Longitudinal changes of vaginal microbiome during pregnancy and puerperium in Korean women

Abstract

Introduction: During pregnancy, the vaginal microecological environment is a distinctive and dynamic system. The distribution of the vaginal microbiome can be influenced by various factors, such as race, region of residence, diet, and period of pregnancy. A high presence of beneficial bacteria in the vagina is associated with better vaginal health and ultimately contributes to full-term delivery. Conversely, high levels of anaerobic bacteria may disrupt the amniotic membrane, potentially causing premature birth. Although a few cross-sectional vaginal microbiome studies involving pregnant Korean women are available, longitudinal studies are lacking. Hence, this study investigated longitudinal vaginal microbiome changes through quantification of the vaginal levels of the following bacteria that were previously identified in pregnant Korean women:, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus iners, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus jensenii, Weissella koreensis, Ureaplasma urealyticum, Ureaplasma parvum, Gardnerella vaginalis, Bacteroides fragilis, Prevotella bivia, Prevotella salivae, and Prevotella amnii. Materials and methods: A total of 259 pregnant Korean women undergoing antenatal care at Ewha Womans University Seoul Hospital were enrolled in a prospective cohort study from March 2022 to February 2023. Vaginal fluid was collected in the first trimester at ≤ 13 weeks, in the second trimester at 14–28 weeks, in the third trimester at ≥ 29 weeks, at 1–2 weeks after puerperium, and at 1–2 months after puerperium. A total of 90 vaginal fluid samples from 18 healthy pregnant women who met the study’s inclusion criteria were analyzed. Quantitative real-time polymerase chain reaction was used to detect 12 species of vaginal bacteria (four Lactobacillus species, and eight anaerobic species). Results: Lactobacillus species were found to be predominant in the vaginal fluid samples from pregnant Korean women. Specifically, L. crispatus was the most prevalent (73 %, 76 %, and 77 % in the first, second, and trimesters, respectively), followed by L. iners (7 %, 12 %, and 15 % in the first, second, and trimesters, respectively), L. gasseri (6 %, 5 %, and 4 % in the first, second, and trimesters, respectively), and L. jensenii (4 %, 2 %, and 1 % in the first, second, and trimesters, respectively). After term delivery, the levels of all Lactobacillus species, except L. iners, decreased rapidly. The levels of L. crispatus gradually increased throughout pregnancy, followed by a decline after delivery to 11 % in 1–2 weeks and 5% 1–2 months after delivery. The levels of L. iners increased slightly during pregnancy and decreased mildly after delivery to 5 % in 1–2 weeks and 11% 1–2 months after delivery, indicating relatively constant levels throughout pregnancy and puerperium. The levels of L. gasseri and L. jensenii were low and nearly absent after delivery. Other anaerobes were present at low levels during pregnancy but became relatively dominant after delivery. Additionally, the levels of G. vaginalis, which is associated with bacterial vaginosis, significantly decreased from the second trimester (1 %) to the third trimester (2 %) and increased after 1–2 months post-delivery (10 %). However, the levels of the anaerobic bacteria, B. fragilis, P. bivia, U. urealyticum, and U. parvum, which were low during pregnancy, increased significantly after delivery, whereas the level of W. koreensis, P. amnii, and P. salivae were very low throughout pregnancy and puerperium. Conclusion: The aforementioned findings are a significant contribution towards a comprehensive understanding of the longitudinal vaginal microbiome changes that occur during pregnancy and puerperium. These findings offer valuable evidence for the analysis and determination of the proportion of the bacteria that positively influence pregnancy outcomes. The necessity for further studies is underscored, especially to determine the mechanisms that underlie the association between the vaginal microbiomes and preterm birth.;현재 대한민국의 출산율은 가파르게 감소하고 있으나, 늦은 결혼과 임신으로 인해 고령 산모가 증가하고 고위험 산모도 증가하고 있다. 조산의 경우도 증가하고 있으며, 약 75%의 원인이 조기 진통, 조기양막파수이다. 이와 관련 있는 것 중 하나로 자궁내 감염이 있으며, 이는 정상적인 질 내 미생물이 비정상적으로 변화하는 것이다. 질 내 미생물은 인종, 거주지역, 식생활 및 임신 기간에 따라 다양한 분포를 나타낸다. 이와 관련하여 한국 임산부에 관한 연구는 소수의 횡단적 단면 연구 (cross-sectional study)와 종단적 연구 (longitudinal study)가 있지만, 임신 3분기 및 분만 후 까지의 연구는 미미하다. 그로 인해 단태아 임산부 중 만삭 분만한 경우 임신 및 분만 시기에 따른 질내 특이적 미생물의 변화를 종단적으로 분석하여 정상 한국 임산부의 질 내 미생물 환경을 이해하고자 하였다. 이전 연구에서 16s 리보솜핵산 (rRNA) 유전자 증폭으로 메타지놈 (metagenome)을 분석하여 한국 임산부와 연관된 10개의 미생물 Lactobacillus crispatus, Lactobacillus iners, Weissella koreensis, Ureaplasma urealyticum, Ureaplasma parvum, Gardnerella vaginalis, Bacteroides fragilis, Prevotella bivia, Prevotella salivae, Prevotella amnii을 확인했으며, 여기에 추가적으로 한국 산모의 질분비물에서 확인되는 2개의 Lactobacillus gasseri, Lactobacillus jensenii를 추가하여 12종의 미생물을 분석하고자 하였다. 본 연구의 대상자는 2022년 3월부터 2023년 2월까지 이대서울병원을 방문한 임산부였으며, 이 중 연구에 동의한 대상자 259명에게서 임신 분기 별 및 분만 후의 정기 진료 시 질 분비물 수집하였다. 수집한 횟수는 임신 1분기(임신 13주까지), 2분기(임신 14~28주 사이), 3분기(임신 29주 이상), 분만 후 1~2주, 분만 후 1~2달로 총 5회이다. 그 결과 최종적으로 만삭 분만한 226명의 산모 중 5구간 검체가 모두 없는 204명을 제외하고, 22명이 해당되었다. 이 중 1명이 임신성 당뇨로 진단되어 연구에서 제외되었고, 2명은 검체 채취 1주일 이내 항균제, 항진균제, 질 프로게스테론을 사용하여 제외되었다. 최종적으로 18명 대상자에서 질분비물 검체 90개를 수집하였고, 이를 정량적 중합효소연쇄반응법(quantitative polymerase chain reaction, qPCR)로 한국인 임산부 질 내 특이적 미생물 12종을 분석하였다. qPCR을 이용한 미생물 분석 결과 임신 기간 동안 한국 임산부에서는 Lactobacillus 종이 우세하게 나타났다. 특히 L. crispatus가 가장 흔하게 나타났으며, L. iners, L. gasseri, L. jensenii 순이었다. L. iners를 제외한 모든 Lactobacillus 종은 임신 중 높은 비율로 존재하다 분만 후 급격하게 감소하였다. L. crispatus는 임신 1분기 73%, 임신 2분기 76%, 임신 3분기 77%로 임신 기간 동안 점차적으로 증가하다가 분만 후 1~2주 후 11%, 분만 후 1~2달 후 5%로 감소하였다. L. iners는 임신 1분기 7%, 임신 2분기 12%, 임신 3분기 15%로 서서히 증가하다가 분만 1~2주후에는 5%, 분만 후 1~2달 후에는 11%로 감소하였으며, 임신과 분만 후 동안 비교적 일정하게 나타났다. L. gasseri와 L. jensenii는 임신 기간 동안 5% 내외로 적게 분포하다가 분만 후 거의 발견되지 않았다. 이와 반대로 혐기성균은 임신 중에는 낮은 비율로 존재했고, 분만 후에는 상대적으로 우세했다. 세균성 질염을 일으키는 G. vaginalis는 임신 1분기에 3%로 높은 비율로 존재하다가 임신 2분기 1%, 임신 3분기 2%로 감소하다가 분만 1~2주 후에는 8%, 분만 후 1~2달 후에는 10%로 증가했다. 반면. U. urealyticum, U. parvum, B. fragilis, P. bivia는 임신 중 거의 존재하지 않다가 분만 후 증가하였다. W. koreensis, P. amnii., P. salivae, 는 임신 중이나 분만 후 모든 기간에서 매우 낮은 비율로 존재했다. 거의 존재하지 않았다. 그리고 분만 방법에 따른 질 미생물 변화의 차이는 없었으며, 유산균, 항균제, 항진균제 사용에 따른 질 미생물 변화의 차이도 없었다. 본 연구는 단태아 임산부 중 만삭 분만한 경우 임신 및 분만 시기에 따른 한국인 질내 특이적 미생물 12종을 분석한 최초의 연구이다. 이를 통해 정상 한국 임산부의 질 내 미생물 환경을 이해하여 연속적 정량적 특성 자료를 구축할 수 있다. 그리고 이를 토대로 조산 전 질내 미생물변화와 비교 분석하여 조산의 예측이나 예방을 위한 치료의 방법으로 사용될 수 있을 것이다. 추후 임상 분야에 적용하기 위해 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.