腸道及呼吸道微生物與哮喘相關(guān)性的研究進(jìn)展

郭亞菲 李建強(qiáng),2

全球疾病負(fù)擔(dān)(GBD)的數(shù)據(jù)表明慢性呼吸道疾病的發(fā)病率和死亡率始終居高不下，而其中哮喘患者占到很大一部分比例[1]。對(duì)于哮喘的治療手段除了目前已廣泛應(yīng)用到臨床的糖皮質(zhì)激素、β-受體激動(dòng)劑、抗膽堿藥以及生物靶向藥物等，現(xiàn)如今越來(lái)越多的學(xué)者提出一種新型療法，即關(guān)于微生物組分析的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)方法[2]。我們知道胃腸道的微生物含量是全身各系統(tǒng)最高的，而越來(lái)越多的研究證明腸道微生物群及其代謝物與胃黏膜的相互作用會(huì)影響全身免疫，導(dǎo)致其他各個(gè)系統(tǒng)疾病的發(fā)生，如現(xiàn)階段研究較多的有腸道微生物與哮喘[3]。另外，目前發(fā)現(xiàn)除了肺部炎癥環(huán)境的已知變化之外，哮喘的發(fā)生還與肺部微生物生態(tài)失調(diào)有關(guān)[4]。因此，基于微生物組在哮喘發(fā)病中的影響，維持宿主與微生物的平衡可能成為未來(lái)治療哮喘的新靶點(diǎn)。在這篇綜述中，我們概述了腸道及呼吸道微生態(tài)與哮喘的關(guān)系，據(jù)此探討哮喘新的治療途徑。

一、腸道菌群與哮喘

胃腸道生態(tài)系統(tǒng)在宿主免疫反應(yīng)的成熟和持續(xù)發(fā)育中起著關(guān)鍵作用，與神經(jīng)、呼吸、心血管、代謝、肝臟疾病等疾病有關(guān)[5]。共同黏膜免疫系統(tǒng)指出，部分腸道微生物群的改變可能影響遠(yuǎn)端器官的免疫功能，如呼吸系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致哮喘發(fā)生[6]。在小鼠身上，已經(jīng)獲得了腸黏膜組織和肺黏膜組織之間潛在相互作用的證據(jù)[7]。因此引出“肺-腸軸”學(xué)說(shuō)。

據(jù)研究表明，一些腸道代謝物的缺乏可增加氣道炎癥反應(yīng)。Kumari M.等[8]的一項(xiàng)針對(duì)4歲兒童的研究顯示患有特應(yīng)性疾病(如哮喘)的兒童短鏈脂肪酸的水平較低，證明短鏈脂肪酸(SCFA)作為腸道菌群的產(chǎn)物在腸道中具有強(qiáng)大的抗炎作用。SCFA作為配體，被Toll樣受體(TLR)識(shí)別，通過(guò) NF-κB激活上皮細(xì)胞來(lái)影響促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生(例如IL-6，IL-8，IL-1β和TNFα)[9]。丁酸鹽通過(guò)調(diào)節(jié)GATA3表達(dá)和抑制2型固有淋巴細(xì)胞(ILC2s)產(chǎn)生IL-5和IL-13，從而減少哮喘的急性發(fā)作[10]。另外，丙酸可通過(guò)游離脂肪酸受體(FFAR3)誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞前體和巨噬細(xì)胞生成增強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)肺部疾病中的過(guò)敏性炎癥反應(yīng)[6]。最新發(fā)現(xiàn)，膽汁酸同樣具有免疫調(diào)節(jié)作用，小鼠實(shí)驗(yàn)中，給予塵螨(HDM)誘導(dǎo)氣道炎癥，使用牛磺酸脫氧膽酸(TUDCA)治療后炎癥細(xì)胞、以及所產(chǎn)生的IL-4、IL-5和IL-13顯著減少，同時(shí)也顯著降低了血清中HDM誘導(dǎo)的IgE水平；膽汁酸的另一種類型，丙氨酰β-穆里膽酸(AβM)顯著降低IL-6、IL-33，趨化因子CCL11，CXCL1和CCL20以及HDM誘導(dǎo)的IgE水平[11]。

腸道菌群也參與了肥胖相關(guān)性哮喘的發(fā)生，在小鼠試驗(yàn)中，遺傳性肥胖和高脂肪飲食(HFD)誘導(dǎo)的肥胖都會(huì)增加哺乳動(dòng)物胃腸道中兩個(gè)最豐富的細(xì)菌門(厚壁菌與擬桿菌)的比例，這些變化可能通過(guò)改變細(xì)菌來(lái)源或修飾的代謝物(如SCFAs或膽汁酸)的產(chǎn)生，在肥胖相關(guān)哮喘中發(fā)揮作用[12]。還有抗生素相關(guān)性哮喘，生命早期，較高的微生物多樣性通常被認(rèn)為是有益的[13]。Ni J.等[14]通過(guò)對(duì)2398名兒童進(jìn)行回顧性研究，發(fā)現(xiàn)早期接觸抗生素可能導(dǎo)致兒科腸道微生物群的生態(tài)失調(diào)，與哮喘發(fā)生呈正相關(guān)。

另外，臨床上可以見到胃食管反流病(GERD)誘導(dǎo)的哮喘患者，其中反流物直接刺激肺部可能導(dǎo)致GERD患者哮喘癥狀發(fā)生，而遠(yuǎn)端食管反流刺激迷走神經(jīng)，進(jìn)而導(dǎo)致支氣管收縮也是發(fā)生哮喘間接原因[15]。同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究表明一些炎癥性腸病患者通常也會(huì)出現(xiàn)呼吸道改變，如進(jìn)行性氣道受累和肺血管改變[16]。

二、呼吸道菌群失調(diào)

在2010年以前，由于微生物培養(yǎng)技術(shù)差、效率低，無(wú)法復(fù)制肺部棲息地，也無(wú)法從呼吸道樣本中培養(yǎng)微生物，所以普遍認(rèn)為健康的肺是無(wú)菌的[17]。成人的肺部和遠(yuǎn)端氣道采樣通常使用痰或內(nèi)鏡下支氣管肺泡灌洗，最近使用二代測(cè)序(NGS)技術(shù)也能準(zhǔn)確識(shí)別肺部的細(xì)菌遺傳物質(zhì)[18]。

在健康肺中，有6個(gè)優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門：變形桿菌門、厚壁菌門(包括甲球菌和細(xì)絨毛桿菌)、擬桿菌門(包括普雷沃氏菌屬)、梭桿菌門、酸桿菌門和放線菌門(包括惠氏菌門)[19-20]。獨(dú)立測(cè)序探索微生物群的最新進(jìn)展使人們對(duì)共生微生物在哮喘中的作用有了更廣泛的了解。Hufnagl K.等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，哮喘患者的致病性變形菌(如嗜血桿菌)數(shù)量較高，類桿菌數(shù)量顯著減少。有多達(dá)10項(xiàng)研究調(diào)查了哮喘患者的氣道/肺微生物群，表明包括嗜血桿菌在內(nèi)的變形菌在輕度哮喘患者體內(nèi)含量更高，并且與更嚴(yán)重哮喘癥狀、Th17相關(guān)基因相關(guān)[22]。某些嚴(yán)重哮喘患者常有合并癥存在，這些疾病本身可能會(huì)影響肺部微生物群的組成，如合并鼻竇炎的患者，上呼吸道的微生物群發(fā)生了改變，棒狀桿菌屬成員的數(shù)量增加，通過(guò)微呼吸造成下呼吸道的失調(diào)[23]。

三、哮喘的治療潛力

基于我們認(rèn)識(shí)到腸道及呼吸道菌群的失調(diào)會(huì)引起哮喘的發(fā)生，進(jìn)而猜想“益生菌”是否可以作為治療或預(yù)防哮喘的方法？目前多用于益生菌的有乳酸菌、放線菌和非致病性大腸桿菌[27]。一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，益生菌可以有效抑制IgE的產(chǎn)生和嗜酸性粒細(xì)胞的積累，在預(yù)防和治療過(guò)敏性疾病方面也顯示出作用[28]。然而，最近的研究結(jié)果并不一致。盡管產(chǎn)前和/或早年益生菌補(bǔ)充劑確實(shí)顯示出與特應(yīng)性致敏、IgE產(chǎn)生和嬰兒濕疹降低的保護(hù)性關(guān)聯(lián)，但它們并不一定在哮喘預(yù)防或喘息風(fēng)險(xiǎn)方面發(fā)揮有益作用[29-31]。一項(xiàng)隨機(jī)雙盲對(duì)照試驗(yàn)表明，對(duì)于高危嬰兒，在生命的前6個(gè)月早期補(bǔ)充鼠李糖乳桿菌GG(LGG)似乎并不能預(yù)防2歲時(shí)濕疹或哮喘的發(fā)展[31]。因此，益生菌是否能作為哮喘新的治療方向，還有待考究。

Roduit C.等[32]進(jìn)行牧場(chǎng)研究，觀察到在高丁酸/丙酸水平的兒童中，哮喘的患病率有下降的趨勢(shì)，以及在小鼠氣道炎癥模型中發(fā)現(xiàn)在致敏和激發(fā)期間向小鼠口服醋酸鹽、丙酸鹽或丁酸鹽可降低乙酰甲膽堿激發(fā)后的氣道高反應(yīng)性，減少BALF中的嗜酸性粒細(xì)胞，但對(duì)IgE沒有影響。因此，可應(yīng)用SCFA來(lái)降低氣道高反應(yīng)性。呼吸道感染(RTI)常常是發(fā)生喘息和哮喘的先決條件，據(jù)此為治療哮喘提出新思路。幾項(xiàng)研究顯示，細(xì)菌溶解產(chǎn)物似乎可以減少RTI，并可能通過(guò)腸道誘導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制減少肺部炎癥和氣道高反應(yīng)性，減少哮喘發(fā)作[21]。

四、總結(jié)與展望

綜上，肺和腸道微生物組失調(diào)可導(dǎo)致哮喘和過(guò)敏的發(fā)生，以及增加發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。一些腸道疾病，如胃食管反流、炎癥性腸病等引起腸道菌群失調(diào)，通過(guò)改變腸道代謝產(chǎn)物以及調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞水平等影響肺部免疫功能。肺部微生物組的變化與哮喘的發(fā)生和發(fā)展之間也存在關(guān)聯(lián)，對(duì)微生物的研究，我們也應(yīng)關(guān)注到包括細(xì)菌以外的生物，如真菌、古細(xì)菌等。

雖然目前可用的哮喘藥物已經(jīng)取得了廣泛的成功，但仍沒有完全治愈哮喘的方法。基于認(rèn)識(shí)到微生物與哮喘的相關(guān)性，我們對(duì)哮喘的治療提出新的方向，如飲食療法，膳食結(jié)構(gòu)選擇性地增加微生物的豐度，為宿主提供代謝益處。另外，對(duì)益生菌的使用也越來(lái)越多，但是還沒有足夠的信息表明使用益生菌可有效預(yù)防過(guò)敏和哮喘。因此關(guān)注健康人腸道和肺部微生物組的功能和生態(tài)特征，以及哮喘患者微生物群的特征，了解微生物群對(duì)宿主免疫反應(yīng)的分子基礎(chǔ)和生物學(xué)效應(yīng)，可能有助于發(fā)現(xiàn)微生物或免疫靶點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。