研究背景：

  早产(preterm birth, PTB)即妊娠37周以下的分娩，是新生儿发病和死亡的主要原因。每年全球约有1500万早产婴儿，早产儿患呼吸、常委和神经发育并发症的风向很高。研究表明阴道微生物群与PTB有关，但这种关联机制尚未完全揭示。了解微生物对选择压力及宿主的遗传适应，可能会对关联机制有更为深入的了解。早产的早期诊断和有效治疗仍缺乏。早产可能对新生儿的健康产生深远的影响，且其影响因素复杂，预防难度大。

  研究目的和内容：

  为探究阴道菌群与孕妇早产之间的关联，本研究作者对705个阴道样本(包括40名早产孕妇和135名足月孕妇)进行菌群宏基因组测序。作者深入分析了群体遗传学，描述孕妇在怀孕期间和早产情况下的阴道微生物群的群体结构。

  研究结果：

  1.阴道微生物群的系统发育组成与sPTB有关

  作者对705个阴道样本进行宏基因组测序，组装了1078个样本的中等质量的宏基因组(MAGs)数据，作者分析发现样本中最多的是放线菌，其次为厚壁菌门和拟杆菌门(图1)。作者采用成分张量因子分解(CTF)以评估孕妇怀孕期间微生物群落组成的时间变化，结果表明，在早产期间，阴道微生物群有不同的时间轨迹，de-novo宏基因组分析重复并扩展了之前关于阴道微生物组组成与sPTB之间关联的发现。

  图1 宏基因组测序分析

  2.阴道微生物群落的微多样性在终止早产的妊娠前期较高，这是由阴道加德纳菌引起的

  为了了解阴道环境中微生物种群的遗传结构及其妊娠结局的关系，作者计算了阴道环境中的微生物种群及其与妊娠结局之间的关系。结果表明，sPTB患者阴道微生物群的全基因组核苷酸多样性显著高于足月患者(图2a)，按照系统类群划分，这种差异主要是由阴道加德纳菌属引起的(图2b)。微生物种群由来自同一物种的更多不同菌株组成，特别是加德纳菌，在与sPTB相关的阴道环境中生长。

  图2 阴道微生物组的微多样性模式与sPTB相关

  3.作用于阴道加德纳菌属的进化力量与妊娠结局有关

  为了更好地理解具有更高遗传多样性的加德纳菌属种群是否在与sPTB相关的阴道环境中生长得更好，作者使用相对丰度和生长速度来测量推断其适合度。结果表明，阴道加德纳菌属的核苷酸多样性与相对丰度呈正相关(图3a)，卷曲乳杆菌和惰性乳杆菌呈负相关关系。

  此外，作者利用gRodon36预测基于编码核糖体蛋白的高表达基因密码子使用偏好性的微生物最大生长速率。如图3b所示，在妊娠前半期，加德纳菌属在sPTB妊娠中含量较高，具有最大的生长速率(没有统计学意义);如图3c所示，在妊娠后半期，加德纳菌属含量降低，非加德纳菌属的最大生长速率无显著差异。综上所示，在加德纳菌属中观察到的sPTB相关的遗传多样性可能与sPTB相关的阴道环境中更快生长的优化相关。

  为了更好地解释阴道加德纳菌属在sPTB和足月分娩之间的微多样性格局的显著差异，作者利用两个位点的归一化连锁不平衡系数以量化其同源重组程度。结果表明，阴道加德纳菌属倾向于定植于阴道环境中有更频繁重组的孕妇(图3d、3e)。

  紧接着，作者使用dN/dS对阴道加德纳菌属的选择程度进行量化。结果表明，加德纳菌属基因彩玉脂质运输和代谢可能在sPTB中进行了更强的纯化选择。由于净化选择通过不断清除有害的突变和保存有益的功能以维持生物体的适应性。阴道加德纳菌属可能受益于此种更强的净化选择，目的是维持其脂质功能(图3f)。

  图3 阴道加德纳菌属的进化

  4.与sPTB相关的阴道微生物群具有较高的耐药性

  为评估阴道微生物群中的抗生素耐药性是否与sPTB相关，作者从每个样本中提取了相同数量的读长并将它们映射到综合抗生素耐药性数据库，在sPTB妊娠的前半期， AMR内参基因的总读长树显著增加，但下半年不存在(图4a、4b)。

  此外，为了评估sPTB和TB阴道微生物组特异性抗生素耐药性基因的差异，作者在基因组中鉴定了抗生素耐药基因。结果表明，在早产孕妇的前半期，AMR基因的中位数的Shannon-Wiener多样性显著提高(图4c、4e)，但后半期并未检测到这种差异(图4d、4f)。作者还发现，在早产妇女的微生物群落中，噬菌体携带的抗生素抗体基因的中位数显著更高(图4c、4e)。在至少10%的女性中存在9中AMR基因，酚类、氨基糖苷类、糖肽类、MLS抗性基因在sPTB中显著升高(图4h)。综上所述，与sPTB妊娠前半期有关的抗生素耐药性可能表明使用了特定的抗生素。

  图4 阴道微生物组抗微生物药物耐药性(AMR)基因谱与sPTB相关

  研究结论：

  1.自然早产儿女性阴道菌群表现出独特的遗传特征，在物种水平上更具遗传多样性，并且抗菌素耐药基因的丰富度和多样性更高。

  2.加德纳菌属物种驱动了更高的遗传多样性，尤其是在怀孕的前半段。

  3.加德纳菌属在参与脂质代谢的基因中经历了更频繁的重组和更强的纯化选择。

  4.群体遗传学分析揭示了阴道微生物组和早产之间的关联。

  5.本研究探索了阴道菌群与早产之间的关联，并且发现阴道加德纳菌在其中可能发挥重要作用，为进一步通过阴道菌群预防早产提供新的思路。

  DOI：10.1101/2023.01.13.523991