益生菌界的扛把子，健康菌群的标志物双歧杆菌（Bifidobacteria），又迎来了新的高光时刻。

近日，由瑞典卡罗琳斯卡大学医院及研究所妇女儿童健康中心的Petter Brodin教授领衔的研究团队，在《细胞》杂志上发表了一项重要的研究成果 [1]。

他们发现，双歧杆菌表达的人乳寡糖（HMOs）代谢基因激活了色胺酸代谢通路，增加了吲哚-3-乳酸这一代谢产物，从而促进了抑炎性细胞因子白介素27（IL-27）、β干扰素（IFN-β）的表达，并且诱导T细胞分泌调节性因子半乳糖凝集素-1，从而维护肠道以及外周免疫系统稳态，抑制过度免疫反应的发生。

更重要的是，如果让新生儿从出生后第7天到29天口服双歧杆菌，其血液中与过敏相关的Th2细胞和促炎性细胞Th17水平更低。

论文首页截图

婴儿出生后的前三个月是建立肠道菌群的关键时期，如果在这一时期形成了一个失衡的肠道菌群，例如过多的变形菌门（proteobacteria）菌株，孩子成长过程中患绞痛、特应性喘息（atopic wheeze）、过敏，甚至是I型糖尿病和克罗恩病的几率更高 [2, 3]。

芬兰和厄瓜多尔等地对新生儿菌群与疾病的研究和统计表明，早期肠道中存在双歧杆菌（Bifidobacterium）的新生儿患肠道炎症、自身免疫病的几率更低 [4, 5]，但这一统计学关联背后的原因和机制尚不明确。

另外，双歧杆菌还是一种可以分解母乳中人乳寡糖的微生物，而人体缺乏代谢这一寡糖的酶，因此双歧杆菌还能帮助母乳的消化和吸收 [6]。

在更加现代化的地区，婴儿早期定植双歧杆菌的比例更低，获得失衡菌群的几率也更高 [7]。因此了解双歧杆菌早期定植对于肠道免疫系统发育的影响及其作用机制，并加以合理的利用，可能会成为帮助新生儿建立健康菌群的关键。

为了回答这一问题，研究人员募集了208名婴儿，收集婴儿出生后0-1452天不同时间点的血液样品（共计858例）和粪便样品（共计357例）。

对于血液样品，研究人员设计了一个能够识别44种细胞标志物的抗体鸡尾酒，通过流式细胞仪可以检测64种免疫细胞的数量和功能。除此之外，还采用Olink assays检测技术，测量了血液中355种浆细胞蛋白的含量。对于粪便样品，研究人员使用宏基因组学测序技术确定肠道菌群的构成。

实验收集的样品和主要检测手段示意图

血液检测结果显示，婴儿出生的0-7天就开始出现天然免疫细胞（单核细胞）和免疫因子（干扰素）的上调，一个月后出现表达白介素17（IL-17）的适应性免疫细胞γδT细胞，并在2个月左右检测到血浆中IL-17的短暂升高。

更有趣的是，肠道黏膜处的组织特异性T细胞（CD38^{+ CD62L-）在婴儿出生时就已经迁移至血液中随之循环，并且在血液记忆性T细胞中的占比不断上升，到出生后29天就达到了65%这一较高比例}。

血液中肠黏膜组织特异性T细胞占整体记忆T细胞的比例

研究人员对这些肠黏膜组织特异性T细胞进行分选和mRNA测序发现，这些细胞和其他记忆性细胞相比表达更高水平的干扰素（IFN）、白细胞介素15（IL-15）以及巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF），对血液中的自然杀伤细胞和单核细胞功能具有调控作用。

因此，肠道中食物或细菌抗原诱导的记忆性T细胞，在我们生命的第一个月就已经超越地域限制，通过血液系统性地影响外周免疫系统的发育。

那么携带双歧杆菌和没有双歧杆菌的新生儿血液免疫细胞的构成又有什么差异呢？

从整体角度来看，婴儿粪便样品中的双歧杆菌含量随着成长逐渐增多，到9周左右趋于稳定，占全部细菌量的35%左右。但仍有部分新生儿在出生后的第一个月或整个样品收集期间（0-24周），一直未在粪便中检测到双歧杆菌。

新生儿肠道菌群结构随出生后时间的变化

此外，将血液样品检测结果与双歧杆菌的丰度相结合，科学家们发现：那些没有双歧杆菌的新生儿，血液中有更多的巨噬细胞、嗜碱性粒细胞、浆母细胞、记忆性CD8^{+ T细胞和更高水平的促炎性细胞因子，例如肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素17（IL-17）；而携带双歧杆菌的新生儿，血液中有更多的抑炎性单核细胞和具有免疫抑制功能的调节性T细胞，及抑炎性细胞因子}。

基于上述样品的检测结果，Petter Brodin教授及加州大学的科研人员设计了一个更为直观也非常大胆的试验。

给新生儿口服双歧杆菌。

参与实验的六十名婴儿全部只接受母乳喂养，从出生后第7天到29天，让29名新生儿每天口服1.8*10^{10的双歧杆菌（B. longum subsp. Infantis EVC001），另外31名婴儿作为空白对照。}

新生儿实验流程图

与瑞典新生儿样品检测结果类似，早期口服双歧杆菌的婴儿在出生后第60天血液中IL-13、IL-17、IL-21和IL-33的水平更低，与过敏反应相关的Th2细胞和促炎性细胞Th17数量更少。不同的是，这些新生儿血液中还有更高的IFN-β，但这一细胞因子对早期免疫细胞的发育作用尚不明确。

那么双歧杆菌是如何诱导抑炎性免疫细胞发育的呢？

由于双歧杆菌的代谢产物能与免疫细胞受体结合，从而调控免疫细胞的功能 [8]。于是科学家们将目光聚焦在双歧杆菌特异性分解人乳寡糖（HMOs）的代谢产物。

他们从瑞典婴儿样本中发现，粪便中双歧杆菌来源的人乳寡糖代谢基因的表达量与血浆中的促炎性因子IL-6，TNF-α，IL-17A以及过敏反应相关的细胞因子IL-13呈负相关。

加州大学的科研人员还用两组新生儿的粪便上清液（不含活菌）与未分化的初始T细胞在体外进行共培养，他们观察到口服双歧杆菌的新生儿粪便上清液促进了Th1细胞的分化发育，对照组新生儿粪便上清液诱导了Th2细胞的分化。两组粪便上清液都诱导了Th17 的分化，但对照组的Th17细胞表达更高的Ki67基因，说明其复制分裂更为活跃。这一体外实验表明双歧杆菌的代谢产物或其他因子能够直接调控初始T细胞的分化。

研究到现在还有一个关键问题一直没解决，究竟双歧杆菌代谢人乳寡糖后的什么产物起到了调控T细胞发育的作用？

科学家们对比口服双歧杆菌新生儿的粪便和对照组婴儿的粪便发现，在检测到的564种代谢产物中，婴儿双歧杆菌显著激活了色胺酸代谢通路，增加了吲哚-3-乳酸（ILA）这一代谢产物。体外实验表明，ILA与初始T细胞共培养，能够抑制初始T细胞分化为致病性Th2和Th17，诱导T细胞分泌调节性因子半乳糖凝集素-1。

总的来说，新生儿出生一个月内双歧杆菌的定植，可以通过其代谢产物吲哚-3-乳酸（ILA）抑制Th2、Th17细胞的分化，促进了抑炎性细胞因子白介素27（IL-27）、β干扰素（IFN-β）的表达，并且诱导T细胞分泌调节性因子半乳糖凝集素-1。这些细胞因子维护肠道以及外周免疫系统稳态，抑制过度免疫反应的发生。

文章带给我们很多思考，比如其他代谢人乳寡糖的肠道共生菌是否对免疫系统的早期发育起到同样的作用？对于非母乳喂养的新生儿双歧杆菌是否还能够起到相同的作用？给婴儿直接补充吲哚-3-乳酸这一代谢产物是否是更安全有效的做法？

值得注意的是，给婴儿补充双歧杆菌这一实验存在不可控的变量，例如环境微生物的摄入，有可能影响实验结果。样品采集和检测时间较短以及样品单一（仅外周血），也是此项研究的一些小缺憾，希望可以在后续的研究中获得更全面的数据和更准确的结论。

参考文献

[1] Henrick BM, Rodriguez L, Lakshmikanth T, et al. Bifidobacteria-mediated immune system imprinting early in life. Cell. 2021;S0092-8674(21)00660-7. doi:10.1016/j.cell.2021.05.030

[2] Rhoads JM, Collins J, Fatheree NY, et al. Infant Colic Represents Gut Inflammation and Dysbiosis. J Pediatr. 2018;203:55-61.e3. doi:10.1016/j.jpeds.2018.07.042

[3] Arrieta MC, Stiemsma LT, Dimitriu PA, et al. Early infancy microbial and metabolic alterations affect risk of childhood asthma. Sci Transl Med. 2015;7(307):307ra152. doi:10.1126/scitranslmed.aab2271

[4] Vatanen T, Kostic AD, d'Hennezel E, et al. Variation in Microbiome LPS Immunogenicity Contributes to Autoimmunity in Humans [published correction appears in Cell. 2016 Jun 2;165(6):1551]. Cell. 2016;165(4):842-853. doi:10.1016/j.cell.2016.04.007

[5] Arrieta MC, Arévalo A, Stiemsma L, et al. Associations between infant fungal and bacterial dysbiosis and childhood atopic wheeze in a nonindustrialized setting. J Allergy Clin Immunol. 2018;142(2):424-434.e10. doi:10.1016/j.jaci.2017.08.041

[6] Sela DA, Chapman J, Adeuya A, et al. The genome sequence of Bifidobacterium longum subsp. infantis reveals adaptations for milk utilization within the infant microbiome. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(48):18964-18969. doi:10.1073/pnas.0809584105

[7] Dominguez-Bello MG, Godoy-Vitorino F, Knight R, Blaser MJ. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019;68(6):1108-1114. doi:10.1136/gutjnl-2018-317503

[8] Ehrlich AM, Pacheco AR, Henrick BM, et al. Indole-3-lactic acid associated with Bifidobacterium-dominated microbiota significantly decreases inflammation in intestinal epithelial cells. BMC Microbiol. 2020;20(1):357. Published 2020 Nov 23. doi:10.1186/s12866-020-02023-y

责任编辑丨BioTalker