健康的新生儿一般认为是没有微生物的，新生儿的初始微生物主要与其早期的环境接触有关，尤其是分娩经过的阴道。女性阴道的细菌组成是相对有限的，特别是在怀孕期间，微生物的种类较少，组成更稳定，主要以少数的乳酸菌为主，可能用以抑制病原体的生长。乳酸菌组成的产酸细菌维持低PH值，低pH和宿主免疫认为可以防止宫腔和输卵管的致病性微生物侵入，从而保护妊娠期胎儿的健康。生育过的女性阴道微生物种群似乎再次多样化，与未怀孕过的女性相似。然而，目前尚不清楚这种变化是发生在妊娠晚期，还是在婴儿出生的过程中。
2020年5月发表在ISME Journal [IF: 9.1]的《Ecological succession in the vaginal microbiota during pregnancy and birth》分析了孕妇阴道微生物的变化，这为早期新生儿微生物的组成研究具有重要意义。该研究表明阴道微生物在妊娠后期发生变化，分娩时阴道微生物组成是转移到新生儿肠道和呼吸道的微生物的主要来源之一。
项目设计：
实验方法：V4区16S rRNA基因扩增子测序
母亲阴道、孩子肠道和呼吸道的OTUs (Operational Taxonomic Units)
本文一共鉴定出2327个OTUs，其中阴道含有1548个OTUs，粪便含有1536个OTUs，气道含有528个OTUs。妊娠24W鉴定出839个OTUs，36W鉴定出974个OTUs，出生时鉴定出1071个OTUs。在所有的OTUs中，319个OTUs（13.7%）普遍存在三种样本中（即同时存在于阴道、肠道和呼吸道）。这些普遍存在的OTUs占所有reads的88.3%，任意两个样本overlap的OTUs占所有reads的9.3%，而样本唯一含有的OTUs只占reads的2.4%（图1）。大部分OTUs与OTUs co-occurrence structure发生在样本overlap的OTUs中，尤其是普遍存在的OTUs。
Fig. 1 The number of shared and distinct OTUs between vaginal (blue), 1-week fecal (purple) and 1-week airways (yellow) (of a total of 2327 OTUs).
微生物在怀孕和分娩期间发生的变化
本文通过Faith’s Phylogenetic Diversity (PD)表示微生物多样性，Shannon diversity indices综合表示微生物物种丰富度和均匀度，从而研究孕期阴道微生物多样性的变化。每个孕妇PD具有35.1% (PD, p = 0.10)变异，Shannon具有60.5% (p<0.001)的变异，并且孕期普遍增加的微生物贡献了12.5%的PD (p <0.001) 的变异和4.6%的Shannon (p = 0.001) 的变异。
微生物多样性仅在孕36W(IQR：5.90)和出生(IQR：8.59，p < 0.001)增加，24周(6.10)和36周无显著差异(p = 0.8)。相反，Shannon多样性在第24周 (0.79) 和第36周 (1.40) 之间显著增加 (p = 0.006)，而从第36周到出生的Shannon多样性变化不显著 (1.31，p = 0.4)。作者观察到，与出生时的女性阴道相比，婴儿1周后的呼吸道和粪便样本中Shannon较高，但PD多样性较低，对于胎儿粪便样本中微生物的组成原因可能是由于母乳造成的。
作者对所有样本微生物的未加权排序进行分析发现，妊娠期的阴道微生物和新生儿的粪便和呼吸道微生物具有显著差异，而分娩时的阴道微生物则位于他们之间(图2C)。这表明新生儿的早期肠道和呼吸道道微生物的组成更接近分娩时的阴道微生物，而不是在妊娠早期阴道微生物。
阴道标本均以乳酸菌为主，从孕24W到出生，其丰度呈下降趋势(图2D)。乳酸菌相对丰度较低导致其他属的丰度增加，包括粪便典型的类群，如肠球菌、肠杆菌科和链球菌，以及在呼吸道和皮肤中常见的类群，如葡萄球菌、莫拉克菌和链球菌。这些类群在1周的新生儿粪便和呼吸道样本中普遍存在，并且乳酸杆菌相对丰度较低。
Fig. 2 Microbial composition in pregnancy, at birth and after birth.
阴道微生物类群相对丰度的比较
从妊娠第24周到第36周直到出生，阴道微生物出现了逐步增加或减少的趋势。乳酸杆菌是迄今为止最普遍的属，随着孕期的推移，其数量依次减少。莫拉克菌、链球菌、葡萄球菌、肠球菌、棒状杆菌在孕期显著增加。这些发现表明分娩时的阴道微生物不是在胎膜破裂或分娩时突然变化的，而是在整个妊娠后期平稳持续的变化。
分娩样本*特中**有的314个的OTUs，并没有在早期的阴道样本鉴定出来。这314个OTUs大多数只在一个或少数分娩样本中发现。在5个以上的分娩样本中均发现的OUTs有11个，包括4个莫拉克菌、3个链球菌和一些未分类的细菌、几丁质噬菌体科、杆菌和杆菌。然而，这些分娩特有的OTUs在分娩阴道的样本中的相对丰度较小(中位数为0.037%)。
Fig. 3 Relative abundances for the top 15 most abundant vaginal taxa at genus level, colored according to time-point.
微生物从母亲到孩子的转移
为了探究新生儿肠道和呼吸道微生物是否主要来源于阴道，作者检测了分娩时阴道样本中每个OTU是否转移到新生儿1周的粪便和呼吸道样本中，以及孕妇阴道微生物组成是否促进了胎儿粪便或呼吸道微生物的组成。分析对象为49例(86%)阴道分娩的婴儿，其中36例和45例匹配的新生儿粪便和气道样本。在2327个OTU中，536个OTUs阴道与粪便具有overlap，346例阴道与气呼吸道具有overlap。
图4展示了分娩时阴道样本观察到的特定OTU。其中14个OTUs (p <0.05)由阴道转移到肠道，2个OTUs转移到呼吸道。通过富集分析，阴道微生物到粪便或呼吸道微生物的正向转移OTUs比负向转移的OTUs分别为2.7 (p = 0.036)和2.3 (p = 0.003)。这说明微生物从阴道到肠道和呼吸道是在所有OTU中扩散的。
Fig. 4 Volcano plot of odds ratios for transfer of individual OTUs from vagina at birth to 1-week feces and airways, respectively.
总结
作者在本研究中描述了在怀孕后期阴道微生物种群的变化，并在出生时以显著的组成变化结束，导致更高的微生物多样性。大多数微生物类群的相对丰度从怀孕的第24周到第36周增加，并持续到妊娠期。这表明分娩时阴道微生物组成是逐渐变化的。生育过的女性微生物群再次多样化，与未怀孕妇女有更高的相似性。乳酸菌丰度的下降似乎是妊娠晚期至分娩期间阴道微生物环境的一个共同特征。所有常见的乳酸菌都观察到相似的丰度下降。以乳酸菌丰度降低为代价，阴道微生物的其他菌群相对丰度的增加导致细菌类群的多样性，并发展出与新生儿肠道和呼吸道类似的微生物组成。但是作者发现分娩时的阴道微生物群仅能适当地预测出生一周时婴儿体内的微生物群，这表明新生儿接受的微生物更多来源其他地方，而非阴道。
Data and code：(https://github.com/mortenarendt/MBtransfeR）