婴儿双歧杆菌通过调节肠道微生态抑制抗菌素耐药性的传播

抗菌素耐药性（AMR）是一种古老而隐蔽的流行病，已成为全球公共卫生的重大威胁。据估计，2021年全球有471万死亡病例与细菌性AMR相关，其中114万死亡病例直接归因于细菌性AMR。预测到2050年，超过3900万人将死于抗生素耐药性感染。全球范围内，每年约有20万新生儿死亡归因于AMR。

抗生素的过度使用和滥用是AMR传播的主要驱动因素。全球大多数儿童在2岁前就开始接受抗生素治疗，尤其是在低收入和中等收入国家。生命早期1000天是婴儿肠道菌群形成的关键时期，然而这一阶段的儿童往往接受了更多不必要的广谱抗生素治疗，导致如婴儿双歧杆菌等有益菌被清除，肠道微生物组遭到破坏。

2007年的一项研究首次通过体外实验证明，双歧杆菌可通过抑制质粒介导的AMR传播，抑制肠杆菌科内抗生素抗性基因（ARG）的水平转移。随后的组学分析在2018年和2023年揭示，婴儿肠道微生物组中较高的双歧杆菌丰度与较低的ARG丰富度呈负相关，尽管其潜在机制尚不清楚。这些发现表明，双歧杆菌可能通过特定的分子通路直接干扰AMR的水平传播。婴幼儿因其动态发育的肠道菌群和不成熟的肠道上皮紧密连接，特别容易受到抗生素耐药菌的影响，这加剧了细菌-宿主相互作用。这种脆弱性因频繁使用广谱抗生素而加剧——通常在2岁前以高比例不必要地开具处方。这种抗生素暴露减少了双歧杆菌的定植，同时富集了可移动ARG（mARG），从而增加了该人群发生严重感染的风险。

质粒介导的ARG水平转移是病原体耐药性进化的主要途径。携带碳青霉烯酶耐药基因的接合质粒在婴儿肠道微生物组中尤为普遍。我们之前的研究表明，在从婴儿肠道分离的肠杆菌科中，mARG与可移动遗传元件（MGE）的共定位广泛存在，这表明婴儿肠道内含有大量具有高传播潜力的mARG。关键的是，如果这些mARG整合到接合质粒中，获得此类质粒的病原体或机会性病原体可能迅速进化成多药耐药（MDR）菌株。此外，研究表明当抗生素耐药病原体侵入宿主并引起感染时，即使病原体被清除，其耐药质粒仍可通过接合在肠道常驻细菌中稳定复制。mARG与MGE的共定位进一步促进了耐药基因在细菌群体内多个兼容质粒间的共享。令人担忧的是，世界卫生组织已强调，目前批准或在研的抗生素均无法有效遏制AMR的增长和传播。在儿科药物选择有限的背景下，新生儿——尤其是早产儿和极早产儿——可能面临无法治疗的MDR细菌感染的负担，这给家庭和社会带来了沉重代价。因此，研究双歧杆菌与肠道细菌间AMR传播的关系及其潜在机制，对于保障儿童长期健康具有至关重要的意义。

有证据表明，婴儿期是人体肠道中双歧杆菌——尤其是婴儿双歧杆菌——丰度最高的生命阶段，但其数量会迅速下降，到2-3岁时可能已无法检测到。我们假设补充婴儿双歧杆菌能够减少AMR在肠道细菌间的水平转移。为验证这一假设，我们利用小鼠感染模型并在细胞层面开展了一系列实验。结果表明，尽管补充的婴儿双歧杆菌15697未能持久定植于健康的无特定病原体（SPF）小鼠肠道，且未显著改变微生物组结构，但它显著提升了与肠道内多样胆汁酸谱相关的益生菌丰度。更重要的是，它促进了胆汁酸的合成以及牛磺酸结合型胆汁酸——如牛磺胆酸（TCA）——的水平。

研究表明，包括TCA在内的胆汁酸能够调节肠上皮细胞增殖，这一过程可能影响细菌膜通透性。这种调节可能改变抗生素的摄取和外排，从而降低细菌的抗生素耐药性。此外，胆汁酸可能通过干扰环二鸟苷酸单磷酸信号通路来抑制生物膜形成。关键的是，生物膜结构和局部细菌密度是质粒介导的AMR传播的关键决定因素。

本研究的体外和体内结果均证明，补充婴儿双歧杆菌15697能够抑制mARG在细菌间的水平转移。这种作用可能是通过提高粪便中牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）和TCA的水平实现的——这两种物质能抑制细菌外排孔蛋白OmpC，降低膜通透性并减少局部细菌密度，从而共同削弱有利于AMR传播的条件。

图1 动物模型中胆汁酸代谢与基因表达的综合分析。

（A）动物实验流程示意图。

（B）肝脏或回肠组织中相关基因的表达水平。

（C）与对照组相比，实验组粪便中显著增加的胆汁酸。与对照组相比，实验组粪便中

（D）六种胆汁酸含量显著上升和（E）UDCA含量显著下降。

婴儿双歧杆菌组代表连续12天管饲婴儿双歧杆菌15697后的情况。对照组代表连续12天管饲生理盐水后的情况。

***，P < 0.001；*，0.01 < P < 0.05。

摘要

儿童早期使用抗生素可能会增加对多药耐药细菌感染的易感性。虽然益生菌常被用于细菌感染的管理，但其细微优势，特别是在遏制抗菌素耐药性（AMR）传播方面的作用，尚不明确。本研究探讨了婴儿双歧杆菌在抑制肠道内抗生素耐药基因（ARG）传播中的作用及机制。

研究发现，补充婴儿双歧杆菌15697能显著增加小鼠粪便中胆汁酸的合成，特别是牛磺熊去氧胆酸（TUDCA）和牛磺胆酸（TCA）。同时，肠道内潜在益生菌（如古氏副拟杆菌）的丰度也显著增加。通过小鼠感染模型，我们发现补充婴儿双歧杆菌抑制了抗生素耐药大肠杆菌在肠道的定植及其水平基因转移事件，从而减少了ARG的传播。进一步分析揭示，TUDCA和TCA通过与OmpC蛋白相互作用，降低了抗生素耐药菌的生物膜形成能力和细胞膜通透性，进而抑制了ARG的水平传播。这些发现揭示了婴儿双歧杆菌在调节肠道菌群和抑制ARG传播中的重要作用，为开发新的益生菌干预策略提供了理论依据。这可能有助于减少AMR的全球传播，保护人类健康。