Nautre：嬰兒身上的首批細菌來自出生前？

　　受孕后不久，人類胚胎便開始組裝一個對其生存至關重要的器官——胎盤。胎盤是胎兒與母體之間物質交換的重要器官，它將母體血液中的氧氣、營養素和免疫分子運送到正在發育的胎兒身上，同時胎盤也是防止感染的屏障。一個多世紀以來，醫生們認為這種短暫的結構——就像胎兒和子宮本身一樣——是無菌的，除非出現了什么問題。

　　從2011年左右開始，華盛頓大學（Washington University）的微生物學家Indira Mysorekar開始質疑這個想法。她和同事們從密蘇里州圣路易斯一家醫院收集了分娩婦女的近200個胎盤，并對它們進行切片染色。在顯微鏡下觀察切片時，他們發現有近三分之一的胎盤攜帶了細菌。Mysorekar指出，事實上，細菌就在細胞里。

　　細菌通常是感染的標志，而感染是早產的常見原因。但是Mysorekar觀察到的微生物似乎不是病原體。她在細菌附近并沒有看到任何免疫細胞，也沒有觀察到炎癥的跡象。而且細菌不僅僅存在于早產婦女的胎盤中，正常、健康懷孕婦女的樣本中也存在細菌。她認為，這是首個提示這些細菌可能是正常微生物組的證據。

　　過去幾十年，關于微生物如何影響人類健康和發育的研究變得非常流行。但一個至關重要的問題——細菌何時在人體內定居——目前還沒有答案。醫生們認為，細菌最開始在人體定居的過程發生在產道。臨床醫生甚至希望看到剖腹產出生的嬰兒是否可以從其母親的陰道微生物拭子中獲益。但是Mysorekar和其他科學家已經在胎盤、羊水和胎糞——胎兒在子宮內形成的、焦油狀的第一個糞便——中發現了細菌的證據。一些研究人員基于此提出假設：微生物可能在胎兒出生前就定居在其體內了。

　　如果細菌對于懷孕是正常，甚至重要的一部分，那么它們對免疫系統的發育也應當具有重要作用。科學家可能會找到方法來改變子宮內的微生物組成，以此防止過敏、哮喘和其它疾病的發生。他們也許能夠發現懷孕期間與早產或其它并發癥相關的微生物譜，這可能有助于闡明其發生的原因。

來源于肚臍的細菌培養：關于微生物最先定居于身體哪個部分仍存爭議。

　　科學家們認為，子宮無菌的理論將要過時。也許人類、蛤蜊、采采蠅和海龜等物種的后代在出生前就已經繼承了母體的微生物組。加州大學舊金山分校（University of California）的微生物學家Susan Lynch表示，如果子宮內沒有微生物，那么人類將是研究過的物種中唯一一種后代在出生前沒有繼承母體微生物組的物種。

　　盡管支持這一理論的論文數量不斷增加，但是一些科學家仍然對“無菌子宮”理論深信不疑。加拿大埃德蒙頓艾伯塔大學（University of Alberta）的微生物學家Jens Walter就不贊同子宮內存在微生物。有人看到了新奇的科學發現，另一些人則將其歸因于污染——一種長期困擾微生物研究和測序領域的現象。現在，更深入的研究正在進行中，將有望一勞永逸地解答這個問題。

　　一位兒科醫生將胎盤微生物的爭論問題比作科學的“刀具格斗”。但是，如果確實存在胎兒微生物組，那么對醫學、基礎生物學都有深遠的影響。德克薩斯州休斯敦貝勒醫學院（Baylor College of Medicine）的產科醫生Kjersti Aagaard表示，如果我們把胎盤看成是母胎通訊的渠道或促進者，而不是屏障，那么這將可以解釋很多發育生物學家非常感興趣的問題。

　　胎盤探秘

　　“無菌子宮”理論可追溯到法國兒科醫生Henry Tissier，他在二十世紀初研究了嬰兒首個細菌的來源。三十多年前，研究者們就開始發現了一些與無菌子宮理論不符的證據。但是2014年以前，胎盤可能擁有完全成熟的微生物組的想法并沒有得到太多關注，直到Aagaard領導的一個研究小組在2014年發現了胎盤組織中的細菌DNA。

　　當時正在從事人類微生物項目的Aagaard注意到一些奇怪的事情。雖然嬰兒應該在產道中得到細菌，并形成微生物組，但是她發現孕婦陰道中的細菌和嬰兒出生后第一周的細菌并不匹配。她認為，很有可能微生物菌群在胎兒出生前就已經定居其體內了。

　　Aagaard認為，如果母親將細菌傳染給子宮內的嬰兒，那么就可能在胎盤中找到證據，畢竟胎盤是連接兩者的器官。為了進行調查，她和她的小組在無菌條件下收集了320名婦女胎盤的一小部分組織，其中包括一些早產的孕婦和一些在懷孕期間感染的婦女。細菌可能難以培養。因此，為了確定胎盤中的細菌成分，他們采用了基因測序。他們在一個小時內對胎盤進行無菌活檢，切除表面以避免污染，并將這些樣本放入小瓶中。他們對空瓶也進行了分析檢測，以排除環境或DNA提取試劑造成的污染。

　　不是所有胎盤都含有可檢測的細菌DNA，但是很多都含有。為了更深入地了解這些微生物的功能，研究人員對一部分樣品進行了全基因組測序。在大多數情況下，他們發現了由大腸桿菌和其它幾個菌種主導的微生物組。當他們比較胎盤的細菌DNA與身體其它部位的細菌DNA時，結果發現，胎盤細菌DNA與口腔的微生物種類最為匹配。口腔細菌如何進入胎盤尚不清楚，但有一種可能性是通過血液循環。即使是常規的牙刷也可以讓細菌進入血液。更重要的是，經歷過早產或早期感染的婦女的微生物標志似乎不同。醫生們認為，胎盤中細菌是感染的信號，但對于Aagaard而言，搞清楚哪些細菌存在比確定它們是否存在更為重要。

　　這篇論文在大眾媒體上引起了轟動，但批評者認為，Aagaard的證據不夠可靠。德國亞琛工業大學醫院（University Hospital RWTH Aachen）微生物學研究所主任Mathias Hornef認為，DNA不是細菌。DNA可以用來表征微生物，但不能確定它的存在。

　　然而，無獨有偶，其他幾個團隊也在胎盤中發現了細菌DNA和其它線索。例如，Mysorekar從胎盤中看到細胞內部結構。并且在2016年，芬蘭的一個小組成功地從健康懷孕婦女的胎盤組織中培養出了細菌群落。

　　研究人員還發現了羊水中的細菌。他們進而懷疑，胎兒在攝取液體的時候，是否偶爾會攝取微生物。一些研究人員，包括佛羅里達大學（University of Florida）的新生兒學家Josef Neu，在胎糞中鑒定出了細菌DNA，這一發現表明胎兒在出生前腸道里就可能含有細菌。胎糞中的一些細菌與來自羊水中發現的細菌屬于同一菌屬。結果顯示，早產兒糞便中的微生物與足月兒出生的微生物不同。

　　Neu假設，某些細菌菌株可能會促使胎兒的胃腸道產生可能引發早產的炎性蛋白質。事實上，一些研究顯示，早產兒的羊水確實含有更多的炎性蛋白。Neu表示，盡管這種聯系并不能證明什么，但它確實提供了“一些有趣的難題”，“胎兒-母體微生物組至少解釋了部分早產的原因。

　　Lynch的小組是幾個能夠從胎糞中培養細菌的團隊之一。她認為，目前尚不清楚這些細菌是否僅僅是通過胎兒的身體，還是它們真的能在胎兒體內生長、分裂，并在其腸道中定植。Lynch現在正在觀察人類胎兒組織，以查看是否能夠在腸道內發現細菌存在的證據。

　　一些動物研究表明，這種從母體到胎兒的細菌轉移是可能的。21世紀中期，由馬德里康普坦斯坦大學（Complutense University of Madrid）的微生物學家Juan MiguelRodríguez領導的研究小組將標記細菌接種到懷孕小鼠體內，并通過剖宮產分娩幼鼠。結果，他們在羊水和幼仔的胎糞中發現了標記的細菌。

　　Neu指出，他們在這些動物模型中看到的以及他們在人類中看到的東西確實似乎支持這種胎兒-母體微生物群。Neu并不是100％信服，但他認為證據越來越扎實。

　　污染問題

　　然而，一些研究人員仍然深表懷疑。他們認為，所謂的胎盤微生物是來自研究中使用的DNA提取試劑盒的“基因組”污染物。有一些證據支持這一點。費城賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院（University of Pennsylvania’s Perelman School of Medicine）的一名圍產期醫生Samuel Parry最初對Aagaard的數據很感興趣。因此，他計劃進行一項研究，以研究早產嬰兒的胎盤微生物群與足月嬰兒的差異。首先，他的研究小組檢測了無菌拭子、試劑、DNA純化試劑盒和常用的其它設備上的微量DNA。他們最終從6個胎盤樣本中得到的細菌DNA與提取試劑盒上發現的細菌DNA無差別。Parry表示，他們已經測試了幾十個胎盤，但無法找到一種微生物。英國維康信托桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的微生物組研究人員Marcus de Goffau指出，他們從幾百個胎盤中得到了類似的、未發表結果。

　　Goffau表示，其中一個問題是胎盤中的細菌信號會很弱。在糞便或唾液中，細菌含量較高，很容易區分微生物與背景污染。但是，當微生物稀少時，就難以提取真正的信號了。事實上，這個問題不僅局限于人類胎兒研究，整個測序領域都存在背景信號的問題。

　　Aagaard支持她的結果，并認為自己非常謹慎。有沒有可能是誤解呢？當然可能。但是，她們嚴格地設置了陰性和陽性對照。Aagaard指出，其他幾個小組已經在胎盤中發現了細菌DNA的證據。

　　Parry現在與密歇根州國立兒童健康和人類發展研究所（National Institute of Child Health and Human Development）的產科醫生Roberto Romero聯手，計劃開展一項多中心研究，計劃研究更多胎盤，以確認細菌存在與否。他們希望在接下來的幾個月里召開會議來設計方案。Romero表示，如果一切順利的話，他們可以在明年得到答案。他們邀請Aagaard參加，Aagaard同意了。Romero認為，Kjersti Aagaard是一位杰出的調查人員，她提出了一個有趣、重要、值得進行測試的想法，這是一個可以解決的爭議。

　　他們并不是在尋求答案的唯一一批研究人員。de Goffau是英國醫學研究委員會（British Medical Research Council）提供160萬英鎊（合200萬美元）資助的一個團隊的一員。該團隊負責檢查胎盤組織和血液中可能與妊娠并發癥相關的感染因子。去年，美國國立衛生研究院（US National Institutes of Health）宣布將為免疫系統的早期發育研究提供資金。該聲明特別強調了如何檢查胎兒微生物的演變，以及調查這些細菌是否以及如何影響大腦的研究的。

　　如果研究未能發現子宮內的微生物，那么這并不能排除胎兒在子宮內可能接觸微生物的可能性。新罕布什爾州達特茅斯-希契科克醫學中心（Dartmouth–Hitchcock Medical Center）的新生兒學家Juliette Madan指出，人體上和體內很少被認為是無菌的。但少數微生物并不一定意味著復雜而繁榮的微生物群。Madan并不認為研究人員會發現任何有意義的母親與胎兒之間的細菌共享。

　　但是，胎盤有菌理論最強烈的批評者之一的de Goffau沒有Madan這么肯定。他自己就檢測出胎糞中的細菌。這不是完全無菌的。這一點是明確的。盡管證據不完整，但是胎兒體內存在微生物是有可能的。

　　紐約大學（New York University）的微生物生態學家Maria Dominguez-Bello開展了一項研究，以研究嬰兒微生物群的發展，以及在剖腹產后讓嬰兒接觸母親的陰道微生物的潛在好處。但是，她覺得胎糞中存在細菌的報道并沒有那么可信。她認為，當羊膜囊破裂時，無菌環境就被破壞了，這為細菌進入嬰兒腸道留下了充足的時間。她補充指出，生產需要數個小時，在這期間，嬰兒在與產道相互摩擦。即使嬰兒是通過剖宮產出生的，嬰兒也可能需要幾個小時甚至幾天才會初次排便——這段時間里胎兒可能會在子宮外獲得細菌。

　　Dominguez-Bello和其他人表示，胎兒微生物群不存在最有說服力的證據是實驗室無菌小鼠的存在。為了制造這些無菌的嚙齒類動物，幼崽由具有正常微生物組的母鼠孕育，通過剖宮產出生，然后在無菌條件下飼養。Walter表示，70年前他們就已經完成了這個實驗。只要有一個細菌存在于幼鼠身上，那么它會很快就會定居在幼鼠體內，這個實驗也就會失敗。

　　Walter指出，如果你和真正的微生物學家談論，他們不會認為這是個值得爭議的問題，這個問題早就有了答案。

　　微生物學家Mysorekar完全不贊同這個說法。她表示，有人堅持認為胎盤微生物是“假新聞”。她覺得這是一個恥辱。有一些非常令人興奮的問題需要解決。人類在子宮內就開始形成一系列免疫細胞，這表明某種微生物暴露了。她想知道這些微生物來自哪里，以及這些細菌如何與胎兒接觸。要研究的東西太多了。但她對這種懷疑并不感到驚訝。，在任何新興領域，你會發現“一些反對者，一些不好的數據，但也有很多引人注目的新觀察，一起推動領域前進”。