今天给大家解读一篇4月发表在《iScience》上的题目为“Dynamics of early gut microbiota maturation in extremely preterm infants and neurodevelopment at 2 years of age in a probiotic intervention trial.”的文章。本研究为前瞻性观察研究，基于此前一项随机双盲安慰剂对照试验（PROPEL），共纳入134例EPT-ELBW婴儿，其中105例提供16S rRNA测序数据。研究对比了2岁时神经发育正常组与障碍组（根据贝利量表Bayley-III评分及临床评估）的肠道微生物群特征，包括α多样性、β多样性、单一菌属差异丰度以及纵向发育轨迹。主要发现：微生物群成熟动力学（特别是运动发育相关特征）与神经发育相关，但L. reuteri补充剂未通过微生物组介导效应；群体层面菌群组合比单一细菌更具判别价值。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！
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题目：《极早产婴儿早期肠道微生物群成熟动力学及益生菌干预试验中2岁时的神经发育情况》Dynamics of early gut microbiota maturation in extremely preterm infants and neurodevelopment at 2 years of age in a probiotic intervention trial
发表期刊：iScience
影响因子：4.1
研究背景：
早产是婴儿死亡和长期神经功能障碍的主要原因。极早产（EPT，胎龄<28周）婴儿在认知、语言、运动方面存在高障碍风险。既往研究表明肠道微生物组在肠-脑轴中起关键作用，但EPT婴儿的微生物组发育与足月儿不同，且较少有研究关注EPT-ELBW婴儿。在PROPEL试验中，L. reuteri补充剂曾与第1个月头围增长加快及2岁时语言改善相关，但其机制是否通过肠道微生物组尚不明确。本研究旨在探究早期微生物组成熟及L. reuteri补充对神经发育的具体影响。
研究思路：
- 队列
从PROPEL试验中筛选具有16S数据和2年随访的105例EPT-ELBW婴儿。 - 神经发育评估
2岁校正年龄时采用Bayley-III量表（认知、语言、运动）及神经发育障碍（NDI）综合分级（正常 vs. 障碍，以≥-2 SD为界）。 - 微生物组分析
-
16S rRNA基因V3-V4区测序，每周收集粪便（第1–4周）。 -
计算α多样性（Shannon指数、丰富度、均匀度）、β多样性（NMDS/ANOSIM/PLS-DA）。 -
差丰分析（ANCOM-BC，属水平，流行率≥10%）。 -
纵向分析：coda4microbiome（可识别随时间变化的微生物平衡特征）。 - 中介效应检验
采用SparseMCMM和因果中介分析评估L. reuteri是否通过微生物组（α多样性或特定菌属）影响神经发育。 - 协变量校正
根据背景因素（胎龄、入组地点、多语环境等）进行校正。
研究亮点：
-
早期肠道微生物群成熟与EPT-ELBW婴儿神经发育相关。 -
较高的肠道微生物多样性（3周龄时）与2岁时更好的贝利（Bayley-III）结局相关。 -
微生物群“星座”（多菌群组合），而非单一分类群，与神经发育障碍相关。 -
L. reuteri补充剂可能不通过肠道微生物组影响神经发育。
研究结果：
- L. reuteri补充剂与神经发育无显著关联
L. reuteri组与安慰剂组在正常/障碍分类上无差异，未观察到微生物组介导效应（表S3、S4）。 - 微生物多样性
3周龄时，语言障碍组的丰富度、多样性和均匀度显著低于正常组（p<0.05）；总体NDI组也显示类似趋势（图2、图S1）。 - 单一菌属差异
仅3周龄时克雷伯菌属（Klebsiella）在语言障碍组中丰度显著降低（logFC=-2.24, q=0.03）。其余菌属无显著差异（ANCOM-BC）。 - 微生物群“星座”
PLS-DA显示ASV水平正常组与障碍组可区分，但无单一属能判别；纵向分析（coda4microbiome）识别出运动发育的微生物特征（AUC=0.75）： -
正常组：丙酸杆菌属（Cutibacterium）、肠杆菌属（Enterobacter） -
障碍组：大肠杆菌/志贺菌属（Escherichia/Shigella）、肠球菌属（Enterococcus）、葡萄球菌属（Staphylococcus） -
障碍组中E. coli和Enterococcus的相对丰度随时间（第1-4周）升高。 - 语言、认知、NDI
的纵向模型判别能力较低（AUC分别为0.62、0.49、0.65），但特征方向类似（障碍组偏向早期成熟菌群如E. coli/Enterococcus）。 - 多语环境
与语言障碍风险增加相关（OR 3.36–6.7），但未与微生物组显著关联。
研究总结：
结论：早期肠道微生物群成熟动力学（特别是第一月内的菌群平衡变化）可能影响EPT-ELBW婴儿2岁时的神经发育，以运动发育最为显著。微生物群组成“星座”（如E. coli、Enterococcus相对占优 vs. Cutibacterium、Enterobacter占优）比单个细菌更具判别价值。L. reuteri补充剂可能通过非微生物组途径（如直接作用于肠道黏膜或神经递质代谢）影响神经发育，而非通过改变肠道微生物组。
讨论：
-
未发现L. reuteri通过微生物组介导神经发育，与既往meta分析一致（益生菌对神经发育无总体差异）。 -
未能识别单一判别菌属的原因：EPT婴儿肠道菌群受抗生素、胎龄、母乳喂养等高度限制，且本研究队列（瑞典）比以往研究更不成熟，抗生素使用率高，导致双歧杆菌等有益菌丰度低。 -
运动发育的纵向模型（AUC=0.75）表明：障碍组中E. coli和Enterococcus相对丰度增加（属于早期不成熟阶段菌群），而正常组中Enterobacter（更成熟阶段）占优，提示早期微生物成熟度可能对神经系统发育关键。 -
局限性：2岁评估对长期预测准确性有限；父母教育背景数据缺失较多；样本量小且组间不平衡，可能限制统计效力；未来需延长随访至学龄期、收集完整背景数据、扩大样本量并探索非母乳成分（如未灭菌母乳）及新型益生菌的作用。
结果译文：
1.EPT-ELBW婴儿队列
从最初纳入PROPEL试验的134名婴儿中，有110名婴儿完成了2年随访，其中我们获得了105名婴儿的16S扩增子数据（表1）。由于部分时间点缺乏粪便样本，且随访评估偶尔不完整，每周的婴儿数量有所变化。在婴儿的背景特征中（表2和S1），正常组和障碍组之间有几个临床变量存在显著差异，包括：胎龄、出生体重、出生身长、出生头围、支气管肺发育不良、10分钟Apgar评分以及入组地点。一致地，障碍组婴儿在上述临床特征中表现出更差的结果。正常组和障碍组之间的婴儿性别没有差异。在家庭背景变量中，多语种环境与更高的语言障碍风险相关，第2周、第3周和第4周的比值比（95% CI）分别为3.36 (1.16-9.67)、5.25 (1.6-16.9)和6.7 (1.9-24.6)。关于父母研究生教育程度和母语的大量缺失数据，限制了可靠的解释。在以上所有变量中（表S1），只有胎龄、入组地点和多语种环境被视为混杂因素。第1周的入组地点与alpha多样性、beta多样性和分类群丰度（针对语言、运动和NDI结局）显著相关（表S2）。第2周入组地点与NDI的alpha多样性显著相关，第3周和第4周则与NDI的分类群丰度相关。胎龄（按高于或低于平均值分类）在第1周与运动和NDI的beta多样性显著相关，在第2周和第4周则与NDI的分类群丰度相关。多语种环境与微生物组之间未发现关联。
2.罗伊氏乳杆菌补充与神经发育
在这个菌群组成和Bayley-III测试数据均匹配的缩减嵌套队列中，我们发现罗伊氏乳杆菌补充与神经发育（评估为正常与受损）之间没有关联（表S3）。因此，当神经发育结局被分类为正常组和障碍组时，我们未观察到菌群在介导罗伊氏乳杆菌DSM 17938补充与神经发育结局之间的任何作用（表S4）。尽管如此，罗伊氏乳杆菌组中Lactobacillus始终显著更为丰富，而在运动结局的第4周，安慰剂组中Finegoldia略为丰富。罗伊氏乳杆菌补充与第1周和第2周更高的alpha多样性显著相关（表S3），而对于安慰剂组，第3周更高的alpha多样性与2岁时正常的NDI结局相关（表S5）。然而，alpha多样性对神经发育结局未显示出中介效应（表S6）。鉴于罗伊氏乳杆菌/安慰剂组与语言、认知、运动发育评分及整体神经发育之间缺乏显著关联，我们继续研究肠道菌群与神经发育结局之间的潜在关联，而不考虑婴儿是否接受罗伊氏乳杆菌或安慰剂补充。
3.与神经发育结局相关的微生物分类群
这些EPT-ELBW婴儿在出生后第一个月的肠道菌群由少数几个属主导，包括Staphylococcus、Enterococcus、Escherichia (E.) coli、Klebsiella和Lactobacillus（图1）。这些主导菌属在正常组和障碍组中总体上分布均等，尽管在特定时间点观察到轻微的描述性差异。例如，第1周时，语言发育正常组Staphylococcus的相对丰度略高，而Lactobacillus较少；第4周时，出现了细微变化，障碍组显示较高的E. coli，而正常组则表现出Klebsiella和Veillonella的代表性增加。然而，在调整了上述混杂因素后，使用ANCOM-BC（属水平，检出率阈值≥10%）进行的评估，在每个时间点均未发现正常组和障碍组之间存在显著差异丰度的细菌，只有一个例外：第3周时，与正常组相比，语言障碍组中Klebsiella的丰度显著较低（log fold change = -2.24，q值 = 0.03）。此外，在某些情况下，对于认知和运动发育，某些菌属仅存在于正常组中（表3）。我们进一步探讨了定植这些仅出现在正常发育组中的细菌是否与Bayley-III评分存在差异，结果发现第3周时定植有Finegoldia的婴儿，其认知Bayley-III评分更高（p值 = 0.02，q值 = 0.14）。
4.出生后第3周更高的微生物丰富度与语言发育相关
我们还评估了神经发育是否与群落结构（alpha多样性）的差异相关。总体而言，在障碍组中，整个生命第一个月的alpha多样性呈降低趋势（图2）。对于语言发育，第3周时richness显著降低（b = -0.08）与受损的语言发育相关（p = 0.03）。第1周较高的alpha多样性与正常的NDI结局相关（图2，图S1）。在评估微生物群落的全局组成（beta多样性）时，在调整了已知混杂因素后，正常组和障碍组之间未观察到显著差异（图S2和S3）。
5.区分神经发育结局的微生物特征
由于我们假设肠道菌群的总体组成，而非单一分类群，可能与神经发育结局相关，因此我们在ASV水平应用了偏最小二乘判别分析。在第1周，根据婴儿的入组地点观察到明显的分离（图3中空圆圈和实圆圈）。对于语言、认知和运动发育，第1周和第2周时正常组和障碍组之间可见轻微分离。对于整体NDI，在所有时间点均未见明显分离。这些模型的判别能力较低，AUC范围在0.46至0.63之间（图3）。然后，我们旨在确定一个能够区分极早产儿正常与受损神经发育的纵向微生物特征，采用成分数据分析框架，该框架识别能区分各组的属间平衡（图4）。对于语言和认知结局，我们未能获得一个具有足够判别能力的模型。对于运动和NDI结局，获得了区分正常和障碍组的微生物特征（图4C和4D）。运动发育模型的判别精度最高，AUC为0.75。特征中的分类群包括Enterococcus、Cutibacterium、E. coli、Enterobacter和Staphylococcus（表S7）。在障碍组中，E. coli和Enterococcus以更高的相对丰度存在，且其丰度水平从第1周到第4周相对于Cutibacterium和Enterobacter进一步增加（图4E）。Enterobacter以更高的相对丰度存在，但主要在正常组中（图4E和表S8）。对于NDI结局，获得了类似的特征，其中E. coli和Enterococcus相对于Enterobacter的丰度较高与受损结局相关，但模型的判别能力较低，AUC为0.65。在两种模型中，基线临床变量均未包含在微生物特征中。
更多结果和补充图表：doi：10.1016/j.isci.2026.115802
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