儿童期营养不良是全球面临的一项重要挑战，近半数的五岁以下儿童的死亡由此造成。生命最初的1000天，即从受孕到儿童两岁的这段时间，被视为生长发育最为关键的时期，若此期间发生营养不良，其后果将极其严重。环境性肠功能障碍是一种由营养缺失、肠道微生物群失衡、肠道炎症及病原体普遍存在等多重因素共同作用下的隐蔽性病症，它会引发肠道上皮的混乱、炎症及屏障功能受损。此病症的特点主要包括肠道上皮结构的重塑、免疫系统的过度激活，具体表现为小肠内抗体生成浆细胞、调节性T细胞和细胞毒性T细胞数量增加，而肠道巨噬细胞数量减少。研究表明，将营养不良患者体内的微生物转移到无菌的实验动物体内后，这些微生物群落的变化与动物生长迟缓及代谢异常之间存在直接的因果关系。2024年08月09号，美国弗吉尼亚大学医学院儿科系Carrie A. Cowardin团队，在Microbiome（IF2023=13.8）杂志上发表题为“Colonization during a key
developmental window reveals microbiota‑dependent shifts in growth and immunity
during undernutrition”的研究论文。该研究表明断奶期间免疫系统暴露于微生物产物是后期免疫功能的关键决定因素。
作者构建了两种模型用来评估营养不良条件下特定微生物定植对小鼠发育的影响，一种是PW（断奶后）模型，另一种是IG（跨代）模型。接着，作者利用免疫组织化学染色等多种技术方式比较两种模型小鼠的各项生理和免疫指标差异，利用16S rRNA测序技术来比较和分析两种模型捐赠者和受体小鼠的肠道菌群的组成和多样性，最后通过流式细胞术检测模型小鼠小肠上皮层和固有层免疫细胞的种类和差异性，探索特定微生物定植对小鼠小肠免疫功能的改变。
如前所述，作者构建了两种模型，一种是PW（断奶后）模型，雌雄小鼠在4周龄时直接接受菌群移植（包括健康捐赠者和营养不良捐赠者的粪便菌群），并且接着喂养4周的M8饮食（一种没有营养的饮食方式），在8周龄时评估其免疫功能。另一种是IG（跨代）模型，雄性小鼠在4周龄时开始接受菌群移植（包括健康捐赠者和营养不良捐赠者的粪便菌群）并行M8饮食，然后无菌雌性小鼠在8周龄时加入并开始正常营养喂养，其繁育的子代小鼠在3周龄时断奶并行M8饮食，在8周龄时评估其免疫功（Fig.1A）。
研究发现无论是跨代定植还是断奶后定植，健康捐赠者（HD）和生长迟缓捐赠者（SD）小鼠之间的总体体重没有差异。相比之下，SD-IG小鼠相对于HD-IG小鼠的尾长较短（尾长是线性生长的一个替代指标），而胫骨长度则与体重变化的趋势一致，总体而言，这三项指标中，跨代组的指标均低于相应断奶后组的（Fig.1B-D）。此外，SD-IG小鼠的IGF-1水平、绒毛长度和肌层厚度显著低于HD-IG组（Fig.1E-G）。（Fig.1）
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Fig.1 跨代营养不良小鼠模型的建立
对跨代（IG）组4个捐赠者粪便样本进行高通量测序分析，发现每个捐赠者的微生物群落分布均不同（Fig.2A）。UniFrac距离分析表明，在每个捐赠者内部，PW和IG样本之间的粪便微生物群组成相似（Fig.2B）。加权UniFrac分析发现SD-PW和IG小鼠之间，群落结构存在显著差异（Fig.2C）；并且通过埃希氏-志贺氏菌属和短双歧杆菌相对丰度可以看出，HD组微生物群落能更有效地从亲代传递给子代，相比之下，SD组微生物群更依赖于定植方式。（Fig.2）
Fig.2 受体小鼠的微生物群落显示出不同的定植模式
基于SD-IG和HD-IG小鼠在线性生长和肠道组织病理学上的差异，作者接下来研究这些微生物群落是否影响了小肠上皮中的免疫细胞组成，结果发现，与HD-IG小鼠相比，SD-IG小鼠的TCRβ+细胞显著增多，而在HD-PW和SD-PW组之间则无明显差异（Fig.3A）。
并且，SD-IG小鼠上皮中的CD8α+TCRβ+细胞比例显著增加，CD4+TCRβ+T细胞比例显著降低，而SD-PW和HD-PW小鼠之间则没有这种变化（Fig.3B-C）。此外，SD-IG小鼠中CD8αα+TCRγδ+IELs中Granzyme A阳性的比例也显著增加（Fig.3D-H）。基于上述结果，作者得出结论，当跨代定植时，微生物群的组成影响了天然IELs亚群的比例和功能，但在断奶后定植时则没有这种影响。(Fig.3）
Fig.3 8周龄时跨代和断奶后定植小鼠小肠上皮的免疫细胞组成
接下来，作者研究了小肠固有层中先天性和适应性免疫细胞群的变化，发现SD-IG小鼠固有层中Th17细胞、Treg细胞的比例增加，巨噬细胞数量减少（Fig.4A-C）；并且，SD-IG、HD-PW小鼠固有层中IgA+浆细胞的数量相对于HD-IG小鼠均有所增加。为了探究这些组别中细胞组成变化背后的免疫信号，结果发现SD-IG小鼠相对于HD-IG小鼠，CCL5以及白细胞介素-1β显著增加（Fig.4E-H）。上述结果揭示了生命早期对微生物群识别的免疫结果，并支持了接触微生物群的时间在塑造免疫方面起关键作用的观点。（Fig.4）Fig.4 8周龄时跨代和断奶后定植小鼠小肠固有层的免疫特征
文章深入探讨了微生物群落在早期生命中对生长和免疫功能的影响，特别是与营养不良的关系，为理解儿童发育过程中微生物与宿主相互作用的复杂性提供了有价值的见解。文章提出了在断奶期之外，其他早期生命阶段（如出生前）的微生物暴露也可能对生长和免疫有重要影响，这为未来的研究提供了新的方向。然而，这项研究也存在不足之处，作者仅关注了一个特定年龄组（六个月大的婴儿）的微生物样本，且未考虑环境暴露对微生物多样性和儿童成熟后免疫组成的影响，这限制了结果的广泛应用性。此外，文章提出了多个需要进一步研究的问题，包括微生物群落组成与肠道生理、生长和宿主免疫的关系，以及母亲肠道菌群失调对宫内发育的影响等。这表明当前的研究仅是一个起点，未来需要更多深入和全面的研究来验证和扩展这些发现。
10.1186/s40168-024-01783-3编辑：胡岗 排版：徐沁雯 审核：周潇妮
