空气污染是人类健康的主要威胁之一，据估计，2019年全球因空气污染导致的死亡人数达约达140万。大气细颗粒物（PM
2.5
）作为影响空气质量的主要污染物之一，其对人体健康危害被广泛关注。婴幼儿期是大脑发育的关键时期，部分流行病学研究发现，孕期PM
2.5
暴露可对儿童神经发育产生不利的影响，导致儿童认知障碍、发育迟缓和行为问题等风险增加，但其中的分子机制尚不清晰。
肠道菌群的定植与成熟发生在生命早期，与大脑快速发育同步进行，提示儿童早期肠道微生物群可能与其神经发育之间存在密切关联。部分基于小人群队列研究的也发现，12月龄儿童肠道微生物群中拟杆菌门（Bacteroides）的丰度与其2岁时的认知水平有关；基于横断面调查显示，肠道菌群多样性的增加与婴儿的气质相关。此外，动物实验和流行病学研究发现，孕期PM
2.5
暴露会影响后代肠道微生物群的定植和成熟。但肠道菌群失调在孕期PM
2.5
暴露影响子代神经发育中的作用机制有待阐明。
为此，本研究以上海亲子队列361对母婴为研究对象，通过高时空分辨率PM
2.5
预测模型评估了孕妇产前PM
2.5
暴露水平；采用《年龄与发育进程问卷》（ASQ®-3）评估了婴幼儿2、6、12及24月龄时各能区神经发育；并基于16s rRNA进行新生儿粪便样本肠道菌群测序，以探讨产前PM
2.5
暴露对婴幼儿认知发育的影响，以及肠道细菌在其中的介导作用。
产前PM
2.5
暴露与婴幼儿神经发育的关联
产前PM
2.5
暴露浓度与2月龄ASQ总分(
β
=-6.717，95%
CI：-11.530，-1.904)、沟通能区(
β
=-1.595，95
%
CI：-3.136，-0.053）、解决问题能区（
β
=-1.771，
95%
CI：-3.481，0.060）和个人-社会能区（
β
=-2.074，
95%
CI：-3.348、-0.800）呈负相关（图1A）。对其它气态污染物和PM
10
进行调整后，影响依然显著（图1B）。此外，产前PM
2.5
暴露还与2月龄儿童SDD的风险增加有关（
OR
=1.683，
95%
CI
：
1.138, 2.489）（图1C、图1D）。
图1 全孕期PM
2.5
暴露与婴幼儿神经发育的关联
产前PM
2.5
暴露与新生儿肠道菌群多样性之间的关联
产前PM
2.5
暴露增加与新生儿肠道菌群的Shannon指数（
β
= −0.367, 95
%
CI
:
−0.543, −0.192），Chao1指数 (
β
= −9.381, 95
%
CI
:
−14.416, −4.347)，谱系多样性（Phylogenetic diversity，PD）(
β
= −30.904,
95%
CI: −46.362, −15.446)，以及Simpson指数（
β
= −0.054,
95%
CI
:
−0.090, −0.017）等反映菌群Alpha多样性的指标呈现显著负相关。
此外，进一步分析发现，SDD的儿童肠道菌群的Chao1指数和谱系多样性均低于对照儿童，差异有统计学意义（图2)。提示，新生儿肠道菌群多样性与儿童早期认知发育有关。
图2 SDD和对照儿童肠道菌群alpha多样性比较。
产前PM
2.5
暴露与微生物菌属定植之间的关联。
进一步采用线性判别分析（LEfSe）分析产前PM
2.5
高、低暴露组间新生儿粪便差异菌群，发现102个微生物类群的丰度存在显著差异（LDA score > 2，
P
< 0.05）（图3A）。从菌属水平来看，产前
PM
2.5
低暴露组共富集有35个微生物类群，PM
2.5
高暴露组富集10个微生物类群（图3B）。
图3 产前PM
2.5
高、低暴露组间特征微生物群线性判别分析
SDD儿童肠道菌群OTUs标记物的识别和验证
通过将研究对象以8:2随机分为训练集和验证集，使用随机森林算法于训练集筛选SDD儿童特征菌群OTUs，筛选出前20种微生物类群作为验证集中SDD的预测因子 (图4A)；模型区分度验证发现训练集和验证集的ROC曲线下面积 (AUC)分别为别为 89.50%和71.27%（图4B）。在筛选到的20种微生物类群中，发现瘤胃球菌属 (Ruminococcus gnavus group)，罗姆布茨菌属 (Romboutsia)，伯克霍尔德氏菌属 (Burkholderiaceae Caballeronia Paraburkholderia)，布劳特氏菌属 (Blautia)，另枝菌属 (Alistipes)，副拟杆菌属 (Parabacteroides)，拟杆菌属 (Bacteroides)等7种菌属可能是产前PM
2.5
暴露与SDD发生的特征菌属 (图4A)。
图4 随机森林模型筛选SDD儿童特征菌群OTUs
