《Frontiers in Immunology》：Probiotic-conditioned microbiota from preterm infants modulate immune response to pathogen challenge in a microbiota-humanized mouse model
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为解决早期菌群-免疫互作如何影响早产儿感染易感性的问题，研究人员利用源自PRIMAL临床试验的益生菌/安慰剂干预后的早产儿粪便，构建了“菌群人源化”小鼠模型。研究发现，益生菌重塑的菌群能在稳态下减弱小鼠（尤其是结肠）的天然免疫细胞发育，并在肠致病性大肠杆菌（EPEC）攻击时，导致幼鼠生长迟缓和细菌清除能力受损，揭示了益生菌对新生儿菌群-免疫轴存在复杂、情境依赖性的影响。
生命最初几周，肠道菌群的“先遣部队”与宿主免疫系统之间展开的“首次对话”，对个体终生的健康轨迹有着深远影响。对于提前来到这个世界的早产儿来说，这场对话的开局尤为艰难。由于免疫系统和肠道屏障功能不成熟，加之新生儿重症监护室（NICU）环境、抗生素暴露等因素，他们的肠道菌群往往多样性低，且以潜在致病菌为主，这使得他们成为晚发型败血症等严重感染的高危人群。如何帮助这些脆弱的小生命建立健康的肠道微生态，从而增强其防御能力，一直是临床医学和基础研究关注的焦点。
益生菌作为一种潜在的干预手段备受瞩目。之前的PRIMAL临床试验发现，给早产儿服用多菌株益生菌能将其肠道菌群向更健康的方向转变，但这一转变背后的免疫学后果及其对感染结局的影响尚不明确。那么，益生菌带来的菌群变化，是增强了还是削弱了宿主的免疫防线？为了抛开益生菌菌株自身的直接作用，单纯探究被益生菌“重塑”后的菌群对宿主免疫系统的影响，一个巧妙的研究设计应运而生。
这项发表在《Frontiers in Immunology》上的研究，构建了一个独特的“早产儿菌群人源化小鼠”模型。研究人员没有直接将益生菌喂给小鼠，而是将从PRIMAL试验中采集的、经过益生菌或安慰剂干预的早产儿粪便，移植给无菌（GF）母鼠。这些母鼠孕育的下一代（F1代）小鼠，其肠道菌群完全继承了被“益生菌重塑”或“安慰剂维持”状态的人类早产儿菌群特征。这就好比为小鼠“接种”了不同早期生命经历下形成的菌群生态系统。研究人员随后系统比较了两组小鼠在稳态下的免疫系统状态，并进一步用肠致病性大肠杆菌（EPEC）对新生小鼠发起挑战，以评估不同菌群背景对早期感染结局的影响。
为开展此项研究，作者运用了几个关键技术方法：首先，建立了基于无菌小鼠的垂直传递菌群人源化模型，将来自PRIMAL临床试验（样本队列为胎龄28-32周的早产儿）的益生菌组与安慰剂组粪便样本，通过灌胃移植给成年无菌母鼠，并使其繁殖，实现菌群从亲代到子代（F1）的垂直传播与稳定定植。其次，利用16S rRNA基因扩增子测序技术，系统分析了从人类供体到小鼠亲代及F1代的菌群结构、多样性和定植效率。再者，通过高维光谱流式细胞术，对3周龄和感染后12日龄的F1代小鼠的脾脏、小肠和结肠等多个组织的天然免疫与适应性免疫细胞群体进行了全面的定量与表型分析。最后，建立了新生小鼠EPEC感染模型，通过灌胃感染、监测体重变化、定量各器官细菌负荷（CFU计数），并结合感染后的免疫细胞分析，评估了菌群对感染易感性与免疫应答的影响。
研究结果
3.1 建立了用于早产儿菌群定植的新生儿菌群人源化模型
研究成功构建了菌群人源化小鼠模型。16S rRNA测序分析表明，人类供体菌群能够垂直传播给F1代小鼠并保持稳定，但菌群组成在小鼠肠道中发生了重塑，例如Blautia和Enterocloster属显著扩增，而部分供体中的益生菌属（如Bifidobacterium）未能有效定植。供体个体差异对菌群结构的影响大于益生菌处理本身的影响。0.5%). Results are pooled from 1 (Donors 1, 11, 13, 14) or 2 (Donors 2, 3) independent experiments.">
3.2 益生菌重塑的菌群在稳态下改变天然和适应性免疫应答
对3周龄稳态下F1代小鼠的免疫分析发现，定植了益生菌重塑菌群的小鼠，其黏膜器官（尤其是结肠）中的大多数天然免疫细胞（如中性粒细胞、巨噬细胞、常规树突状细胞cDC）数量显著减少，但小肠中的自然杀伤（NK）细胞增加，先天淋巴样细胞（ILC）数量稳定。适应性免疫方面，益生菌组小鼠结肠中的常规CD4+T细胞（Tconv）、调节性T细胞（Treg）和CD8+T细胞数量均显著减少，脾脏中B细胞数量增加，且结肠和脾脏中产生IL-10的Treg比例升高，同时Th1和Th17细胞比例下降。这些变化表明，益生菌重塑的菌群在黏膜部位营造了一种免疫耐受环境。
3.3 益生菌诱导的免疫调节改变了对胃肠道感染的易感性
为了检验这种免疫耐受状态对防御能力的影响，研究者在F1代小鼠出生后第5天用EPEC进行攻击。结果显示，与定植安慰剂菌群的小鼠相比，定植益生菌重塑菌群的小鼠在感染后体重增长更慢，并且在胃、小肠内容物、结肠内容物和肝脏中表现出细菌清除率更低的趋势，尽管器官内的细菌负荷（CFU）在两组间无统计学差异。
3.4 益生菌组小鼠对EPEC的免疫应答下调可能有助于感染延迟消退
对感染后第12天（即感染后7天）的小鼠进行分析发现，在稳态下，此时两组小鼠的免疫差异很小。然而，感染后，益生菌组小鼠脾脏中所有关键的天然免疫细胞（中性粒细胞、巨噬细胞、cDC、NK细胞、ILC）数量均显著减少，小肠中仅ILC数量显著减少。适应性免疫方面，感染导致益生菌组小鼠脾脏中的Tconv、Treg、CD8+T细胞和B细胞数量减少。尽管存在这些细胞数量上的缺陷，两组小鼠均能产生针对EPEC的适应性免疫应答，表现为感染后脾脏和小肠中Th1、Th17细胞以及产生IFN-γ、IL-17A的Tconv比例增加。值得注意的是，益生菌组小鼠在感染后产生了更高比例的分泌IL-10的Treg和B细胞。
研究结论与意义
该研究通过创新的实验模型揭示，早期使用益生菌干预所塑造的肠道菌群，其本身就能对宿主的免疫系统发育产生深远而复杂的影响。主要结论是：被益生菌重塑的早产儿菌群，在移植给小鼠后，能够在稳态下显著抑制宿主（特别是结肠）的天然免疫和适应性免疫细胞的发育，促使免疫系统偏向于抗炎、耐受的状态。这种“和平化”的免疫格局在面临真正的病原体入侵时，却可能转化为一种劣势。当受到EPEC攻击时，拥有益生菌重塑菌群的小鼠表现出更弱的系统性（脾脏）和黏膜（小肠）天然免疫细胞招募，适应性免疫细胞数量也更少，尽管其功能性应答（如细胞因子产生）仍然存在。这最终导致了更差的临床结局，表现为生长迟缓和细菌清除效率降低的趋势。
这项研究的意义重大。它首次在排除了益生菌直接作用的情况下，明确证明了益生菌通过重塑菌群结构，能够间接、持久地影响宿主的免疫编程。这为理解PRIMAL等临床试验中观察到的菌群变化与临床结局（如败血症发病率）之间可能存在的免疫学机制提供了重要线索。更重要的是，它揭示了益生菌干预对新生儿菌群-免疫轴的影响具有“双刃剑”特性：在促进免疫耐受、可能有益于抑制过度炎症的同时，也可能在特定情境下（如遭遇肠道病原体时）削弱宿主的防御能力，增加感染易感性。这强烈提示，对于早产儿等脆弱人群的益生菌应用，需要采取更加精细化、个体化的策略，必须充分考虑其菌群基线、免疫状态及所处的感染风险环境。该研究建立的“早产儿菌群人源化小鼠模型”也为未来深入探索早期菌群干预的长期免疫后果和机制提供了强有力的工具。
