肺部微生態在特發性肺纖維化中的研究進展

曹妍 車春莉

哈爾濱醫科大學附屬第一醫院呼吸內科150000

特發性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種原因未明的慢性進行性纖維化性間質性肺炎的一種特殊類型，好發于老年人，病變局限于肺部，病理組織學和/或影像學表現為普通型間質性肺炎。該病的進展速度因人而異，難以預測[1]，IPF預后較差，診斷后中位生存期為3～5年。導致IPF疾病發生和進展的機制迄今未完全明確。目前對該疾病的理解為：在遺傳易感個體中，由于未知的環境誘因 (如吸煙、顆粒粉塵、病毒感染或肺部微生物群)對肺泡上皮細胞的重復微損傷和隨后的功能失調修復導致纖維化[2]。近些年來，肺部微生態受到了國內外專家的廣泛重視，研究顯示許多肺部疾病的發生、發展及惡化均與肺部微生態的變化有關。在IPF研究中顯示細菌本身可以引起肺泡上皮損傷，同時它們可單獨存在而激活免疫級聯反應，隨后的促炎癥和促纖維化級聯反應導致肺結構的改變[3]。免疫抑制增加了IPF患者的死亡和住院風險，這一發現支持了IPF進展受細菌影響的假設[2]。

1 肺部微生態

由于傳統病原學培養技術的局限性，既往認為健康人的下呼吸道是無菌的，但是隨著新一代不依賴培養的高通量測序技術的發展，越來越多的研究結果表明，在肺部存在著多樣化的菌群，即肺部微生態[4]。下呼吸道微生物的來源主要包括：正常呼吸經口鼻吸入；上呼吸道內容物的微量誤吸入；分散在氣道黏膜上的微生物[5]。在人體免疫系統成熟過程中，正常微生物群和機體免疫系統相互制約和影響，共同構成機體的重要屏障[6]。健康人肺部微生物群的存在保持著一種動態平衡，慢性疾病條件往往對常駐菌群的繁殖更為有利[7]。現認為肺部微生態與肺部健康狀況密切相關。

2 肺部微生態與IPF的疾病進展

2010年不依賴培養的分子技術首次在IPF中應用，研究了17例穩定期IPF患者肺部微生物群，該研究采用16sr RNA基因PCR和變性凝膠電泳技術，在支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中發現了鏈球菌、奈瑟菌和放線菌細菌系列[8]，除此之外發現8例肺孢子菌定植患者中有5例沒有檢測到細菌DNA，這表明該真菌可能損害呼吸道的細菌定植。2014年進行的一項研究也得到了上述類似結果，穩定期IPF患者的肺部微生物群不同于健康個體：其細菌負荷總體較高，IPF患者的嗜血桿菌屬、鏈球菌屬、奈瑟菌屬和韋氏菌屬更為豐富，除此之外研究發現IPF患者BALF中的細菌負荷是對照組 (健康人和中度COPD患者)的2倍，且與對照組相比，BALF細菌負荷較高的IPF患者與6個月疾病進展 (定義為患者FVC下降10%或者死亡)存在顯著相關[9]。因此，提示我們可以根據細菌負荷程度對IPF患者進行疾病嚴重程度分層以預測死亡風險，與細菌負荷低的IPF患者相比，具有更高細菌負荷的患者有高死亡風險。已知黏蛋白基因MUC5B啟動子rs35705950基因多態性是IPF的危險因素[10]。上述研究還發現[9]：細菌負荷與黏蛋白基因啟動子rs35705950基因多態性相關，攜帶等位基因少的患者細菌負荷相對較低，提示細菌與IPF相關。但矛盾的是，rs35705950多態性增加了IPF患者的生存率[11]。IPF患者的口腔微生物群也有很大的不同，這可能是慢性肺部疾病患者下呼吸道微生物選擇的結果[12]。美國學者Han等[13]首次報道了肺部微生物群和IPF進展的關系，回顧性分析穩定期IPF患者，在篩選時沒有活動性感染，針對肺部高分辨率CT提示有病變的部位進行支氣管肺泡灌洗，提取DNA進行焦磷酸測序，發現特定鏈球菌和葡萄球菌 (即鏈球菌1345運算分類單位和葡萄球菌1348運算分類單位)的存在超過一定閾值與IPF快速進展相關。一項日本研究[14]評估了34例IPF患者，受試者入組時即接受支氣管肺泡灌洗及肺功能檢查，并于入組后 (12±1)個月評估FVC的變化。該研究分析了BALF中tuf基因表達，以估計BALF中細菌的數量，發現惡化組 (n=8，7例FVC下降10%或更大，1例不能行肺功能檢查)的肺部微生物群多樣性小于非惡化組 (n=22)，厚壁菌門和擬桿菌門(鏈球菌、韋榮球菌和普氏菌)的增加和變形菌門的減少參與了多樣性的減少；此外該研究還發現肺部微生物群多樣性的喪失與IPF的一些指標相關，包括低FVC、6分鐘步行距離降低、高血清表面活性蛋白D和高乳酸脫氫酶。

特發性肺纖維化急性加重 (acute exacerbation of idiopathic pulmonary fibrosis，AE-IPF)是指IPF患者出現新的彌漫性肺泡異常改變導致急性、顯著的呼吸道癥狀。IPF患者的自然病程和急性加重不可預測，由于這些患者的預后往往很差，尋找呼吸惡化的可逆原因尤為重要。一項研究[15]評估了20例AE-IPF患者及15例穩定期IPF患者的肺部微生物群，受試者均接受支氣管鏡檢查，在BALF中提取細菌DNA擴增細菌16s-rRNA并測序，發現AE-IPF患者的細菌負荷增加，高達4倍；與穩定期IPF患者相比，AE-IPF患者BALF中有更多的中性粒細胞；在急性加重的情況下，微生物群也發生了變化，AE-IPF患者中空腸彎曲菌和嗜麥芽窄食單胞菌顯著高于穩定期IPF患者。2016年AE-IPF國際工作組重新定義了急性加重，現診斷不再需要排除感染或其他潛在的誘因[16]。基于新的診斷標準，肺部微生態在AE-IPF中的研究有限，值得我們去進一步探索。

3 肺部微生態與IPF患者免疫系統的關系

以上研究表明肺部微生物群變化與IPF的疾病進展有關，但尚不清楚IPF中肺部微生物群的變化是該疾病的原因還是結果，宿主對肺部微生物群變化反應的作用也不清楚。一些學者對此進行了研究，現有研究表明[17]IPF疾病進展與自身免疫發展和免疫信號失調有關，TOLLIP、TLR3、TLR9和MUC5B均已發現與IPF患者先天免疫和宿主防御有關，并且與人群對IPF的易感性及患病后的結局有關。最近的2項研究討論了肺部微生物群的改變與IPF宿主免疫應答之間的關系。在Molyneaux等[18]的一項研究中，包含60例IPF患者及20名匹配的健康對照者，在入組時所有受試者均接受BALF及血樣采集，對于IPF患者，在入組1、3、6、12個月時在臨床上需要重新評估。研究發現，IPF患者BALF中細菌負荷與對照組相比明顯增加，并且細菌運算分類單位的數量與對照組相比差異也有統計學意義。基于上述結果，該研究進一步分析了這些細菌運算分類單位對宿主的影響和宿主的基因表達，其中2組特定的基因表達與IPF診斷、BALF中細菌負荷較高及特定的細菌運算分類單位有關；不僅如此，這些基因也與BALF和血樣中的中性粒細胞計數增加有關。這2組基因中參與宿主防御反應的基因包括Nlrc4、Pglyrp1、Mmp9、Defa4，此外還發現了編碼特定抗菌肽 (Slpi和Camp)的2個基因。這些結果表明宿主對呼吸道細菌的改變或細菌負荷增加存在反應，這些反應在縱向隨訪中持續升高，提示下呼吸道的細菌群落是IPF患者反復肺泡損傷的刺激之一。另一項研究[17]評估了68例IPF患者外周血單個核細胞基因表達、BALF細菌、體外成纖維細胞的反應性，探討了IPF患者肺部微生物群、宿主免疫應答、無進展生存時間、成纖維細胞功能的關系。研究發現外周血單個核細胞基因表達中，免疫應答通路的下調與特定細菌運算分類單位的負荷變化有關，核苷酸結合寡聚區域樣受體信號通路的下調與鏈球菌屬負荷的增加有關。葡萄球菌和普氏菌運算分類單位的負荷增加也與免疫應答通路的下調、較差的無進展生存時間以及外周血單個核細胞中TLR9過表達有關。除此之外，還發現特定韋氏菌運算分類單位的增加與成纖維細胞的反應增加有關。該研究表明，免疫通路基因表達評估的宿主防御可以通過肺部微生物群的變化來調節，細菌負荷的增加與免疫通路基因表達降低、無進展生存時間降低相關。

4 從肺部微生態改變到IPF的治療策略

IPF患者預后差，已知的2種抗纖維化藥物吡非尼酮和尼達尼布在減緩疾病進展和降低病死率方面是有效的[19-20]。針對微生物本身的治療包括抗生素、對特定病原微生物進行免疫接種或減少細菌遷移到肺部的干預措施[21]。現臨床醫師對AE-IPF患者的治療常包括廣譜抗菌藥物，抗菌試驗已經在IPF中進行了研究。Shulgina等[22]嘗試用復方新諾明治療181例特發性間質性肺炎 (89%為IPF)患者12個月，結果顯示病死率降低，氧需求量降低，生活質量提高，但肺功能未見改善。已知磺胺類藥物對中性粒細胞的趨化性[23]和超氧化物的產生[24]有影響，因此該類藥物對IPF患者的療效及作用機制需要進一步研究。對穩定期IPF患者使用復方新諾明的隨機對照試驗正在進行中[25]，該試驗的目的是為確定復方新諾明是否降低患者病死率及住院率，并進一步了解其作用機制。如果試驗結果證明該藥是有益的，并發現是由于抗生素作用，進一步的研究可能會使用窄譜抗生素；如果發現是由非抗生素作用，之后可能會針對非抗生素的作用機制來進行進一步研究。已知多黏菌素B-纖維柱有助于去除內毒素，并用于治療內毒素血癥。有報道發現多黏菌素B-纖維柱治療ALI/ARDS可改善患者的氧合功能[26]。鑒于彌漫性肺泡損傷是ALI/ARDS和急性加重中最常見的病理特征，因此也有學者在AE-IPF的治療中進行了相關研究。一項日本回顧性研究表明[27]，接受多黏菌素B-纖維柱治療的AE-IPF患者的生存率可能有所提高。在阿奇霉素治療AE-IPF的報道[28]中，除皮質類固醇治療外，38例AE-IPF患者接受靜脈注射阿奇霉素 (500 mg/d)治療5 d，將結果與氟喹諾酮類藥物治療者 (n=47)進行病例對照分析，阿奇霉素組60 d死亡率明顯低于氟喹諾酮組，提示阿奇霉素可提高AE-IPF患者的生存率，但該研究無法確定是抗菌作用的結果還是類固醇和阿奇霉素聯合使用的結果，尚需進一步研究。

5 結語

盡管從以上論述中了解了肺部微生態在IPF中的研究進展，但仍需進一步研究其在IPF發生、發展中的作用機制。現有的研究給IPF和AE-IPF患者抗生素的使用提供了理論依據，未來是否可以將抗生素治療作為IPF治療手段之一仍值得我們去探索。

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