研究背景
嬰兒健康問題一直是大眾關注的焦點之一，我國兒童腸道疾病發生率高達80%左右，腸道健康狀態與嬰兒身體發育和智力發育等直接相關。新生兒腸道微生物已經被證實對于兒童健康有著至關重要的作用。絕大多數腸道病毒屬于噬菌體，它們在調節腸道環境健康、促進人體免疫系統功能中的作用舉足輕重，腸道菌群的失調會直接導致腸道感染性疾病的發生。健康新生兒的腸道內通常沒有病毒，但出生后不久出現的病毒定植是什么時候開始的，以及嬰兒的哺乳方式對這一過程的影響如何呢？

來自賓夕法尼亞大學的Frederic Bushman教授團隊對幾百個新生兒樣本個體進行研究，結合熒光染色、定量PCR、shotgun宏基因測序和腸道細菌分離和體外噬菌體培養等技術，確定了腸道病毒的分階段定植方式及母乳喂養對潛在有害病毒在腸道寄生的抑制作用。

研究結果
為研究病毒的定植，研究團隊首先對新生兒的縱向糞便樣本（出生0~4天即0月，1月和4月）進行研究。從病毒顆粒富集的SYBR染色結果可以看出（圖1a、1b），0月的20例糞便樣本中僅有3例樣本中檢測出病毒顆粒。1月的嬰兒糞便樣本中大部分樣本中能檢測出病毒顆粒(1.6×10⁹病毒顆粒/樣本)， 4月的病毒情況與1月一致，對125個5歲兒童糞便樣本分析也進一步驗證了這一結論，且表明病毒數接近于已報道的成人的病毒總數量。qPCR分析表明(圖1c和1d)，0月的胎糞中基因數非常少，1月和4月每克樣本中基因數有3.1×10⁸；進一步的宏基因組數據分析表明，細菌DNA在1月和4月樣本中富集，細菌豐富度和多樣性也增高。

為確定病毒來源，通過宏基因組技術平臺對DNA和RNA病毒進行研究，結果顯示，0月病毒物種豐富度較低，1月和4月病毒物種豐富度較高(圖1d)。對病毒contigs進行物種注釋發現，病毒樣顆粒是DNA噬菌體 (圖1e)。關聯分析表明，細菌與病毒豐富度和多樣性有很強的正相關性。對能感染人體的部分病毒的研究發現，0月只有少數樣本與Herpesviridae和Picornaviridae正相關，而4月樣本中，感染人體的病毒Adenoviridae，Anelloviridae 和Caliciviridae等逐漸增多(圖1e)。此外，對分離的24個菌株的裂解方式研究發現，大部分基因組更接近于溫和噬菌體。
 

圖1 嬰兒腸道糞便樣品VLPs的檢測和特征描述

為研究病毒種群的來源，通過熒光染色法對細菌菌株在液體培養過程中自發誘導產生的病毒顆粒進行分析，發現嬰兒腸道中的細菌在誘導后產生的病毒顆粒高達80%（自發產生32%病毒顆粒, 圖2a），由此推斷嬰兒的腸道病毒主要在細菌被誘導后產生。測序結果發現，病毒顆粒的序列與細菌contigs一致（圖2b、2c）。對種群特異性的研究發現，純化菌誘導產生的病毒顆粒與嬰兒體內的病毒顆粒相似度比較高，同時也發現嬰兒腸道中每種細菌的比例與相關病毒中該細菌菌種的噬菌體比例顯著正相關（圖2d）。此外，crAssphages在1月中含量較少，在4月中較多且與2~5歲兒童含量基本一致。
 

圖2 生命早期誘導產生病毒研究

接下來對嬰兒喂養方式、分娩方式和性別等條件進行對比分析，發現母乳喂養與人體細胞內復制的病毒累計量較低有關系（圖3a）, qPCR結果也進一步驗證了可感染人細胞的病毒在配方奶喂養的嬰兒樣本富集（圖3b），結果也進一步在125名嬰兒和100例新生兒樣本中得到驗證。宏基因組分析結果發現，在母乳喂養組中雙歧桿菌（Bifidobacterium）和乳酸桿菌（Lactobacillus）含量更高（圖3c），且與雙歧桿菌和乳酸桿菌相一致的溫和噬菌體在母乳喂養的嬰兒中富集（圖3d）。

總體來看，嬰兒體內病毒早期定植分兩個階段（圖3e），第一階段先鋒腸道誘導產生噬菌體，第二階段是感染人體病毒的定植，但這個過程可以通過母乳喂養進行調節；也進一步從病毒的角度加深了母乳喂養保護作用的理解；同時也強調了潛在干預或可減少嬰兒感染。
 

圖3 母乳喂養對潛在有害病毒腸道寄生的抑制作用和病毒在嬰兒腸道的分段寄生

研究結論
本文整合宏基因組和宏病毒組等不同種測序數據，發現了嬰兒早期病毒在腸道的分階段定植以及母乳喂養方式對潛在有害病毒的抑制作用；同時結合大量生物信息分析技術手段，對兒童腸道病毒種群來源進行深入研究，為早期兒童腸道疾病的臨床治療，微生物調節提供強有力的指導。

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