肺部微生物組與兒童支氣管哮喘內型關系的研究進展

李靖燕 綜述 田兆方 審校

（南京醫科大學附屬淮安第一醫院新生兒科/淮安市小兒呼吸診療重點實驗室，江蘇淮安 223300）

支氣管哮喘（以下簡稱“哮喘”）是一種慢性氣道疾病，也是兒童主要致殘性疾病之一，隨著我國社會經濟的發展和疾病譜的變遷，其發病率呈逐年增高趨勢［1］。盡管哮喘病因目前尚未完全明確，但多種遺傳和環境因素已經確定與哮喘發病相關，包括遺傳和表觀遺傳變異［2］、空氣污染［3］、早期呼吸道感染［4］、飲食［5］等。流行病學研究發現了許多與哮喘相關的環境因素，這很好地解釋了過去30年哮喘發病率急劇上升的原因［6］。隨著高通量測序技術的發展，使用DNA 測序技術（包括16S核糖體RNA測序、宏基因組測序和微生物元轉錄組學）已經在健康的肺部中鑒定出獨特的菌群，且肺部菌群在機體免疫的發展、調節和維持中均起著重要作用［7］。哮喘的異質性并不局限于不同的臨床表型和病因，它還表現為不同的呼吸道微生物群。哮喘根據其氣道炎癥（內型）可分為2型炎癥型哮喘（嗜酸性粒細胞型哮喘）和非2 型炎癥型哮喘（中性粒細胞型哮喘/寡細胞型哮喘）兩大類［8-9］，已有研究認為氣道微生物學的特征和哮喘內型有關［10］。本文就肺部微生物組與兒童哮喘內型關系的研究進展進行綜述。

1 兒童肺部菌群特點及影響因素

1.1 肺部菌群的來源

肺部是一個半開放的器官，擁有復雜的黏膜表面，黏膜結構不僅是微生物群存活的重要部位，還可以保護機體免受病原體入侵，最終形成所謂的肺部微生物群［11］。與腸道、皮膚、陰道和口腔等部位的微生物群具有數量巨大且可自我維持的特點不同，肺部必須維持較低的細菌負荷以促進氣體交換，穩定狀態下，下呼吸道菌群的瞬時特性取決于從上呼吸道進入的菌群與被宿主免疫消除的菌群之間的平衡。因此，上呼吸道樣本無法完全反映下呼吸道的情況［12］。常用的肺部微生物組采樣的方法包括支氣管肺泡灌洗、支氣管鏡刷洗、誘導痰和直接人體肺組織取樣（肺移植或者尸體肺組織取樣）［13］。成年人肺部菌群主要來源于口咽，而兒童則是鼻咽和口咽的混合，這可能是由于兒童后鼻道狹窄，鼻竇口相對較大，導致鼻咽部病原體容易定植，以及兒童鼻分泌物增加，促進微生物向肺部擴散所致［14］，肺部的菌群主要由厚壁菌門、放線菌門、擬桿菌門和變形菌門組成［15］。

1.2 肺部微生物群的建立與發展

肺部微生物在個體出生后立即開始定植，從出生到青年期，接觸不同的環境因素也會影響肺部微生物叢的組成，并逐漸發展成為一種動態復雜的微生物群落［16］。生命早期（出生后數天至數周內）是宿主免疫-微生物群相互作用的關鍵時間窗口期，也是微生物群建立和免疫系統成熟的關鍵時期［17］。影響肺部微生物組成的主要因素包括吸煙暴露、家中飼養寵物、兄弟姐妹數目、飲食情況、生活環境（城市或農村）、細菌或病毒感染、早期抗生素暴露等，這些都可以直接或間接影響肺部微生物群的多樣性［18］。

2 兒童哮喘分型和肺部菌群關系

2.1 兒童哮喘表型和內型

哮喘表型的概念是在2006 年首次被提出，其被定義為由遺傳和環境因素相互作用產生的臨床表現，如依據表型將患者進行分組治療則有助于臨床醫師制定最佳治療方案［19］，還有助于喘息性疾病或兒童哮喘的診斷、預測和治療。然而，在現實生活中，哮喘表型有很大的異質性和可變性，并且存在重疊的情況，由此在臨床上又引入了哮喘內型的概念。內型又稱分子表型，是根據病理生理機制對哮喘進行分類［8］。將哮喘病理生理學的分子特征與臨床癥狀相對應，從而確定“可治療的特征”實現個體化治療。目前尚缺乏哮喘內型分類的統一標準，在兒童哮喘中最常見的內型分類是根據氣道炎癥是否由2型免疫應答反應引起的分為2型炎癥和非2型炎癥［20］。

2.2 2型炎癥型哮喘與肺部菌群

2.2.1 2 型炎癥型哮喘特點 2 型炎癥型哮喘是兒童最常見的類型，通常發生在學齡前期，與輔助性T細胞（helper T cell, Th）2和2型固有淋巴細胞（group 2 innate lymphoid cell, ILC2）反應相關，過敏原刺激Th2 細胞和ILC2 產生一系列細胞因子，如白細胞介素（interleukin, IL） -4、IL-5、IL-9、IL-13，進而導致調節性T細胞、B細胞、肥大細胞和嗜酸性粒細胞反應性增多，引起上皮屏障功能障礙、黏液分泌增多、平滑肌收縮和氣道重塑，從而引起哮喘特征性癥狀，這類哮喘往往對糖皮質激素治療敏感［21］。

2.2.2 肺部菌群與2 型炎癥型哮喘的相關研究由于嗜酸性粒細胞具有抗菌功能，2型炎癥型哮喘患者其肺部總細菌負荷相對低于非2型炎癥型［22］。嬰兒期呼吸道定植流感嗜血桿菌、肺炎鏈球菌和卡他莫拉菌，之后發生反復喘息和兒童哮喘的風險增加，且血液中免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）、嗜酸性粒細胞水平升高，表明這些菌群的早期定植可能影響哮喘的發展［23］；Chun 等［24］發現哮喘兒童支氣管中放線菌與支氣管炎癥基因呈負相關，提示支氣管中放線菌可能具有保護作用；中重度哮喘兒童葡萄球菌腸毒素致敏與2型炎癥（嗜酸性粒細胞炎癥和總IgE 水平升高）相關［25］；嬰兒期以肺炎鏈球菌定植為主的鼻腔菌群與鼻病毒感染風險增加相關，其聯合感染會增強宿主免疫應答與兒童哮喘的發展有關［26］。

2.3 非2型炎癥型哮喘與肺部菌群

非2型哮喘包含中性粒細胞型哮喘和寡細胞型哮喘，其炎癥反應包括由γ-干擾素參與介導的1型免疫應答和IL-17 介導的3 型免疫應答導致氣道中性粒細胞炎癥；與IL-6、肥胖和代謝異常有關的全身性炎癥及非炎癥的機制，通常有對糖皮質激素反應差及表現更嚴重的臨床癥狀［27］。

2.3.1 中性粒細胞型哮喘 部分哮喘兒童存在以中性粒細胞浸潤為主的氣道炎癥，中性粒細胞型哮喘與持續性哮喘、重癥哮喘、致死性哮喘關系密切［28］。兒童哮喘被認為主要是由Th2 細胞因子驅動的嗜酸性粒細胞型氣道炎癥，但固有免疫可能導致重度哮喘患者向Th1 或Th17 細胞介導的中性粒細胞型氣道炎癥轉變，甚至存在Th1、Th2、Th17 細胞混合表達導致形成中性粒細胞和嗜酸性粒細胞同時存在的氣道炎癥［29］。氣道內細菌數量增加和特定的細菌種類增加，會導致氣道內可溶性細菌碎片（如內毒素）增加，其脂質部分不具有抗原特異性，能夠與模式識別受體結合，從而刺激機體產生固有免疫應答，最終導致中性粒細胞聚集［30］。中性粒細胞型哮喘患者的細菌多樣性、豐富度和均勻度較低，而變形菌門，特別是嗜血桿菌和卡他莫拉菌的豐度較嗜酸性粒細胞型哮喘患者高［31］，這提示中性粒細胞型哮喘與某些促炎性細菌的增加有關。肺炎衣原體感染可導致兒童哮喘氣道炎癥加重，支氣管肺泡灌洗液中IL-8 和中性粒細胞數量明顯升高，糖皮質激素治療不能減輕氣道高反應性和中性粒細胞炎癥［32］。

2.3.2 寡細胞型哮喘 兒童哮喘中有一部分是寡細胞型哮喘，在誘導痰細胞學檢測中，痰液中嗜酸性粒細胞或中性粒細胞數量沒有明顯增加，高劑量糖皮質激素或針對2型炎癥的新型生物靶向制劑在這些兒童中未見效［33］。寡細胞型哮喘的病理學特征尚不完全清楚，目前認為其發病機制包括氣道高反應性與氣道炎癥存在解偶聯，這種差異可能是由神經元因素、非免疫介質、信號分子和易感基因驅動的，這些因素都會改變氣道平滑肌的收縮性，導致氣道高反應性［34］。有研究發現寡細胞型哮喘氣道微生物多樣性低于嗜酸性粒細胞型哮喘、中性粒細胞型哮喘，而微生物群多樣性的增加可引起氣道免疫反應，產生的細胞因子可以驅動中性粒細胞或嗜酸性粒細胞的浸潤和增殖［35］。

3 兒童哮喘臨床常見治療措施對肺部微生物的影響

3.1 糖皮質激素

糖皮質激素是治療哮喘的一線藥物，目前哮喘指南建議長期使用吸入性糖皮質激素來控制哮喘癥狀和預防惡化。臨床上糖皮質激素對大多數哮喘患者有效，但仍有部分患者對糖皮質激素治療不敏感。有研究發現嗜血桿菌在氣道內豐度增加與吸入氟替卡松6 周治療的反應減弱有關［36］；而對那些糖皮質激素治療不敏感的患者進行長期吸入性糖皮質激素治療，可能會改變下呼吸道的微生態，導致呼吸道微生態失調，促進了鏈球菌屬的增殖［37］。因此，某些氣道微生物可能有潛力成為評估哮喘患者對皮質類固醇治療反應的指標，使臨床醫生能夠改進治療方法。

3.2 補充益生菌

隨著“腸-肺軸”概念的提出，目前認為肺部和腸道雙向通訊可能是通過微生物直接產生或經免疫觸發后生成的化學信號實現的，這些信號分子可以通過血液和淋巴游走全身，幫助調節免疫系統［38］。因此，通過補充益生菌是糾正微生態失調和恢復“健康”肺部微生物組的一個潛在方法。2020 年一項Meta 分析顯示補充益生菌并不能降低哮喘風險或喘息發病率，不建議使用益生菌預防嬰兒哮喘［39］；而另一項Meta 分析則報告益生菌可提高哮喘兒童生活質量，減少癥狀的嚴重性，但需要更多涉及益生菌作用機制的研究來闡明益生菌在兒童和青少年變應性鼻炎和過敏性哮喘中的作用［40］；也有研究發現補充益生菌可減少潑尼松龍的用量，有利于哮喘的治療［41］；鼻腔給藥可以減少過敏性氣道炎癥，在預防和治療哮喘方面富有前景，但對兒童哮喘的療效還需進一步研究評估［42］。由于在研究設計、受試人群、益生菌的種類和劑量等方面存在高度異質性，很多研究的結果是相互矛盾的，因此需要進一步的研究來解釋益生菌的作用機制［43］。

3.3 應用抗生素

盡管哮喘診治指南并不支持常規使用抗生素治療哮喘［44］，但由于呼吸道感染是哮喘發病的重要誘因，導致哮喘兒童的抗生素使用比例高于無哮喘兒童，盡管有時并沒有應用抗生素的適應證［45］。有研究表明妊娠期抗生素的使用和兒童過早使用抗生素會增加幼兒患哮喘的風險［46］；抗生素會影響機體對與哮喘惡化有關的呼吸道細菌/病毒感染的免疫反應，如肺炎鏈球菌和流感病毒［47］；大環內酯類抗生素除了具有抑菌作用外，還有抗炎和免疫調節作用，其可以減少慢性氣道疾病的炎癥和氣道損傷［48］；長期使用低劑量阿奇霉素可以減少氣道中流感嗜血桿菌的負荷，降低非嗜酸性粒細胞型哮喘患兒的惡化率［49］；目前對于長期使用大環內酯類藥物治療的哮喘患者在使用劑量、持續時間等方面還存在爭議，有些研究并沒有顯示其在嚴重嗜酸性粒細胞型哮喘的有效性［50］。

4 結語

哮喘的異質性并不局限于不同的臨床表現和病因，還表現為不同的氣道微生物群。以實驗室和臨床循證的方法將哮喘分為不同的內型有助于個體化精準治療。哮喘患者的未來診斷和治療應通過分析個體微生物群的組成和代謝活動來輔助。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。