精准前沿丨出生后使用抗生素对婴儿肠道菌群和耐药基因组的影响

本期《精准前沿》栏目分享爱丁堡大学儿科传染病系主任Debby Bogaert联合伯明翰大学、荷兰Wilhelmina儿童医院以及乌德勒支大学医学中心的研究人员发表于Nature Communications（IF=14.919）上的一项研究[1]，研究通过对接受三种不同抗生素组合治疗的147名sEONS婴儿的肠道微生物菌群组成和31个耐药基因的分析表明，与未使用抗生素的健康婴儿相比，抗生素治疗会使婴儿肠道菌群中双歧杆菌属的丰度降低，克雷伯菌属及肠球菌属的丰度增加。阿莫西林+头孢噻肟对肠道菌群组成及耐药基因谱的影响最大，青霉素+庆大霉素治疗方案造成的影响最小。

研究背景

出生后肠道微生物菌群组成的变化会导致新生儿一系列的健康问题，特别是抗生素治疗能够长期改变儿童和成人肠道菌群的物种多样性（α多样性）和菌群组成。抗生素诱导的肠道菌群组成的变化导致抗生素耐药性（antimicrobial resistance，AMR）的选择。对于新生儿来说，在肠道微生物组的早期组装阶段使用抗生素，其副作用可能更加明显和持久。目前，约有多达10%的新生儿由于（suspected）早发型败血症（early-onset neonatal sepsis，sEONS）使用广谱抗生素进行治疗。然而，新生儿使用经验性抗生素治疗对微生物群和AMR基因组成的影响尚不明确。

研究设计

本研究招募了来自荷兰3家医院的147名sEONS婴儿，婴儿被随机分配到3个抗生素治疗方案组（每组49人）：青霉素+庆大霉素组，复合阿莫西林克拉维酸+庆大霉素组，阿莫西林+头孢噻肟组，抗生素平均治疗持续时间为48h。此外，纳入80名未接受抗生素治疗的健康婴儿作为对照组。分别在抗生素治疗前（年龄中位数1天）、治疗停止后24-48h（年龄中位数6天）、1月龄、4月龄和12月龄收集婴儿的直肠拭子和/或粪便样本，通过16S rRNA测序和AMR基因的qPCR检测，对健康婴儿和抗生素治疗婴儿的肠道菌群和AMR基因谱的变化进行比较。

研究结果

1. 出生后使用广谱抗生素对婴儿肠道微生物组成的影响

抗生素治疗导致肠道菌群α多样性减少（sEONS婴儿中Shannon指数中位数在治疗前为0.77，经过抗生素治疗后下降到0.59，Wilcoxon检验，p = 0.01），且在抗生素治疗后α多样性减少最为显著（治疗组Shannon指数中位数为0.59，空白组为1.21）。随后，α多样性逐渐恢复，但在一周龄时仍比对照组低（图1a）。其中复合阿莫西林克拉维酸+庆大霉素治疗后α多样性最低（图1b）。

图1. 抗生素治疗组和对照组的α多样性

在抗生素治疗前，sEONS和健康新生儿间的总体微生物群体组成无显著性差异（PER-MANOVA检验，图2a），治疗后观察到菌群组成有很大变化（图2b）。尽管随着时间的推移逐渐恢复，但在12月龄的婴儿中，抗生素治疗组和对照组的肠道菌群组成仍有显著差异（R2= 1.1%，p.adj =  0.03，图2c）。其中阿莫西林+头孢噻肟治疗后对菌群组成的影响最大（图2e）。此外1月龄时，三种治疗方案中阿莫西林+头孢噻肟组与对照组的菌群组成差异最为显著（图2f）。

图2. 每种治疗方案和时间点对应的肠道微生物组成NMDS图

2. 抗生素治疗组和对照组间微生物定植模式的差异

对照组中大肠杆菌、葡萄球菌等兼性厌氧菌属在婴儿出生后第一次取样中丰度较高，随后双歧杆菌属逐渐占优。时序分析表明在对照组和抗生素治疗组中共有251个丰度差异的细菌分类单元（Operational Taxonomical Units，OTUs）。其中，从第1天到第36天，抗生素治疗组的双歧杆菌丰度低于对照组。抗生素治疗组的埃希菌属和葡萄球菌属的丰度分别在1-181天和1-229天低于对照组。相反，抗生素治疗组的克雷伯菌属（1-122天）和肠球菌属（1-121天）的丰度增加。

图3. 丰度最高OUT的平均相对丰度

3. 出生后使用广谱抗生素对婴儿肠道微生物耐药基因谱的影响

本研究通过qPCR检测了31个AMR基因。样本中最少被检测到的AMR基因是氨基糖苷类耐药基因aph(2'')-I(de)和万古霉素耐药基因vanA，最普遍出现的基因是革兰氏阴性菌中的多药外排泵单元acrA。其他在超过80%的婴儿中检测到的基因包括：氨基糖苷类耐药基因aac(3')-Ii(acde)、aac(6')-Ii、aph(3')-III和aadE-like基因，β-内酰胺酶编码基因blaampC和blaCTX-M，大环内酯类耐药基因ermB和四环素耐药基因tetQ。

在AMR基因多样性，即单个样本检测到的AMR基因数量方面，抗生素治疗组和对照组的婴儿仅在一月龄时有显著性差异。时序分析表明抗生素治疗组和对照组婴儿的AMR基因多样性在第1年无显著性差异，在三种不同抗生素治疗方案间也无显著性差异。

在AMR基因组成水平或AMR基因谱方面，抗生素治疗组和对照组婴儿在多个时间点有显著性差异。在sEONS婴儿开始抗生素治疗前，即将接受治疗的新生儿和对照组的基因谱有很大程度重叠（PERMANOVA，R2 1.6%，p.adj = 0.16，图4a）。抗生素治疗后，治疗组和对照组婴儿的AMR基因谱有很大变化（R2 7.5%，p.adj = 0.001，图4b）。AMR基因谱的差异随时间逐渐减小，直至12月龄时无显著性差异（R2 0.6%，p.adj = 0.23，图4c）。阿莫西林+头孢噻肟对AMR基因谱的影响最大（R2 11.1%，p.adj = 0.002，图4e），复合阿莫西林克拉维酸+庆大霉素组效果最持久（4个月时 R2 3.7%，p.adj = 0.002，图4f）。

图4. 每种治疗方案和时间点对应的AMR基因谱NMDS图

结语

该研究表明对sEONS新生儿使用广谱抗生素会影响肠道微生物多样性、菌群组成和AMR基因选择。虽然抗生素在使用48h后停止，但影响可持续到12月龄。对3种不同的治疗方案进行评估，表明青霉素+庆大霉素组合对肠道生态的损害最小，因此优先推荐该方案用于治疗新生儿败血症。 

END 

参考文献：

[1] Reyman M, Van Houten M A, Watson R L, et al. Effects of early-life antibiotics on the developing infant gut microbiome and resistome: a randomized trial[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 1-12.

撰写丨wuyan 编辑、排版丨SX

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