肺部微生態(tài)在間質(zhì)性肺疾病中的研究進(jìn)展

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(jìn)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(jī)制不明。有學(xué)者認(rèn)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(xì)菌豐度增加會推動(dòng)特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis , IPF)的病情進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(jìn)一步闡述了ILD的肺部微生態(tài)與空氣污染(吸煙、大氣細(xì)顆粒物)的相關(guān)研究。最后，結(jié)合肺部微生態(tài)的特點(diǎn)，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(rèn)為肺是無菌的，之所以發(fā)生這種情況，是因?yàn)榉尾康募?xì)菌載量低于其他部位，如胃腸道、泌尿道和生殖道；還因?yàn)閭鹘y(tǒng)分離和鑒定微生物的方法的局限性，導(dǎo)致細(xì)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(dú)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(xì)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(xì)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(kuò)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(jī)制的影響，同時(shí)受到溫度、氧氣張力、pH、營養(yǎng)物質(zhì)可利用性、濃度、炎癥細(xì)胞活化和細(xì)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(shí)，將改變微生物群的組成，促進(jìn)肺部疾病的發(fā)生[9]。

肺部微生態(tài)在IPF可能的作用機(jī)制

IPF是一種原因不明的慢性進(jìn)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(rèn)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(jī)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(xì)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(xì)胞損傷[11]。肺微生物態(tài)失調(diào)被認(rèn)為是IPF損傷和宿主反應(yīng)的潛在驅(qū)動(dòng)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(gè)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(rèn)為是非傳染性實(shí)質(zhì)性肺疾病。但是，近期有研究表明，細(xì)菌負(fù)荷增加和潛在病原體過多與疾病惡化和進(jìn)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(dá)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(jìn)展生存時(shí)間的顯著減少有關(guān)[13]。最近，O’Dwyer及其同事證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)：肺細(xì)菌負(fù)荷可預(yù)測IPF患者的疾病進(jìn)展，而微生物群的多樣性和組成與肺泡Takahashi等纖維化細(xì)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(shí)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(jìn)行分析，以表征細(xì)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(jìn)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(xì)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(jī)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(xì)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(gè)體中重新激活，這些病毒會增強(qiáng)動(dòng)物模型的肺部的纖維化[17]。顯示病毒是驅(qū)動(dòng)纖維化進(jìn)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(jìn)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(jìn)金葡菌生長[18]。一項(xiàng)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(xì)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(duì)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(shí)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(shí)，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(jìn)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴(kuò)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(shí)PM2.5及其載帶的病原微生物通過改變氣道內(nèi)的細(xì)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(jī)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(jìn)一步的認(rèn)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(xì)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(jìn)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(diǎn)。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(shí)給予抗生素可減輕隨后的纖維化惡化[26]。在一項(xiàng)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(shí)，使用阿奇霉素與60天死亡率獨(dú)立相關(guān)[27]。最近，在一項(xiàng)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(jìn)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(gè)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(xiǎn)的機(jī)制(抗菌或消炎)仍有待闡明。

2 抑酸劑 另一個(gè)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(xì)菌的無聲微吸出形成的[7]。GER導(dǎo)致口咽細(xì)菌負(fù)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(gè)問題，最近對臨床試驗(yàn)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(jìn)展或全因死亡率無差異[29]。需要進(jìn)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(shí)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。