背景
每个孕期母体肠道菌群的组成都与胎儿发育有关。饮食是影响肠道菌群组成的主要因素。然而，关于饮食血糖指数（GI）、血糖负荷（GL）和总抗氧化能力（TAC）与孕妇在妊娠早期肠道菌群之间的关联尚未进行研究。
材料和方法
90名年龄在18至40岁的健康孕妇参与了本研究，这些孕妇均处于妊娠早期。在空腹状态下收集粪便样本。通过提取DNA并基于16SrRNA表达（作为管家基因）确定主要菌群的数量。通过验证过的食物频率问卷收集饮食摄入量，并计算饮食指数。
结果
孕妇肠道中的变形杆菌数量显著高于其他菌群（p < 0.001）。GI最高水平的参与者肠道中拟杆菌（p < 0.001）和放线菌（p = 0.04）的数量较低。GL最低水平的参与者肠道中拟杆菌（p < 0.001）的数量较高，而变形杆菌（p = 0.04）的数量较低。膳食硒对厚壁菌（p = 0.04）和变形杆菌（p = 0.04）有显著的负面影响，但对放线菌（p = 0.01）有正面影响。膳食锌和锰对厚壁菌的数量有负面影响（p = 0.01和p = 0.003）。锌和维生素E对变形杆菌的数量也有负面影响（p = 0.04和p = 0.03）。
结论
高GI和GL的母体饮食与肠道菌群失调有关，而硒、锌、锰和维生素E的摄入有利于妊娠早期的肠道菌群平衡。
引言
结肠是细菌的栖息地，这些细菌对人类健康有重要作用，包括某些类型维生素和生物活性化合物的生产和吸收、氨基酸的合成以及不可消化碳水化合物的代谢。短链脂肪酸（SCFAs）是细菌对未消化食物成分作用的主要代谢产物，通过调节肠道-大脑轴的信号通路在代谢中发挥不同作用。任何细菌数量的变化都会导致代谢、神经行为和胃肠疾病。在正常情况下，超过80%的肠道菌群属于拟杆菌和厚壁菌，其他菌群包括放线菌和变形杆菌，但在妊娠期间会发生显著变化。母体肠道菌群在每个孕期对胎儿健康的影响不同，其中第一孕期尤为重要，因为这是胎儿神经系统发育的关键时期，尽管大多数女性在此时并不知道自己怀孕。此外，妊娠早期的肠道菌群失调与妊娠期间的一些并发症有关。生命周期、母体体重、饮食模式、饮食成分（包括宏量和微量营养素）、遗传和居住地理区域等因素都会影响肠道菌群。妊娠期间的激素变化会影响肠道细菌的代谢、生长以及宿主对病原菌的易感性。关于不同国家妊娠期间母体细菌群落的饮食和饮食成分因素的信息有限。先前的研究报告称，肥胖孕妇的肠道菌群主要由厚壁菌组成。此外，雌激素和孕激素的增加会导致母体对属于变形杆菌的病原菌更加敏感。鉴于母体暴露对肠道微生物组的长期和永久性影响以及下一代对慢性疾病的易感性，有必要识别影响肠道细菌变化的营养因素。因此，我们评估了妊娠早期母亲肠道中主要菌群的数量。此外，还评估了母体饮食血糖指数、血糖负荷和总抗氧化能力，重点关注具有抗氧化作用的微量元素。评估了每个饮食参数对肠道菌群的影响。
材料和方法
研究对象和设计
本研究的所有程序均按照赫尔辛基指南进行，并经赞詹医科大学伦理委员会批准，批准代码为IR.ZUMS.REC.1401.346。在解释研究目的并签署知情同意书后，90名年龄在18至40岁、怀有单胎、处于妊娠早期并居住在赞詹市的妇女参与了本研究。排除标准包括：在采样前六个月内服用益生菌、益生元或合生元补充剂或产品及抗生素，患有任何形式的肝肾疾病、心脏病和免疫系统缺陷、慢性胃肠道疾病、1型或2型糖尿病、癌症、甲状腺疾病和吸收不良障碍。此外，有妊娠期糖尿病、子痫前期、妊娠期高血压、流产、畸形和采样时诊断为葡萄糖不耐受史的孕妇也被排除在外。从300名选定的母亲中，共有90名孕妇符合纳入标准。记录了参与者的社会人口学和人体测量数据，包括教育程度、年龄、身高、孕前体重、采样时体重和分娩次数。使用Seca秤测量体重，穿着最少衣物且不穿鞋，每次测量前用1公斤重物校准。使用不可伸缩的尺子测量身高，不穿鞋站立，目视前方。然后，通过将体重（千克）除以身高的平方（米）来计算体质指数（BMI）。要求参与者在第二天早上空腹状态下将粪便样本交给研究人员。粪便样本储存在-80°C的冰箱中，直至最终分析。
DNA提取和聚合酶链反应（PCR）
从每个冷冻粪便样本中取200毫克，置于ASL裂解缓冲液附近。然后将其置于95°C下5分钟。随后，使用标准试剂盒（德国Qiagen公司）提取细菌DNA，具体操作按说明书进行。通过在琼脂糖凝胶上运行少量提取的DNA和使用Nano drop光谱仪分别检测DNA的质量和数量。提取的DNA保存在-20°C下，直至最终分析。每个菌群的DNA扩增均以16SrRNA（作为管家基因）为对照，采用定量PCR方法进行，使用通用细菌引物（表1），并确定定量值。所有引物均在国家生物技术信息中心（NCBI）的primer-BLAST数据库中进行了验证。
表1 正向和反向引物
全尺寸表格
使用ABI StepOne序列检测系统（美国加利福尼亚州Applied Biosystems公司）进行实时PCR。在20μL微量管中加入10μL SYBR green混合液（丹麦Amplicon公司）、4μL DNA模板、0.5μL正向和反向引物各一以及5μL不含DNA和RNA的纯化水。16SrRNA用作内部对照。每次运行均添加一个空白对照（不含DNA和RNA的纯化水）。
循环阈值（CT）值以内部对照（16SrRNA）进行标准化。初始变性包括一个循环：95°C下10分钟。扩增曲线包括40个三步循环，包括变性、退火和延伸步骤：95°C下30秒、60°C下30秒和72°C下30秒。最终延伸在一个循环中完成：72°C下30秒。结果生成并使用2^−ΔΔCt方法进行分析，具体计算如下：
- ΔCT = (每种细菌菌群的CT - 16SrRNA的CT)。
- ΔΔCT = (GDM+组的ΔCT - GDM-组的ΔCT)。
- 折叠变化：2^-ΔΔCt。
饮食摄入、GI和GL计算
通过验证过的168项食物频率问卷确定饮食摄入量，该问卷包含过去12个月的日常饮食摄入量（每天、每周、每月和每年的数量）。数据输入N4软件并转换为每天的克数。使用残差法对营养素、饮食GI和饮食GL进行能量调整。饮食GI和GL的计算方法已在之前描述。我们使用了数据库中收集的已发表GI值。饮食GI的计算公式如下：
∑食物C × F × GI / ∑食物C × F，其中C代表食物中碳水化合物的克数，F代表食物摄入频率，GI使用葡萄糖作为参考的血糖指数。
饮食GL的计算公式如下：
∑食物C × F × GI / 100 或者等效于总碳水化合物和饮食GI的乘积百分比。
饮食总抗氧化能力的计算
膳食抗氧化指数（DAI）基于六种膳食抗氧化剂，包括维生素A、C、E、锌、锰和硒。首先，将上述六种维生素/矿物质的摄入量调整到能量摄入量，然后与妊娠早期的每日推荐摄入量（RDI）进行比较。如果摄入量小于2/3 RDI，则编码为0；如果摄入量大于或等于2/3 RDI，则编码为1。DTAC的总分范围从0（低质量）到6（高质量）。
样本量和统计分析
为了确定肠道厚壁菌与拟杆菌比例的变化，参考了之前的一项研究，考虑到80%的检验效能和95%的置信水平，共纳入90名参与者。使用SPSS软件18版进行数据分析。定量变量表示为均值和标准差或标准误。定性变量以频率（百分比）形式描述。使用单因素方差分析（ANOVA）测试评估不同菌群和饮食指数之间的变量差异。使用混合回归模型评估每个饮食成分对肠道菌群的影响。
结果
参与者的平均年龄和BMI分别为29.8±4.8岁和25.7±2.9 kg/m²。表2描述了参与者的饮食摄入情况。结果显示，总热量的56%、13.7%和31.3%分别来自碳水化合物、蛋白质和脂肪。每日总脂肪摄入量中，28.15%、29.5%和19%分别来自饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。结果与妊娠期推荐值相当。参与者的饮食GI和GL处于中等水平。其他矿物质接近推荐膳食摄入量（RDA）。
表2 两组研究对象的饮食摄入均值
全尺寸表格
如图1所示，孕妇肠道中的变形杆菌数量显著高于其他菌群（p < 0.001）。厚壁菌和放线菌的数量低于其他菌群（p < 0.001和p < 0.001）。
图1
妊娠早期母亲肠道中主要菌群的评估
全尺寸图片
在所有参与者中，42.2%、23.3%和34.4%的母亲饮食GI水平分别为低、中和高。然而，51.1%、23.3%和25.6%的参与者饮食GL水平分别为低、中和高。参与者的DTAC得分处于中等水平。如表3所示，不同饮食GI水平的拟杆菌丰度存在显著差异（p < 0.001）。饮食GI最高的参与者肠道中拟杆菌的数量低于饮食GI最低的参与者（p < 0.001）。此外，饮食GI最高的孕妇肠道中放线菌的数量显著低于饮食GI最低的孕妇（p = 0.04）。
表3 不同饮食血糖指数水平的肠道菌群均值
全尺寸表格
如表4所示，不同饮食GL水平之间存在显著差异（p < 0.001）。饮食GL最低水平的参与者肠道中拟杆菌的数量高于饮食GL最高的参与者（p < 0.001）。变形杆菌的数量在不同饮食GL水平之间存在显著差异（p = 0.04）。饮食GL中等水平的孕妇肠道中变形杆菌的数量显著高于饮食GL最低水平的孕妇（p = 0.03）。
表4 不同饮食血糖负荷水平的肠道菌群均值
全尺寸表格
如表5所示，不同DTAC水平的菌群之间没有显著差异。大多数参与者的DTAC水平处于中等水平。
表5 不同DTAC水平的肠道菌群均值
全尺寸表格
调整所有参数后，膳食硒对肠道厚壁菌（OR= -0.27, 95% CI= -0.001, -0.004; p = 0.04）和放线菌（OR= 0.46, 95% CI= 0.07, 0.51; p = 0.01）的丰度有显著的负效应和正效应。此外，硒摄入对孕妇肠道中变形杆菌的丰度有负面影响（OR= -0.74, 95%CI= -0.02, -0.01; p = 0.04）。膳食锰对厚壁菌的数量有负面影响（OR= -0.67, -0.07, -0.01; p = 0.003）。膳食锌对厚壁菌和变形杆菌的数量有负面影响（OR= -0.24, 95%CI= -0.024, -0.002; p = 0.01 和 OR= -0.3, 95%CI= -0.18,-8.8; p = 0.04）。维生素E对变形杆菌的丰度有负面影响（OR= -0.4, 95%CI= -0.22, -0.006; p = 0.03）。
讨论
妊娠早期孕妇肠道中最丰富的细菌菌群是变形杆菌。高GI和GL的母体饮食与妊娠早期肠道菌群失调有显著关联。饮食GI和GL的增加与肠道中拟杆菌数量减少有关。此外，高GI饮食与肠道中放线菌数量减少有关。饮食GL较高的母亲肠道中变形杆菌数量较多。由于大多数参与者饮食中的抗氧化能力处于中等水平，因此在不同DTAC水平的菌群之间没有统计学显著差异。然而，膳食抗氧化成分对母体肠道菌群有显著影响。膳食硒和锌对母体肠道中厚壁菌的数量有显著的负面影响。此外，膳食硒对母体肠道中放线菌有正面影响，对变形杆菌有负面影响。膳食锰和维生素E分别对母体肠道中厚壁菌和变形杆菌的数量有负面影响。富含硒、锌和锰的饮食在妊娠早期创造了母体肠道的平衡状态。子宫内期对未来的健康状况和生活质量起着重要作用。母体饮食模式、营养素的质量和数量通过改变肠道菌群影响新生儿健康。菌群影响免疫系统和神经系统的成熟。由于母体饮食成分是潜在的母体-胎儿微生物轴调节因子，因此评估了高GI和GL饮食以及具有抗氧化能力的营养成分对妊娠早期母体肠道菌群的影响。之前的研究表明，母体体成分和饮食对胎儿编程的影响已在动物模型研究中呈现。膳食微量营养素，无论饮食模式如何，单独对某些疾病的发生有影响。然而，关于膳食成分，特别是具有抗氧化能力的维生素和矿物质与妊娠期母体肠道菌群之间的关联尚未进行研究。高GI和GL饮食通过产生活性氧和氧化应激导致肠道菌群失调。母体肠道细菌菌群在胎儿和早期产后发育中起着关键作用，塑造免疫成熟和大脑发育等基本过程。饮食选择显著影响这一丰度，高脂肪和高碳水化合物的饮食促进致病菌的生长，同时减少有益菌，但目前在这一领域的综述有限。最近，肠道细菌菌群被提议为主要的代谢和胰岛素信号调节因子，这些过程受饮食GI的控制。最近一项研究评估了高GI饮食对口腔微生物组的影响。结果显示，高碳水化合物摄入的参与者口腔微生物组的α多样性增加。高碳水化合物摄入与属于放线菌门的有益肠道菌群——放线菌数量减少有关，而变形杆菌属的Gemella数量增加。我们的结果与上述研究一致，即饮食GI较高的女性肠道中放线菌数量较低。然而，上述研究评估的是口腔微生物组，与我们的样本不同。此外，我们分析了饮食GL与肠道菌群之间的关联，并发现较高的饮食GL与肠道中致病菌——变形杆菌的数量增加有关。有趣的是，DTAC对任何细菌菌群均无显著影响，但其成分包括硒、锰、锌和维生素E与有益菌数量增加有关，且与致病菌数量减少相关。一项研究表明，硒可以在氧化应激条件下减少潜在病原体，并促进有益肠道菌群的生长。在本研究中，高GI和GL饮食与肠道菌群失调有关，可能是由于氧化应激，这可能通过膳食硒得到改善。之前的研究报道了锌和硒补充剂对氧化应激和炎症途径的有益影响，这些影响与某些疾病的消退有关。然而，目前尚无关于膳食硒和锌摄入对妊娠期肠道细菌菌群影响的研究。拟杆菌和厚壁菌被认为是所有个体中最主要的菌群。然而，在本研究中，作为致病菌的变形杆菌在妊娠早期母亲的肠道中占主导地位。这意味着妊娠期伴随着菌群失调，这种失调会因不当的饮食摄入而加剧。锰、锌和硒是某些负责DNA复制和转录、抗氧化作用和细胞呼吸的细菌酶的关键辅因子。大肠杆菌属于变形杆菌门，其结构中有三种硒蛋白，需要硒进行正常代谢。在我们的研究中，较高的硒摄入与孕妇肠道中变形杆菌数量减少有关。最近的一项研究发现，硒补充剂显著降低了致病菌的水平，并增加了具有保护作用的有益菌的数量，从而对结肠炎和肠道屏障功能障碍具有保护作用。在一项针对学龄儿童的研究中，属于拟杆菌门的Coprobacter和Paraprevotella以及属于厚壁菌门的Acetivibrio和Clostridium XI在锌缺乏的参与者肠道中显著较高。在我们的研究中，膳食锌对厚壁菌和变形杆菌的数量有负面影响，这一点与上述研究中的厚壁菌结果相似。根据我们详细的文献回顾，未找到关于膳食锰摄入与肠道细菌菌群之间关联的研究，因此无法与我们的结果进行比较。我们得出结论，锰对肠道厚壁菌的数量有负面影响。在一项人类初步研究中，维生素E补充剂作为最强的脂溶性抗氧化剂，通过增加肠道中短链脂肪酸（SCFAs）的产生，增加了厚壁菌和放线菌的数量，但减少了拟杆菌的数量。在本研究中，膳食维生素E与妊娠早期孕妇肠道中变形杆菌数量减少有关。与其他研究类似，本研究也有一些优点和局限性。这是首次针对伊朗妊娠早期孕妇肠道菌群及其与饮食摄入和菌群丰度之间关联的分析横断面研究。样本量足够，具有良好的统计功效。由于本研究为横断面设计，无法确定因果关系。由于遗传、地理区域和饮食模式在全球范围内的影响，结果不能推广到其他国家。建议追踪孕妇至第二或第三孕期，以确定是否发生包括葡萄糖不耐受、子痫前期等代谢紊乱。此外，还应追踪婴儿，以评估其肠道菌群及其与母体肠道菌群的关联。在物种水平上评估母体肠道菌群比仅在菌群水平上评估更为适用。追踪孕妇在每个孕期的变化可以确定这一期间的微生物组变化。
结论
本研究显示，伊朗孕妇肠道中致病菌变形杆菌的数量较多，这可能与其饮食摄入有关。高GI和GL的饮食与妊娠早期孕妇肠道中致病菌数量增多和有益菌数量减少有关。锌、硒、锰和维生素E与肠道菌群平衡有关。这些知识应在妊娠期甚至在妊娠开始前向孕妇普及，因为这些变化会传递给下一代。此外，这些变化与健康的妊娠期有关，有助于生出健康的婴儿。
【全文结束】
(全文结束)
