婴儿粪便微生物群和代谢物的昼夜节律：婴儿配方奶粉的随机对照干预试验_样本_杆菌_研究

大家好，今天跟大家分享一篇题为Diurnal rhy thmicity of infant fecal micro biota and metaboli tes A rando mized controlled interven tional trial with infant formula（婴儿粪便微生物群和代谢物的昼夜节律性：婴儿配方奶粉的随机对照干预试验）婴儿肠道中的微生物群变化受到饮食的影响，母乳喂养和母乳低聚糖可促进有益双歧杆菌的定植。几乎所有生物体都具有生物钟，可以预测反复出现的环境变化。

研究背景

婴儿肠道中的微生物群组装受饮食的影响。母乳喂养和人母乳低聚糖促进有益双歧杆菌的定植。婴儿配方奶粉补充双歧杆菌或复合低聚糖，特别是低聚半乳糖 （GOS），以模拟母乳。

为了比较不同喂养方式的微生物群发育，这项随机对照干预研究 （德国临床试验DRKS 00012313） 对婴儿出生后第一年的粪便进行了纵向采样，揭示了配方奶粉喂养婴儿和母乳喂养婴儿之间的粪便细菌群落相似 （N = 210），但不同年龄之间存在差异。与含有长双歧杆菌和短双歧杆菌或安慰剂的配方奶粉相比，含有 GOS 的婴儿配方奶粉的双歧杆菌含量持续较高。

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代谢物和细菌分析揭示了 24 小时振荡和昼夜节律网络。细菌多样性、特定分类群和功能通路的节律性随着年龄的增长而增加，并且在母乳喂养和补充 GOS 后最强。在化学恒温器模型中，优势分类群中的昼夜节律在离体进一步维持。因此，微生物群节律性在生命早期发展并受饮食影响。

见图一

参与者招募和随机化的研究示意图。

图一

参与者注册示意图和研究开始前退出的原因。活跃的研究参与者 （N = 210） 提供了至少一份粪便样本。新生儿被随机分配到四个配方奶粉组之一：安慰剂、补充双歧杆菌（配方 B）、补充低聚半乳糖 （GOS）（配方 C）或含有 GOS 和双歧杆菌的配方奶粉（配方 D）。从未食用过任何提供的配方奶粉的母乳喂养婴儿作为参考组。

见图二

婴儿微生物群的时间发育。

图二

（A） 研究粪便样本采集示意图和粪便样本分析时间点。

（B） 根据婴儿年龄（月）或父母样本分组的粪便样本的非度量多维缩放 （NMDS） 图（整体组的分离显着：p ≤ 0.001，基于距离矩阵的排列多变量分析）。

（C） 所有研究粪便样本（来自 210 名婴儿 [多个时间点，包括随访] 和 152 名父母 [单个时间点] 的 1,222 个粪便样本）的从头系统发育聚类，每个样本的门显示为堆叠条形图（第二个最内侧的环），最外层三个环中每个样本的元数据（饲料类型、出生类型和采样时间点）。

（D） 不同婴儿采样时间点和亲本样本的 α 多样性（丰富度、zOTU）。(∗∗∗∗P ≤ 0.0001， 25th至 75th百分位数箱线图，中位数：实线，须线：最小值到最大值。

（E） 所有婴儿样本 （n = 998） 的 β 多样性（无监督聚类）的度量多维标度 （MDS） 图，产生三个不同的聚类（整体组的分离是显着的：p ≤ 0.001，基于距离矩阵的排列多变量分析）。

（F） 前 3 名相对丰度 （%） 簇占主导菌序的小提琴图 （∗∗∗∗p ≤ 0.0001，中位数：实线，25th和 75thpercentile： dashed lines）中，则从头生成的集群。

（G） 平均每日配方奶粉摄入量（mL，条形图）和纯母乳喂养率（灰线）与配方奶粉消费者（绿松石线）的对比。

（H） 关于采样时间点和喂养类型的描述性集群组成（母乳喂养：灰色，配方 A（安慰剂）：黄色，配方 B（双歧杆菌）：红色，配方 C （GOS）：绿色，配方 D（双歧杆菌 + GOS）：深蓝色）。

见图三

双歧杆菌和 GOS 干预对婴儿微生物群组装的影响。

图三

（A） 基于饲喂组的婴儿 β 多样性（MDS 图）。箱线图显示 5 个源组中每个源组的广义 UniFrac 距离。

（B） 不同补料组随时间变化的丰富度（0.5：1 个月：∗∗P ≤ 0.01， 0.5：3 个月：∗∗∗P ≤ 0.001、0.5：7 个月和 0.5：12 个月：∗∗∗∗p ≤ 0.0001，方差分析 p < 2.2e−16）。

（C） 在 >80% 的样本中发现的前 10 个相对丰度 （%） 分类群（属）（平均丰度≥ 0.5）。对应于相对于分类群中位数的增加（红色）或减少（蓝色）丰度的色标，绿色框中每个饲料组的平均丰度。

（D） 双歧杆菌属相对丰度的频率分布（中位数：实线，上下四分位数：虚线，∗∗p ≤ 0.01，∗p ≤ 0.05）。遗漏了最少的配方奶粉消费者（基于每日配方奶粉消费量的最低四分位数）。母乳喂养的婴儿在右边进行比较。

（E） 单个样品的前 20 个物种（浅层宏基因组学）的相对丰度（对数值）。元数据为样本上方的条形 （feeding， age），层次结构聚类位于最顶部。

（F） 与浅层宏基因组测序样本相关的前 20 条已鉴定通路（列归一化），按丰度递减排序。元数据为样本上方的条形（feeding、age），最顶部有分层聚类;通路（BioCyc 标识符）和通路类别分别位于热图的左侧和右侧。

见图四

代谢物清晰区分摄食组并显示昼夜节律变化。

图四

（A） 根据饲料类型（左图）和非纯喂养者（右图）分层的婴儿代谢物谱（3 个月）的主成分分析。

（B） 样本内归一化热图，描绘了婴儿粪便样本中发现的前 49 种代谢物的相对丰度（3 个月）。

（C） 每个饲喂组显示的注释粪便代谢物的平均丰度（3 个月）。

（D） 粪便代谢物和物种的相关网络，使用浅层宏基因组测序鉴定。

（E） 显著相关 （r > 0.5） 物种 （浅层宏基因组测序） 和粪便代谢物的热图，每种代谢物根据 MetaCyc 通路的类别进行颜色编码。

（F） 以一天中的时间间隔划分的粪便代谢物归一化丰度的热图。代谢物按其峰值丰度排序，该峰丰度由余弦波回归确定。

（G） zOTU 和节律代谢物的网络相关性分析。连接线的粗细表示相关性的强度。

见图五

婴儿微生物群日间相关节律的形成受配方奶粉补充剂的影响。

图五

（A） 具有已知排便时间的样本 α 多样性的日分布图 （n = 987）。每个时间点的总样本数显示在图表上方，每个年龄组每天时间的样本数显示在图表中的表格中。用拟合的余弦波曲线 （cosine-wave regression， p ≤ 0.05） 说明显着的节律。数据表示为 SEM ±平均值。

（B） 在婴儿样本中检测到的 777 个 zOTU 的相对丰度热图 （平均相对丰度> 1%，标准化为每个 zOTU 的峰值），按 zOTU 的余弦波幅度峰值的时间排序。

（C） 双歧杆菌属在所有婴儿样本中的昼夜分布。用拟合的余弦波曲线 （cosine-wave regression， p ≤ 0.05） 说明显着的节律。数据表示为 SEM ±平均值。

（D） 0.5、3、7 和 12 个月时的节律性 zOTU，节律性 zOTU 的总数显示在图表底部。

（E） 五个喂养组中的节律 zOTU，节律 zOTU 的总数显示在图表底部。

（F） 按喂养组分离的婴儿样本（3 个月和 7 个月）中节律和心律失常通路的定量和意义。显着的节律通路位于虚线上方 （p < 0.05）。

（G） 包含从母乳喂养 （BF） 和安慰剂配方奶粉 （A） 喂养的婴儿获得的粪便培养物的化学恒温器 1-4 的研究设计和采样时间点示意图。

（H） 在化学恒温器样品中鉴定的 zOTU 的系统发育聚类，显示为分支图。节律性适用于个体 zOTUS （环 1）、家庭 （环 2）、门 （环 3），并且在其中发现了有节奏的 zOTU 的化学恒流器 （环 4）。

（I） 连续培养 7 天后恒化器培养物中 zOTU 的昼夜节律谱。用拟合的余弦波曲线 （cosine-wave regression， p ≤ 0.05） 说明显着的节律。数据表示为 SEM ±平均值。

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研究结论

总之，这项对照干预研究为受饮食影响的发育中的婴儿肠道微生物群的昼夜节律提供了令人信服的证据。我们的研究结果证明需要进一步分析细菌和代谢物的昼夜节律波动及其在促进婴儿营养益处方面的功能作用。

好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理. 数据分析等支持.也随时可以联系我们。

发布于：广东省