儿的水平。早产儿生后预防性使用抗生素概率高。抗生素的使用降低了肠道菌群的多样性，并导致肠道变形杆菌增多，不利于梭状芽孢杆菌和双歧杆菌的定植 ^{［ 18 ］} 。喂养方式对早产儿肠道菌群也有很大影响 ^{［ 19 ］} 。基于目前的临床治疗手段，早产儿生后早期常需要肠外营养补充能量，且早期以一般配方奶粉喂养为主，母乳摄入量相对不足。母乳喂养可以提高肠道菌群的多样性和肠道内双歧杆菌的丰度，同时可以减少低出生体重或小胎龄所带来的负面影响 ^{［ 20 , 21 ］} 。

肠道菌群通过双向信号传导连接肠道和大脑，形成了MGBA。肠道菌群通过MGBA对宿主中枢神经系统的发育及功能发挥作用 ^{［ 22 , 23 ］} 。该轴涉及多种途径，如免疫反应、迷走神经、肠神经及微生物产生的分子或代谢物 ^{［ 23 , 24 ］} 。然而，其潜在机制还未完全阐明。目前与MGBA机制相关的信息大部分来源于小鼠模型。虽然小鼠的脑结构和生理功能与人类存在差异，但仍为深入了解MGBA的机制提供了有力的证据。既往研究表明，幼年无菌（GF）小鼠的行为和认知评估显示肠道菌群可能影响宿主的神经发育 ^{［ 25 ］} 。GF小鼠表现出应激、焦虑反应和记忆障碍，这表明肠道微生物群的组成变化与早期脑功能之间存在联系 ^{［ 26 , 27 ］} 。GF小鼠表现出运动增加和焦虑减少，说明微生物定植可能是大脑发育的重要组成部分，并影响与运动控制和焦虑行为相关的神经元回路。和发育迟缓表型相关的肠道菌群与神经炎症的增加及循环中胰岛素样生长因子-1的减少有关，这表明不健康的肠道菌群分布对神经元和少突胶质细胞的早期发育有不利影响 ^{［ 28 ］} 。Zhou等 ^{［ 29 ］} 在小鼠坏死性小肠结肠炎模型中发现，小鼠肠道存在释放产生干扰素γ的CD4 ⁺T细胞，这些细胞与脑损伤特征相关，包括小胶质细胞激活、炎症反应和髓鞘磷脂丢失。也有研究表明GF小鼠的工作记忆功能受损与海马5-羟色胺受体1A和脑源性神经营养因子水平下降有关 ^{［ 30 ］} 。MGBA相关的神经活性代谢物，如γ-氨基丁酸和5-羟色胺，可以减少促炎细胞因子和下丘脑-垂体-肾上腺的活性，也可调节肠道菌群 ^{［ 31 ］} 。GF小鼠表现出过度的应激反应，这表明下丘脑-垂体-肾上腺系统易受抑制性神经调节的影响，同时肠道菌群的正常定植需要从早期发育阶段开始 ^{［ 32 ］} 。给予孕期小鼠服用嗜酸乳杆菌和双歧杆菌可促进后代大脑发育，并保护后代大脑免受产后炎症损伤 ^{［ 33 ］} 。

肠道微生物群发育和大脑发育时期是平行的。大脑发育始于孕期的第一个月，发生在母体子宫内。这一过程涉及一系列预定的事件，许多事件会持续到出生后的一段时间。在出生前不久，约半数神经元通过细胞凋亡被清除 ^{［ 34 ］} 。围生期大脑发育期间存在多个关键的脆弱窗口期，这些时期对发育至关重要。在此期间，不良事件的发生将显著改变发育轨迹，并增加患病风险。妊娠中期和晚期早产儿面临更高的围生期脑白质损伤风险。围生期脑白质损伤是引起早产儿长期不良神经预后的主要原因。MGBA可能参与了早产儿脑白质损伤的发病过程。此外，早产儿易发生坏死性小肠结肠炎。坏死性小肠结肠炎的肠道菌群失调具体表现为变形菌群水平的改变和Toll样受体4活性的增加，这与神经发育障碍的风险显著增加相关 ^{［ 35 ］} 。

早产儿生后受到多种因素影响，正常肠道菌群定植延迟，导致其后期发生神经不良结局的风险增加。目前仅有少数临床研究支持这一观点。Sun等 ^{［ 36 ］} 对出生1个月内的早产儿在新生儿重症监护病房住院期间的肠道菌群进行了分析，并使用网络神经行为量表（NNNS）及其应激/戒断量表（NSTRESS）评估了其纠正胎龄36~38周或出院前的神经发育结果。该研究表明肠道菌群在采样时间内的相对丰度变化与NSTRESS评估的婴儿神经行为结果相关。法国一项前瞻性观察队列研究调查了577例极早产儿肠道菌群失调与长期预后之间的关系 ^{［ 37 ］} 。在调整胎龄等混杂因素后，这些婴儿在2岁时进行年龄发育进程问卷调查，结果显示三组菌群失调的婴儿面临死亡或神经发育迟缓高风险。Seki等 ^{［ 38 ］} 描述了60例极早产儿、极低出生体重儿的肠道-微生物群-免疫-脑轴与早期神经发育之间的关系。该研究发现了一些潜在的脑损伤生物标志物，包括肠道菌群和免疫功能的特征。从出生到纠正胎龄足月，极早产儿的大脑发育经历三个阶段：静止阶段、神经生理成熟阶段和足月等效阶段。围生期脑白质损伤的婴儿在静止期具有特定的微生物和免疫特征，这些特征可能引发炎症级联反应，主要表现为T细胞极化和促炎细胞因子的分泌。炎症在神经生理过程中持续到成熟期，具有延迟发作和特定的病理特征。出生6周内克雷伯菌的过度生长与严重脑损伤及炎症标志物（如γδT细胞和促炎细胞因子）的分泌相关，而与神经保护因子分泌呈负相关。Oliphant等 ^{［ 39 ］} 进行了一项前瞻性研究，分析了从出生第一周开始的神经发育早期标志物，特别研究了头围生长与肠道菌群建立之间的关系。研究发现，头围生长不良与肠道中拟杆菌和毛螺菌这两种本应占优势的细菌丰度降低有关。Sarkar等 ^{［ 40 ］} 的研究也提出了双歧杆菌对早产儿神经发育具有保护作用。极低出生体重的婴儿在新生儿期的肠道菌群表现出生态失调，这可能与NICU环境有关。随后，这些菌群在儿童4岁时才逐渐转变为成人肠道菌群。研究发现2岁时不需要因神经发育问题转诊至神经专科干预的儿童，其肠道菌群以双歧杆菌为主；而需要转诊的儿童，其肠道中大肠杆菌、柠檬酸杆菌和肠杆菌则非常普遍 ^{［ 41 ］} 。一些研究指出，特定的细菌分类群，尤其是双歧杆菌的早期定植，可能对儿童早期神经发育具有潜在的保护作用 ^{［ 41 , 42 ］} 。双歧杆菌的缺失或相对低丰度可能成为神经发育落后的生物标志物。这一发现可以帮助制定早期干预策略，从而促进早产儿的神经发育。

这些临床研究探讨了生命早期肠道菌群与早产儿神经发育结局之间的关系。监测早产儿生命早期的肠道菌群变化，可能为后期神经发育结局的预测提供理论依据。早期的微生物定植会影响大脑发育，从而改善神经系统的发育结局。然而，已报道的临床研究可能存在一些局限性：首先，临床研究的病例数量有限，这限制了进一步探索其他临床因素对肠道菌群变化及神经发育结局的影响；其次是肠道菌群分析的时间窗口期，粪便样本主要在早产儿生后前30 d内收集，而此后肠道菌群的变化缺乏研究；此外，样本量、临床评估内容和用于评估神经发育结局的方法存在异质性；大部分肠道菌群的研究集中于细菌菌群对早产儿大脑发育及健康结果的影响，而其他非细菌微生物群的潜在价值尚未得到证实。

预防性使用益生菌可能降低临床不良结局的发生，包括坏死性小肠结肠炎、晚发型败血症和极早产儿死亡 ^{［ 43 ］} 。然而，这些益生菌作为MGBA调节剂的治疗效果及其对改善儿童早期神经发育结局的影响尚未得到充分证实，未来亟需进行更多的研究以验证这一观点 ^{［ 44 , 45 ］} 。

研究表明生命早期肠道菌群与早产儿的神经发育有关。尽管尚未明确将两者联系起来的机制，但仍可以假设某些肠道菌群特征可能标志着神经发育的不良。这为及时识别高危婴儿奠定了基础，同时也为制定早期干预策略以促进早产儿的健康神经发育提供了参考。未来需要在更大的队列中进行临床研究。此外，可能需要整合多组学技术，如宏基因组学、转录组学和代谢组学，以及动物模型等，以提供更充分的证据。此外，需要对新生儿重症监护病房早产儿神经发育结局进行长期随访。深入研究MGBA可以了解早产儿健康神经发育的预测生物标志物和潜在的治疗靶点。

参考文献（略）