Early-Life determinants of childhood growth – gut microbiota as a potential mediator

Abstract

Childhood growth is a sensitive indicator of health and development, shaped by both biological and environmental factors. Early-life exposures, such as neonatal antibiotic treatment and socioeconomic disadvantage, may influence growth trajectories through complex mechanisms. The gut microbiota, which develops rapidly during infancy, has been proposed as a key mediator linking early exposures to long-term outcomes such as overweight and obesity.

This study examined the associations between neonatal antibiotic exposure, neighborhood socioeconomic status, and childhood growth, and explored the mediating role of the gut microbiota. These associations were studied in the population-based Southwest Finland Birth Cohort, consisting of 14946 children. Growth data were collected from municipal well-baby clinics, and antibiotic exposure was assessed from hospital and prescription records. Neighborhood socioeconomic disadvantage was derived for national grid-based statistics. The impact of perinatal antibiotic exposure on gut microbiota composition was investigated in a well-defined group of infants using 16S rRNA sequencing, and finally fecal microbiota transplantation (FMT) was performed in germ-free mice to explore causality.

We found that neonatal antibiotic exposure was associated with reduced weight and height gain during the first six years of life in boys, while later antibiotic use correlated with increased BMI in both sexes. Socioeconomic disadvantage predicted higher BMI trajectories from age four. Gut microbiota analyses revealed persistent alterations, particularly reduced Bifidobacterium abundance, following neonatal antibiotic exposure. FMT from antibiotic-exposed infants led to impaired growth in male mice, supporting a causal role for microbiota alterations.

These findings suggest that neonatal antibiotic exposure and living in a neighborhood with socioeconomic disadvantage are linked to altered growth patterns in childhood. The gut microbiota is a potential causal mediator of growth disturbances, highlighting its role in early-life health programming. Prudent antibiotic use and addressing social determinants of health may provide avenues for improving child health.

<B>Varhaislapsuuden altisteet ja kasvu – suolistomikrobisto mahdollisena välittäjänä</B>

Lapsuuden kasvu on herkkä terveyden ja kehityksen mittari, johon vaikuttavat sekä biologiset että ympäristötekijät. Varhaiselämän altisteiden, kuten vastasyntyneisyyskauden antibioottihoidon ja sosioekonomisen aseman, on osoitettu vaikuttavan kasvun malliin. Suolistomikrobisto kehittyy nopeasti varhaislapsuudessa, ja sen onkin esitetty olevan välittävä tekijä näiden altisteiden ja pitkäaikaisten terveysvaikutusten, kuten ylipainon ja lihavuuden, välillä.

Tutkimuksessa tarkasteltiin vastasyntyneisyyskauden antibioottialtistuksen, asuinalueen sosioekonomisen aseman ja lapsuuden kasvun välisiä yhteyksiä sekä suolistomikrobiston mahdollista välittävää roolia. Aineisto perustui vuosina 2008–10 syntyneistä 14 946 lapsesta muodostettuun Varsinais-Suomen syntymäkohorttiin. Kasvutiedot kerättiin lastenneuvoloista, ja antibioottialtistus määritettiin potilastietojärjestelmistä ja rekisteritiedoista. Asuinalueen sosioekonominen aseman määrittämiseksi tähän rekisteridataan yhdistettiin Ruututietokannan tietoja. Varhaisen antibioottialtistuksen vaikutuksia suolistomikrobistoon tutkittiin aiempaan tutkimukseen rekrytoidusta ryhmästä lapsia. Suolistomikrobistoa analysoitiin 16S rRNA -sekvensoinnilla, ja syy-yhteyden tutkimiseksi antibiootille altistuneiden lasten ulostenäytteitä siirrettiin mikrobittomille hiirille.

Havaitsimme, että vastasyntyneenä saatu mikrobilääkitys liittyi poikien heikompaan painon ja pituuden kasvuun kuuden ensimmäisen elinvuoden aikana, kun taas myöhempi antibioottien käyttö yhdistyi korkeampaan painoindeksiin molemmilla sukupuolilla. Alhainen sosioekonominen asema ennusti korkeampaa painoindeksiä neljän vuoden iästä alkaen. Mikrobistoanalyyseissa todettiin vastasyntyneisyyskauden antibioottihoidon aiheuttavan pitkäkestoisia muutoksia, erityisesti bifidobakteerien vähentymistä. Mikrobistonsiirto antibiooteille altistuneilta lapsilta johti heikentyneeseen kasvuun uroshiirillä, mikä viittaa kausaaliseen syy-yhteyteen suolistomikrobiston ja kasvuhäiriön välillä.

Tulokset osoittavat, että vastasyntyneisyyskauden antibioottialtistus ja asuinalueen sosioekonominen asema ovat yhteydessä kasvun mallin muutoksiin lapsuudessa. Suolistomikrobisto saattaa olla keskeinen välittäjä terveyden ohjelmoitumisessa varhaislapsuudessa. Antibioottien harkittu käyttö ja sosiaalisten terveyserojen huomioiminen voivat tarjota keinoja terveyden edistämiseen.