支氣管擴張癥微生物感染的研究進展

劉雪健，王佳賀

（中國醫科大學附屬盛京醫院第一內科綜合病房，沈陽 110134）

支氣管擴張癥是一種慢性損傷性疾病，其病理特征是永久的支氣管擴張和嚴重的支氣管炎癥反應。支氣管擴張癥在歐洲和北美洲的患病率為67～566/10萬，我國則高達1 200/10萬［1］。支氣管擴張癥的病因涉及遺傳、感染、環境污染及過敏等多種因素。其中，感染是導致支氣管擴張癥急性加重的重要原因。流感嗜血桿菌、銅綠假單胞菌和肺炎鏈球菌是支氣管擴張患者痰液中最常分離到的致病菌［2］。慢性感染導致支氣管擴張的進展，而炎癥和黏膜纖毛清除受損導致肺組織結構改變，從而促進感染的發展［3］。

銅綠假單胞菌等微生物以及從培養物中鑒定出的其他革蘭氏陰性和革蘭氏陽性微生物與疾病的進展、預后以及驅動氣道中白細胞介導的炎癥相關［4］。因此，對于頻發急性加重的支氣管擴張癥，長期抗生素治療仍然是當前主要的治療方法。對肺微生物群落的分子學研究正在改變對氣道微生物學的認識，研究者需要改變既往對微生物病理和結構的分型認識。微生物的分型可以潛在地提供疾病亞型、治療反應及未來治療方向［5-6］。鑒于此，本文著重對微生物組在支氣管擴張中的潛在作用進行綜述。

1 健康的肺微生物組

微生物組的定義是環境中所有微生物的組合遺傳物質［7］，它與微生物群不同，后者是指在特定生態位中共生和致病微生物的群落［8］。微生物組研究領域的核心是要認識到人體是多種不同微生物的宿主，微生物與宿主之間的相互作用可對疾病與健康產生重要影響［9］。臨床上通常采用培養基培養呼吸道細菌，主觀性地選擇了需氧呼吸道病原，對于厭氧菌及病毒則不易檢測［10］。分子生物學檢測方法可為培養基培養提供替代方法，包括16S核糖體RNA（16S rRNA） 測序和宏基因組測序［11］。這些方法旨在從樣本中存在的所有細菌或宏基因組學的所有DNA序列中獲取遺傳信息。通過16S rRNA測序在健康的肺中鑒定出的常見菌群包括變形桿菌、硬毛菌和擬桿菌，在屬水平上，鏈球菌、普氏菌和韋永氏菌占主導，嗜血桿菌和奈瑟氏菌所占比例較小［11-12］。健康的肺微生物組被認為是短暫的，受以下3個方面影響：（1） 微生物吸入量，即經氣道吸入和直接黏膜分散而進入呼吸道的微生物的量；（2） 黏膜纖毛系統和先天免疫系統清除微生物的速度；（3） 肺部某些區域的狀況是否能夠促進微生物生長［13］。肺部疾病會改變肺部結構并改變區域生長條件，支氣管擴張癥氣道變寬，導致黏膜纖毛清除失敗，細菌黏附，增加細菌載量，并發展為慢性感染［13］。

2 支氣管擴張癥微生物組與培養

現有研究［14］表明，支氣管擴張癥的微生物組是復雜的、高度個體化的，且包含多個細菌屬，并初步證明與疾病的嚴重程度相關。低用力肺活量和囊性支氣管擴張的存在被認為是患者定植相關的危險因素［15］。用傳統的培養方法檢測支氣管擴張癥患者呼吸道樣本，流感嗜血桿菌、銅綠假單胞菌、肺炎鏈球菌等是最常見的致病菌［8］。隨著疾病的嚴重程度不同，分離出的微生物也具有一定差異。研究［2］發現，輕度支氣管擴張癥急性加重期分離出的主要細菌是副流感嗜血桿菌，而中度和重度患者則以銅綠假單胞菌為主。WOO等［16］對29例支氣管擴張癥患者進行了長達16年的隨訪，證明了微生物組的顯著穩定性，盡管多次采用抗生素治療，優勢菌群仍保持不變，且癥狀亦保持相對特異性。無論采用何種療法，銅綠假單胞菌或流感嗜血桿菌的慢性感染往往持續多年，大多不會隨時間變化而出現優勢菌群的變遷［17］。研究［2］表明，重度支氣管擴張癥患者痰液中病毒檢出率明顯高于病情較輕的患者，而細菌的檢出率在穩定期和急性加重期并無差別。

3 微生物組對疾病嚴重程度的影響

多種細菌、病毒和環境因素都可能導致支氣管擴張，因此，很難確定究竟是何種微生物在急性發作中起關鍵作用。目前的研究［18］表明，細菌載量在肺部炎癥及疾病轉歸中有重要作用。急性加重期微生物組的變化是錯綜復雜的，有的患者微生物組變化極小，而有的患者則顯示出不同分類群的相對豐度發生了變化。COX等［19］指出與基線相比，急性加重期細菌載量沒有統計學上的顯著增加，且加重期的細菌多樣性和其他微生物組參數也未見一致的變化。這并不意味著微生物組不參與支氣管擴張癥的病情加重，而是后者由多種因素共同作用所致。

在支氣管擴張和低劑量紅霉素研究［20］（BLESS）中，對穩定支氣管擴張癥患者進行雙盲、安慰劑對照的隨機對照試驗［20］。結果表明，與安慰劑相比，低劑量紅霉素（400 mg，2次/d） 治療48周的患者急性加重次數明顯減少，與其他微生物組譜相比，假單胞菌或嗜血桿菌為主的微生物組患者肺功能顯著降低。研究［21］表明，以嗜血桿菌為主的微生物組患者的病情加重次數較少，而以假單胞菌為主的微生物組患者的病情加重頻率總體較高。銅綠假單胞菌感染患者臨床預后更差，急性發作更頻繁，肺功能下降更快，氣道分泌物更多，對抗生素需求量更大［22-23］。

BLESS研究中，對微生物組與炎癥指標［痰液白細胞介素（interlukin，IL） -1β、IL-8、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP） 和血清C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）］進行了分析，結果發現假單胞菌及嗜血桿菌為主的微生物組與血清CRP、痰液IL-1β和IL-8水平升高有關。基于優勢微生物組的分層患者顯示，與以假單胞菌為主的微生物組相比，以流感嗜血桿菌為主的微生物組的MMP2和MMP8水平更高［20-21］。但該數據集（86例） 相對較小，其中嗜血桿菌（31例） 或假單胞菌（22例） 的微生物組數量不多，因此，仍需要樣本量更大的研究來證實以上結論。也有研究［2］發現，病毒和細菌混合感染患者的血清CRP水平顯著高于單純病毒感染和無病原微生物感染的患者，同時分離出病毒和細菌患者的血清IL-8水平高于未分離出病原微生物的患者，細菌合并病毒感染患者全身炎癥反應重。

近年來，關于大環內酯類藥物在支氣管擴張癥治療中的研究較多。羅紅霉素可抑制氣道中性粒細胞，保護上皮細胞，減少膜磷酯損傷，進而抑制細胞炎癥，并有效促進周圍組織的修復。此外，羅紅霉素還具有一定的免疫調節作用，能夠破壞細菌背膜，抑制細菌生長［24-25］。紅霉素能降低肺假單胞菌占主導的菌屬豐度，并促進對大環內酯類耐藥菌的轉移。大環內酯類藥物對治療支氣管擴張癥非常有益，但長遠來看大環內酯類可加重銅綠假單胞菌感染［24］。目前尚無關于吸入抗生素對微生物組的影響的研究。理想情況下，應研究所有常用抗生素治療支氣管擴張癥對肺微生物組的影響［26］。

4 真菌、病毒和非結核分枝桿菌（nontuberculosis mycobacteria，NTM） 的作用

真菌、病毒和NTM多導致重度支氣管擴張癥，但其作用機制目前尚不明確［9，27］。亞洲和歐洲支氣管擴張隊列（CAMEB） 研究首次調查了238例亞洲支氣管擴張癥患者，在其支氣管擴張菌群中觀察到的常見真菌是曲霉菌、隱球菌和克拉維菌屬［28］。檢測出的真菌具有地理差異，利用qPCR檢測到2種不同的曲霉菌，新加坡及馬來西亞吉隆坡患者中被檢測出的主要菌種是煙曲霉菌，而蘇格蘭鄧迪患者中以土曲霉菌為主要菌種。

呼吸道病毒感染是慢性氣道疾病（如哮喘、慢性阻塞性肺疾病） 病情加重的主要原因，但在促進支氣管擴張癥急性加重中的作用尚不清楚。在二十世紀中葉，麻疹病毒曾是兒童支氣管擴張癥的重要感染原，但隨著相關疫苗接種計劃的普及，感染明顯減少。A和B流感病毒、腺病毒、副流感病毒、鼻病毒和人類T淋巴細胞病毒-1已在支氣管擴張癥患者中被鑒定［29］。MITCHELL等［30］對47例和27例支氣管擴張癥患者進行PCR檢測，結果分別在39%和59%的患者中發現了病毒。表明即使在疾病穩定期間，病毒的感染率也非常高，但病毒究竟是病情惡化的原因還是后果，有待進一步研究。有研究者［29］提出，即使細菌負荷和多樣性穩定，病毒也可在支氣管擴張癥中發揮作用。

支氣管結核和肺結核是我國支氣管擴張癥的常見病因，尤其是肺上葉支氣管擴張。但目前對NTM在支氣管擴張微生物組中的作用了解甚少。常見的NTM包括鳥分枝桿菌復合物和膿腫分枝桿菌復合物［31］。正如禽鳥分枝桿菌亞種誘發克羅恩病一樣［32］，NTM也可能觸發支氣管擴張，但其機制尚不明確。

目前，對真菌、NTM和病毒作用的研究較少，部分原因是受限于研究方法。這些生物，特別是真菌和NTM，目前存在與DNA提取有關的困難，在測序方法和鑒定微生物的數據庫方面缺乏適當的協議。微生物組研究廣泛使用的16S rRNA測序方法不能準確識別分枝桿菌。SULAIMAN等［33］使用16S rRNA測序研究了1組NTM感染患者，盡管其NTM培養陽性，但通過測序鑒定出的分枝桿菌卻很少。

5 總結與展望

目前，微生物組數據尚未導致臨床實踐發生變化，但研究微生物組與臨床表現之間的關聯有助于指導支氣管擴張癥的治療。

當前的微生物組測序方法耗時且需要專門的生物信息學分析，因此，難以應用于臨床。牛津納米孔技術（Oxford nanopore technologies，MinION） 和單分子實時測序等第三代測序技術具有用于臨床實踐的潛力。MinION已被用于下呼吸道感染的微生物學調查，并在英國INHALE研究中用于迅速確定醫院獲得和呼吸機相關性肺炎的原因［34］。新興技術開始被用于解決細菌的代謝、基因表達、抗性和宿主反應，這是一個快速發展的領域，這些技術有望用于支氣管擴張癥的研究。