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オリジナル研究論文
Front. 微生物学、2024年2月29日
Sec.脊椎動物の消化器系における微生物
第15巻-2024年｜https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1292377
母体から乳児への微生物叢伝播の検査：帝王切開による菌株継承の撹乱

https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2024.1292377/full?utm_source=S-TWT&utm_medium=SNET&utm_campaign=ECO_FCIMB_XXXXXXXX_auto-dlvrit


\Ru Yang, Ru Yang
1,2
王怡南Yinan Wang
3
Zhiye Ying,Zhiye Ying
4,5
ゼヤオ・シー,Zeyao Shi
1,2
宋燕,宋燕
1,2
ジン・イェン,ジン・イェン
1,2
侯秀林,侯秀林
1,2
趙志成趙志成
6
胡燕玲,胡燕玲
1,2
陳瓊,陳瓊
1,2
ペン・ウェンタオ,ペン・ウェンタオ
1,2
李小文,李小文
1,2
1四川大学西中国第二大学病院新生児看護科、中国、成都
2中国成都教育部四川大学女子幼児出生障害関連疾患基幹研究所
3北京大学深圳病院産婦人科（中国・深圳市
4中国・四川大学中国西部病院・中国西部生物医学ビッグデータセンター
5中国四川省成都市、四川大学医療ビッグデータセンター
6Shenzhen Byoryn Technology, Shenzhen, Guangdong, China
はじめに 幼児期における微生物叢の初期獲得とその後の発達は、将来の健康にとって極めて重要である。帝王切開（CS）による出産は、母親から乳児への早期微生物伝播に影響を及ぼすと考えられている。

方法 本研究では、母親と乳児の微生物叢発達の軌跡を評価するために、四川大学西中国第二病院から34名のCS児とその母親から糞便サンプルを採取した。対応するフィンランドのデータとの比較を通じて、母親と乳児の腸内マイクロバイオーム伝播について検討した。

結果 腸内細菌叢プロファイルのメタゲノム解析から、母親と乳児のコミュニティは異なることが示された。乳児の腸内細菌叢の組成は非常に変動的であったが、生後早期には予測可能なパターンに従っていた。母親のコミュニティは安定しており、主にBacteroidacea属の種で占められていた。 PStrainを用いて、各母子ペアにおける菌株の伝播を解析し、可視化した。欠損データを除き、32組の母子ペアを菌株伝播の解析に組み入れた。ほとんどのCS分娩（65.6％、21/32）では、母親から乳児への株の伝播は認められなかった。母親から乳児への菌株伝播をさらに調べるため、フィンランドの母子ペアのメタゲノミクスデータを解析した。28例の経腟分娩（VD）児と4例の経腟分娩（CS）児を含む、合計32組の母子ペアを解析の対象とした。28人のVD児と2人のCS児を含む30人の乳児で菌株伝播が観察された。VD児はすべて母親から感染した染色体を受けていた。最終的に、131株および45菌種からなる合計193件の菌株伝播事象が観察された。

考察 以上より、我々のデータは、分娩様式が母児間株伝播に影響を及ぼす重要な因子であることを示唆した。

はじめに
ヒトの腸内細菌叢は、免疫系の発達、宿主の代謝、および腸内病原体に対するコロニー形成抵抗性に関与していることが知られている（Buffie and Pamer, 2013; Wopereis et al.） 微生物叢の初期獲得とその後の発達は、宿主にとって極めて重要なプロセスであり、最終的には宿主の健康に長期的に影響する。分娩様式は乳児の腸内細菌叢の初期発達に強く影響する。帝王切開（CS）児は、経膣分娩（VD）児と比較して、微生物叢の多様性が低く、バクテロイデス属のコロニー形成が少ないなど、初期の腸内細菌叢が有意に異なる（Jakobssonら、2014；Mitchellら、2020；Matharuら、2022）。CSは腸内細菌叢の擾乱と成熟遅延と関連している（Stokholmら、2016；Longら、2021）。CS乳幼児における腸内細菌叢の早期の変化は、腸の炎症を誘発し、上皮構造と粘液産生細胞を変化させ、それによって腸の恒常性を乱す可能性がある（Baroneら、2023）。分娩様式による腸内細菌叢の違いは、年齢とともに徐々に減少する。しかし、これらの差は4歳まで持続する（Fouhyら、2019）。この重要な時期に腸内細菌叢が乱れると、生涯にわたって影響を及ぼす可能性がある。CSによって生まれた子どもは、喘息のリスクの増加（Stokholmら、2020；Gürdenizら、2022）、慢性免疫疾患や炎症性疾患（Keagら、2018；Sandallら、2018；Andersenら、2020）などの短期的および長期的な影響と関連している。

出生後、乳児は母親（Yassourら、2018；Bogaertら、2023）、家族（Korpelaら、2018；Hildebrandら、2021）、病院環境（Raveh-Sadkaら、2016；Brooksら、2017）を含む複数のマイクロバイオームコミュニティに継続的に曝露される。複数のマイクロバイオーム源の中でも、母親のマイクロバイオータは新生児のコロニー形成のための重要なマイクロバイオームリザーバーであり、生後間もない乳児への継続的な曝露源である（Ferretti et al.） 乳児の微生物叢組成の合計58.5％は、母親由来のコミュニティのいずれかに起因する可能性がある（Bogaertら、2023）。研究では、母親の腸（Shao et al., 2019; Mitchell et al., 2020）、膣（Mortensen et al., 2021; Song et al., 2021）、母乳（Pannaraj et al., 2017; Fehr et al., 2020）などの可能性のある母親由来の微生物叢に焦点を当て、複数の身体部位にわたる母親から乳児へのマイクロバイオーム伝播を調査してきた。以前は、VD児の微生物は母親の膣マイクロバイオームから感染すると広く信じられていた。母親の膣菌株が乳児の腸にコロニー形成することはほとんどない。その証拠に、感染株の主な供給源は母親の腸内細菌叢であり、部分的な株は母親の口腔や膣から移行することが明らかになった（Mitchellら、2020；Xiao and Zhao、2023）。菌株レベルのメタゲノムプロファイリングでは、乳児の腸内の微生物量全体の22.1％を母親の腸内マイクロバイオームが占め、次いで膣（16.3％）、口腔（7.2％）、皮膚（5％）のマイクロバイオームが続くことが示された（Ferretti et al.） 一方、腸から伝播した菌株は非常に安定的で少なくとも1年間は持続するが、母親の皮膚や膣から伝播した菌株は一過性のコロニー形成しか受けない（Ferretti et al.）

帝王切開は母親から乳児への微生物叢の伝播パターンを乱し、最初の1年間の微生物叢の成熟を遅らせる。バクテロイデス属菌、パラバクテロイデス属菌、大腸菌、ビフィドバクテリウム属菌は、経膣分娩によって母親から赤ちゃんに感染することが最も多い（Wampachら、2018；Shaoら、2019）。代わりに、CS乳幼児はしばしば、母親の腸内バクテロイデス株の伝播の欠如と関連している（Korpelaら、2018；Shaoら、2019；Wangら、2021b）。CS乳幼児は一般に、病院環境由来の腸球菌やクレブシエラ属などの日和見病原体によるコロニー形成を経験する（Shao et al.） CS乳幼児に欠けている移行株は、リポ多糖生合成などの重要な微生物経路に関与しており、その後の乳児の健康に深く影響する臨界期における免疫刺激能に関連している可能性がある（Wampach et al.）

母親と乳児のマイクロバイオーム伝播については、さまざまな研究がさまざまな焦点で研究されてきた。しかし、個々の母子ペア内での菌株伝播事象を広範に解析した研究は限られている。本研究では、CS乳幼児とその母親の生後早期のマイクロバイオータ発達の軌跡を明らかにするためにメタゲノム解析を行い、PStrainを用いて母子間の菌株伝播を探索した。各母子ペアにおける最初の3ヶ月間の菌株伝播イベントを定量化し、可視化した。

材料と方法
被験者の募集とサンプル収集
本研究は四川大学西中国第二病院倫理委員会の承認を得た（承認番号2021112）。参加者全員から書面によるインフォームド・コンセントを得た。2020年12月から2021年12月にかけて、四川大学華西第二病院にて合計34組の母子ペアを募集した。肥満、糖尿病、高血圧、高尿酸血症などの代謝性疾患を有する母親、関節リウマチ、エリテマトーデス、橋本甲状腺炎、潰瘍性大腸炎などの免疫関連疾患を有する母親は研究から除外した。さらに、研究への参加を拒否した母親、あるいは参加を辞退した母親も除外した。乳児はすべて帝王切開で出産した。検体採取の前に、検体採取の注意事項について母親に詳細な説明を行った。母親の糞便サンプルは、妊娠最終週と産後1ヵ月以内に病院と自宅の両方で採取した。乳児サンプルは出生後1週間と3ヵ月後に採取した。病院で採取された糞便サンプルは、まず実験室で-20℃で凍結され、24時間以内に-80℃に移された。自宅で採取された母体および乳児の糞便サンプルは、2～3日以内に四川大学西中国第二病院の実験室に送られ、-80℃で保存された。糞便採取チューブ（Shbio scRNA-seq Kit, Shanghai, China）の説明書によると、サンプルは室温で14日間保存可能である1。

糞便ゲノムDNA抽出と塩基配列決定
サンプルからのDNA抽出は、QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit (QIAGEN, 51804, USA)を用い、製造元の指示に従って行った。抽出した DNA 濃度は NanoDrop spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific, USA) および Qubit fluorometer (Invitrogen, USA) を用いて測定した。抽出したDNAサンプルはすべて、ショットガンメタゲノムシークエンシングのためにさらに処理するまで-80℃で保存した。ネガティブコントロールは、実際のサンプルと同じ手順で行った。DNAはCovarisを用いてランダムに剪断し、磁気ビーズセレクションを用いて平均サイズ200-400 bpのDNA断片を単離した。選択された断片は末端修復、3'アデニル化、アダプターライゲーション、PCR増幅を行い、その後磁気ビーズを用いて精製した。二本鎖PCR産物を変性させ、スプリントオリゴヌクレオチドを用いて環状化を行った。一本鎖円形DNA（ssCir DNA）は最終的なライブラリーにフォーマットされ、品質管理が行われた。ペアエンドシーケンスは、DNBSEQ-T7プラットフォーム（BGI、深セン、中国）を用いて、インサートサイズ350 bp、ペアエンド（PE）リード150 bpで行った。各サンプルの標的配列は約10Gbであった。

品質管理
シーケンスデータの品質管理は、KneadData2を用いてデフォルトのパラメータで行った。アダプターは除去し、低品質塩基を含むリードはTrimomatic（バージョン=0.39）を用いてトリミング（windows: 4-mer, Phred quality < 20）および切断（トリミング前の長さの50%未満）した。ヒトのコンタミネーションの可能性を排除するため、フィルターされたペアエンドリードは、デフォルトパラメータ（-very-sensitive）でbowtie2（バージョン=2.3.1）を用いてヒトゲノム（hg19, GCA_000001405.1）にマップされた。

分類と機能アノテーション
メタゲノムシーケンスデータの分類学的アノテーションと機能解析を行うために、wmgx bioBakeryワークフローを採用した3 (Beghini et al., 2021)。分類学的アノテーションはMetaPhlAn3 (version = 3.0.14)のデフォルトパラメータを用いて行った。機能解析はHUMAnN3（バージョン=3.0.1）のデフォルトパラメーターを用いて行った。分類学的および機能的アノテーションにはCHOCOPhlAn (release 2019.01)データベースを使用し、遺伝子ファミリーの存在量の決定にはUniRef90データベース (version 2021.03)を使用した。

バイオインフォマティクス解析
ImageGPを利用し、シャノン指数を用いてマイクロバイオーム組成の存在量と均等性を視覚的に表示した。2群間の差はWilcoxon検定で評価し、2群以上の場合はKruskal-Wallis検定を用いた。異なるグループの腸内細菌叢を評価するために、Bray-Curtis距離に基づく主座標分析（PCoA）を採用し、USEARCHを用いて算出した。主成分分析（PCA）は、CLR変換したサンプル存在量ベクトル間のAitchison距離測定に基づいた（Gloor et al.） vegan」Rパッケージ（バージョン：3.5.3）の「adonis」関数を用いてPERMANOVA分析を行った。門および種レベルでの相対存在量の可視化は、"ggplot2 "パッケージ（バージョン：3.5.3）を用いて行った。メタゲノミックプロファイルの統計解析（STAMP）ソフトウェアは、ウィルコクソン検定（Parks et al.） 微生物の伝播を菌株レベルで追跡するために、Shuaicheng Liのチームが開発したPStrainを使用した（Wangら、2021a）。ヒートマップの可視化にはImageGP4を使用した（Chen et al.、2022）。p値はすべて偽発見率（FDR）で調整し、q値＜0.05を統計的に有意とみなした。

結果
コホートとシーケンスデータの特徴
母親と乳児のマイクロバイオータ発達の軌跡を調べ、母親から乳児への腸内マイクロバイオームの伝播を探索するために、34組のCS母子を登録し、対応するフィンランドのデータセットをダウンロードした。34組について合計107サンプルを配列決定した。生後1週間（I1week）と3ヶ月（I3months）に採取した乳児の10サンプルと34サンプルを対象とした。糞便中の微生物含量が低いため、1週目の乳児サンプル10検体のみが配列決定された。妊娠最終週（M1week）と出産後1ヵ月（M1month）に採取された合計29検体および34検体の母親検体が含まれた。参加者の人口統計学的情報を表1に示す。

表1
www.frontiersin.org
表1. 母親と乳児の臨床的特徴

生後間もない母親と乳児の腸内細菌叢プロフィール
微生物の豊富さを推定するためにα多様性指数を用いた。母親の糞便は乳児と比較して、門レベルでも種レベルでも有意に高い多様性を示した（p < 0.001、図1A）。微生物群集間の類似性はPCoAを用いて推定した。グループ間の距離の比較にはBray-Curtis指数とAitchison距離を用い、差の算出にはPERMANOVAを用いた。PCoAとPCAは、母親と乳児の微生物叢組成の有意な分離を示した（p < 0.001、図1B；P = 0.001、補足図1）。

図1
www.frontiersin.org
図1. 母親と乳児の腸内細菌叢の違い。(A)母親と乳児のアルファ多様性を門レベルおよび種レベルで比較。2群間の差はウィルコクソン検定で評価し、2群以上の場合はクラスカル・ワリス検定を用いた。(B）母親と乳児の微生物群集の類似性を推定するために、Bray-Curtis指数を用いて主座標分析（PCoA）解析を行った。差の算出にはAdonisを用いたPERMANOVAを用いた。(C）母親と乳児の腸内細菌叢の門レベルと種レベルでの相対的存在量。

母親と乳児の腸内細菌叢に有意な差があることから、微生物叢の組成と発達の軌跡がどのように変化するかを理解しようと試みた。母親のコミュニティは、ファーミキューテス門（40.7％）とバクテロイデーテス門（47.1％）の種で占められていたのに対し、乳児は1週間でプロテオバクテリア（67.1％）、3ヶ月でアクチノバクテリア（44.2％）の割合が高かった（図1C）。この観察結果を種レベルのプロファイルで確認した（図1C）。1週間後の乳児サンプルでは、Enterobacter cloacae complex、Klebsiella pneumoniae、Escherichia coli、Staphylococcus epidermidis、Pseudomonas_aeruginosa_groupが優勢であった。これらの細菌は一般的に病院環境と関連しており、微生物叢組成全体の65.8％を占めた。3ヵ月時点では、乳児はビフィドバクテリウム（41.3％）に富んでおり、ビフィドバクテリウム・ロンガム（30.0％）、ビフィドバクテリウム・ブレーベ、ビフィドバクテリウム・ビフィダム、ビフィドバクテリウム・シュードカテヌラータムが含まれていた。統計解析の結果、ビフィドバクテリウム・ロンガムは1週間と比較して3ヶ月の乳児の腸内で最も濃縮された種であった（p < 0.05、補足図2）。対照的に、母親のコミュニティは安定しており、Bacteroides vulgatus、Bacteroides uniformis、Faecalibacterium prausnitzii、Bacteroides plebeius、Prevotella copriなどのBacteroidesが優勢であった。

菌株レベルでの母親から乳児へのマイクロバイオーム伝播
PStrainを用いて、母親から乳児へのマイクロバイオーム伝播を菌株レベルで追跡した。Pstrain（Wang et al., 2021a）は、香港城市大学のShuaicheng Liのチームが開発したアルゴリズムである。PStrainは、一塩基変異（SNV）に基づいてリードをMetaPhlAn3マーカー遺伝子にマッピングし、菌株の遺伝子型と存在量を推定する。全サンプルから得られた菌株をクラスタリングし、各サンプルにおける菌株クラスタの存在量を計算した。クラスター名は対応する菌株を表す。最後に、PStrainは菌株の割合の変化を可視化し、母親から乳児への微生物移植を追跡した。PStrainは、次世代シーケンサーのバイアスに対処するために、菌株を反復的にプロファイリングする最適化戦略を採用している。さらに、PStrainは隣接する2遺伝子座ごとの遺伝子型頻度として2次遺伝子型頻度を導入する。PStrainは、異なる菌株の組み合わせが同じ遺伝子型頻度パターンになる可能性を低減する。我々の研究では、乳児サンプル中の株遺伝子型が母親中の株遺伝子型と同じであれば、母親から伝達された株を決定することができた。

我々は、34人のCS乳幼児とその母親から異なる時点で検体を採取した。サンプルの欠落を除くと、32組の母親と乳児のペアが含まれていた。T20やT32のように、本研究に含まれる母子ペアを数字で表した。これらの32組の母子のうち、8組が4時点（I1週、I3ヶ月、M1週、M1ヶ月）でサンプリングされた。合計20組が3つの時点でサンプリングされた。合計4組が2時点（I3ヶ月、M1ヶ月）でサンプリングされた。解析の結果、母親からCS乳幼児への株の伝播はまれであることが示された。ほとんどのペア（65.6％、21/32）は、T32のような菌株の伝播を示さなかった（図2B）。11組（34.4％、11/32組）だけが、T20のような株伝播事象を示した（図2A）。さらに、菌株伝播が起こったペアでは、ほとんどの母親が乳児に1つの菌株しか伝播していなかった（81.8,9/11）。最終的に、11家族で合計14株の伝播が観察された。この14株は7つの菌種に属していた。最も多く伝播したのは肺炎クレブシエラ（Klebsiella pneumonia）由来株であった（57.1％，8/14株）．その他の菌株は1回のみ伝播し、その内訳はBifidobacterium longum、Blautia wexlerae、Escherichia coli、Klebsiella variicola、Eggerthella lentaおよびRuminococcus gnavusであった。

図2
www.frontiersin.org
図2. T20（A）とT32（B）における、株レベルでの母親から乳児へのマイクロバイオーム伝播。棒グラフは各菌種の割合。棒グラフの色の違いは菌株の違いを表している。(A）T20の家系では、Klebsiella pneumoniaeの1株のみが母親から感染していた。(B)T32家系では、母親からの感染は見られなかった。

母子の微生物伝播をさらに解析するために、フィンランドの母子ペアデータをダウンロードした。オリジナルのFASTQファイルはNCBIのBioProjectデータベースからダウンロードした（PRJNA475246）。そして、PStrainを用いて、母親から乳児への株伝播を解析し、可視化した。Yassourら（2018）は、44人の乳児とその母親のコホートから便サンプルを収集し、全ゲノムメタゲノムシーケンスを実施した。そのうち33家族について、母親からは3時点（妊娠27週目、分娩、分娩後3カ月）、乳児からは5時点（出生時、生後2週間、生後1、2、3カ月）のサンプルを採取した。残りの11家族は、妊娠第27週と分娩時に採取された母親のサンプルと、子どものメコニウムサンプルの3つのサンプルのみであった。PStrainを用いて、33組の母子における株の伝播を解析した。乳児の検体のみが採取され、母親の検体は採取されなかったため、1家族は除外された。その結果、合計32組の母子（VD 28組、CS 4組）を解析の対象とした。

乳児30例（93.4％、30/32例）（VD児28例、CS児2例）で株の伝播が観察された。すべてのVD児が母親から感染株を受け取った。CS乳幼児2名は母親から3株と5株の感染を受けた。残りの2人のCS乳幼児は菌株の伝播を認めなかった。最終的に、131株、45菌種を含む193件の菌株伝播が観察された。菌株伝播の頻度が最も高かったのはバクテロイデーテス門で、伝播全体の40.4％（78/193）を占めた。これらの伝播は22科にわたって観察された。放線菌門の菌株の伝播は全体の30.6％（59/193）を占め、28科に分布していた。ファーミキューテス門の菌株は22.8％（44/193）を占め、23科にまたがっていた。一方、プロテオバクテリア（Proteobacteria）門の菌株の感染頻度は最も低く、全体の5.7％（11/193）であり、10家族で発生した。さらに、Verrucomicrobia門に属するAkkermansia muciniphilaから1株の感染株が同定された（図3A）。菌種レベルでは、ビフィドバクテリウム・ロンガム（Bifidobacterium longum）由来の菌株の感染頻度が最も高く、全体の8.8％（17/193株）を占め、次いでバクテロイデス・ユニモーミス（Bacteroides uniformis）（6.7％。 7％、13/193株）、Collinsella aerofaciens（6.7％、13/193株）、Bacteroides vulgatus（6.2％、12/193株）、Streptococcus salivarius（6.2％、12/193株）、Escherichia coli（5.2％、10/193株）と続いた（図3B）。

図3
www.frontiersin.org
図3. Finishコホートにおける母子感染イベント。株伝播イベントとは、ある株が母親から乳児へ1回伝播したことと定義する。(A）各門における伝播イベント。(B)伝播イベントの数による並べ替え。パネル(B)の折れ線グラフは、対応する生物種ごとの伝播株数を表す。例えば、ビフィドバクテリウム・ロンガムの13株は、30組の母子間で17回乳児に感染した。ヒートマップは青から赤に広がっており、感染数が増加していることを示している。ヒートマップ上部の異なる色のブロックは、その種が属する門を表している。

考察
我々は、母親と乳児の微生物叢発達の軌跡を明らかにし、対応するフィンランドのデータセットと比較することにより、母親と乳児の腸内細菌叢伝播を探索するために、34人のCS新生児とその母親のマイクロバイオームの配列を決定した。

母親と乳児の腸内微生物の多様性と組成を比較した。その結果、母親と乳児はそれぞれ異なる腸内細菌組成と発育パターンを有していることが明らかになった。母親のコミュニティは、分娩の前後で、ファーミキューテス（Firmicutes）とバクテロイデーテス（Bacteroidetes）の種が優勢であった。この腸内細菌パターンは、健康な中国人成人の腸内細菌パターンと一致していた。Yangら（2020）は、中国出身の妊婦1,479人の妊娠9週から分娩前までの腸内細菌叢をサンプリングし、年齢をマッチさせた非妊婦1,048人の腸内細菌叢と比較した。妊婦の腸内細菌叢は、正常成人と同様の全体構造を示した。成人の腸内細菌叢はかなりの程度の安定性と回復力を示し、ある種の外的圧力に遭遇しても元の組成に回復する傾向を示すことができる（Davidら、2014；Pallejaら、2018；Derrienら、2019）。対照的に、乳児の腸内微生物組成の構造は非常に変動しやすいが、生後初期には予測可能なパターンにも従う（Bäckhedら、2015；Limら、2015）。乳児の腸内細菌叢は、生後1週目には腸内細菌科と腸球菌科に支配された嫌気性群集から、生後3ヶ月までにビフィドバクテリウムが支配的な腸内微生物として確立するまでの範囲であった。

その後、母親から乳児への微生物伝播を調査した。われわれの研究は32人のCS乳幼児を対象としており、感染は11組でのみ発生した。11組で合計14株の伝播が観察され、その内訳は7種14株であった。フィンランドのデータでは、すべてのVD乳児で菌株伝播が観察された。合計193件の菌株伝播事象が観察され、その内訳は131菌株、45菌種であった。われわれの解析から、母親から乳児への株の伝播はCS児ではまれであることが示された。CS分娩は、先行研究（Korpelaら、2018；Shaoら、2019；Mitchellら、2020；Feehilyら、2023）により実証されたように、微生物叢の母親から乳児への伝播を破壊する。Korpelaら（2018）は、25人の乳児と6人の2～10歳児がCS経由で生まれたことを分析した。15人のCS乳児のうち6人だけが、SNV解析が可能なほど母親と種が重複しており、単一の株を共有していなかった。VDにおける母親から乳児への株伝播は0.87であり、CSでは0であった。Shaoら（2019年）は、母児178組から株伝播解析を実施した結果、母親の株伝播は主に新生児期にVD児（74.39％）で発生し、帝王切開による分娩児（12.56％）に比べて伝播率が高いことを明らかにした。Feehilyら（2023）は、経腟分娩で共有される菌種の多様性は、経腟分娩で26種の共有が観察されたのに対し、経腟分娩では7種しか観察されず、経腟分娩で共有される菌種の多様性は、経腟分娩で共有される菌種の多様性よりも大きいことを明らかにした。

帝王切開で出産した乳児は、出産時に膣経由で出産した乳児に比べて膣や糞便のマイクロバイオームにさらされないため、CS児は先駆的な腸内微生物の最初のコロニー形成をバイパスする。そのため、CS児は先駆的な腸内微生物の最初のコロニー形成を回避することになる。これが、CS児の母子マイクロバイオーム伝播の欠如の理由の一つかもしれない。いくつかの研究では、膣や母体のマイクロバイオームを含む母親の微生物に曝露することで、CS乳幼児の問題となったマイクロバイオームが回復することが検討されている。このプロセスは母子マイクロバイオームシーディングとして知られている。帝王切開分娩前の母親の膣に滅菌ガーゼを挿入し、4人のCS乳幼児の体を拭き取る。CS児の腸、口、皮膚のコミュニティは、VD児と同様に膣内細菌で濃縮された（Dominguez-Bello et al.） これにより、CS乳児の生後1ヵ月間のマイクロバイオームの発達が部分的に回復した。別の研究では、帝王切開で出産した乳児30人を対象に、出産直後に母親の膣ガーゼでスワブを行った。曝露された帝王切開児のマイクロバイオームは、経膣分娩児のマイクロバイオームとより密接に一致した（Songら、2021年）。膣内播種は母児間の微生物叢伝播を増加させ、皮膚と便の微生物叢のシャノン指数を低下させる（Muellerら、2023）。しかし、その後の研究では、膣内播種はCSによる微生物叢の不均衡を是正しないことが示唆された。Wilsonら（2021）は、母親の膣内微生物（CS-播種、n＝12）または滅菌水（CS-プラセボ、n＝13）のいずれかの3mL溶液をCS乳幼児に経口投与した。1ヵ月後および3ヵ月後に、両群間で微生物の組成や機能に差は認められなかった。CSを播種した乳児は、正常なCS乳児と同様に、バクテロイデス存在量が低いという特徴的な徴候を示した。さらに、母子間微生物播種の他のアプローチとして、母体の糞便微生物叢移植（FMT）なども提案されている。出生後2時間以内に母体FMTを経口投与されたCS児は、投与されなかった帝王切開児と比較して、生後2日から3ヶ月まで経膣分娩児と同様の微生物叢の回復を示した。特に、母体FMTはバクテロイデス属の持続的な欠乏を改善した（Korpelaら、2020年）。母子間微生物播種への関心が高まっているにもかかわらず、その根拠や規制上の問題など、安全性への懸念を含め、多くの論争がいまだにこのプロセスを取り巻いている（Hourigan et al.）

本研究にはいくつかの限界があった。第一に、CS乳幼児とその母親の微生物叢組成を評価しただけである。さらなる研究では、分析のために十分なVD乳児サンプルを収集する必要がある。第二に、抗生物質は微生物叢に影響を与える可能性がある。CSを受けた母親は全員、手術後の感染を防ぐために抗生物質を使用していた。しかし、乳児の抗生物質使用データは収集していない。この情報を収集し、今後の研究で抗生物質の影響を分析することが重要である。我々は、生後1週間と3ヵ月後の乳児のサンプルと、妊娠前と妊娠1ヵ月後の母親のサンプルのみを収集した。母子感染を観察するためには、母親と乳児のサンプルをより一致した時点で収集すべきである。

結論
生後初期における母親と乳児の腸内微生物の発達を解析し、全ゲノムショットガンメタゲノム解析を適用することで、対応するフィンランドのデータセットと比較して、母親と乳児の菌株伝播を探索した。その結果、母親と乳児はそれぞれ異なる腸内細菌組成と発育パターンを有していることがわかった。さらに、CSは母子間の菌株伝播を阻害した。母親から乳児への腸内菌株の伝播は、CS児ではまれであった。今後、分娩様式が母児間株伝播に及ぼす影響を調べるためには、大規模で高解像度の長期コホート研究が必要である。

データの利用可能性
本研究で提示されたデータセットは、オンラインリポジトリにある。リポジトリ名とアクセッション番号は以下の通り： https://db.cngb.org/search/project/CNP0003746/, CNP0003746.

倫理声明
ヒトを対象とした研究は、四川大学西中国第二病院倫理委員会の承認を得た。本研究は、現地の法律および施設要件に従って実施された。本研究への参加について、参加者の法的保護者／近親者から書面によるインフォームド・コンセントを得た。動物実験は四川大学西中国第二病院倫理委員会により承認された。本研究は、現地の法律および施設要件に従って実施された。本論文に含まれる個人を特定できる可能性のある画像やデータの公表については、本人および未成年者の法的保護者／近親者から書面によるインフォームド・コンセントを得た。

著者の貢献
RY：データキュレーション、形式分析、調査、方法論、視覚化、執筆（初稿）、執筆（査読・編集）。YNW：データキュレーション、形式分析、方法論、執筆-レビューおよび編集。ZYY：リソース、ソフトウェア、執筆-レビューと編集。ZYS：データキュレーション、調査、執筆-校閲-編集。YS：データキュレーション、調査、執筆-校閲-編集。JY：データキュレーション、調査、執筆-校閲、編集。SLH：データキュレーション、調査、執筆・校閲・編集。ZCZ：形式分析、方法論、執筆・校閲・編集。YLH：概念化、データキュレーション、調査、執筆・校閲・編集。QC： 概念化、データキュレーション、調査、執筆、レビュー、編集。WTP: 構想策定、プロジェクト管理、監督、執筆・校閲・編集。XWL：コンセプト立案、プロジェクト管理、監修、執筆・校閲・編集。

資金提供
著者は、本論文の研究、執筆、および／または出版のために金銭的支援を受けたことを表明する。本研究は、公的、営利、非営利を問わず、いかなる助成機関からも特定の助成を受けていない。

謝辞
本研究の参加者全員、および糞便サンプルの採取に関わったすべての臨床医、糞便DNA抽出に関わったシステム遺伝学研究所に感謝したい。また、メタゲノムデータ解析を提供してくれたShenzhen Byoryn Technology、サーバーを提供してくれたWest China Hospital Biomedical Big Data Centerに感謝したい。

利益相反
ZCZはShenzhen Byoryn Technologyに雇用されていた。

その他の著者は、利益相反の可能性があると解釈されるような商業的関係や金銭的関係がない中で研究が行われたことを宣言する。

発行者注
本論文で表明された主張はすべて著者個人のものであり、必ずしも所属団体や出版社、編集者、査読者の主張を代表するものではない。本論文で評価される可能性のあるいかなる製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張も、出版社によって保証または支持されるものではない。

補足資料
本論文の補足資料は、https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2024.1292377/full#supplementary-material に掲載されている。

脚注
^ https://www.shbio.com/products/3033
^ http://huttenhower.sph.harvard.edu/kneaddata
^ http://huttenhower.sph.harvard.edu/biobakery
^ https://www.bic.ac.cn/ImageGP/
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キーワード：母親、乳児、メタゲノム、腸内マイクロバイオーム、菌株伝播、帝王切開

引用 Yang R, Wang Y, Ying Z, Shi Z, Song Y, Yan J, Hou S, Zhao Z, Hu Y, Chen Q, Peng W and Li X (2024) Inspecting mother-to-infant microbiota transmission: disturbance of strain inheritance by cesarian section. Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2024.1292377.

受理された： 2023年9月11日；受理された： 2024年2月16日；
発行：2024年2月29日

編集者：フランチェスカ・レンボ

フランチェスカ・レンボ、ナポリ・フェデリコ2世大学、イタリア
査読者

Samara Paula Mattiello, University of Tennessee Southern, 米国
Hai Li, 中国科学技術大学, 中国
Copyright © 2024 Yang, Wang, Ying, Shi, Song, Yan, Hou, Zhao, Hu, Chen, Peng and Li. これはクリエイティブ・コモンズ表示ライセンス（CC BY）の条件の下で配布されるオープンアクセス論文です。原著者および著作権者のクレジットを明記し、学術的に認められている慣行に従って本誌の原著を引用することを条件に、他のフォーラムでの使用、配布、複製を許可する。これらの条件に従わない使用、配布、複製は許可されない。

*文責 Wentao Peng, wentaopumc@126.com; Xiaowen Li, 2430159468@qq.com

免責事項：本論文で表明されたすべての主張は、あくまで著者個人のものであり、必ずしも所属団体や出版社、編集者、査読者の主張を代表するものではない。本記事で評価される可能性のあるいかなる製品、またはその製造元が主張する可能性のあるいかなる主張も、出版社によって保証または支持されるものではない。

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