Nature！胎儿到底有没有细菌？

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Nature！胎儿到底有没有细菌？

Original 2018-01-22 关注前沿▶ 转化医学平台

引言

人类肠道微生物最初来源于哪里？一些科学家找到一些证据显示胎盘中或含有细菌，这意味着打破了科学界一直以来认为的胎儿生长于无菌环境的传统观点，最新一期权威期刊《Nature 》发表了一篇新闻报道，把科学界的关于胎儿有菌无菌的争议展示给大众。

一直以来，科学界都认为胎儿是无菌的！

然而，一些科学家可能已经找到一些证据显示，人类胎盘可能含有细菌，这意味着胎儿并非是在一各绝对无菌的环境中生长。

然而，围绕着胎儿有菌无菌的话题在科学界一直具有巨大的争议。如今，随着人类肠道微生物研究的持续火爆，关于胎儿有无细菌以及婴儿最初的细菌到底来源于哪里的争论再现。

最新一期《Nature》用新闻报道的形式向大家介绍了科学界相关的争议，主要报道有下面几点：

1. 科学界一直认为胎儿在母体内是处于无菌环境中，而近期研究表明人体的初始菌群定殖可能发生在出生前；

2. 2014年Aagaard等人从320名女性的胎盘内部取样，在严格无菌和实验对照下，通过基因测序在部分胎盘中检测出细菌DNA；

3. 其他研究也有类似报导，有些研究表明在羊水和胎便中也存在细菌，也有动物实验支持胎儿在母体内获得菌群的假说；

4. 然而争议尚存，最主要的一点是实验过程中是否存在细菌及其DNA的污染，相关研究仍在进行。

（上面四条内容摘录自热心肠日报）

转化医学平台现将原文原创编译如下：

受孕后不久，人类胚胎便开始形成对其生存至关重要的器官。胎盘既是生命线又是监护人：它将母亲的血液中的氧气，营养素和免疫分子运送到她正在发育的胎儿身上，但它同时也是防止感染的屏障。一个多世纪以来，医生们一直都认为胎盘通常情况下是无菌的。

然而，从2011年左右开始，Indira Mysorekar开始质疑这个看法。她和她的同事们从密苏里州圣路易斯一家医院分娩妇女获得近200个胎盘样品。当研究人员在显微镜下检查样品时，他们发现近三分之一的胎盘有细菌【1】。“他们（细菌）实际上是在细胞内”，华盛顿大学的微生物学家Mysorekar说。

细菌通常预示着感染，而感染是早产的常见原因。但是Mysorekar观察到的细菌似乎不是病原体，她没有看到细菌周边有任何免疫细胞，也没有观察到炎症迹象。细菌不仅仅存在于早产妇女的胎盘中，Mysorekar还从正常、健康怀孕妇女的样本中找到了它们。她说：“这是我们的第一个线索，这可能是一个正常的微生物群。”

寻求理解微生物如何帮助塑造人类健康和发育的研究在过去几十年中变得非常流行，其中一些研究人员则关心一个至关重要的问题，即什么时候细菌第一次在人体中定居。研究者们一直没有获得答案。医生们曾经认为，胎儿第一次接触到细菌应该是发生在产道中。临床医生们甚至希望看到剖腹产出生的婴儿是否可以从其母亲的阴道微生物中获益。但是Mysorekar和其他科学家已经在胎盘、羊水和胎粪（胎儿在宫内形成了焦油状的粪便）中发现了细菌的证据。这让一些研究人员意识到微生物在胎儿出生前就可能存在了。

如果这是真的，那么，细菌可能是正常怀孕的一部分，它们对塑造免疫系统的发育可能具有关键作用。科学家可能会找到方法来改变子宫内的微生物组成，并可能抵御过敏，哮喘和其他疾病。他们也许能够发现怀孕期间与早产或其他并发症相关的微生物谱，这可能有助于阐明其发生的原因。

处于这些发现前沿的科学家们认为，一个无菌子宫的教条正在消失。也许人类以及其他物种比如蛤蜊，采采蝇和海龟等物种，在他们出生之前就可以继承母体的微生物【2】。加州大学旧金山分校的微生物学家Susan Lynch说：“如果我们没有子宫内的微生物，我认为我们将是唯一一个没有受到审讯的物种。”

但是，即使支持这个想法的论文数量不断增加，一些科学家也在犹豫。加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）的微生物学家Jens Walter说：“我不认为这些微生物存在。在有些人看到一个有趣的新的研究之时，另一些人则看到了生物的难以置信，马虎的科学和长期困扰着微生物研究的幽灵-污染”。

现在，一项研究正在进行，可以一劳永逸地回答这个问题。

一位儿科医生将胎盘微生物群体的争论比作科学的“刀子战”。但是，如果确实存在胎儿微生物组，那么不仅对医学，而且对基础生物学都有深远的影响。“如果我们开始考虑胎盘作为母胎通讯的渠道，而不是障碍，那么，那么我认为我们就如何解释了许多发育生物学的问题开辟了非常有趣的观点。”德克萨斯州休斯敦贝勒医学院的产科医生Kjersti Aagaard说道。

▶探查胎盘

无菌子宫的教条可追溯到法国儿科医生亨利·蒂西耶（Henry Tissier），他在二十世纪初研究了婴儿第一个细菌的来源。然而，研究人员在三十多年前就开始渐渐发现一些与无菌子宫相违背的证据。但是直到2014年，胎盘可能拥有一个完全成熟的微生物群的想法并没有得到太多关注，当时由Aagaard领导的一个研究小组发现了胎盘组织中的细菌DNA【3】。

正在从事人类微生物项目的Aagaard注意到一些奇怪的事情。传统观点认为，婴儿应该是从产道中获得细菌，然后这些细菌发育成婴儿的微生物组，然而，她发现孕妇阴道中的细菌和婴儿出生后第一周的细菌并不匹配。因此，她认为，如果微生物菌群在婴儿出生前就已经存在，这可能是有道理的。

Aagaard认为，如果母亲将细菌传给子宫内的婴儿，那么，可能会有证据表明这种转移是发生在胎盘之中。因此，她们进行了调查研究，她和她的小组在无菌条件下收集了320名妇女的胎盘的一小部分组织，这些胎盘包括一些早产的孕妇和一些在怀孕期间感染的妇女的胎盘。由于细菌难以培养，因此，他们使用基因测序来检测细菌。他们在一个小时内，在无菌室内对胎盘进行活组织检查，切除表面以避免污染，并将这些样本放入小瓶中。他们还分析了空瓶中的物质，以排除环境或DNA提取试剂的污染。

当然，不是每个胎盘都能够被检测出含有细菌DNA，但是，很多胎盘都能够检测出。为了更深入地了解这些微生物的功能，研究人员对一部分样品进行了全基因组测序。在大多数情况下，他们发现由大肠杆菌和其他几个菌群占主要。当他们比较胎盘的细菌DNA与身体其他部位的细菌DNA时，结果与口腔中发现的微生物种类最为匹配。口腔细菌如何进入胎盘尚不清楚，但有一种可能性是，它们通过血液循环进入胎盘。即使是常规的牙刷也可以让细菌进入血液。更重要的是，经历过早产或早期感染的妇女的微生物标志似乎不同。医生们认为，胎盘中细菌的存在只是感染信号，但对于Aagaard而言，似乎清楚哪些细菌存在比它们是否存在更为重要。

这篇论文在大众媒体上引起了轰动，但批评者认为Aagaard是做事过了头了。德国亚琛工业大学医学微生物学研究所主任Mathias Hornef说：“DNA不是细菌”，他说，“DNA可以用来表征微生物，但不能确定它的存在。”

然而，Aagaard的调查结果并不是孤立的事件。其他几个组织在胎盘中也发现了细菌DNA。例如，Mysorekar在胎盘中看到细胞内部的细菌结构。而在2016年，芬兰的一个小组设法从健康怀孕妇女的胎盘组织培养细菌【4】。

研究人员还发现了存在于羊水中的细菌【4,5】，这让他们怀疑胎儿是否会偶尔摄取微生物当他吞下一些液体的时候。另一些研究人员，包括盖恩斯维尔佛罗里达大学的新生儿学家约瑟夫·诺伊（Josef Neu），在胎粪中鉴定出了细菌DNA【6】，这一发现表明胎儿的肠道本身在出生前可能含有细菌。一部分这些DNA可能来自羊水。结果还显示，早产儿粪便中的微生物与足月儿出生的微生物不同。

Josef Neu假设某些细菌菌株可能会促使胎儿的胃肠道产生可能引发早期分娩的炎性蛋白质。事实上，一些研究【7】显示早产儿的羊水确实含有更多的这类炎性蛋白质。他说，这种联系并不能证明什么，但它确实提供了“一些有趣的难题”。“胎儿-母体微生物群至少部分解释了一些早产案例。”

Lynch的小组是几个能够从胎粪中培养细菌的团队之一。她说，但目前尚不清楚这些细菌是否是仅仅通过了胎儿，或者它们是否真的在成长，分裂并在胎儿肠道中定居。 Lynch现在正在观察人类胎儿组织，看看她和她的同事是否能够在胎儿肠道内发现细菌的证据。

一些动物研究表明，这种从母亲到胎儿的细菌转移是可能的。在2000年代中期，由马德里康普坦斯坦大学的微生物学家胡安·米格尔·罗德里格斯（Juan Miguel Rodríguez）领导的研究小组用做了标记的细菌接种给怀孕小鼠，并通过剖宫产分娩幼鼠。他们在羊水【8】和幼仔的胎粪中发现了标记的细菌【9】。

Josef Neu说：“我们在这些动物模型中和在人类中看到的东西确实似乎支持这种胎儿-母体微生物群说法。我并不是100％信服，但我认为证据会越来越强。”

▶污染问题

然而，一些研究人员仍然深表怀疑，他们认为，胎盘微生物的踪迹是来自研究中使用的DNA提取试剂盒的“基因组”污染物。有一些证据支持这一点。费城宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一名围产学家Samuel Parry最初对Aagaard的数据很感兴趣，因此，他计划进行一项研究，以研究早产婴儿的胎盘微生物群与足月婴儿的差异。首先，他的研究小组检测了无菌拭子、试剂、DNA纯化试剂盒和他们常用的其他设备上发现的微量DNA。他们最终发现，从6个胎盘样本中回收的细菌DNA与提取试剂盒上发现的细菌DNA无法区分【10】。Parry说，他们已经测试了几十个胎盘。“我们无法找到一种微生物。”英国Hinxton的Wellcome Sanger研究所的微生物组研究人员Marcus de Goffau说，他和他的同事从“数百”胎盘中得到了类似的未发表的结果。

他说，其中一个问题是胎盘中的细菌信号会很弱。在粪便或唾液中，有这么多的细菌，很容易区分微生物与背景污染。但是，当微生物稀少时，一个真正的信号就更难提取。这个问题远比对人类胎儿的研究更进一步，他补充说：“整个测序领域都是胡言乱语。”

Aagaard则支持她自己的结果。她说：“我们非常谨慎。 “我们可以曲解事情吗？当然，但是，我们已经把阴性和阳性对照都做了。”她指出，其他几个小组已经在胎盘中发现了细菌DNA的证据。

密歇根州底特律国立儿童健康和人类发展研究所的Parry和产科医生Roberto Romero正在计划开展一项多中心研究，以便研究更多胎盘的问题。他们希望在接下来的几个月里召开会议来设计实验方案。Roberto Romero说，如果一切顺利的话，他们最快可以在明年能够得到结论。他们邀请Aagaard参加，她说她愿意。“Kjersti Aagaard是一位杰出的研究人员，她提出了一个有趣，重要，值得进行实验的想法，”Romero说，“这个争议是可以解决的。”

他们不是唯一寻求答案的人。de Goffau是英国医学研究委员会（British Medical Research Council）提供的价值160万英镑（合200万美元）资助的一个团队的一员，该团队负责检查胎盘组织和血液中可能与妊娠并发症相关的感染因子。去年，美国国立卫生研究院宣布将为研究免疫系统的早期发育提供资金。该声明特别提到研究如何检查胎儿微生物的种植和演变，以及如何影响大脑。

如果研究未能发现子宫内的微生物，那么这并不能消除胎儿在那里可能遇到微生物的可能性。新罕布什尔州黎巴嫩达特茅斯-希契科克医学中心的新生儿医学家朱丽叶·马丹（Juliette Madan）说：“人体内和体表很少有可以被认为是无菌的。但少数微生物并不一定意味着复杂而多样的微生物群。” Madan并不认为研究人员会发现任何有意义的母亲与胎儿之间的细菌共享。

但是，对于这篇胎盘论文持强烈批评意见的德高夫（de Goffau）却并不确定。他自己设法检测胎粪中的细菌。“这不是完全无菌的，”他说。尽管证据不完整，他补充道，胎儿微生物至少是可能的。

纽约大学的微生物生态学家玛丽亚·多明格斯-贝洛（Maria Dominguez-Bello）开展了一项研究，研究婴儿微生物群的发展以及在剖腹产后将婴儿与母亲的阴道微生物接触的潜在益处。但是，她并没有发现胎粪中有细菌。她认为，当羊膜囊破裂时，无菌环境就被破坏了，这为细菌进入婴儿肠道留下了充足的时间。她补充说：“小孩生产需要几个小时，在这期间，婴儿也会吞咽以及揉动产道壁。即使婴儿是通过剖宫产出生的，婴儿可能需要几个小时甚至几天的时间才能第一次排便-一个可能会在子宫外获得细菌的时间窗口。”

多明格斯-贝洛（Dominguez-Bello）和其他人说，最有说服力说明不存在胎儿微生物群的证据是，没有细菌的实验室老鼠的存在。为了制造这些无菌的啮齿类动物，幼崽由具有正常微生物组的母体通过手术递送，然后在无菌条件下饲养。Walter说：“我们已经完成了这些实验，并且已经完成了70年。如果哪怕只有一个细菌存在于幼龄小鼠身上，它很快就会增殖，那么，实验方案就会失败。完成这样的实验是不可能的。”

“我会争辩说，如果你和真正的微生物学家谈论，他们不会认为这是有争议的，” Walter说。他补充道，这个问题已经得到解答。

微生物学家Mysorekar不同意。她说，有人坚持认为胎盘微生物是“假新闻”，而则她认为，这是一个耻辱。 “有一些非常令人兴奋的问题需要解决。”Mysorekar说，人类开始开发一个来源于子宫的免疫细胞库，这表明某种微生物暴露。她想知道这些微生物来自哪里以及暴露的发生。她说：“要学习的东西太多了。但她对这种怀疑并不感到惊讶。她说，在任何新兴领域，你会发现“一些反对者，一些肮脏的数据，但也有很多引人注目的新观察，一起推动领域前进”。

文献：

1.Stout, M. J. et al. Am. J. Obstet.Gynecol. 208, 226.e1–7 (2013).

2.Funkhouser, L. J. & Bordenstein S. R.PLoS Biol. 11, e1001631 (2013).

3.Aagaard, K. et al. Sci. Transl. Med. 6,237ra65 (2014).

4.Collado, M. C., Rautava, S., Aakko, J.,Isolauri, E. & Salminen, S. Sci. Rep. 6, 23129 (2016).

5.DiGiulio, D. B. Semin. Fetal NeonatalMed. 17, 2–11 (2012).

6.Ardissone, A. N. et al. PLoS ONE 9,e90784 (2014).

7.DiGiulio, D. B. et al. PLoS ONE 3, e3056(2008).

8.Jiménez, E. et al. Curr. Microbiol. 51,270–274 (2005).

9.Jiménez, E. et al. Res. Microbiol. 159,187–193 (2008).

10.Lauder, A. P. et al. Microbiome 4, 29(2016).

参考资料：