Cell Research | 防御与营养并重：揭示母乳如何塑造婴儿的微生物群和免疫力

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Cell Research | 防御与营养并重：揭示母乳如何塑造婴儿的微生物群和免疫力
/ H8 b" Y/ D- r* j来源：生物探索 2024-03-09 10:23
  q# S4 A9 U( O1 ?该研究不仅揭示了母乳补体如何通过调节微生物组来保护婴儿免受肠道感染的新机制，而且还强调了母乳喂养在促进婴儿肠道健康和预防肠道感染方面的重要作用。3 D7 d' {9 H8 g1 W" c
在当代社会，婴儿早期营养的重要性已经得到了广泛认可。特别是母乳喂养，作为新生儿最初和最自然的营养来源，其对婴儿健康发展的影响不容忽视。近年来，科学研究逐渐揭示了母乳不仅仅是营养的供给，更在于其对婴儿微生物组的塑造作用及其对免疫系统发展的深远影响。/ a* X  B( @- \: D+ G  m; H% q! ~) \4 M" Q
母乳被誉为“自然的完美食物”，它提供了适合婴儿成长所需的所有营养成分，包括蛋白质、脂肪、糖类、维生素和矿物质。更为重要的是，母乳中含有大量生物活性因子，如抗体、乳铁蛋白、生长因子和激素等，这些因子对于婴儿的免疫系统成熟和健康发展至关重要。母乳喂养支持婴儿建立初期的免疫防御，降低了婴儿感染疾病的风险，同时也为婴儿的长期健康打下基础。
  N; B) R/ l* R3 @; n$ I$ i人体微生物组，尤其是肠道微生物组，对人体健康的影响日益受到关注。婴儿出生后，通过出生过程、喂养方式等接触到的微生物开始定植，形成个体独特的微生物组。肠道微生物组对婴儿的营养吸收、代谢能力和免疫系统的发展都有着不可替代的作用。研究显示，母乳喂养的婴儿其肠道微生物组的多样性和稳定性要优于配方奶粉喂养的婴儿，这对预防儿童期过敏症、自身免疫疾病以及肥胖等有着潜在的保护作用。
. w1 Y* S. q; k$ V) M8 ]! Z随着科学研究的深入，母乳中不仅含有直接对抗病原体的成分，还包含能够调节婴儿肠道微生物组成的因子，进而影响婴儿的免疫发展和健康状态。这些发现为我们提供了全新的视角，让我们认识到母乳喂养的价值远远超出了传统意义上的营养供给。母乳中的补体系统及其成分对婴儿微生物组的调节作用，尤其是它们如何促进健康微生物群落的形成和维持，成为了当前研究的热点。结合1月18日Cell杂志约翰·霍普金斯大学万逢义团队最新的研究报道“Complement in breast milk modifies offspring gut microbiota to promote infant health”，3月5日Cell Research进一步就目前的热点问题展开了讨论“Complement(ing) the microbiome in infants through breastmilk”。
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补体系统，作为人体天然免疫系统的核心组成部分，扮演着至关重要的角色。它由一系列血浆蛋白组成，这些蛋白在体内以非活化形式存在，当识别到病原体时会迅速激活，发挥免疫防御作用。补体系统的主要功能包括促进病原体的吞噬，直接杀死某些病原体，以及通过标记病原体促进免疫细胞的识别。此外，补体系统还能促进炎症反应，帮助机体修复受损组织，并在免疫反应中起到桥梁作用，连接天然免疫和获得性免疫。
  }8 E8 N% O  t$ X: {% U补体系统的激活9 g1 S" I; g1 v- K4 u9 {# j& o
补体系统的激活途径主要有三种：经典途径、旁路途径和凝集素途径。这三种途径最终都会激活C3转化酶，这是补体激活的关键步骤，导致一系列级联反应的发生，最终形成膜攻击复合体（MAC），直接破坏病原体的细胞膜，导致其死亡。
' W4 `! b1 k2 `5 T9 H+ ?/ r补体系统在母乳中的存在
3 p+ E8 I1 H( L9 ~4 N母乳中含有各种免疫因子，补体系统的成分也包括在内。这些成分通过母乳传递给婴儿，为婴儿提供额外的免疫保护。尽管婴儿出生后自身的免疫系统尚未完全成熟，但母乳中的补体成分可以在一定程度上弥补这一缺陷，帮助婴儿抵抗病原体的侵袭。
2 j/ A+ E/ f" u2 R; V& l& {补体系统的存在，对婴儿来说意义重大。它不仅增强了婴儿的免疫防御能力，还通过调节肠道微生物组成，影响婴儿的免疫发展和长期健康。通过母乳传递的补体成分，可以帮助婴儿建立一个更加稳定和有利于健康的肠道微生物环境。9 S( y# t1 r! g3 ^# h
母乳补体对婴儿微生物组的影响
2 ]1 s$ ~# G+ ^; N5 w/ ~近年来，研究人员对母乳中补体系统成分如何影响婴儿肠道微生物组进行了深入研究。这些发现不仅揭示了母乳喂养的新层面，还强调了母乳在婴儿免疫系统发展中的重要作用。& m4 a2 q! T: L1 C0 `) A; `
母乳补体的作用机制+ u6 P' r- M+ r9 T( D/ H* N
母乳中的补体成分能够直接作用于婴儿肠道内的微生物，通过调节肠道微生物组的组成，为婴儿提供第一道防线，抵御病原体侵袭。具体来说，母乳补体通过以下机制发挥作用：
) t( V4 n+ |- u% F; F4 `! s5 T直接杀菌作用：补体成分可以直接杀死或抑制某些病原性微生物的生长，减少它们在婴儿肠道中的数量。. \% u1 E) W. [( G& F
促进有益菌生长：通过抑制有害菌群，母乳补体为有益菌提供了生长的空间和条件，从而促进了健康微生物群落的建立。
( ]$ v" f/ P& h# n% Z- ]增强婴儿肠道屏障：补体成分还能增强婴儿的肠道屏障功能，减少病原体通过肠道壁侵入体内的机会。
) n7 j5 Z3 p+ I& N母乳中的补体成分能显著改变婴儿肠道内的微生物组成，使之更倾向于健康状态。将母乳补体与非补体母乳喂养的婴儿进行了比较，结果发现，补体母乳喂养的婴儿肠道中有更多的益生菌，如乳酸菌和双歧杆菌，而病原菌数量则显著减少。8 t2 y1 S9 G# ]$ g
此外，母乳补体对抵御特定病原体感染方面也显示出明显优势。例如，补体成分能特别抑制某些引起肠道感染的细菌，如大肠杆菌和沙门氏菌，从而减少婴儿患肠道感染的风险。+ n( q+ C3 Q; r+ Z3 b; t
母乳补体对婴儿健康的影响# ^" \7 B- h/ P( X: D. ~
通过调节肠道微生物组，母乳中的补体成分对婴儿的健康产生了多方面的积极影响：
; E3 J  X( J* E. [7 O增强免疫力：健康的肠道微生物组有助于婴儿免疫系统的成熟和发展，为婴儿提供更强的免疫保护。  [1 {( K/ y  k9 [: P* X
减少疾病风险：通过减少肠道中病原体的数量，母乳补体帮助婴儿降低了患肠道感染及其他疾病的风险。
& R8 c9 l( }" T) v8 g) ^; n2 P* Q  j促进消化吸收：健康的肠道微生物组有助于食物的消化和营养素的吸收，对婴儿的生长发育至关重要。
5 {- o9 e$ \: A7 S- r4 `约翰·霍普金斯大学万逢义团队的研究发现
$ G1 m: L+ `( V1 I1 z4 d6 x1月份发表于《细胞》杂志的万逢义团队的研究，揭示了母乳中补体系统如何通过调节婴儿肠道微生物组来保护婴儿免受肠道感染的新机制。这一发现不仅为母乳喂养的免疫保护作用提供了更深层次的理解，而且还为未来开发针对婴幼儿肠道感染的预防措施提供了新的策略。5 E$ a- v( n- v& k
该团队通过对母乳喂养的婴鼠及其肠道微生物组的深入分析，探索了母乳中补体成分如何影响婴儿肠道内微生物的组成和多样性。研究团队首先将补体充足的母乳与补体缺乏的母乳喂养给新生的小鼠，然后通过高通量测序技术分析了这两组小鼠肠道中的微生物组成。# V  _/ r7 s4 J( N  o
研究结果显示，与补体缺乏母乳喂养的小鼠相比，补体充足母乳喂养的小鼠肠道中有益菌如乳酸菌和双歧杆菌的比例显著增加，而潜在致病菌的比例则明显减少。这表明母乳中的补体成分能够有效调节婴儿肠道微生物组，促进有益微生物的增长，抑制有害微生物的生长，从而帮助婴儿建立健康的肠道环境，增强其抵抗肠道感染的能力。, @1 I; M( b, {9 i1 E! Z
进一步的实验揭示了母乳补体对肠道微生物组调节作用的可能机制。研究发现，母乳中的补体成分能直接与特定的微生物表面分子相互作用，促进其被婴儿免疫系统识别和清除。此外，母乳补体还可能通过影响肠道黏膜的免疫反应，间接调节微生物组成，为婴儿提供额外的保护。
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模式图（Credit: Cell）
. }+ D* b: O! u2 f  U3 l  Q5 l该研究不仅揭示了母乳补体如何通过调节微生物组来保护婴儿免受肠道感染的新机制，而且还强调了母乳喂养在促进婴儿肠道健康和预防肠道感染方面的重要作用。这一发现有助于科学家和医生更好地理解母乳喂养的健康益处，为推广母乳喂养和开发新的婴幼儿肠道健康促进策略提供了科学依据。
( `* Y! U! V$ h补体缺陷对婴儿健康的影响* F# |! n0 S! Z' j* Y. j) ~
在探索母乳对婴儿微生物组补充的研究领域中，补体缺陷母乳对小鼠后代的影响尤其值得关注。( P1 P& K1 Z" w- H/ D
补体缺陷母乳的影响  `1 O7 B- ?, [8 ~/ u( _
在母乳中，补体成分的存在对于婴儿早期肠道微生物组的建立和健康维护至关重要。补体缺陷母乳喂养的小鼠后代更易受到肠道病原体的感染，这揭示了补体在母乳中的保护作用和对婴儿肠道免疫系统成熟的重要贡献。5 G3 H2 x8 I3 y! w- g6 z( r
肠道病原体感染的易感性增加：缺乏补体成分的母乳导致小鼠后代的肠道微生物组失衡，有益菌群减少，而致病菌如大肠杆菌和沙门氏菌等数量增加，从而增加了肠道感染的风险。( {7 j+ ~: J! }: u& k3 m; h
肠道屏障功能受损：补体成分的缺失还会影响到肠道黏膜的屏障功能，使得病原体更容易穿透肠壁，进入血液循环，引发全身性感染。
9 ^# }+ s6 a' z) J% ?4 K免疫系统发育延迟：补体缺陷母乳喂养的小鼠显示出免疫反应能力下降，表明补体成分对于婴儿免疫系统的成熟和功能发挥有重要作用。
0 @7 U3 e, ]7 c2 V4 J! n: G  T2 T8 r研究表明，补体系统通过多种机制参与调节肠道微生物组成和维护肠道健康。在补体缺陷的情况下，这些机制受到干扰，导致婴儿对肠道感染的抵抗力下降。$ u1 X' y/ Y4 d* h0 Q; Q
直接抑菌作用：补体成分可直接作用于病原体，促进其被清除。
0 W& {* L8 O+ a7 j& K3 V; v: z调节免疫反应：补体参与调控肠道黏膜免疫反应，缺乏补体时，可能导致免疫反应异常，无法有效抵抗病原体侵袭。8 O- R3 Z& Z- `! X: A8 c& T
促进有益菌生长：补体还可能通过影响肠道环境，间接促进有益菌的生长，维持肠道微生物组的平衡。0 v4 o4 Y1 L, g/ B
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母乳中的母亲补体可以保护婴儿免受肠道感染的侵害（Credit: Cell Research）
$ I; J' _5 R- d( Z- }母乳补体与婴儿健康的机制  G: r6 f& L: d& Q7 w
直接机制
' a7 U# k6 d; j' I) R: @$ h母乳作为新生儿的首选营养来源，在支持婴儿健康成长的过程中发挥着无可替代的作用。特别是母乳中的补体成分，它通过一种独特的直接机制，对特定细菌如S. lentus进行作用，进而影响婴儿肠道微生物组的组成，这一点在近年来的科学研究中得到了越来越多的关注和证实。- e! Y1 j8 Z# v1 i0 s3 P" Q9 j
补体对特定细菌的直接作用
# I7 R5 s4 e# m+ ]4 g母乳中的补体成分能够直接识别并结合到特定细菌的表面，通过激活补体系统中的一系列反应，最终导致细菌的溶解或死亡。例如，对于S. lentus这类细菌，补体通过直接与其表面分子相结合，触发了补体系统的级联反应，从而有效地清除了这些可能对婴儿健康构成威胁的微生物。5 Q* t* ?% y: s
细菌识别：补体系统中的分子如C3b能够识别特定细菌表面的特征，从而开始补体激活过程。
$ W/ J) m0 b0 g3 o. Y/ h5 k" i; g免疫复合物形成：激活的补体分子会与细菌形成复合物，吸引免疫细胞，促进细菌的吞噬。7 S8 I  b' t  H
膜攻击复合体（MAC）：在某些情况下，补体反应最终形成膜攻击复合体，直接破坏细菌细胞膜，导致细菌死亡。/ l3 g" ^! _2 E0 V# h4 o1 k
补体作用的影响9 E4 D- z; c( p9 M
通过直接作用于特定细菌，母乳中的补体成分帮助婴儿肠道建立了一个更为健康和平衡的微生物环境。这种环境对婴儿的免疫系统发育、营养物质的吸收以及对抗病原体的能力均有着至关重要的影响。3 L1 \/ g  l/ J! z! B# B( v  f
微生物组平衡：通过清除有害微生物，补体成分有助于保持肠道微生物组的平衡状态，为有益菌的生长创造条件。& Y: U3 }, X: T
增强免疫力：健康的微生物组有助于刺激和训练婴儿的免疫系统，增强其抵御疾病的能力。
$ D8 s% e/ H/ _7 H. H促进营养吸收：一个健康的肠道环境可以更好地促进营养物质的分解和吸收，支持婴儿的生长和发育。
* O! m  }, K2 y* e/ O1 R: a: J, p间接机制  ?' D# l7 p7 q6 C
母乳中的补体系统不仅通过直接杀菌的方式保护婴儿免受病原体侵害，其间接机制对于维护婴儿肠道健康同样发挥着重要作用。这些间接作用主要通过影响肠道微生物组的组成及其功能，进而对婴儿的肠道屏障等有着深远的影响。! t, B8 U+ \" j+ Y: G4 @
影响微生物组组成
8 P8 P$ q4 W4 ]1 w( s+ ~( R* P) S母乳补体通过调节肠道环境，间接影响微生物组的多样性和稳定性。补体成分可以促进有益菌如乳酸菌和双歧杆菌的增长，这些有益菌对婴儿的免疫系统发育和肠道健康至关重要。此外，通过抑制有害菌群的生长，补体帮助预防病原体的过度定植，减少肠道感染的风险。* N3 e" X; A1 r) A
促进益生菌增长：补体成分间接创造了一个对益生菌友好的肠道环境，有利于其繁殖和稳定定植。3 F! e8 ?- n) X8 x$ N% W6 k
抑制病原体定植：通过调节肠道微生态平衡，补体成分帮助抑制潜在病原体的增长，保护婴儿免受感染。
0 C$ A6 u  a4 O, |; ?* u加强肠道屏障功能
; F0 G3 Q6 m) x2 A) C. }) R肠道屏障是防止病原体和有害物质进入血液循环的重要防线。母乳中的补体成分通过间接机制加强了这一屏障功能，具体表现在提高肠上皮细胞的紧密连接，增强黏膜屏障的完整性，从而减少外界病原体和有害物质的穿透可能。2 w7 K: A& S# c# U% L* D
增加紧密连接蛋白表达：补体影响肠道细胞间的紧密连接蛋白表达，强化细胞间的连接，提高屏障功能。
; c& o- `* P/ r6 d8 a促进黏膜屏障健康：补体成分间接促进肠道黏膜分泌物如黏液的产生，增加肠道黏膜屏障对病原体的防御能力。! X+ P; i2 S$ u# @- K3 x) b
支持免疫系统成熟
, y, p& r8 O+ K! N! Z通过影响肠道微生物组的组成，母乳中的补体成分还间接促进了婴儿免疫系统的成熟。一个健康的微生物组能够刺激肠道免疫组织的发展，促进免疫细胞如T细胞和B细胞的成熟，提高婴儿对各种病原体的免疫防御能力。2 H# W! c8 c1 b$ e1 |
刺激免疫组织发展：肠道微生物组与肠道免疫组织如肠相关淋巴组织（GALT）的互动，促进免疫细胞的成熟和功能发挥。7 A( |1 b( T8 V4 Q
调节免疫反应：通过影响肠道微生物组和肠道黏膜的互作，补体成分帮助调节免疫反应，防止过敏反应和自身免疫疾病的发生。
( f! o' O. l, p母乳补体研究的未来方向
7 P6 L4 Z# S. N  z8 b探索更多微生物组成员的变化
; U% ~, k3 N0 D7 C0 B随着科学研究的不断深入，人们对母乳中补体系统的了解日益增加，尤其是其如何通过影响微生物组来促进婴儿健康。在这一领域，探索受母乳补体影响的更多微生物组成员变化，显得尤为重要。这不仅有助于我们深入理解母乳喂养对婴儿肠道健康的影响，而且还可能揭示新的预防和治疗婴幼儿肠道疾病的策略。# Y* M- Y( ?! E  N
完善微生物组数据库：通过识别和分类更多受母乳补体影响的微生物，可以丰富现有的微生物组数据库，为科研人员提供更丰富的资源，促进微生物组研究的发展。
8 N6 r: ?: D/ j  L揭示微生物作用机制：不同微生物在婴儿肠道中发挥的作用各不相同。深入探索这些微生物的功能，可以帮助我们更好地理解它们如何影响婴儿的健康和疾病。2 t  F  b/ \5 S- Z2 }  X" ?8 l
促进个性化营养方案的制定：通过了解特定微生物对婴儿健康的影响，可以为每个婴儿制定更为个性化的营养方案，从而促进其健康成长。/ h- d. g# ]( W7 q  s6 `3 M
研究方向与方法  b8 E) U; _# `/ d
高通量测序技术：应用高通量测序技术对母乳及婴儿肠道样本进行深入分析，以识别受母乳补体影响的微生物种类和数量变化。+ F6 C  P8 s/ R: f2 F9 r
宿主-微生物互作研究：通过体外实验和动物模型，研究母乳补体成分与特定微生物之间的互作机制，探索它们如何共同影响婴儿健康。
5 p, c( R) P; k, ^临床观察研究：对不同母乳喂养条件下的婴儿进行长期跟踪观察，分析微生物组变化与婴儿健康状况之间的关系。
- ]+ i8 T3 `# P! w期望成果与应用: ~; S5 p( I9 t$ s- b$ q& u
新的健康指标：通过识别受母乳补体影响的关键微生物，这些微生物或其代谢物可能成为评估婴儿健康状况的新指标。, J5 o' U0 W0 `9 a& ]( B: U7 Q( q& p; u
新的预防措施：深入了解母乳补体与微生物互作的机制，有助于开发新的预防婴幼儿肠道疾病的策略和产品。+ W( F% _$ S8 S
促进营养科学发展：这一研究领域的进展将为营养科学带来新的理论和实践，尤其是在婴幼儿营养和健康管理方面。: E6 G6 s; a8 |

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