侯東妮，童琳，宋元林

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸科，上海 200032

?

·特約專稿·

慢性呼吸道疾病患者呼吸道微生物群研究進(jìn)展

侯東妮，童琳，宋元林

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸科，上海 200032

過去認(rèn)為健康人肺部是無菌的，對疾病狀態(tài)下呼吸道菌群的研究依賴傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)。近年來,DNA測序技術(shù)應(yīng)用于呼吸道標(biāo)本的微生物檢測，發(fā)現(xiàn)健康肺部存在復(fù)雜的微生物群。越來越多的證據(jù)表明，呼吸道微生物群在多種慢性呼吸道疾病發(fā)生和發(fā)展過程中扮演重要角色，與哮喘、慢性阻塞性肺病等疾病的臨床表現(xiàn)、急性加重及預(yù)后相關(guān)。通過比較急性加重期與穩(wěn)定期患者的呼吸道標(biāo)本微生物群，形成了新的疾病假說，闡釋了慢性呼吸道疾病急性加重的微生物學(xué)基礎(chǔ)。未來對微生物測序數(shù)據(jù)的深度挖掘及基于臨床問題的研究，有望為慢性呼吸道疾病的治療提供新的靶點。

微生物組；哮喘；慢性阻塞性肺?。?6S rRNA

近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，微生物菌群與肺部疾病關(guān)系的研究有了飛速進(jìn)展。以往認(rèn)為，健康狀態(tài)下的下呼吸道是無菌的[1]；但DNA相關(guān)測序技術(shù)能檢測出呼吸道標(biāo)本中以往傳統(tǒng)細(xì)菌培養(yǎng)不能發(fā)現(xiàn)的菌株，證實了呼吸道(包括上呼吸道和下呼吸道)中局部菌群的存在。

呼吸道微生物群是指上呼吸道和下呼吸道中存在的細(xì)菌、真菌、病毒、支原體、衣原體等全部微生物的集合。呼吸道微生物群與其所在部位的宿主細(xì)胞及環(huán)境中影響兩者相互作用的多種生物和非生物因素共同構(gòu)成了呼吸道微生物組。不同于臨床上普遍采用的針對某一種或幾種細(xì)菌的呼吸道標(biāo)本培養(yǎng)技術(shù)，基于核酸檢測的微生物菌群分析包括呼吸道中所有細(xì)菌的種類及其比例，為了解菌群特征提供了更為全面的信息。基于技術(shù)的突破，越來越多的研究闡釋了復(fù)雜的呼吸道微生物組及其在多種臨床疾病過程中的作用，為呼吸道疾病的致病機(jī)制研究和治療方法的探索開辟了新的領(lǐng)域[2-5]。

1　呼吸道微生物群研究新方法

早期的呼吸道微生物研究采用多種分子技術(shù)識別呼吸道標(biāo)本中不同微生物的特征，往往需嚴(yán)格的為特定病原體制定的培養(yǎng)條件。新一代測序技術(shù)的發(fā)展使對整個微生物群的基因測序和分析成為可能，從而奠定了微生物組學(xué)研究的基礎(chǔ)[6]。目前用于實現(xiàn)微生物組描述的方法主要有2種——rRNA小亞基[7]和宏基因組[8]。前者作為穩(wěn)定的種系發(fā)生學(xué)標(biāo)志，具有微生物鑒定和檢測所需的保守性和特異性，包括用于古生菌和細(xì)菌的16S rRNA測序，以及用于真核細(xì)胞測序的18S rRNA測序。后者則是通過鳥槍法對所有微生物的全部DNA測序。16S rRNA測序針對基因組中的一個基因，花費(fèi)相對較少，應(yīng)用最廣泛，但在研究微生物群的代謝及功能時需依賴宏基因組測序。對呼吸道樣本的單次16S rRNA測序即可獲得成千上萬短基因組序列，通過與已建立的分類學(xué)數(shù)據(jù)庫比對[9]，可描述多樣性和種群組成等微生物群特征。結(jié)合定量聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)，16S rRNA測序還可用于估計呼吸道樣本的微生物負(fù)荷，其結(jié)果與傳統(tǒng)定量培養(yǎng)相一致[10]?；跍y序技術(shù)的微生物識別，其優(yōu)點是不依賴嚴(yán)格的特殊培養(yǎng)條件，能提供傳統(tǒng)培養(yǎng)不能發(fā)現(xiàn)的微生物信息[11]。

目前微生物組學(xué)研究采用的最常見的呼吸道標(biāo)本為肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)及防污染標(biāo)本毛刷(protected specimen brushing，PSB)。與腸道微生物組研究采用的微生物含量極高、不易被污染的糞便標(biāo)本不同，理論上呼吸道樣本在采集過程中易受到口咽部、鼻腔和上呼吸道微生物的污染，但眾多研究表明上呼吸道污染對氣管鏡獲得的呼吸道標(biāo)本微生物群的影響甚小，經(jīng)不同解剖學(xué)途徑(經(jīng)鼻或經(jīng)口)采集的BALF標(biāo)本中微生物群并無差別[12-15]。許多慢性阻塞性肺病(chronic obstructive lung disease，COPD)、囊性纖維化(cystic fibrosis，CF)患者的呼吸道微生物組研究采用痰標(biāo)本，雖然痰標(biāo)本有更多被上呼吸道微生物污染的可能，但其微生物組特征仍與多種臨床指標(biāo)相關(guān)，表明口腔微生物的污染并不會消除痰液微生物組在不同臨床條件下有意義的變化[16-19]。

2　正常人呼吸道的微生物生態(tài)學(xué)及其分布

呼吸道及肺泡持續(xù)暴露于外界環(huán)境中[20]，從口腔到肺泡在不同部位形成梯度變化的生態(tài)環(huán)境，成為一個特殊的生態(tài)系統(tǒng)。基于MacArthur和Wilson 于1963年提出的島嶼生態(tài)地理學(xué)平衡模型[21]，Dickson等于2014年提出了肺生態(tài)地理學(xué)修正島嶼模型[22]，通過微生物遷移、微生物消除和相對增殖速率3個因素預(yù)測微生物群的載荷和相對構(gòu)成。健康人肺生態(tài)環(huán)境不適于微生物生長，故其微生物群主要由上呼吸道細(xì)菌遷移及消除速率決定；但在疾病條件下，以上3個因素的變化將導(dǎo)致肺微生物群的變化。

肺部微生物遷入主要通過空氣吸入、微量誤吸[23-24]及上呼吸道微生物經(jīng)黏膜表面直接播散3種方式實現(xiàn)。研究表明，空氣中的微生物與健康人肺部中的不同[25-26]，后者的組成更接近口腔中的[27-28]，證明微生物遷移中微量誤吸比空氣吸入占更重要的地位。微生物的清除主要通過黏膜纖毛運(yùn)動、咳嗽及天然免疫和適應(yīng)性免疫。呼吸道及肺泡局部的微生物生長條件有很大差異，包括氧分壓、pH值、相對血液灌注、相對肺泡通氣、溫度、上皮結(jié)構(gòu)、吸入顆粒沉降及免疫細(xì)胞數(shù)量和功能等，這些因素決定了微生物生長和繁殖速率[22]。遠(yuǎn)端肺泡表面覆有肺泡表面活性劑，后者對某些細(xì)菌菌株具有抑制作用，從而對微生物群有選擇性。

3　慢性呼吸道疾病的微生物組學(xué)研究

3.1哮喘

隨著呼吸道微生物組概念的提出，越來越多的研究致力于闡釋多種慢性呼吸道疾病發(fā)生和發(fā)展過程中微生物組的作用。對嬰幼兒呼吸道標(biāo)本的研究發(fā)現(xiàn)，生命早期某些呼吸道致病菌的定植與哮喘的發(fā)生密切相關(guān)。呼吸道標(biāo)本培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)出卡他莫拉菌、流感嗜血桿菌或肺炎鏈球菌等細(xì)菌的兒童發(fā)生哮喘的比例明顯增加[29-30]，且這些微生物與哮喘的嚴(yán)重程度和急性加重有關(guān)[31]?；?6S RNA測序技術(shù)的多項研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者呼吸道標(biāo)本中變形桿菌門，包括流感嗜血桿菌、銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌等多種呼吸道致病菌的比例高于正常人群[32-33]。這些致病菌的增加同樣見于無規(guī)律吸入激素治療的患者[33]，表明呼吸道菌群的這一特征是哮喘本身的特征，而不僅僅是吸入激素帶來的免疫抑制的結(jié)果。此外，呼吸道菌群的多樣性和組成與氣道高反應(yīng)性程度相關(guān)，且根據(jù)患者基線狀態(tài)的呼吸道菌群可預(yù)測其對克拉霉素和吸入激素治療的反應(yīng)[32,34]。體外研究將BALF中的巨噬細(xì)胞和副流感嗜血桿菌培養(yǎng)，也支持病原菌在降低激素治療反應(yīng)中的作用。這些研究證明，兒童期呼吸道微生物組的改變是哮喘發(fā)生的機(jī)制之一，同時揭示了呼吸道菌群與哮喘的病理生理、臨床表型及嚴(yán)重程度之間的關(guān)聯(lián)。

3.2COPD

微生物感染在COPD發(fā)生和發(fā)展中的作用是呼吸道微生物組研究的熱點[35]。慢性支氣管炎導(dǎo)致的氣道高反應(yīng)狀態(tài)及肺氣腫患者肺泡損毀導(dǎo)致的肺內(nèi)部表面積極度減少使肺部微生物生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致微生物群的改變。但研究表明，不同于哮喘患者在疾病早期即表現(xiàn)出微生物群的改變，輕中度COPD患者呼吸道微生物群與正常人差別并不明顯，僅在重度COPD患者(FEV1小于預(yù)計值的40%～50%)中存在菌群變化[16,36-38]。COPD患者呼吸道的微生物譜發(fā)生改變，其細(xì)菌多樣性與疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[39]。重度COPD患者呼吸道中，微生物組成由吸煙和非吸煙健康人群的擬桿菌門為主變?yōu)橐宰冃尉T為主[39-40]。另有研究觀察到呼吸道中真菌的存在與COPD相關(guān)，如COPD患者呼吸道中耶式肺孢子菌的定植與呼吸道阻塞的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[41]。COPD患者痰標(biāo)本中曲霉常見，其對曲霉的敏感程度也與肺功能損傷程度密切相關(guān)[42]。

盡管輕中度COPD患者呼吸道菌群與健康人群基本一致，但也有證據(jù)表明這些早期COPD患者微生物組處于功能異常狀態(tài)，存在某些重要小成員的出現(xiàn)或缺失，導(dǎo)致宿主對病毒感染等炎癥狀態(tài)的反應(yīng)更易失控。雖然基線時痰標(biāo)本微生物組組成和載荷與正常人相似，但暴露于病毒后輕中度COPD患者標(biāo)本中的變形菌門細(xì)菌(尤其是致病的嗜血桿菌屬)明顯增多[16]。這些急性加重期的主要菌種在病毒感染前及急性加重緩解后均持續(xù)存在，證明COPD患者在病毒感染后發(fā)生的急性加重源于穩(wěn)定期即存在的異常。

3.3支氣管擴(kuò)張

對支氣管擴(kuò)張相關(guān)微生物組學(xué)的研究主要集中在CF患者。不論是在臨床穩(wěn)定期還是急性加重期，幾乎所有CF患者痰液中均能培養(yǎng)出呼吸道致病菌，以金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、流感嗜血桿菌為主。利用新型微生物組學(xué)技術(shù)比較不同年齡CF患者的痰液菌群，發(fā)現(xiàn)年齡與呼吸道微生物組的豐度和多樣性呈負(fù)相關(guān)，這一改變部分歸因于老年患者的肺功能損傷及抗生素的長期使用[18,43-44]。

4　慢性呼吸道疾病急性加重期患者呼吸道的菌群特點

雖然對CF及COPD急性加重期的治療以抗感染為主，但對細(xì)菌感染與疾病急性加重之間的關(guān)系一直存在爭議。越來越多的證據(jù)表明，慢性肺部疾病急性加重有別于急性肺部感染。急性細(xì)菌感染對抗生素治療的反應(yīng)迅速且持久，但急性加重期患者的抗生素治療效果不如急性細(xì)菌感染。此外，急性細(xì)菌感染可引起嚴(yán)重的膿毒血癥甚至休克，而急性加重期患者極少發(fā)生膿毒血癥，且痰標(biāo)本中的細(xì)菌載荷在急性加重期并無增加[45]。對急性加重期患者微生物組的分析也未發(fā)現(xiàn)細(xì)菌密度和菌群多樣性的變化[46-47]。

基于以上研究，有學(xué)者提出以呼吸道微生態(tài)失調(diào)模型來闡釋宿主與微生物群之間的相互作用，認(rèn)為微生物群改變與宿主炎癥反應(yīng)之間形成一個環(huán)路，即表現(xiàn)為慢性肺部疾病的急性加重[48]。任一炎癥觸發(fā)因子，如病毒感染、過敏原暴露等可引發(fā)宿主一系列炎癥反應(yīng)，后者改變了呼吸道微生物群的生長條件。黏液分泌增加和呼吸道滲透性增加為細(xì)菌提供了健康肺部含量極少的營養(yǎng)物質(zhì)；且分泌的黏液在肺局部形成微囊，其內(nèi)部氧分壓、pH值、溫度等有利于致病菌的選擇性生長。此外，炎癥細(xì)胞聚集所釋放的兒茶酚胺和細(xì)胞因子通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑直接促進(jìn)某些細(xì)菌的生長，同時炎癥細(xì)胞對細(xì)菌的殺傷作用對某些細(xì)菌種類也產(chǎn)生選擇性壓力，使呼吸道菌群向某些細(xì)菌偏移。以上這些細(xì)菌生長條件的改變共同導(dǎo)致內(nèi)穩(wěn)態(tài)的動態(tài)平衡被打破，產(chǎn)生呼吸道微生態(tài)失調(diào)。新的占主導(dǎo)地位的菌株及其改變的毒力因子和增強(qiáng)的免疫原性繼而引發(fā)更強(qiáng)烈的呼吸道免疫反應(yīng)，后者進(jìn)一步加重局部細(xì)菌生長條件的變化，從而形成一個炎癥-生態(tài)失調(diào)的正反饋環(huán)。新強(qiáng)勢菌株的增殖及失調(diào)的炎癥反應(yīng)造成肺組織持續(xù)損傷，在經(jīng)歷炎癥-生態(tài)失調(diào)的加重過程后，新的內(nèi)穩(wěn)態(tài)才重新建立。在這個模型中，COPD急性加重過程的起始是炎癥觸發(fā)導(dǎo)致的微生態(tài)失調(diào)，而兩者之間的雙向促進(jìn)使這一過程在初始觸發(fā)因素消除后仍持續(xù)一段時間。

以上模型所提及的炎癥-生態(tài)失調(diào)的正反饋僅見于患有慢性呼吸道炎癥的患者，而正常人中炎癥觸發(fā)因素所引發(fā)的氣道反應(yīng)是可控的，與觸發(fā)因素的強(qiáng)度和呼吸道微生物載荷成比例，并隨著刺激因素的去除而恢復(fù)。如前所述，即便是在穩(wěn)定期，COPD患者呼吸道中炎癥細(xì)胞的聚集和激活長期存在[49-50]，同時伴隨呼吸道微生物群的變化[5]，兩者均處于異常狀態(tài)，使得穩(wěn)定期宿主與微生物之間的穩(wěn)態(tài)相對脆弱，一旦在觸發(fā)因素作用下穩(wěn)態(tài)失衡，即形成上述正反饋環(huán)而表現(xiàn)為不成比例、嚴(yán)重持續(xù)的呼吸道炎癥。

5　呼吸道疾病的微生物治療

基于以上對正常人群和不同呼吸道疾病患者呼吸道微生物組的研究，為慢性呼吸道疾病的治療性干預(yù)提供了新的可能。許多臨床研究致力于通過調(diào)節(jié)腸道微生物群治療炎癥性腸病，同樣對呼吸道微生物群的干預(yù)也有望成為慢性呼吸道疾病治療的選擇之一[5]。目前，對微生物群的干預(yù)可通過攝入單個菌株制劑(益生菌、合生元等)或腸道微生物移植實現(xiàn)。研究證實，經(jīng)口給予某些特定益生菌如加氏乳桿菌等能降低哮喘患兒癥狀的嚴(yán)重程度，并改善其肺功能[51]。直接呼吸道給予益生菌制劑也可作為口服應(yīng)用以外的另一選擇[52]。這些益生菌的治療作用有賴于特定菌株、時間和劑量，需更多的臨床研究。

6　結(jié)語

迄今為止，有關(guān)呼吸道微生物群的分析主要在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，與臨床應(yīng)用仍有一定距離。越來越多的呼吸道微生物研究致力于將臨床應(yīng)用相關(guān)問題與微生物群數(shù)據(jù)聯(lián)系，但對呼吸道微生物群組成的了解僅是理解其在健康和不同疾病狀態(tài)下與宿主之間相互作用的第一步。眾多的新技術(shù)，如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等的發(fā)展，使得研究細(xì)菌的功能狀態(tài)成為可能，從而更深層地研究微生物組的特征和變化。

目前，對呼吸道微生物群的研究仍存在諸多挑戰(zhàn)，如不同肺部位的微生物群顯然在微生物的數(shù)量和組成上存在區(qū)別，如何對不同部位取樣并避免上呼吸道微生物的污染是研究中值得注意的問題。經(jīng)氣管鏡采樣所獲研究結(jié)果較痰標(biāo)本為優(yōu)，但氣管鏡作為有創(chuàng)操作，對病情危重患者及中重度急性加重患者標(biāo)本采集困難，且難以在不同病程過程中反復(fù)采集系列樣本。另一方面，新一代測序技術(shù)能發(fā)現(xiàn)標(biāo)本中含量極少的微生物種類，促進(jìn)了微生物組學(xué)的飛速發(fā)展，但應(yīng)用分子技術(shù)研究微生物群不能避免死亡微生物的干擾，使得接受抗感染治療的標(biāo)本不能準(zhǔn)確反映細(xì)菌數(shù)量。

綜上所述，呼吸道微生物群的變化在多種慢性呼吸道疾病的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。這些微生物群的特征有利于對疾病進(jìn)展的追蹤和治療效果的評價，尤其對評價抗生素治療有重要意義?？股刂委煂?xì)菌耐藥性的產(chǎn)生有促進(jìn)作用，還可導(dǎo)致整個微生物群組成的改變，使得具有天然耐藥性的菌屬選擇性生長。因此，抗生素對微生物群的影響是臨床治療疾病急性加重時需考慮的重要方面。隨著未來微生物組學(xué)研究技術(shù)的不斷改進(jìn)，基于臨床問題和臨床標(biāo)本的研究將使呼吸道微生物組學(xué)相關(guān)領(lǐng)域不斷向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化，有望為慢性呼吸道炎癥疾病的診治提供新的思路。

[1]Cotran RS,Kumar V,Robbins SL.Robbins pathologic basis of disease [M].6th ed.Philadelphia: WB Saunders,1999.

[2]Dickson RP,Erb-Downward JR,Martinez FJ,Huffnagle GB.The microbiome and the respiratory tract [J].Annu Rev Physiol,2016,78(78): 481-504.

[3]Rogers GB,Shaw D,Marsh RL,Carroll MP,Serisier DJ,Bruce KD.Respiratory microbiota: addressing clinical questions,informing clinical practice [J].Thorax,2015,70(1): 74-81.

[4]Huffnagle GB,Dickson RP.The bacterial microbiota in inflammatory lung diseases [J].Clin Immunol,2015,159(2): 177-182.

[5]Gollwitzer ES,Marsland BJ.Microbiota abnormalities in inflammatory airway diseases—Potential for therapy [J].Pharmacol Ther,2014,141(1): 32-39.

[6]Hamady M,Knight R.Microbial community profiling for human microbiome projects: Tools,techniques,and challenges [J].Genome Res,2009,19(7): 1141-1152.

[7]Pace NR.A molecular view of microbial diversity and the biosphere [J].Science,1997,276(5313): 734-740.

[8]Rondon MR,August PR,Bettermann AD,Brady SF,Grossman TH,Liles MR,Loiacono KA,Lynch BA,Macneil IA,Minor C,Tiong CL,Gilman M,Osburne MS,Clardy J,Handelsman J,Goodman RM.Cloning the soil metagenome: a strategy for accessing the genetic and functional diversity of uncultured microorganisms [J].Appl Environ Microbiol,2000,66(6): 2541-2547.

[9]Gill SR,Pop M,Deboy RT,Eckburg PB,Turnbaugh PJ,Samuel BS,Gordon JI,Relman DA,Fraser-Liggett CM,Nelson KE.Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome [J].Science,2006,312(5778): 1355-1359.

[10]Dickson RP,Erb-Downward JR,Freeman CM,Walker N,Scales BS,Beck JM,Martinez FJ,Curtis JL,Lama VN,Huffnagle GB.Changes in the lung microbiome following lung transplantation include the emergence of two distinct Pseudomonas species with distinct clinical associations [J].PLoS One,2014,9(5): e97214.

[11]Suau A,Bonnet R,Sutren M,Godon JJ,Gibson GR,Collins MD,Doré J.Direct analysis of genes encoding 16S rRNA from complex communities reveals many novel molecular species within the human gut [J].Appl Environ Microbiol,1999,65(11): 4799-4807.

[12]Bassis CM,Erb-Downward JR,Dickson RP,Freeman CM,Schmidt TM,Young VB,Beck JM,Curtis JL,Huffnagle GB.Analysis of the upper respiratory tract microbiotas as the source of the lung and gastric microbiotas in healthy individuals [J].MBio,2015,6(2): e00037.

[13]Human Microbiome Project Consortium.Structure,function and diversity of the healthy human microbiome [J].Nature,2012,486(7402): 207-214.

[14]Segal LN,Alekseyenko AV,Clemente JC,Kulkarni R,Wu B,Gao Z,Chen H,Berger KI,Goldring RM,Rom WN,Blaser MJ,Weiden MD.Enrichment of lung microbiome with supraglottic taxa is associated with increased pulmonary inflammation [J].Microbiome,2013,1(1): 19.

[15]Dickson RP,Erb-Downward JR,Freeman CM,Mccloskey L,Beck JM,Huffnagle GB,Curtis JL.Spatial variation in the healthy human lung microbiome and the adapted island model of lung biogeography [J].Ann Am Thorac Soc,2015,12(6): 821-830.

[16]Molyneaux PL,Mallia P,Cox MJ,Footitt J,Willis-Owen SA,Homola D,Trujillo-Torralbo MB,Elkin S,Kon OM,Cookson WO,Moffatt MF,Johnston SL.Outgrowth of the bacterial airway microbiome after rhinovirus exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease [J].Am J Respir Crit Care Med,2013,188(10): 1224-1231.

[17]Rogers GB,van der Gast CJ,Cuthbertson L,Thomson SK,Bruce KD,Martin ML,Serisier DJ.Clinical measures of disease in adult non-CF bronchiectasis correlate with airway microbiota composition [J].Thorax,2013,68(8): 731-737.

[18]Zhao J,Murray S,Lipuma JJ.Modeling the impact of antibiotic exposure on human microbiota [J/OL].Sci Rep,2014.http://www.nature.com/articles/srep04345.

[19]Rogers GB,Zain NM,Bruce KD,Burr LD,Chen AC,Rivett DW,Mcguckin MA,Serisier DJ.A novel microbiota stratification system predicts future exacerbations in bronchiectasis [J].Ann Am Thorac Soc,2014,11(4): 496-503.

[20]Jones FS.The source of the microorganisms in the lungs of normal animals [J].J Exp Med,1922,36(3): 317-328.

[21]MacArthur RH,Wilson EO.An equilibrium theory of insular zoogeography [J].Evolution,1963,17(4): 373-387.

[22]Dickson RP,Erb-Downward JR,Huffnagle GB.Towards an ecology of the lung: new conceptual models of pulmonary microbiology and pneumonia pathogenesis [J].Lancet Respir Med,2014,2(3): 238-246.

[23]Gleeson K,Eggli DF,Maxwell SL.Quantitative aspiration during sleep in normal subjects [J].Chest,1997,111(5): 1266-1272.

[24]Huxley EJ,Viroslav J,Gray WR,Pierce AK.Pharyngeal aspiration in normal adults and patients with depressed consciousness [J].Am J Med,1978,64(4): 564-568.

[25]Fierer N,Liu Z,Rodríguez-Hernández M,Knight R,Henn M,Hernandez MT.Short-term temporal variability in airborne bacterial and fungal populations [J].Appl Environ Microbiol,2008,74(1): 200-207.

[26]Bowers RM,Mcletchie S,Knight R,Fierer N.Spatial variability in airborne bacterial communities across land-use types and their relationship to the bacterial communities of potential source environments [J].ISME J,2011,5(4): 601-612.

[27]Charlson ES,Bittinger K,Haas AR,Fitzgerald AS,Frank I,Yadav A,Bushman FD,Collman RG.Topographical continuity of bacterial populations in the healthy human respiratory tract [J].Am J Respir Crit Care Med,2011,184(8): 957-963.

[28]Morris A,Beck JM,Schloss PD,Campbell TB,Crothers K,Curtis JL,Flores SC,Fontenot AP,Ghedin E,Huang L,Jablonski K,Kleerup E,Lynch SV,Sodergren E,Twigg H,Young VB,Bassis CM,Venkataraman A,Schmidt TM,Weinstock GM; Lung HIV Microbiome Project.Comparison of the respiratory microbiome in healthy nonsmokers and smokers [J].Am J Respir Crit Care Med,2013,187(10): 1067-1075.

[29]Bisgaard H,Hermansen MN,Buchvald F,Loland L,Halkjaer LB,B?nnelykke K,Brasholt M,Heltberg A,Vissing NH,Thorsen SV,Stage M,Pipper CB.Childhood asthma after bacterial colonization of the airway in neonates [J].N Engl J Med,2007,357(15): 1487-1495.

[30]Bisgaard H,Hermansen MN,B?nnelykke K,Stokholm J,Baty F,Skytt NL,Aniscenko J,Kebadze T,Johnston SL.Association of bacteria and viruses with wheezy episodes in young children: prospective birth cohort study [J].BMJ,2010,341: c4978.

[31]Kloepfer KM,Lee WM,Pappas TE,Kang TJ,Vrtis RF,Evans MD,Gangnon RE,Bochkov YA,Jackson DJ,Lemanske RF Jr,Gern JE.Detection of pathogenic bacteria during rhinovirus infection is associated with increased respiratory symptoms and asthma exacerbations [J].J Allergy Clin Immunol,2014,133(5): 1301-1307.e3.

[32]Huang YJ,Nelson CE,Brodie EL,Desantis TZ,Baek MS,Liu J,Woyke T,Allgaier M,Bristow J,Wiener-Kronish JP,Sutherland ER,King TS,Icitovic N,Martin RJ,Calhoun WJ,Castro M,Denlinger LC,Dimango E,Kraft M,Peters SP,Wasserman SI,Wechsler ME,Boushey HA,Lynch SV; National Heart,Lung,and Blood Institute′s Asthma Clinical Research Network.Airway microbiota and bronchial hyperresponsiveness in patients with suboptimally controlled asthma [J].J Allergy Clin Immunol,2011,127(2): 372-381.e1.

[33]Marri PR,Stern DA,Wright AL,Billheimer D,Martinez FD.Asthma-associated differences in microbial composition of induced sputum [J].J Allergy Clin Immunol,2013,131(2): 346-352.e1.

[34]Goleva E,Jackson LP,Harris JK,Robertson CE,Sutherland ER,Hall CF,Good JT,Gelfand EW,Martin RJ,Leung DY.The effects of airway microbiome on corticosteroid responsiveness in asthma [J].Am J Respir Crit Care Med,2013,188(10): 1193-1201.

[35]Sethi S.Chronic obstructive pulmonary disease and infection.Disruption of the microbiome? [J].Ann Am Thorac Soc,2014,11(Suppl 1): S43-S47.

[36]Erb-Downward JR,Thompson DL,Han MK,Freeman CM,McCloskey L,Schmidt LA,Young VB,Toews GB,Curtis JL,Sundaram B,Martinez FJ,Huffnagle GB.Analysis of the lung microbiome in the “healthy” smoker and in COPD [J].PLoS One,2011,6(2): e16384.

[37]Sze MA,Abbasi M,Hogg JC,Sin DD.A comparison between droplet digital and quantitative PCR in the analysis of bacterial 16S load in lung tissue samples from control and COPD GOLD 2 [J].PLoS One,2014,9(10): e110351.

[38]Sze MA,Utokaparch S,Elliott WM,Hogg JC,Hegele RG.Loss of GD1-positive Lactobacillus correlates with inflammation in human lungs with COPD [J].BMJ Open,2015,5(2): e006677.

[39]Garcia-Nunez M,Millares L,Pomares XA,Perez-Brocal V,Gallego MA,Moya A,Monso E.Severity-related changes of bronchial microbiome in chronic obstructive pulmonary disease [J].J Clin Microbiol,2014,52(12): 4217-4223.

[40]Wu D,Hou C,Li Y,Zhao Z,Liu J,Lu X,Shang X,Xin Y.Analysis of the bacterial community in chronic obstructive pulmonary disease sputum samples by denaturing gradient gel electrophoresis and real-time PCR [J].BMC Pulm Med,2014,14: 179.

[41]Morris A,Sciurba FC,Lebedeva IP,Githaiga A,Elliott WM,Hogg JC,Huang L,Norris KA.Association of chronic obstructive pulmonary disease severity and Pneumocystis colonization [J].Am J Respir Crit Care Med,2004,170(4): 408-413.

[42]Bafadhel M,Mckenna S,Agbetile J,Fairs A,Desai D,Mistry V,Morley JP,Pancholi M,Pavord ID,Wardlaw AJ,Pashley CH,Brightling CE.Aspergillus fumigatus during stable state and exacerbations of COPD [J].Eur Respir J,2014,43(1): 64-71.

[43]Cox MJ,Allgaier M,Taylor B,Baek MS,Huang YJ,Daly RA,Karaoz U,Andersen GL,Brown R,Fujimura KE,Wu B,Tran D,Koff J,Kleinhenz ME,Nielson D,Brodie EL,Lynch SV.Airway microbiota and pathogen abundance in age-stratified cystic fibrosis patients [J].PLoS One,2010,5(6): e11044.

[44]Zhao J,Schloss PD,Kalikin LM,Carmody LA,Foster BK,Petrosino JF,Cavalcoli JD,Vandevanter DR,Murray S,Li JZ,Young VB,Lipuma JJ.Decade-long bacterial community dynamics in cystic fibrosis airways [J].Proc Natl Acad Sci USA,2012,109(15): 5809-5814.

[45]Sethi S,Sethi R,Eschberger K,Lobbins P,Cai X,Grant BJ,Murphy TF.Airway bacterial concentrations and exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease [J].Am J Respir Crit Care Med,2007,176(4): 356-361.

[46]Carmody LA,Zhao J,Schloss PD,Petrosino JF,Murray S,Young VB,Li JZ,Lipuma JJ.Changes in cystic fibrosis airway microbiota at pulmonary exacerbation [J].Ann Am Thorac Soc,2013,10(3): 179-187.

[47]Huang YJ,Sethi S,Murphy T,Nariya S,Boushey HA,Lynch SV.Airway microbiome dynamics in exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease [J].J Clin Microbiol,2014,52(8): 2813-2823.

[48]Dickson RP,Martinez FJ,Huffnagle GB.The role of the microbiome in exacerbations of chronic lung diseases [J].Lancet,2014,384(9944): 691-702.

[49]Soler N,Ewig S,Torres A,Filella X,Gonzalez J,Zaubet A.Airway inflammation and bronchial microbial patterns in patients with stable chronic obstructive pulmonary disease [J].Eur Respir J,1999,14(5): 1015-1022.

[50]Kelly C,Ward C,Stenton CS,Bird G,Hendrick DJ,Walters EH.Number and activity of inflammatory cells in bronchoalveolar lavage fluid in asthma and their relation to airway responsiveness [J].Thorax,1988,43(9): 684-692.

[51]Chen YS,Jan RL,Lin YL,Chen HH,Wang JY.Randomized placebo-controlled trial of lactobacillus on asthmatic children with allergic rhinitis [J].Pediatr Pulmonol,2010,45(11): 1111-1120.

[52]Nembrini C,Sichelstiel A,Kisielow J,Kurrer M,Kopf M,Marsland BJ.Bacterial-induced protection against allergic inflammation through a multicomponent immunoregulatory mechanism [J].Thorax,2011,66(9): 755-763.

.SONG Yuanlin,E-mail: song.yuanlin@zs-hospital.sh.cn

Role of lung microbiome in chronic respiratory diseases

HOU Dongni,TONG Lin,SONG Yuanlin

Department of Pulmonary Medicine,Zhongshan Hospital,Fudan University,Shanghai 200032,China

The lungs of healthy individuals are previously considered to be sterile.However,modern microbiological techniques using DNA sequencing reveal the existence of a complex and dynamic microbiome in the normal respiratory tract.There is growing evidence that the respiratory microbiome has an important effect on the development and progression of chronic respiratory diseases and the features of respiratory microbe are associated with clinical phenotypes and prognosis.Comparison of respiratory samples of patients between stable and exacerbation phases leads to new hypothesis for exacerbation of these diseases.Future studies of lung microbe,with progresses in sequencing data analysis and study design focused on clinical problems,will provide a potential therapeutic target for chronic respiratory diseases.

Microbiome; Asthma; Chronic obstructive lung disease; 16S rRNA

宋元林

2016-07-01)