Maternal transmission and limited virulent phage replication shape early infant gut virome maturation

在人类的肠道内，一个微观生命的繁荣生态系统正在不断形成，尤其是在婴儿出生后的头几个月里。这个被称为微生物组的社区主要由细菌组成，但也包含着一层庞大的、看不见的病毒，它们专门针对这些细菌。这些被称为噬菌体（或简称 phage）的病毒，扮演着猎杀特定细菌宿主的捕食者角色，或者它们也可以隐藏在细菌内部，等待稍后苏醒。科学家长期以来一直认为，这些病毒在新生儿体内的行为方式与在成年人体内的行为方式不同，而理解这种早期的病毒活动是了解健康肠道如何发育的关键。多年来，主流观点认为，婴儿肠道被一种特定的病毒所主导，这种病毒会躲藏在细菌内并频繁苏醒，而那些更具攻击性的狩猎型病毒则非常罕见。然而，这种观点依赖于观察不同病毒的比例，而不是统计它们的实际数量。

来自芬兰和爱尔兰的一个研究小组现在通过更仔细地观察实际数量，挑战了这一长期存在的观点。他们研究了32对母亲和婴儿，在分娩时收集母亲的粪便样本，并在婴儿出生后的前六个月内定期收集其样本。为了获得病毒的真实计数，他们使用了一个聪明的技巧：在分析每个样本之前，向其中加入已知数量的无害病毒。这使他们能够测量肠道中病毒颗粒的绝对数量，而不是仅仅根据百分比进行推测。他们的研究结果表明，婴儿肠道并不像之前认为的那样充斥着躲藏型病毒。相反，肠道中仅仅是缺乏那些具有攻击性的狩猎型病毒。躲藏型病毒的数量与成年人中的数量相似，但由于新生儿体内狩猎型病毒如此稀少，躲藏型病毒看起来似乎占据了主导地位，这纯粹是由于缺乏竞争而形成的假象。随着婴儿的成长，狩猎型病毒的数量会缓慢增加，特别是那些针对被称为 Bacteroidaceae 的特定细菌组的病毒，这些细菌是婴儿从母亲那里继承而来的。

研究首先从粪便样本中收集了大量的遗传数据。研究人员将微小的病毒颗粒从其他物质中分离出来，并对它们的遗传密码进行测序以识别存在哪些病毒。他们发现，母亲和婴儿的病毒群落非常不同，婴儿拥有的病毒类型总体而言要少得多。当他们观察病毒颗粒的总数时，发现母亲体内的病毒浓度远高于新生儿。婴儿的起始计数非常低，虽然在最初的六个月内这个数字稳步增长，但到研究结束时，它仍未达到成年人的水平。这证实了婴儿肠道仍处于构建其病毒种群的早期阶段。

最令人惊讶的发现出现在研究人员将病毒分为两类时：一类是立即猎杀并杀死细菌的，另一类是隐藏在细菌内而不立即杀死它们的。之前的研究由于仅观察相对比例，曾暗示躲藏型病毒在婴儿期数量激增。但当研究人员统计实际的颗粒数量时，他们发现婴儿体内的躲藏型病毒数量实际上相当稳定，且与母亲体内的数量相似。真正的故事在于狩猎型病毒的缺失。在新生儿肠道中，这些具有攻击性的病毒极其稀少。正是由于狩猎型病毒的严重匮乏，而非躲藏型病毒的爆发，才使得躲藏型病毒看起来占据了主导地位。随着婴儿年龄的增长，狩猎型病毒的数量开始上升，但在六个月时仍远低于成年水平。

研究人员还调查了这些病毒的来源。他们发现，出现在婴儿体内的狩猎型病毒通常与母亲体内的病毒相同。这表明母亲在分娩或通过密切接触将这些特定的病毒直接传递给孩子。在母亲和婴儿之间共享的病毒主要是针对 Bacteroidaceae 细菌的狩猎型病毒。婴儿体内的这类共享病毒越多，其肠道内狩猎型病毒的总数就越高。这指向了一个过程：婴儿继承了一套来自母亲的“病毒启动包”，随着婴儿肠道环境变得更加适合它们，这些病毒随后会缓慢增殖。相比之下，躲藏型病毒不太可能被直接共享，这表明它们可能来自其他来源或以不同的方式建立自身。

除了计数病毒外，团队还观察了这些病毒种群如何与肠道产生的化学物质相互作用。他们发现狩猎型病毒与被称为初级胆汁酸的某些脂肪之间存在明确的联系，这些脂肪有助于人体消化食物。当狩리는型病毒数量较低时，这些胆汁酸的水平较高。这种联系似乎并不是由病毒直接改变化学物质引起的。相反，看起来是病毒在追踪那些分解胆汁酸的细菌。当分解胆汁酸的细菌活跃时，针对它们的狩猎型病毒也会随之增加。这表明病毒只是在跟随其细菌宿主的兴衰，而不是驱动化学变化本身。

研究还检查了这些病毒如何影响肠道群落的整体功能。他们注意到，在狩猎型病毒数量极低的婴儿中，肠道细菌似乎携带了更多的防御工具和基因转移工具。这可能意味着，当狩猎型病毒稀缺时，细菌有更多时间来建立防御或交换遗传物质。然而，研究人员并未发现狩리는型病毒数量与细菌拥有的总防御系统之间存在直接联系。结果表明，早期的肠道是一个不同的病毒策略以不同方式展开的场所，其中侵略性的猎手在努力建立地位，而躲藏型病毒则保持着稳定的存在。

这些发现为肠道病毒组如何成熟提供了新的图景。早期的婴儿肠道并非一个混乱的病毒爆发之地，而是一个安静的环境，其中最具攻击性的捕食者是缺失的。躲藏型病毒的主导地位是一种由狩猎者稀缺所造成的错觉。随着婴儿长大并开始进食固体食物，环境发生了变化，使得狩猎型病毒能够缓慢扎根，特别是那些从母亲那里继承而来的病毒。这项研究强调了观察病毒实际数量而非仅仅观察其比例对于理解肠道真实的动态规律的重要性。它表明，我们从母亲那里继承的病毒在我们早期肠道健康塑造中发挥着比以往认为的更大的作用，它们作为一个基础层，随着孩子的发育而缓慢构建。