Cell争鸣! | 胎儿在妈妈肚子里到底有没有直接接受微生物的“免疫教育”?

BioArt 2021-11-26 08:12
撰文 | Qi


妊娠期间发生的事件对于胎儿的整体发育和成长至关重要。已有证据表明在生命早期定植特定微生物可以预测未来的健康后果,比如哮喘、过敏和肥胖症。虽然说人类胎儿免疫系统在妊娠早期就开始发育,但导致胎儿免疫启动的因素仍然难以捉摸。截至目前,关于人类在出生前是否已经在体内存在微生物定植也一直存在争议。


2021年6月1日,来自新加坡A*STAR的Florent Ginhoux团队等多个团队在Cell杂志上合作发表了一篇题为 Microbial exposure during early human development primes fetal immune cells 的文章,研究人员(以下简称为Mishra等)利用16S rRNA基因测序分析了胎儿器官中的微生物,并在孕中期的胎儿肠道、皮肤、胎盘和肺中检测到低但一致的微生物信号。此外,他们还在胎儿组织中鉴定出几种活细菌菌株,包括葡萄球菌和乳酸杆菌,可诱导胎儿肠系膜淋巴结中记忆T细胞的体外激活,这一发现支持微生物暴露在胎儿免疫启动中的作用。最后,Mishra等还通过SEM和RNA-ISH,可视化第14周胎儿肠腔内细菌样结构和细菌RNA的离散定位。总的来说,这些发现表明在妊娠中期,胎儿器官中存在选择性存活的微生物,这对于胎儿出生前免疫能力的建立和启动具有更广泛的意义。



然而,2021年11月24日,来自加拿大麦克马斯特大学的Kennedy等人对这一研究提出了质疑。首先,他们认为Mishra等的研究缺乏对母体阴道和皮肤微生物群的控制,因为孕中期终止妊娠手术往往需要数小时的操作并伴随胎膜破裂,而在此期间,微生物发生上行定植非常常见,因此需要母体阴道拭子作为对照,不能忽视母体阴道作为污染源的存在。


不仅如此,Kennedy等认为Mishra等的研究中所报道的在胎儿中检测到的乳杆菌属常见于阴道分娩的胎盘中,而慢生根瘤菌作为一种土壤细菌也是测序研究中最主要的污染物之一。此外,Mishra等对胎儿胸腺和脾脏的阳性培养结果以及扫描电镜数据均支持程序性污染的存在。SEM照片显示出大量单一球状结构,而测序结果提示几乎所有属都是杆菌,也就是说细胞形态与测序数据并不一致。


在生殖生物学领域,通过无菌剖腹产分娩新生儿,然后转移到无菌隔离器中便可以产生完全没有微生物的个体,比如说无菌小鼠品系的构建。Li等在去年发表文章报道了人类新生儿以无菌方式分娩、隔离,且能保持无菌状态,这都为子宫内的无菌环境提供了强有力的证据。此外,Kennedy等认为胎儿在母亲腹中时微生物的缺失并不影响微生物作为抗原对胎儿免疫系统的潜在训练,比如说微生物成分和代谢物完全可以通过母体循环穿过胎盘来促进胎儿免疫发育,这也能解释Mishra等在胎儿组织中发现记忆T细胞的现象。除了在污染源控制方面提出的质疑外,Kennedy等利用Mishra等随论文公开提供的测序数据进行重新分析,他们发现原文所报道的β多样性差异是由批次效应驱动的,而非真实情况的体现。



对于Kennedy等提出的质疑,Mishra等在同期杂志上也作出了回应。



针对Kennedy等提出的阴道拭子的缺乏,Mishra等在文章的局限性部分已作出声明,与足月、活产分娩队列不同,该研究的胎儿样本是在通过诱导终止妊娠的妊娠中期临床终止期间获得伦理机构审查委员会 (IRB) 批准收集的,Mishra等解释,考虑到母体重大的情绪和生理压力,因而在没有平行阴道样本的情况下收集稀有和珍贵的胎儿和胎盘样本,但也试图在样本采集、处理、测序和分析的所有方面全面解决所有其他潜在污染源,比如收集操作者手拭子、操作表面拭子、洗涤和收集组织的缓冲液控制以及 DNA分离和测序过程中使用的试剂等。


对于SEM和测序数据不一致的质疑,Mishra等强调压力与细菌形状和形态特征的变化有关,且在许多细菌物种中,球状结构与抗逆性、休眠状态有关,因此具有球状形态的细菌的SEM可视化表明胎儿肠道中存在细菌,只是需要额外的研究来研究它们在体内的形态差异。此外,SEM拍摄的肠道中的细菌定位相当精细,而同样处理的10周胎儿肠道却没有类似的发现,因此Kennedy等认为“污染造成的结果”是不成立的。Mishra等也引用多篇文献指出乳杆菌也是子宫内膜定植的成员,进而反驳Kennedy等所说的在胎儿中检测到的乳杆菌仅仅是母体阴道污染的结果。


另外,针对Kennedy等用无菌动物以及患有严重联合免疫缺陷(SCID)的儿童病例作为证据支持他们论点的说法,Mishra等提出了不同的看法。比如,没有经验证据表明患有SCID 的儿童天生就没有微生物,无菌动物有着明显不同的代谢、免疫和行为发育,并不能拿来比较,此外,在胎盘结构、生殖解剖、妊娠长度、分娩或胎儿发育方面,小鼠发育显然也不能等同于人类。Mishra等还在原研究中提出孕中期胎儿体内记忆T细胞的存在,记忆T细胞是先前暴露于抗原的功能证明,考虑到微生物和T细胞的记忆动力学和寿命,Mishra等认为对于微生物的暴露是发生在妊娠期间而非由分娩污染引起。在β多样性分析中,Mishra等在回应中指出,Kennedy等仅使用了数据的一小部分来重新分析,驳斥了批次特定变化的说法。


总体而言,对此类研究的解释研究人员必须保持怀疑态度,必须愿意拒绝他们的假设并接受实验设计的局限性。只有坚持开放的心态和公正的方法,才有助于解开生命活动的复杂性,并推动科学朝着积极和启发性的方向发展。


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.039

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.026

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.028


制版人:十一

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