马瑞|贾波|张向阳|赵志新|赵飞燕|梁民泽|阿里·阿德利|朱莉安娜·阿卜杜勒·哈米德|陶菲克·希达亚特·哈桑|法希沙姆·泰布|孙志宏
教育部乳品生物技术与工程重点实验室，农业农村部乳制品加工重点实验室，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程重点实验室，中国呼和浩特市，010018
摘要:
呼吸系统和胃肠道感染是儿童发病的主要原因。越来越多的证据表明，肠道-肺部轴是影响感染易感性的关键调节界面。Bifidobacterium longum亚种infantis B8762在减少此类感染方面显示出临床效果，但其作用机制尚不清楚。在一项涉及115名婴儿（益生菌组：n = 57，安慰剂组：n = 58；年龄6-12个月）的随机、双盲、安慰剂对照研究中，通过粪便宏基因组测序评估了B8762补充（0.5 × 1010 CFU/天）四周后的微生物和功能变化。B8762显著改变了肠道微生物结构（β多样性，P < 0.05），但没有影响α多样性。该干预措施丰富了有益菌群，包括Bifidobacterium longum、Eubacterium limosum和Roseburia hominis，同时减少了潜在病原体如Staphylococcus aureus和Candida parapsilosis（P < 0.05）。从功能上讲，B8762上调了参与辅酶A和L-色氨酸生物合成的代谢途径，并增强了预测的免疫调节代谢物（如丁酸盐、肌苷和 Chenodeoxycholic 酸）的产生。总之，这项研究表明，B8762调节了儿童肠道微生物群，使其组成和代谢特征有利于维持黏膜屏障完整性和系统免疫调节。这些发现为B8762在预防儿童呼吸系统和胃肠道感染方面的保护作用提供了机制上的见解，支持将其作为针对肠道-肺部轴的益生菌干预措施。
引言
呼吸道感染（RTIs）是全球最常见的儿童疾病之一，由多种病原体引起，包括病毒、细菌和真菌。临床表现通常包括咳嗽、发烧、喉咙痛和全身疲劳（Long等人，2024年；Ruszel等人，2020年）。在全球范围内，RTIs是儿童发病和死亡的主要原因，对生长、免疫发育和长期呼吸健康有重大影响（Alchikh等人，2024年；Zar等人，2024年）。越来越多的临床和分子证据表明，呼吸道感染经常伴随胃肠道症状（如腹泻）（D'Amico等人，2020年），这表明这些器官系统之间存在生理上的相互依赖性。这种关系体现在肠道-肺部轴的概念中，该概念描述了通过微生物代谢物和免疫信号网络介导的肠道和呼吸道黏膜之间的双向通信（Barcik等人，2020年；Marsland等人，2015年）。肠道微生物群在维持系统免疫平衡和抵抗感染方面起着关键作用。微生物代谢物（如短链脂肪酸SCFAs）影响细胞因子产生、T细胞分化和黏膜免疫（Mann等人，2024年）。肠道生态系统的紊乱，通常由抗生素暴露或感染引起，会破坏免疫稳态，影响恢复，并增加复发性感染和过敏性疾病的风险（Aversa等人，2021年；Wiertsema等人，2021年）。因此，通过针对性的微生物干预恢复平衡的肠道微生物组已成为增强宿主防御机制的一种有前景的策略。
益生菌被定义为“当以适当剂量给予时对宿主有益的活微生物”，越来越多地被认为是调节肠道和呼吸系统健康的因素（Hill等人，2014年）。临床证据表明，特定的益生菌菌株可以通过调节肠道微生物组成、增强黏膜免疫和调节炎症来减少儿童RTIs的复发和严重程度（Y. Zhang等人，2025年）。幼儿期是一个关键的发育窗口，在此期间肠道微生物群具有高度可塑性，并受到分娩方式、饮食和抗生素使用等因素的影响（Derrien等人，2019年）。这种发育敏感性为益生菌干预提供了独特的机会，以建立具有长期免疫益处的强大微生物生态系统。多项随机对照试验（RCTs）证明了益生菌补充对预防儿童感染的疗效。Luoto等人（2014年）报告称，补充Lactobacillus rhamnosus GG的早产儿在生命的第一年内鼻病毒感染减少了51%（Luoto等人，2014年）。同样，Taipale等人（2016年）发现Bifidobacterium animalis亚种lactis BB-12将健康婴儿的呼吸道感染发病率降低了13%（Taipale等人，2016年）。在另一项RCT中，Li等人（2019年）表明，给予含有Bifidobacterium infantis和Lactobacillus acidophilus的益生菌混合物可以缩短感染持续时间并减少儿童抗生素的使用（K. L. Li等人，2019年）。此外，Pierro等人（2021年）证明，每天口服含有BB-12和Enterococcus faecalis L3的益生菌组合显著降低了婴儿的呼吸道和胃肠道感染率（F等人，2021年）。尽管有这些发现，但由于益生菌菌株、剂量和研究人群的差异，各研究的结果仍存在异质性（Damholt等人，2022年；Marsh等人，2020年；Santamaria等人，2019年）。这些差异强调了阐明益生菌疗效背后的菌株特异性机制和功能途径的重要性。
在益生菌候选者中，Bifidobacterium longum亚种infantis特别值得关注。它是婴儿肠道的主要早期定植菌，具有利用人乳寡糖（HMO）和免疫调节活性的特殊遗传机制。最近的人体研究进一步证实了Bifidobacterium在生命早期健康中的核心作用。例如，Jarman等人（2025年）报告称，美国婴儿群体中Bifidobacterium的相对缺乏与普遍的肠道菌群失调有关，这强调了在关键发育窗口期间恢复Bifidobacterium longum亚种infantis（B. infantis）优势的重要性（Jarman等人，2025年）。在机制层面，临床前研究提供了更深入的免疫学见解。Li等人的研究表明，来自B. infantis的基因组DNA和甲基化CpG寡脱氧核苷酸基序可以以剂量依赖的方式诱导调节性T细胞，抑制过敏性炎症，并促进免疫耐受。这些发现共同描绘了B. infantis通过微生物-宿主相互作用调节系统免疫的途径（Li等人，2020年；Li, Cruz, Peltak等人，2025年；Li, Cruz, Sorkhabi等人，2025年；Li, Sorkhabi等人，2025年）。Richmond等人（2025年）的先前工作表明，给6-12个月大的婴儿补充Bifidobacterium longum亚种infantis B8762四周后，显著缩短了呼吸道和胃肠道症状的持续时间，降低了TNF-α水平，并减少了医疗就诊次数，且没有不良反应（Richmond等人，2025年）。然而，尽管这些临床结果表明其具有强大的治疗潜力，但其作用机制，特别是微生物组成、功能途径和代谢产物产生之间的相互作用仍不明确。宏基因组测序的最新进展为详细探索这些机制提供了有力手段。与16S rRNA分析不同，宏基因组学能够全面表征微生物群落的功能，从而识别与益生菌干预相关的菌株水平变化和代谢途径（Joseph等人，2021年）。将这些数据集与代谢物预测模型结合，可以进一步阐明益生菌如何通过生物活性分子（如SCFAs、胆汁酸和氨基酸衍生物）调节宿主免疫。鉴于肠道微生物组与系统免疫功能之间的复杂联系，宏基因组学研究为益生菌效应的生物学基础提供了关键见解。这种理解可以为针对儿童群体的精准益生菌策略提供信息，在这些群体中，免疫发育和微生物定植密切相关。基于先前的临床发现，本研究采用霰弹枪宏基因组测序来研究B8762补充对经历呼吸道和胃肠道感染的婴儿的肠道微生物组成、代谢功能和预测生物活性代谢物的影响。具体来说，我们的目标是（1）表征B8762干预后的肠道微生物组结构和功能变化，（2）识别参与改变代谢途径的关键微生物菌群，（3）阐明微生物代谢与宿主免疫调节之间的潜在机制联系。据我们所知，这是首次通过宏基因组学研究阐明Bifidobacterium longum亚种infantis B8762调节肠道-肺部轴并有助于预防儿童呼吸道和胃肠道感染的菌株特异性机制。
研究设计和伦理批准
这项随机、双盲、安慰剂对照的临床试验旨在评估Bifidobacterium longum亚种infantis B8762补充对患有轻度呼吸道或胃肠道感染的婴儿的肠道微生物群结构、代谢途径和预测代谢物谱的影响。该试验于2024年1月至7月在马来西亚的三家大学附属三级医院进行。
B8762补充对肠道微生物多样性的影响
共招募了115名6-12个月大的婴儿，并随机分为益生菌组（n = 57）和安慰剂组（n = 58）。其中，114名参与者（每组57名）完成了四周的干预，并提供了完整的粪便样本用于宏基因组分析（图1a）。与研究结果相关的基线特征在所有社会人口统计参数上没有显著差异（表S1）。
讨论
呼吸道感染是由多种病原体引起的病理状况，其发病率、进展和预后与宿主的免疫状态密切相关。共生肠道微生物群已被认为是系统免疫调节的关键靶点。先前的研究表明，B8762能有效降低呼吸道和胃肠道感染的发病率、减轻严重程度并减少医疗护理需求。
结论
总之，这项研究表明，Bifidobacterium longum亚种infantis B8762补充选择性地重塑了婴儿肠道微生物群和功能代谢，导致与黏膜完整性和免疫调节相关的代谢产物增加。这些变化为B8762在减少婴儿呼吸道和胃肠道感染方面的临床疗效提供了合理的机制解释。
优势、局限性和未来研究本研究具有几个方法学优势。来自严格设计的随机、双盲、安慰剂对照临床试验的组学数据的整合确保了内部有效性和机制深度。霰弹枪宏基因组学的使用提供了微生物群变化的菌株水平分辨率，并允许进行精确的功能注释，而MelonnPan机器学习的加入扩展了对代谢后果的解释。
作者贡献声明
赵志新：正式分析、数据管理。张向阳：验证、软件。贾波：可视化、正式分析。马瑞：撰写——初稿、软件、数据管理。朱莉安娜·阿卜杜勒·哈米德：验证、调查。阿里·阿德利：监督、正式分析。梁民泽：监督、正式分析。赵飞燕：撰写——审稿与编辑、验证、监督、软件。孙志宏：项目管理、概念化。法希沙姆·泰布：项目管理。未引用参考文献
F等人，2021年；Joseph和Pe'er，2021年；Li等人，2025年；Li等人，2025年；Li等人，2019年；Mukhopadhya和Louis，2025年；O'Callaghan和van Sinderen，2016年；Ruszel和Piecewicz-Szczęsna，2020年；The等人，2018年；Zhang等人，2025年。
数据可用性
本文报告的原始序列数据已存放在中国国家基因组数据中心（Nucleic Acids Res 2025）的基因组序列档案（Genomics, Proteomics & Bioinformatics 2025）中，由中国科学院北京基因组研究所（GSA: CRA033108）提供，公众可访问：
https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa。
资助
本工作得到了
国家自然科学基金（32325040，32402050）、
内蒙古农业大学一流学科科学研究专项计划（YLXKZX-NND-006）以及
CARS36专项基金的资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
