吳宇晗 車春莉

作者單位：150010 黑龍江 哈爾濱，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)/哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)科

人體微生物組的定義是居住在人體的微生物的集合，在訓(xùn)練和維持宿主免疫反應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用。最近的證據(jù)表明，微生物群落的改變或失衡與免疫反應(yīng)失調(diào)有關(guān)[1]，這可能會導(dǎo)致諸如阻塞性氣道疾病、肺間質(zhì)疾病、感染和肺癌等疾病的發(fā)生、發(fā)展[2]。間質(zhì)性肺疾病(Interstitial lung disease , ILD)是一組異質(zhì)性疾病，臨床表現(xiàn)包括進行性的呼吸困難、低氧血癥、肺功能受損以及在肺部放射學(xué)或/和組織病理學(xué)可見各種炎癥和纖維化類型。盡管一些ILD與結(jié)締組織病或血管炎相關(guān)，例如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎或皮肌炎，但很大一部分ILD的病因和發(fā)病機制不明。有學(xué)者認為，微生物在ILD的起病和發(fā)展中起著重要作用。有研究表示細菌豐度增加會推動特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis , IPF)的病情進展、急性發(fā)作和死亡[3]。近十年來，隨著高通量技術(shù)在微生物檢測中的廣泛應(yīng)用，越來越多的實驗研究微生物和ILD之間的關(guān)系。結(jié)合上述研究，本文闡述了肺部微生態(tài)的相關(guān)定義和其作用，肺部微生態(tài)在ILD中可能的發(fā)病機制及相關(guān)研究。由于肺部微生態(tài)受環(huán)境因素的影響[4]，本文進一步闡述了ILD的肺部微生態(tài)與空氣污染(吸煙、大氣細顆粒物)的相關(guān)研究。最后，結(jié)合肺部微生態(tài)的特點，本文介紹針對肺部微生態(tài)改變的ILD的相關(guān)治療策略。

肺部微生態(tài)

人體微生物群是指在人體內(nèi)外生境中共同存在的微生物群。過去人們普遍認為肺是無菌的，之所以發(fā)生這種情況，是因為肺部的細菌載量低于其他部位，如胃腸道、泌尿道和生殖道；還因為傳統(tǒng)分離和鑒定微生物的方法的局限性，導(dǎo)致細菌檢出率低。高通量分子分析的現(xiàn)代方法已使生物樣品中微生物含量的高效培養(yǎng)獨立研究成為可能。使用下一代測序工具，可以鑒定健康人和不同肺病患者的肺部細菌菌群[5]。健康人下呼吸道的微生物種群密度較低，主要以菌門為代表，例如硬毛菌，細菌桿菌，Proteobacteria，F(xiàn)usobacteria和Actinobacteria[6]。肺部微生物菌群可以從口腔中遷移而來，沿黏膜直接擴散而來，最常見的是通過胃內(nèi)容物的微量抽吸[7]。肺部微生態(tài)和肺部健康狀況密切相關(guān)。這些微生物執(zhí)行代謝功能，并參與宿主的某些功能，例如防御，代謝和繁殖[8]。微生物群的數(shù)量和組成受粘液纖毛清除或宿主防御機制的影響，同時受到溫度、氧氣張力、pH、營養(yǎng)物質(zhì)可利用性、濃度、炎癥細胞活化和細菌競爭等不同因素的影響，當(dāng)上述因素出現(xiàn)重要變化時，將改變微生物群的組成，促進肺部疾病的發(fā)生[9]。

肺部微生態(tài)在IPF可能的作用機制

IPF是一種原因不明的慢性進行性纖維化性間質(zhì)性肺炎的一種特殊類型，主要影響老年人。目前認為IPF是由反復(fù)的肺泡微損傷、吸煙、胃內(nèi)容物誤吸和感染等因素引起異常傷口愈合機制，觸發(fā)了纖維化反應(yīng)導(dǎo)致的[10]。有學(xué)者通過宿主轉(zhuǎn)錄組和微生物特征的綜合分析表明，宿主對微生物群的改變有明顯的反應(yīng)，這表明下呼吸道的細菌群落可作為IPF中肺泡損傷的持續(xù)刺激物，通過誘導(dǎo)宿主免疫反應(yīng)或通過慢性、低水平的抗原刺激后，激活傷口愈合級聯(lián)而引起氣道上皮細胞損傷[11]。肺微生物態(tài)失調(diào)被認為是IPF損傷和宿主反應(yīng)的潛在驅(qū)動因素[12]。肺部微生態(tài)失調(diào)可能通過肺部微生物菌群載量的改變、多樣性的改變以及病毒感染等多條途徑影響IPF發(fā)生、發(fā)展及治療等各個環(huán)節(jié)。

一、肺部微生物菌群載量的改變、多樣性的改變和IPF的關(guān)系

ILD被認為是非傳染性實質(zhì)性肺疾病。但是，近期有研究表明，細菌負荷增加和潛在病原體過多與疾病惡化和進展有關(guān)[13]。與健康對照相比，IPF患者中特定微生物(如鏈球菌，普羅韋德菌和葡萄球菌)的表達過多[13]。此外，大量鏈球菌或葡萄球菌序列的存在與臨床無進展生存時間的顯著減少有關(guān)[13]。最近，O’Dwyer及其同事證實了這一發(fā)現(xiàn)：肺細菌負荷可預(yù)測IPF患者的疾病進展，而微生物群的多樣性和組成與肺泡Takahashi等纖維化細胞因子的增加相關(guān)[14]。

Takahashi等人納入了34名IPF患者。從診斷時獲得的支氣管肺泡灌洗液中純化16S rDNA，并使用下一代測序技術(shù)對其進行分析，以表征細菌群落。此外，分析了博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠的微生物組。研究發(fā)現(xiàn)，最初診斷為IPF的患者的BALF含有微生物群，并且肺微生物群多樣性的喪失與IPF的進展相關(guān)。關(guān)于肺微生物群多樣性的變化，作者發(fā)現(xiàn)Firmicutes，Bacteroidetes(鏈球菌科，Veillonellaceae和Prevotellaceae科)的增加和門菌桿菌的減少都與多樣性的降低有關(guān)[15]。此外，多樣性的喪失與IPF指標(biāo)相關(guān)，包括FVC降低，6MWD降低以及血清SP-D和LDH升高[15]。綜上所述，細菌多樣性的喪失可能影響IPF的發(fā)生、發(fā)展。Takahashi還發(fā)現(xiàn)，診斷IPF 1年后，肺部微生物菌群多樣性還可能與死亡率和FVC下降有關(guān)，這表明肺微生物組多樣性可能是IPF預(yù)后指標(biāo)[15]。這些結(jié)果表明肺微生物群和肺纖維化密切相關(guān)，并參與IPF發(fā)病。

二、病毒感染和IPF的關(guān)系

從歷史上看，調(diào)查慢性感染作為IPF發(fā)展中的病因或輔助因素的研究主要集中于病毒，包括丙型肝炎病毒、輸血傳播的病毒和人皰疹病毒。但各研究結(jié)果相互矛盾，導(dǎo)致人們懷疑它們在IPF發(fā)病機理中的重要性。有學(xué)者在IPF患者的肺組織中發(fā)現(xiàn)了人類皰疹病毒(包括愛潑斯坦巴爾病毒，巨細胞病毒，單純皰疹病毒以及人類皰疹病毒-7和人類皰疹病毒-8)[16]，這些病毒能夠在肺泡上皮中引起終身潛伏感染并在年長的個體中重新激活，這些病毒會增強動物模型的肺部的纖維化[17]。顯示病毒是驅(qū)動纖維化進程的輔助因子。

三、肺部微生態(tài)在其他間質(zhì)性肺疾病中的研究進展

有證據(jù)表明，免疫系統(tǒng)或其他疾病特異性宿主因子可能在塑造IPF以外的ILD的肺微生物群中發(fā)揮更大的作用。伴有多血管炎(GPA)的肉芽腫病患者傾向于在鼻腔中攜帶金黃色葡萄球菌，與同期研究的IPF對照相比，超過三分之一的GPA患者的BALF培養(yǎng)液中鑒定出該病原體[18]。此外，來自GPA患者的BAL液體上清液可作為培養(yǎng)的金黃色葡萄球菌的生長因子，而來自IPF患者和正常對照的BALF不會促進金葡菌生長[18]。一項評估早期類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(60%的胸部X線斷層掃描異常)、結(jié)節(jié)病和健康對照患者的肺微生物菌群組成的研究發(fā)現(xiàn)[19]，與IPF患者的觀察結(jié)果相似，患者的細菌種類多樣性低于對照組，且菌群結(jié)構(gòu)不同[19]。和結(jié)節(jié)病隊列相比，RA中的菌群結(jié)構(gòu)相似。因此，作者假設(shè)氣道黏膜炎癥在自身免疫性/炎癥性疾病中影響肺微生物組結(jié)構(gòu)的作用[19]。然而也有學(xué)者通過比較ILD、結(jié)節(jié)病和健康人的肺部微生物群時發(fā)現(xiàn)菌群多樣性和結(jié)構(gòu)沒有差異[20]。

四、ILD的肺部微生態(tài)與空氣污染的相關(guān)研究

大氣污染物對呼吸系統(tǒng)健康的危害已得到國內(nèi)外大量研究結(jié)果證實，大氣污染物不同組分的長期持續(xù)暴露可以直接損害肺功能[21]，并促進多種呼吸道疾病的發(fā)生和發(fā)展。車春莉等學(xué)者搜集本院13年內(nèi)的IPF急性加重的患者，結(jié)合近幾年大氣PM2.5變化，進行統(tǒng)計分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黑龍江地區(qū)AE-IPF住院病人比率自2012年至2017年呈遞增趨勢；大氣污染物中的PM2.5濃度可能是影響住院比率的主要因素[22]。近年來大量的臨床研究已證實慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴張等慢性氣道疾病的急性加重與大氣污染有關(guān)，有研究證實PM2.5及其載帶的病原微生物通過改變氣道內(nèi)的細菌微生態(tài)環(huán)境而引起呼吸道的感染及全身炎癥反應(yīng)[23]。

空氣污染中PM2.5、PM10、臭氧的暴露以及生物燃料的使用都會影響肺部某些微生物群的豐度，例如葡萄球菌、嗜血桿菌、鏈球菌、莫拉氏菌、奈瑟菌和假單胞菌等[24]?？諝馕廴菊T導(dǎo)氣道微生物菌群失調(diào)的潛在機制包括空氣污染引起的氣道生理環(huán)境變化、上皮屏障損傷、腸道菌群失調(diào)等[24]。綜上，我們對空氣污染暴露、微生物與呼吸道疾病之間的關(guān)系有了進一步的認識，有利于研究者們發(fā)現(xiàn)新的防治空氣污染引起的呼吸道疾病的策略。

五、從肺部微生態(tài)改變到ILD的治療策略

1 抗生素 如前所述，肺部細菌載量增多、菌群多樣性的降低以及病毒感染與ILD的病情惡化和進展有關(guān)。肺微生物組的改變可能會引起特定的宿主免疫反應(yīng)，并影響疾病預(yù)后。IPF患者使用免疫抑制藥物有明顯的危害，這可能是由于有害微生物的傳播所致[25]。由于抗生素的使用或針對病原體的免疫可以改善IPF的結(jié)果，因此最近有學(xué)者提出將肺微生物群作為潛在的治療靶點。通過小鼠肺纖維化和肺炎鏈球菌感染模型表明，感染后及時給予抗生素可減輕隨后的纖維化惡化[26]。在一項單中心研究中，Kawamura及其同事在85例特發(fā)性AE-IPF患者中比較了阿奇霉素和氟喹諾酮類藥物的療效。阿奇霉素組(n=38)的死亡率顯著低于氟喹諾酮類藥物組(n=47； 26%對70%；P<0.001，HR 0.28)。多變量分析證實，使用阿奇霉素與60天死亡率獨立相關(guān)[27]。最近，在一項回顧性研究中，Macaluso及其同事對108名接受預(yù)防性阿奇霉素(每周3次，每次250 mg)治療的IPF患者進行了研究，以評估其對住院率的長期影響。為此，他們比較了開始治療前后12個月全因非擇期住院和抗生素療程的數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)防用阿奇霉素一年后，患者入院率(7比31)和抗生素療程(40比176)顯著降低[28]?？傮w而言，阿奇霉素是安全的且耐受性良好。這些數(shù)據(jù)表明，預(yù)防性阿奇霉素對IPF患者具有潛在的臨床益處。然而，大環(huán)內(nèi)酯類藥物降低IPF患者住院事件風(fēng)險的機制(抗菌或消炎)仍有待闡明。

2 抑酸劑 另一個重要的治療考慮因素是GER在塑造IPF中的肺微生物組中所扮演的角色。最近的數(shù)據(jù)表明，肺微生物組在很大程度上是由口咽細菌的無聲微吸出形成的[7]。GER導(dǎo)致口咽細菌負荷增加，隨后通過微量抽吸移入肺部。藥物治療的益處(即抑酸劑)仍然是一個問題，最近對臨床試驗數(shù)據(jù)的二次分析顯示，與未使用抗酸藥治療的IPF患者相比，疾病進展或全因死亡率無差異[29]。需要進一步的研究以確定GER的影響以及抗酸治療對肺微生物組的影響。

3 其他治療 關(guān)于微生物組是否可以靶向治療以及如何靶向治療以改善呼吸系統(tǒng)疾病的結(jié)局，還有很多要學(xué)習(xí)的知識。富含纖維的飲食會同時改變腸道和肺部微生物組，表明飲食對肺部免疫力有影響[30]。營養(yǎng)和施用益生菌可能是維持或恢復(fù)功能性微生物組的有效策略。