妊娠期补充益生元可诱导后代耐受环境和保护性微生物群减轻食物过敏

  食物过敏(Food allergy，FA)是一种常见的非传染性疾病，在一些国家影响到高达10%的婴儿，在过去几十年里发病率一直在上升。FA的症状可在婴儿出生后的头几个月观察到，与以下三个关键因素失调有关:免疫系统(IS)，共生微生物群和上皮屏障。

  在环境因素中，食品(加工产品、添加剂和高纤维)通过影响微生物群的多样性和丰富度以及免疫系统(immune system，IS)的成熟，在触发FA的发生中发挥了关键作用。在这种情况下，母亲的饮食对塑造后代的微生物群和新生儿IS很重要。研究表明，细菌和免疫因子可以从母亲传给孩子。在缺乏有效的治疗手段的情况下，FA的初级预防策略是一个重要的机会。在过敏预防策略中，益生元治疗是很有前景的，因为它们可以调节微生物群、上皮屏障和IS。益生元是宿主微生物选择性使用的底物，具有健康益处。

  在本篇文章中研究发现，妊娠期间补充低聚半乳糖/菊粉会改变母体粪便微生物群，从而改变后代的粪便微生物群。这些变化促进了后代的免疫耐受，减缓了FA的发育。关于肠道菌群，我们的研究表明，妊娠期饲粮中添加低聚半乳糖/菊粉对肠道菌群多样性有较强的调节作用。我们的结果也强调了肠道菌群功能随着乙酸和丙酸浓度的增加而增加。众所周知，拟杆菌门、放线菌门、乳酸杆菌科是短链脂肪酸(SCFAs)的主要产生者。母亲和孩子之间的细菌、细菌DNA或细菌代谢产物的转移被怀疑是在子宫内进行的，并在分娩时被证实。根据母鼠的数据，在6周龄时，添加mpb的母鼠输入幼鼠的放线菌纲和变形菌纲的相对丰度显著增加。益生元补充引起了一种特殊的特征，其特征是双歧杆菌科的增加。这些结果表明，微生物印记在分娩或妊娠期间从母亲传播给孩子，并且这种印记持续到至少6周的生命。粪便微生物组成的改变也与结肠中各种代谢物(如短链脂肪酸、氨基酸或脂类)的相对丰度差异有关。因此，孕期补充益生元不仅可以调节微生物群的组成，还可以调节微生物群的功能，其特征是分泌不同的代谢物。

  我们发现，这种由益生元补充剂促进的耐受性环境减缓了后代FA的发育。事实上，我们观察到过敏症状的显著减少与过敏参数(Th2和小麦特异性IgG1)的减少和耐候性参数(小麦特异性iga、Tregand Breg数量和TGF-b浓度)的增加有关。此前，母亲在妊娠期间给小鼠补充益生元(scGOS/lcFOS)也能减轻后代的哮喘症状，这与血浆中Treg的增加和更高浓度的过敏原特异性igg2a有关。妊娠期间补充FOS对小鼠模型中异位性皮炎样皮肤损伤的保护作用也与血清总IgG1浓度降低相关。

  在我们的模型中，暴露于益生元的FA小鼠在其粪便中显示出放线菌、普雷沃氏菌科和乳酸杆菌科的增加。有趣的是，添加低聚木糖促进小鼠肠道普雷沃氏菌定植，这与恶唑酮诱导的特应性皮炎的减少有关。在一个母亲队列中，怀孕期间普雷沃氏菌的胃肠道存在与儿童的FA保护相关。令人惊讶的是，在我们的研究中，FA小鼠的微生物群的调节不是这样的与粪便或结肠中代谢物浓度的调节相关(数据未显示)。这些数据表明，FA的预防可能不是由代谢物介导的，而是由早期生命中的微生物群或促耐受性环境设置的直接作用。综上所述，妊娠期补充低聚果糖/菊粉增加了后代肠道中FA保护菌群的丰度，这可能解释了本研究中观察到的保护作用。总之，我们的研究结果首次表明，孕期完全补充益生元是一种通过作用于微生物和免疫耐受机制来减轻后代FA的有效策略。目前，我们正在进行一项随机临床试验(PREGRALL)，研究这一策略对人体的影响，旨在证明妊娠期间补充益生元对儿童特应性皮炎发生的影响。这些结果将有助于在未来为有过敏孩子风险的孕妇建立与益生元摄入相关的饮食建议。

  图1妊娠期间补充半乳糖寡糖(GOS)/菊粉可改变食物过敏(FA)后代的粪便微生物群和短链脂肪酸(SCFAs)水平。(A) b 6周龄时，基于16S rRNA基因测序，通过UniFrac距离对照组(CTL-FA)和益生元(PB-FA)过敏幼鼠的多样性测量。组内和组间的差异通过置换多变量方差分析(PERMANOVA)进行测试(每组n = 9-10只幼犬)。(B，左图)差异丰富的操作分类单元(OTUs)的图形表示(FC > I2I;调整后试验p值< 0.05)。每个OTU根据其在科水平上的分类分类而着色。当可用时，在每个OTU的旁边还指示属或种水平上的分类。Log2FoldChange (FC)绘制在x轴上。每个OTU所画圆的直径与图中调整后的测试p值有关。(B，右图)Heatmap表示6周龄过敏幼犬微生物群中差异丰富OTUs的相对丰度。(C) 6周龄时过敏幼鼠粪便中乙酸、丙酸、丁酸盐水平。数据以最小-最大值的平均值显示(每组n = 8 ~ 10只动物);p值采用Mann-Whitney检验确定(*p < 0.05)。

  图2在食物过敏(FA)的后代中，辅助t细胞反应和免疫耐受标记物是调节产前暴露于益生元。脾细胞因子分泌(A) IL-5、(C) IFN-g、(E) IL-17、(J) TGF-b、(K) IL-10和(B) CD3+CD4+IL-4+、(D) CD3+CD4+IFN-g+、(F) CD3+CD4+CD25+FoxP3+、(G) CD3+CD8+FoxP3+、(H) CD19+CD9+、(I)小麦激发后肠系膜淋巴结(T细胞)和腹股沟淋巴结(B细胞)CD19+CD25+细胞总数。所有数据均以平均值±SEM表示(每组n = 9-12只动物);p值采用Mann-Whitney检验确定(*p < 0.05， ***p < 0.001)