A Comparative longitudinal study of vaginal microbiota analysis between term and preterm pregnancy in Korean women

Abstract

Preterm birth (PTB), defined as delivery before 37 weeks of gestation, remains a major public health issue due to its association with increased neonatal morbidity and mortality. Although extensively studied, the mechanisms driving PTB remain incompletely understood, with microbial factors in the vaginal microbiome (VMB) emerging as potential contributors. Additionally, cervical length (CL) has been established as a valuable marker for PTB risk, with a shortened cervix often indicating a higher likelihood of early labor. Previous studies have shown differences in VMB composition between term births (TB) and PTB, often highlighting the dominance of Lactobacillus species as protective in term pregnancies and increased microbial diversity as a risk factor for PTB. However, longitudinal studies specifically comparing the VMB between TB and PTB in Korean pregnant women are scarce. This study aims to provide a comprehensive, longitudinal analysis of the VMB in Korean pregnant women with term and preterm pregnancies, identifying microbial and clinical markers that could inform early PTB prediction and prevention strategies. A cohort of 60 pregnant Korean women (40 TB and 20 PTB) was prospectively recruited from Ewha Womans University Seoul Hospital between March 2022 and January 2024. Vaginal samples were collected at five time points: the first trimester (≤13 weeks), second trimester (14–28 weeks), third trimester (≥29 weeks), 1–2 weeks postpartum, and 1–2 months postpartum. Exclusion criteria included fetal abnormalities, gestational diabetes mellitus, and other significant medical conditions. CL was measured via transvaginal ultrasonography in the second and third trimesters to assess its relationship with PTB risk. DNA from vaginal microbial samples was extracted and quantified through real-time PCR targeting 12 key bacterial species associated with pregnancy outcomes. Statistical analyses were conducted to compare the VMB composition between the TB and PTB groups, and correlations between CL measurements and microbial abundance were evaluated. In the TB group, Lactobacillus species were consistently dominant across all pregnancy stages, with marked reduction in postpartum period, suggesting a balanced and protective microbiome. The PTB group also exhibited Lactobacillus species predominated during pregnancy, but declined significantly after delivery. Conversely, the PTB group exhibited higher microbial diversity and elevated levels of Prevotella salivae and Ureaplasma species, particularly postpartum, indicating a shift toward potentially pathogenic communities. CL measurements were significantly shorter in the PTB group during the second and third trimesters, correlating with shifts in VMB composition. Bacteroides fragilis and Prevotella salivae showed significant negative correlations with CL in the PTB group, suggesting these species may serve as microbial markers for PTB risk. This study, the first longitudinal analysis of VMB in Korean pregnant women, highlights that a stable, Lactobacillus-dominant microbiome is protective, while increased diversity and pathogenic bacteria in preterm cases are linked to PTB. Combining VMB profiling with CL measurements may support early, non-invasive PTB prediction, improving intervention timing.;37주 이전의 분만을 뜻하는 조산은 신생아의 이환율과 사망률 증가와 관련이 있다. 조산의 기전은 완전히 밝혀지지 않았으나, 최근 연구에서는 질 미생물군의 변화가 조산에 큰 영향을 미친다는 내용이 발표되고 있다. 또한, 자궁경부 길이는 조산 위험을 예측하는 중요한 지표로 확립되었으며, 짧은 자궁경부는 조기 분만 가능성이 높음을 나타낸다. 많은 연구에서 정상 분만과 조산간의 질미생물군 구성이 다름을 확인했으며, 특히 Lactobacillus 종의 양이 많을수록 만삭에 분만을 하는 경우가 많으며, 질미생물군의 다양성이 증가한 경우 조산의 위험 인자로 작용할 수 있다고 보고하고 있다. 그러나 한국 임산부를 대상으로 정상 만삭 분만과 조산 간의 질미생물군을 비교한 종단 연구는 없다. 이 연구의 목적은 정상 분만과 조산에서의 질미생물군 비교를 종단적으로 분석하여 조산의 조기 예측 및 예방 전략에 활용될 수 있는 미생물 및 임상 지표를 확인하는 것이었다. 본 연구는 2022년 3월부터 2024년 1월까지 이화여자대학교 서울병원에서 정상 분만군 40명과 조산군 20명으로 구성된 한국 임산부 60명을 대상으로 하였다. 질미생물은 임신 초기(≤13주), 중기(14–28주), 후기(≥29주), 산후 1–2주, 산후 1–2개월 총 5번에 걸쳐 수집되었다. 배제 기준에는 태아 이상, 임신성 당뇨병 및 기타 주요 의학적 상태가 포함되었다. 조산 위험과의 관계를 알아보기 위해 임신 중기와 후기에는 질 초음파를 통해 경부 길이를 측정하였다. 질미생물 샘플에서 DNA를 추출하여 임신 결과와 관련된 12가지 주요 박테리아 종에 대한 실시간 PCR로 정량 분석하였다. 정상 분만과 조산 그룹간의 질미생물 구성을 비교하였고 경부길이 측정값과의 상관 관계도 분석하였다. 정상 분만군에서는 임신 전 단계에 걸쳐 Lactobacillus crispatus가 지속적으로 우세하였으며, 다른 Lactobacillus 종도 안정적으로 존재하여 균형 잡힌 미생물군을 나타다. 반면, 조산군에서 질미생물군의 다양성이 더 높고 특히 산후에 Prevotella salivae와 Ureaplasma 종의 농도가 증가하여 병원성 미생물군으로의 전환을 나타냈다. 임신 중기와 후기 동안 조산군에서 경부길이가 유의미하게 짧았으며, 이는 질미생물군 구성의 변화와도 상관관계를 보였다. Bacteroides fragilis와 Prevotella salivae는 조산군에서 경부 길이와 음의 상관관계를 보여, 이 세균이 조산 위험을 예측하고 이에 대비할 수 있는 미생물 지표로 작용할 가능성을 시사한다. 본 연구는 한국 임산부를 대상으로 한 최초의 종단적 질미생물 분석으로, Lactobacillus 우세 미생물군이 정상 분만에 보호적 역할을 하며, 조산의 경우 미생물 다양성과 병원성 박테리아 증가가 조산과 연관이 있음을 강조한다. 질미생물 분석과 경부 길이 측정을 결합함으로써 조산에 대해 비침습적인 조기 예측의 가능성을 제시한다.