安若麗，程 麗，岳倩如綜述，蔣 毅審校

0 引 言

哮喘是由多種炎癥細(xì)胞以及細(xì)胞因子參與的以可變的氣流受限和氣道高反應(yīng)性為主要特征的慢性氣道炎癥疾病[1]。近年來(lái)認(rèn)識(shí)到哮喘是一種異質(zhì)性疾病,遺傳和環(huán)境因素在哮喘的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用[2]。影響哮喘發(fā)生發(fā)展的因素包括職業(yè)、過(guò)敏原暴露、藥物、肥胖、呼吸道感染等，其中反復(fù)感染導(dǎo)致哮喘長(zhǎng)期控制不佳[3-4]。隨著生物信息學(xué)及分子測(cè)序技術(shù)的發(fā)展為我們對(duì)微生物群對(duì)哮喘的影響提供了新的認(rèn)識(shí),呼吸道及腸道中特異的菌群可能影響宿主的免疫應(yīng)答，從而形成哮喘不同的表型和內(nèi)型[5]。然而微生物群調(diào)控哮喘發(fā)生發(fā)展的機(jī)制尚不清楚，深刻理解這些機(jī)制將有助于開(kāi)發(fā)新的治療方法來(lái)改善哮喘患者控制率。

研究表明，哮喘患者與正常人之間存在不同的呼吸道和腸道微生物群，某些特定種類的菌群如腸道中的脆弱擬桿菌、雙歧桿菌[6]，呼吸道中的卡他莫拉菌、流感嗜血桿菌、厚皮馬拉色菌等在哮喘患者中會(huì)出現(xiàn)豐度改變[7]，而這些菌群往往能夠?qū)е職獾姥装Y、氣道高反應(yīng)性以及各種免疫細(xì)胞如Th17細(xì)胞和Th2細(xì)胞的數(shù)量和功能的變化，可見(jiàn)微生物群可能導(dǎo)致哮喘的異質(zhì)性。盡管有越來(lái)越多的證據(jù)表明微生物群在哮喘中的作用，但其與臨床相關(guān)性仍有待進(jìn)一步研究。本文主要探討不同微生物群在哮喘發(fā)病、表型以及疾病嚴(yán)重程度中的作用作一綜述。

1 下呼吸道微生物群的組成與多樣性與哮喘易感性

高通量16s rRNA基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展發(fā)現(xiàn)健康個(gè)體和哮喘患者的下呼吸道并非無(wú)菌，且哮喘患者細(xì)菌負(fù)擔(dān)和多樣性明顯增加[8-11，15]。多項(xiàng)研究表明，從健康受試者和哮喘患者中獲得的誘導(dǎo)痰樣本發(fā)現(xiàn)下呼吸道主要存在5種不同的細(xì)菌門：變形桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、梭桿菌門和擬桿菌門[9,15]。無(wú)論采用支氣管肺泡灌洗術(shù)、支氣管鏡毛刷還是誘導(dǎo)痰檢測(cè)，哮喘患者中變形桿菌門含量較多[8-11]。Marri等[8]研究證實(shí)從成人哮喘患者獲得的誘導(dǎo)痰樣本中,厚壁菌門、放線菌門較非哮喘患者豐度較高。Hilty等[9]使用16s rRNA技術(shù)研究支氣管鏡樣本中的細(xì)菌組成，結(jié)果表明無(wú)論成人還是兒童哮喘患者的氣道中檢測(cè)到的細(xì)菌組成與健康受試者不同，不規(guī)律使用糖皮質(zhì)激素治療的輕度哮喘患者發(fā)現(xiàn)變形桿菌的分布異常。Huang等[10]用支氣管鏡毛刷氣道上皮發(fā)現(xiàn)呼吸道微生物群的組成和多樣性與氣道高反應(yīng)性顯著相關(guān)，但呼吸道微生物群落如何調(diào)控哮喘仍需進(jìn)一步證實(shí)。

哮喘患者的氣道微生物群發(fā)生改變，有學(xué)者認(rèn)為不同嚴(yán)重程度的哮喘患者呼吸道微生物群也存在差異，在氣道內(nèi)存在特定的微生物，特別是肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌可能會(huì)形成局部免疫反應(yīng)，從而改變氣道炎癥的嚴(yán)重程度[11,17]。Huang等[11]采用支氣管肺泡灌洗術(shù)研究氣道微生物群與重度哮喘患者臨床特征之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)重度哮喘患者放線菌門中克雷伯桿菌含量較多，可能與FK506結(jié)合蛋白(FKBP5)氣道上皮基因表達(dá)有關(guān)，細(xì)菌多樣性也與FKBP5表達(dá)顯著相關(guān)，而變形桿菌與哮喘控制問(wèn)卷評(píng)分和痰液總白細(xì)胞計(jì)數(shù)相關(guān)，與Th2細(xì)胞因子無(wú)明顯相關(guān)性。Zhang等[12]研究重度哮喘患者的誘導(dǎo)痰樣本提示在門水平上厚壁菌門、變形桿菌門在非重度哮喘患者含量較多，這與之前Huang等[11]研究結(jié)果不一致，是否由于肺區(qū)域的差異目前尚不清楚，需要進(jìn)一步將支氣管鏡毛刷與誘導(dǎo)痰取得的樣本進(jìn)行比較。

2 呼吸道微生物群與哮喘表型的相關(guān)性

2.1 嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘目前已有研究證明微生物菌群失調(diào)和哮喘表型之間的關(guān)系，但機(jī)制尚不清楚。根據(jù)誘導(dǎo)痰中細(xì)胞比例不同將哮喘炎癥表型分為嗜酸型、嗜中型、混合型以及寡細(xì)胞型。嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘主要由TH2型介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，通常對(duì)激素治療有效[2，13]。一項(xiàng)城市環(huán)境與兒童哮喘研究顯示，1歲兒童減少接觸室內(nèi)環(huán)境粉塵中的厚壁菌門、擬桿菌門可能會(huì)增強(qiáng)特異性致敏作用，增加3歲時(shí)發(fā)生反復(fù)喘息的風(fēng)險(xiǎn)[14]。Li等[15]對(duì)重癥哮喘患者的誘導(dǎo)痰檢測(cè)研究發(fā)現(xiàn)與非嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患者相比，嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患者痰液中放線菌科和腸桿菌科較為豐富，而腸桿菌科與氣流阻塞和鼻腔疾病有關(guān)，此外還發(fā)現(xiàn)痰液嗜酸性粒細(xì)胞比例與放線菌科豐度呈顯著正相關(guān)，擬桿菌科的豐度與第1秒用力呼氣容積占預(yù)計(jì)值的百分比(FEV1%pred)呈正相關(guān)。Simson等[7]研究發(fā)現(xiàn)嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患者誘導(dǎo)痰中放線菌門含量豐富，兩項(xiàng)研究結(jié)果一致。最近一項(xiàng)關(guān)于中國(guó)東北部不同炎癥表型哮喘患者氣道微生物的橫斷面研究，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌屬在嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患者氣道中含量低[16]，可能是由于該細(xì)菌屬可抑制TH2型免疫應(yīng)答以及通過(guò)產(chǎn)生胞外脂多糖減少嗜酸性粒細(xì)胞聚集[17]。

2.2嗜中性粒細(xì)胞型哮喘當(dāng)前研究嗜中性粒細(xì)胞型哮喘與肺部菌群的相關(guān)性較多。嗜中性粒細(xì)胞型哮喘主要由TH1細(xì)胞、TH17細(xì)胞介導(dǎo)免疫應(yīng)答，通常會(huì)導(dǎo)致重癥哮喘，和激素治療反應(yīng)不佳有關(guān)[13]。有文獻(xiàn)報(bào)道，不同炎癥表型的重癥哮喘患者通過(guò)支氣管鏡取得痰液樣本分析表明，與嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘相比，嗜中性粒細(xì)胞型哮喘痰液細(xì)菌多樣性明顯減少，屬于變形桿菌門的細(xì)菌如流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌在嗜中性粒細(xì)胞型哮喘中比例豐富[18]。在另一項(xiàng)關(guān)于嚴(yán)重哮喘的研究中觀察到變形桿菌的豐度與TH17相關(guān)基因在上皮的表達(dá)存在顯著的相關(guān)性[11]。Simpson等[7]在控制不良的重度嗜中性粒細(xì)胞型哮喘患者的誘導(dǎo)痰標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了流感嗜血桿菌(屬于變形桿菌門)的富集，且嗜中性粒細(xì)胞型哮喘細(xì)菌多樣性減少。這些研究結(jié)果均表明，變形桿菌可能通過(guò)激活I(lǐng)L-17介導(dǎo)的通路促進(jìn)中性粒細(xì)胞性炎癥導(dǎo)致哮喘的發(fā)生。嗜中性粒細(xì)胞型哮喘易發(fā)展為重癥哮喘，糖皮質(zhì)激素治療效果不理想，可能是由于糖皮質(zhì)激素抵抗性哮喘氣道中表現(xiàn)為特異性革蘭氏陰性菌(如副流感嗜血桿菌)的擴(kuò)張,這些細(xì)菌通過(guò)P38 MAPK活化，IL-8、絲裂原激活的激酶磷酸酶-1 mRNA表達(dá)增加而刺激氣道上皮細(xì)胞抑制對(duì)激素的反應(yīng)[19]。

總而言之，通過(guò)利用16S rRNA技術(shù)在痰液、支氣管肺泡灌洗術(shù)和肺組織研究發(fā)現(xiàn)哮喘患者的肺部菌群有顯著變化，且肺部菌群失調(diào)與嗜酸性炎癥、TH17基因表達(dá)和對(duì)類固醇激素反應(yīng)性有關(guān)[11]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)輕度哮喘患者中，細(xì)菌多樣性與氣道高反應(yīng)呈負(fù)相關(guān)，而在重度哮喘患者中，細(xì)菌多樣性減低與嚴(yán)重的氣流阻塞、中性粒細(xì)胞炎癥相關(guān)。

3 腸道微生物群組成與多樣性與哮喘的易感性

腸道菌群建立開(kāi)始于出生時(shí)，在生命早期微生物暴露并定植于腸道對(duì)腸道發(fā)育、免疫細(xì)胞成熟和抵抗病原體具有重要意義，可能預(yù)防哮喘的發(fā)生[20-22]。有研究表明，嬰兒期腸道微生物多樣性減低與兒童期間的哮喘表型相關(guān)，表明腸道微生物群在哮喘發(fā)病中的作用。加拿大的出生隊(duì)列研究顯示，從3個(gè)月嬰兒采集的糞便樣本中檢測(cè)到的糞便細(xì)菌多樣性的減少與3歲之前患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[20]。瑞典的縱向研究表明，1周和1個(gè)月嬰兒的糞便樣本中微生物多樣性減少可增加7歲之前哮喘的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[22]。在出生3月之內(nèi)某些特定細(xì)菌,如毛螺菌屬、韋永氏球菌屬,糞桿菌屬、羅氏菌屬對(duì)預(yù)防哮喘起著重要作用[21]。然而在小鼠模型中表明不同年齡導(dǎo)致哮喘的發(fā)生與腸道菌群調(diào)節(jié)免疫球蛋白的產(chǎn)生相關(guān)[23]。

以上腸道菌群研究注重于兒童哮喘方面，在成人哮喘方面鮮有涉及。腸道是人體微生物最密集的區(qū)域之一，其中擬桿菌是最豐富的菌群。在健康成人中，擬桿菌屬、腸桿菌屬和雙歧桿菌屬是廣泛存在的菌群[24]。有學(xué)者提出成人過(guò)敏性哮喘患者體內(nèi)乳酸桿菌和大腸桿菌含量較多[25]，然而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期患有過(guò)敏性哮喘導(dǎo)致雙歧桿菌在體內(nèi)富集較少[26]。最近研究報(bào)道將成人哮喘患者的腸道菌群檢測(cè)發(fā)現(xiàn)擬桿菌門和厚壁菌門豐度增加，與吸入過(guò)敏原致敏程度、肺功能顯著相關(guān)[27]?；谀c道菌群的宏基因組關(guān)聯(lián)研究顯示，成人哮喘患者腸道菌群缺乏多樣性，某些腸道菌群代謝物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFAs)參與哮喘的發(fā)病機(jī)制[28]。

4 腸道菌群代謝物參與哮喘的發(fā)病機(jī)制

現(xiàn)有研究已經(jīng)表明SCFAs在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、過(guò)敏性疾病(如哮喘)中發(fā)揮重要作用[29]。SCFAs屬于腸道某些特殊細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，包括醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，通過(guò)與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合和抑制組蛋白去乙?；傅漠a(chǎn)生，影響樹(shù)突狀細(xì)胞和T細(xì)胞免疫應(yīng)答，從而促進(jìn)表觀遺傳改變[30]。Gallacher等[31]發(fā)現(xiàn)SCFAs可刺激CD4+Foxp3調(diào)節(jié)細(xì)胞，減少促炎細(xì)胞因子的形成，T細(xì)胞可轉(zhuǎn)為TH1的表型。但是腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致SCFAs的形成過(guò)程向TH2型轉(zhuǎn)變，易誘發(fā)哮喘。除此之外，通過(guò)氨基酸代謝，腸道細(xì)菌還可產(chǎn)生多種生物胺，同樣可影響免疫和炎癥反應(yīng)[32]。在小鼠模型中，來(lái)源于微生物的?；撬帷⒔M胺和精胺通過(guò)NLRP6炎性體信號(hào)調(diào)節(jié)、上皮IL-18分泌和下游抗菌肽分泌共同影響宿主與微生物的相互作用[33]。另外，有文獻(xiàn)報(bào)道幽門螺桿菌參與兒童哮喘發(fā)生可能通過(guò)激活絲裂原活化蛋白激酶 P38蛋白和增加IL-8的產(chǎn)生，而后者與中性粒細(xì)胞的募集密切相關(guān)[34]。綜上所述，腸道菌群代謝物可使免疫調(diào)節(jié)紊亂，可能是支氣管哮喘發(fā)生的原因之一。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

哮喘是一種炎癥異質(zhì)性疾病，呼吸道及腸道微生物在哮喘的表型、發(fā)病機(jī)制、疾病嚴(yán)重程度中發(fā)揮重要作用。盡管上述很多證據(jù)表明腸道微生物群及其代謝物對(duì)兒童和成人哮喘的發(fā)生起著重要作用，但對(duì)成人哮喘的腸道菌群以及菌群與哮喘的臨床特征之間的相關(guān)性研究較少，尤其是哮喘炎癥表型與腸道菌群的相關(guān)性。曾報(bào)道腸道微生物群與哮喘的表型特征有關(guān)，包括氣道高反應(yīng)性、哮喘控制程度和氣道炎癥等，但其影響機(jī)制尚不完全清楚。哮喘患者腸道微生物群差異是否可能導(dǎo)致哮喘表型變異目前還未報(bào)道。未來(lái)需進(jìn)一步研究成人哮喘患者不同炎癥表型、不同疾病嚴(yán)重程度與腸道微生物群的相關(guān)性，并考慮其他微生物群(如真菌)。呼吸道微生物除了細(xì)菌在哮喘炎癥表型中涉及外，真菌及病毒在哮喘表型、病情嚴(yán)重程度中仍需研究。而且，上述臨床研究均屬于小樣本研究，未來(lái)需要擴(kuò)大規(guī)模研究。雖然目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)微生物群在哮喘發(fā)病中的作用，但針對(duì)微生物介導(dǎo)的治療哮喘策略仍需探索，進(jìn)一步為不同表型、內(nèi)型哮喘患者提供個(gè)體化治療方案。