呼吸道細菌、病毒、真菌在兒童哮喘中的研究進展*

徐文藝 綜述，代繼宏 審校

(重慶醫科大學附屬兒童醫院呼吸科/兒童發育疾病研究教育部重點實驗室/國家兒童健康與疾病臨床醫學研究中心(重慶)/兒童發育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學重慶市重點實驗室，重慶 400015)

哮喘是一種以慢性氣道炎癥為特征的異質性疾病，以喘息、氣短、胸悶、咳嗽等呼吸道癥狀為主要表現。流行病學調查顯示，我國兒童哮喘發病率高達3.02%，77.00%哮喘兒童在過去1年內有過哮喘急性發作[1]。哮喘目前無法根治，發病機制不完全明確，眾多患者臨床癥狀控制不佳。目前較多研究表明哮喘與微生物的活動有關。呼吸道微生物作為抗原，刺激免疫系統產生免疫反應，形成機體健康的“保護膜”，防止致病微生物的侵襲；受涼、感染、免疫低下等特殊狀態會導致致病微生物的侵襲和(或)自身條件微生物群紊亂、呼吸道微生態破壞，引發異常免疫反應，從而導致哮喘的發生。多項研究證明，呼吸道微生物對哮喘發生、哮喘嚴重程度、哮喘加重和哮喘管理有重要影響。細菌、病毒、真菌是最常見的呼吸道微生物，正確認識呼吸道細菌、病毒、真菌與哮喘發生發展的關系可為早期識別、干預、治療哮喘提供新的方向。

1 呼吸道微生態

1.1呼吸道微生態的組成 呼吸道微生態是一個完整的系統，由微生物群(包括細菌、病毒、真菌等)、呼吸道組織、解剖結構及物理環境組成。呼吸道黏膜是呼吸道微生態的重要組成部分，其通過介導機體與外來抗原(例如共生體、病原體)的接觸識別產生免疫耐受或免疫清除，形成宿主抵抗體外病原的膜免疫屏障。在呼吸系統中，空氣與微粒(包括微生物群)的移動是雙向的，因此，呼吸道各部位的微生物組成是特異性免疫和微生物生長速率之間達到平衡的結果[2]。

1.2呼吸道微生態是有“菌”空間 經分子生物學技術證明，整個呼吸道均為有“菌”空間，以往被認為是“無菌空間”的肺部也不例外。在嬰兒出生早期，微生物就已成功駐扎，形成自身獨特而復雜的微生物群，這些微生物群具有多樣性、異質性和動態性，其與宿主之間相互作用、相互依存，形成相對平衡狀態，一旦微生物群與宿主間平衡被打破，將導致生態失調的病理狀態，引發異常免疫反應，導致哮喘等呼吸道疾病的發生。

2 呼吸道細菌與哮喘

2.1哮喘發生與呼吸道細菌定植有關 細菌是呼吸道微生態的重要組成部分。研究顯示，出生后24 h，即可在新生兒的下呼吸道中檢測到細菌DNA[3]。呼吸道各黏膜部位的菌落組成在生命早期是動態變化并與機體相互作用的，這種作用直接或間接決定了未來的健康與疾病。

新生兒氣道中的流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌定植與哮喘的持續發作有關。在2歲以內的病毒感染者中，卡他莫拉菌的定植率與5歲時的喘息發作率呈正相關，上氣道中肺炎鏈球菌、卡他莫拉菌或流感嗜血桿菌的存在可能導致更高的哮喘發病率[4]。在學齡期哮喘兒童的研究中，以莫拉氏菌屬為主的鼻微生物群與哮喘惡化風險增加及嗜酸性粒細胞活化呈正相關，而葡萄球菌屬和棒狀桿菌屬與呼吸系統疾病和惡化事件發生率呈負相關[5-6]。此外，對患鼻炎和(或)喘息患兒進行細菌多樣性分析后發現，這些患兒上呼吸道總體細菌多樣性與棒狀桿菌及葡萄球菌的豐度較對照組降低[7]。由于采樣困難及倫理學的限制，大部分研究主要對上呼吸道菌群進行分析，下呼吸道菌群的研究相對缺乏。一項基于誘導痰的16S rRNA基因測序分析的研究表明，哮喘患者下呼吸道中變形桿菌數量和微生物多樣性增加，而健康對照組則表現出擬桿菌和放線菌富集[8]。由此證明，呼吸道細菌定植與遠期哮喘及哮喘樣癥狀的發生率密切相關，菌群種類、菌群多樣性的變化及其引發的異常免疫學機制可能是后期發生哮喘的原因之一。

2.2呼吸道細菌如何影響哮喘發生 呼吸道菌群種類及組成多樣，不同菌落之間及其與機體間作用復雜，呼吸道細菌對哮喘發生發展的影響機制尚不完全明確，目前認同的主要機制有：(1)呼吸道黏膜的免疫功能受先天性或后天性途徑影響。例如，鞘氨醇單胞菌的細胞膜糖脂可以被NKT細胞識別，后者激活Th2細胞以誘導白細胞介素-4(IL-4)和IL-13的表達，從而加劇炎性反應并導致氣道高反應性[9-10]。(2)微生物定植可能影響呼吸道黏膜屏障的功能。例如，人鼻病毒感染可抑制上皮細胞凋亡并增加炎性細胞因子的產生，進而導致哮喘患者上皮細胞修復的延遲；(3)呼吸道中的微生物及其代謝產物直接或間接影響疾病的發生。例如，短鏈脂肪酸(SCFAs)與哮喘風險密切相關。通過激活G蛋白偶聯受體信號，SCFAs可以抑制組蛋白脫乙酰基酶，從而控制基因轉錄，調節T細胞發育并增加IL-10表達[11]。(4)呼吸道微生物群影響藥物代謝，從而干擾疾病的治療。例如，副流感嗜血桿菌激活Toll樣受體-4，激活轉化生長因子β-相關激酶-1，后者誘導炎癥因子(例如IL-8)的轉錄和促分裂原活化激酶磷酸酶-1的產生，最終導致皮質類固醇抵抗[12]。

流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌等呼吸道細菌的氣道定植可能促進兒童哮喘的發生發展，而葡萄球菌或棒狀桿菌等對呼吸道健康有保護性作用，呼吸道細菌多樣性及相對豐度的變化對哮喘的發生有提示作用。另外，上呼吸道菌群與下呼吸道菌群組成不完全相同，但由于采樣困難及倫理學的限制，大部分研究僅限于通過鼻咽拭子方式進行采樣，經纖維支氣管鏡+肺泡灌洗對哮喘穩定期及健康兒童進行采樣的很少，因此，下呼吸道菌群與哮喘的關系有待進一步研究。盡管較多研究證明呼吸道菌群與哮喘間存在直接或間接的關系，但這些研究并未良好區分環境、過敏體質、遺傳等因素對研究結果的影響。此外，多種呼吸道菌群之間是如何相互作用、呼吸道菌群是如何影響機體免疫功能、各種呼吸道菌群對哮喘發生的影響是否與細菌含量相關等問題均未得到闡明。作者還發現，現有數據大多由小樣本量、單中心研究所得，未來還需要更深層次、更廣泛層面的臨床研究，結合更多方向、更好著力點的實驗室研究來說明呼吸道細菌與哮喘的相互關系及影響機制。

3 呼吸道病毒與哮喘

3.1哮喘的發生與呼吸道病毒定植有關 人類出生后早期出現的喘息癥狀幾乎都與病毒感染有關[13]。研究者對健康兒童進行了上氣道分泌物的采集和病毒聚合酶鏈反應檢測，大部分標本被檢測出人鼻病毒(HRV)、博卡病毒、腺病毒(ADV)、冠狀病毒等[14]。說明某些呼吸道病毒作為非致病的“原著居民”在健康兒童的氣道內廣泛存在。但在健康受試者及無癥狀和有癥狀的慢性呼吸道疾病患者中，上呼吸道和下呼吸道病毒的組成和豐度不同[15-16]，同種病毒在不同年齡患者中的檢出率亦有不同[15]。HRV、呼吸道合胞病毒(RSV)感染是常見的喘息發作的危險因素，會增加后期哮喘的發生率[17]。此外，流感病毒[18]、人類博卡病毒1型、巨細胞病毒等也會誘發氣道炎癥，導致喘息發作，增加后期哮喘發生風險，提高住院風險及病死率。

3.2呼吸道病毒如何影響哮喘發生 呼吸道病毒感染誘發哮喘的機制尚不明確，目前認為的主要機制有：(1)病毒感染與氣道上皮細胞中IL-25和IL-33的產生有關，IL-33的釋放會抑制先天性和獲得性抗病毒反應，從而增強氣道炎癥、氣道高反應性，促進氣道重塑誘導哮喘發生和惡化[19]。(2)病毒感染后引發的免疫反應會導致免疫球蛋白E(IgE)產生，病毒引起的氣道損傷和炎癥可通過黏膜屏障損傷機制得到維持[20]。(3)病毒感染誘發大量IgE產生后形成IgE交聯，可以抑制機體的抗病毒反應，尤其是病毒介導的漿細胞樣樹突狀細胞的干擾素-α反應，從而增加病毒感染后的哮喘惡化率[21]。(4)基因及基因多態性影響機體對病毒及病毒亞型的易感性。鈣粘素相關家族成員3(CDHR3)基因在氣道上皮細胞中高表達，編碼唯一已知的HRV受體，介導其結合和復制[22]。一些CDHR3基因多態性與兒童哮喘的發生、惡化程度及患兒對HRV C型病毒的易感性增加密切相關[23]。(5)新生兒期特殊病毒感染(如RSV)可能會影響肺部發育。RSV感染后能迅速黏附在嗜酸性粒細胞上并被這類細胞滅活，隨著哮喘嚴重程度的增加，機體嗜酸性粒細胞捕獲病毒的能力明顯降低，機體的抗病毒反應隨之降低，從而導致病毒的復制及氣道損傷進展[24]。

呼吸道病毒廣泛存在于健康人類呼吸道中，受基因、環境、機體狀態等影響，某些病毒的存在或復制可能誘發異常免疫反應；不同病毒類型、病毒載量的高低及宿主年齡因素的差異決定了不同的臨床表現形式。這些病毒的存在、病毒載量、病毒與細菌之間的相互作用或其他環境(如過敏源)和宿主因素共同決定了呼吸道疾病的發生。

4 呼吸道病毒-細菌相互作用

細菌、病毒可能對哮喘發生產生影響，但在臨床上很難排除混合感染，因此，細菌、病毒的相互影響及其對呼吸道健康可能帶來的影響也是臨床關注的重點。所有兒童在出生后的幾年都會接觸并感染多種呼吸道病原體，呼吸道細菌與病毒間存在復雜的關系。某些機會性或潛在致病性細菌可能會導致呼吸道病毒的感染率和嚴重性增加；同樣，呼吸道病毒感染也可能導致呼吸道菌群的變化，這種變化可能會持續存在，并引發其他感染和慢性呼吸道疾病。

研究表明，RSV與摩拉氏菌的混合感染能導致更嚴重的臨床癥狀。上氣道菌群的改變總是先于病毒感染及呼吸道癥狀的出現，RSV感染與鏈球菌豐度呈正相關，與摩拉氏菌和嗜血桿菌豐度呈負相關[4]，在RSV與鏈球菌聯合感染時才能看到明顯的細菌衍生代謝途徑[25]。無獨有偶，在HRV感染的研究中發現了類似模式，有癥狀的HRV感染與摩拉氏菌豐度成正比，與葡萄球菌豐度成反比，并受到細菌多樣性的影響，HRV與嗜血桿菌聯合感染時才能看到明顯的細菌衍生的代謝途徑[26]。

細菌、病毒可影響哮喘的發生發展，而細菌與病毒間的相互作用在某種程度上能夠影響彼此的代謝過程、致病性及臨床癥狀的嚴重程度，因此有學者大膽猜測，細菌與病毒的相互作用能夠從側面影響哮喘等疾病的發生，但細菌與病毒相互作用的產物是否能對哮喘的呼吸道疾病的發生造成影響及影響機制尚不得而知。盡管做了很多努力，但人們對副流感病毒、ADV和流感病毒等其他呼吸道病毒知之甚少，細菌和病毒是如何相互作用，如何影響微生態平衡，以及如何影響機體免疫反應尚不明確，未來還需要更多的臨床研究予以闡明。

5 哮喘與呼吸道真菌定植有關

真菌也是呼吸道微生物群的重要組成部分，目前發現部分真菌與哮喘及過敏相關，如曲霉屬、枝孢菌屬及交鏈孢屬等[27]。肺囊蟲亞臨床定植被認為是2～5個月齡嬰幼兒最常見的感染之一。對嚴重哮喘及輕癥哮喘患兒的肺泡灌洗液進行真菌種類及豐度測定分析后發現，嚴重哮喘患兒肺內囊蟲屬豐度增加[28]，說明某些真菌的定植可能增加哮喘的嚴重程度。隨著近年來對黏蛋白基因研究的逐漸深入，在遺傳學上證實了這一現象出現的可能性[29]。

雖然某些真菌成分如甘露聚糖、蛋白酶、β-葡聚糖及幾丁質等在常見的人類過敏源中經常出現，但真菌致敏的機制尚不明確。臨床上許多嚴重和控制不良的哮喘患者有真菌過敏史[27，30]，部分患者抗真菌治療后癥狀得到緩解[30]，從側面說明特定類型真菌豐度失調可能對哮喘的發生機制進展提供條件。研究還發現，糖皮質激素作為目前哮喘治療的常用藥物，引起肺泡灌洗液中真菌豐度增加[27]，提示可能對肺內真菌定植產生影響。真菌菌落的變化與糖皮質激素之間孰因孰果或互為因果，以及真菌群落的變化是否為對哮喘微生態改變所做出的反應，目前尚不明確，需要更多、更全面、多學科的合作研究進行闡明。

6 小 結

無論是細菌、病毒、真菌，還是文中未談及的支原體、立克次體等微生物群，由于不同類型微生物結構、繁衍機制、致病機制差異，對機體疾病發生均可能起到不同程度的影響。呼吸道微生態結構復雜，受機體結構狀態、微生物、遺傳、環境等多種因素共同影響，個中因素環環相扣、互相作用，在哮喘這一復雜疾病的發生發展中起到重要作用。

與傳統觀念不同的是，即便致病微生物并非都會導致哮喘加重，非致病微生物也可能誘發及加重哮喘。部分微生物甚至能起到調整微生態健康的作用，使機體免受這類疾病損傷，自此給了臨床工作新的啟示：調節微生態的健康能否有助于預防哮喘的發生或減輕哮喘的嚴重程度？通過增加保護性微生物豐度及降低有害微生物豐度是否能起到理想效果？這種干預模式應通過什么途徑進行？以什么結局指標為終點？這種方法又是否會導致其他不良影響？以上種種尚不得而知。盡管做了許多努力，目前對神秘呼吸道微生態的了解仍微乎其微，大部分研究停留在臨床研究層面，尚缺乏對其中分子生物學、遺傳學機制的研究。

值得慶幸的是，雖然對細菌、病毒、真菌、宿主細胞和宿主免疫系統之間的相互關系并未完全掌握，但越來越多的研究團隊開始關注上述因素是如何影響呼吸系統發育、破壞微生態平衡和誘發哮喘的。隨著對微生物群在呼吸系統疾病中的作用和潛在機制的深入研究，有機會將其作為疾病風險或治療效果的生物標志物，早期預見哮喘的發生發展。此外，某些種類的呼吸道微生物及適宜生物多樣性能減少呼吸道疾病的發生率，因此，調節呼吸道微生物群組成可能降低呼吸道感染的嚴重程度，防止喘息和哮喘的發展，減少哮喘的惡化等，為呼吸道疾病的預防及治療提供機會。目前，對呼吸道細菌、病毒、真菌與哮喘的關系研究較少，尤其對相關作用機制的研究較為缺乏，且哮喘的病程與環境、遺傳有著密不可分的關系，機制錯綜復雜互為因果，單純研究某種因素的作用而罔顧其他因素共同影響，其結論難以付諸臨床實際。未來需要聯合免疫學、微生物學、遺傳學等多學科進行呼吸道微生態機制的研究，探索哮喘發生發展、癥狀加重環境的微生態機制，尋找哮喘診療的新突破口，為早期預防、識別、治療、改善預后提供新的思路。