微生物與慢性阻塞性肺疾病的研究進(jìn)展

單淑香，王立婧

(天津市寶坻區(qū)人民醫(yī)院呼吸科，天津 301800)

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease COPD)是呼吸系統(tǒng)的常見(jiàn)病和多發(fā)病，其特征是持續(xù)性氣流受限，并呈進(jìn)行性發(fā)展。慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)是COPD患者的重要臨床病程，對(duì)患者的生活質(zhì)量、肺功能、疾病進(jìn)程產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。COPD的影響因素中除外吸煙、化學(xué)因素、空氣污染、遺傳[1]，細(xì)菌感染在COPD的發(fā)病和急性加重過(guò)程中起著非常重要的作用，研究表明80%的AECOPD是由感染所致[2]。既往傳統(tǒng)觀念認(rèn)為健康人群的下呼吸道是無(wú)菌的，但隨著16S rRNA檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，越來(lái)越多的研究表明[3]健康人群以及COPD穩(wěn)定期患者的下呼吸道均存在微生物，但二者的呼吸道微生物的組成是不同的。本綜述通過(guò)總結(jié)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外肺部微生物的研究來(lái)探討微生物對(duì)COPD的發(fā)生發(fā)展的影響，并為COPD的治療方法提供新的途徑和思路。

1 下呼吸道微生物組的檢測(cè)方法

人類(lèi)的身體被數(shù)以萬(wàn)億的微生物所覆蓋，包括皮膚、口腔、呼吸道和腸道等，它占據(jù)了大約1%～3%的體重，人體內(nèi)微生物的總數(shù)超過(guò)了哺乳動(dòng)物細(xì)胞數(shù)量的十倍[4]。目前關(guān)于探討微生物在COPD中作用的研究較少，因此我們對(duì)微生物與COPD之間的相互作用的理解仍處于起步階段。

過(guò)去對(duì)下呼吸道標(biāo)本的采集方法包括自然咳痰、經(jīng)皮肺穿刺活檢、經(jīng)支氣管鏡保護(hù)毛刷取痰、經(jīng)環(huán)甲膜穿刺取痰、支氣管肺泡灌洗液等多種方法，對(duì)病原微生物的鑒定方法僅依賴(lài)于傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，該檢測(cè)方法具有局限性，由于多種細(xì)菌物種不能在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，故難以獲得準(zhǔn)確的下呼吸道微生物組的信息[5]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，沒(méi)有吸煙史、肺功能正常的健康人群的下呼吸道是無(wú)菌的。然而隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，微生物可以被他們的基因序列所識(shí)別而不僅僅依賴(lài)于培養(yǎng)基，故傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)被基因測(cè)序所代替，這就是16S rRNA技術(shù)。細(xì)菌的16S rRNA基因序列具有保守性和種間特異性，而且它的序列庫(kù)相比于鑒定細(xì)菌的其他序列庫(kù)信息更豐富，該技術(shù)的應(yīng)用不僅使我們對(duì)病原菌的鑒定更加精確，也有利于發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)致病菌，豐富了流行病學(xué)的資料，故它是鑒別細(xì)菌種屬的理想方法[6-7]。近年來(lái)越來(lái)越多的研究[8]通過(guò)16S rRNA技術(shù)證明下呼吸道微生物不僅存在于患有呼吸系統(tǒng)疾病的肺部，同樣也存在于健康人群的肺部，這一微生物研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展刺激了人類(lèi)對(duì)肺部微生物與呼吸道疾病關(guān)系的探索，從而使下呼吸道微生物在COPD疾病的發(fā)生、發(fā)展的作用以及治療進(jìn)展的研究得以深入進(jìn)行。

2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于微生物與COPD的研究現(xiàn)狀

細(xì)菌感染及定植與COPD及其加重是一脈相連的，然而目前我們對(duì)微生物與COPD的生理學(xué)、分子生物學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系仍缺乏一定的了解。目前細(xì)菌在COPD中的作用仍然存在爭(zhēng)議，結(jié)合近年來(lái)的研究總結(jié)如下：①健康人群與COPD患者下呼吸道菌群的差別：國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者通過(guò)采集正常人和COPD患者的支氣管肺泡灌洗液，采用16S rRNA技術(shù)檢測(cè)到二者的肺部存在共同的“核心微生物群”[9]，包括普雷沃菌屬、鞘氨醇單胞菌屬、假單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬、梭形桿菌屬等，然而正常人群和COPD患者的下呼吸道微生物組是有差異的，變形菌門(mén)在COPD患者中多見(jiàn)，厚壁菌門(mén)在正常人群中更常見(jiàn)，且與健康人群對(duì)比，COPD患者的標(biāo)本含有更多的流感嗜血桿菌。②AECOPD的常見(jiàn)致病菌：近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的學(xué)者均對(duì)AECOPD患者的痰液進(jìn)行細(xì)菌學(xué)鑒定，發(fā)現(xiàn)AECOPD最常見(jiàn)的致病菌為流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌和銅綠假單胞菌[10]。并且研究表明[11]流感嗜血桿菌是COPD急性加重的最常見(jiàn)的微生物。③穩(wěn)定期COPD的定植菌與AECOPD的關(guān)系：穩(wěn)定期的COPD患者同樣存在下呼吸道的細(xì)菌定植，而定植菌與AECOPD的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系尚未明確，研究發(fā)現(xiàn)COPD穩(wěn)定期患者的下呼吸道細(xì)菌定植量越高，其急性發(fā)作的次數(shù)也越多[12]，定植細(xì)菌可能成為炎癥的刺激物，誘導(dǎo)機(jī)體的炎癥細(xì)胞產(chǎn)生更多的炎癥因子和趨化因子，加重炎性反應(yīng)[8]；并可增加氣道白細(xì)胞濃度，白細(xì)胞過(guò)多可使肺組織易被蛋白酶破壞，并且定植菌可破壞原有的組織結(jié)構(gòu)加重慢性炎癥的進(jìn)程，降低肺功能[13]。

3 COPD患者肺部微生物的影響因素

影響肺部微生物的影響因素眾多，綜合查閱近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)總結(jié)如下：①年齡：國(guó)外縱向分析表明隨著年齡的增長(zhǎng)，微生物的多樣性降低[14-15]。②吸煙：目前公認(rèn)吸煙是COPD的主要危險(xiǎn)因素，而近年來(lái)吸煙對(duì)下呼吸道微生物的影響也是研究的熱點(diǎn)。Erb-Downward等研究表明通過(guò)采集吸煙與非吸煙的志愿者的肺泡灌洗液，通過(guò)16S rRNA檢測(cè)技術(shù)得出吸煙可以明顯降低下呼吸道菌群的多樣性[16]。③肺功能：健康人群的下呼吸道的細(xì)菌種類(lèi)明顯多于COPD患者，并且種類(lèi)減少的程度與COPD的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，也就是說(shuō)氣道阻塞的嚴(yán)重性顯著降低微生物的多樣性[16]；近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究表明[16-17]，對(duì)于COPD患者來(lái)說(shuō)，肺功能級(jí)別的不同其下呼吸道細(xì)菌定植情況不同。輕至中度AECOPD患者的感染的細(xì)菌主要是流感嗜血桿菌、肺炎鏈球菌、卡他莫拉菌為主，重度的AECOPD患者則以銅綠假單胞菌、肺炎克雷白桿菌等革蘭氏陰性桿菌為主。最近有兩項(xiàng)研究表明隨著COPD患者肺功能的降低，其銅綠假單胞菌等革蘭氏陰性桿菌的機(jī)率就越高[18]?，F(xiàn)有研究證明，不同嚴(yán)重程度的AECOPD，致病菌種類(lèi)不同。隨著肺功能的下降，顯示AECOPD 的致病菌從肺炎鏈球菌向流感嗜血桿菌、腸桿菌科細(xì)菌、銅綠假單胞菌轉(zhuǎn)化[19]。④藥物：Pragman等研究表明吸入抗生素、糖皮質(zhì)激素對(duì)微生物的多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響，并且研究表明COPD患者吸入糖皮質(zhì)激素增加肺炎的風(fēng)險(xiǎn)[20]。對(duì)中重度COPD患者常采用廣譜抗菌藥物治療。Erb-Downward等對(duì)做肺移植的COPD患者手術(shù)切除的肺進(jìn)行多點(diǎn)采樣，以16S rRNA PCR技術(shù)分析證實(shí)，長(zhǎng)期暴露在廣譜抗菌藥物下，患者下呼吸道微生物組多樣性明顯減少[16]。⑤肺內(nèi)微生物分布不同：國(guó)外研究者通過(guò)采集COPD患者的支氣管灌洗液進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)下呼吸道分泌物的多樣性較上呼吸道較低，并且其細(xì)菌負(fù)荷高于上呼吸道；即使同一名受試者，不同肺部組織的微生物群落是不同，這表明COPD患者體內(nèi)的肺部微生物組是不均勻的[16]。

4 腸道微生物對(duì)COPD的作用

微生物通過(guò)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、維生素的合成及外源物質(zhì)的代謝、調(diào)節(jié)免疫功能等途徑將感染、自身免疫、肥胖、心臟疾病以及惡性腫瘤聯(lián)系到一起[21]。研究表明，肺部的菌群失調(diào)會(huì)引起宿主過(guò)度免疫激活，恢復(fù)微生物的穩(wěn)態(tài)可能提高宿主的健康水平[16]。影響COPD的微生物不僅僅局限于肺部的微生物，現(xiàn)在越來(lái)越多的研究表明[20]胃腸道微生物的變化對(duì)腸外器官產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。國(guó)外研究[22]，觀測(cè)到抗生素與肥胖的相關(guān)影響，研究表明抗生素可導(dǎo)致動(dòng)物體重增加，并且已被許多國(guó)家應(yīng)用作為增長(zhǎng)體重的因素，在小鼠的研究中顯示，腸道抗生素可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸的代謝產(chǎn)物，并且抗生素可引起肝酶升高及促進(jìn)三酰甘油的合成。

目前關(guān)于腸道微生物對(duì)肺部疾病影響的研究相對(duì)較少，國(guó)內(nèi)外研究[23]顯示腸道菌群通過(guò)局部及全身的方式參與了宿主的免疫系統(tǒng)，目前已知的微生物物種如脆弱擬桿菌和分節(jié)絲狀菌，其可影響炎癥性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞數(shù)量之間的平衡。國(guó)外兩組臨床試驗(yàn)研究顯示，與接受安慰劑的對(duì)照組相比[24]，口服腸道益生菌可明顯降低肺囊性纖維化患者急性加重的頻率。研究表明[22]，對(duì)于機(jī)械通氣的患者，給予口服益生菌能顯著降低呼吸機(jī)相關(guān)肺炎的發(fā)病率；另有研究顯示[4]，口服益生菌對(duì)預(yù)防上呼吸道感染有益處；早在數(shù)年前鐘南山在國(guó)內(nèi)首次通過(guò)給予COPD患者口服八種細(xì)菌提取物來(lái)觀察其對(duì)COPD的預(yù)防作用[25]，研究結(jié)果顯示口服八種細(xì)菌提取物可以降低COPD急性發(fā)作的頻率、減輕發(fā)作的嚴(yán)重程度、縮短病程及減少抗生素的使用量，與國(guó)際許多臨床研究結(jié)果相吻合。八種細(xì)菌提取物可通過(guò)增強(qiáng)各種免疫細(xì)胞活性以及免疫細(xì)胞因子生成，從而提高呼吸道黏膜的免疫力、減少細(xì)菌感染、以及減少氣道分泌物。

近來(lái)補(bǔ)充益生菌以及菌群移植已成為國(guó)際上的熱門(mén)研究課題并被建議作為一個(gè)治療變應(yīng)性疾病的治療手段。腸道菌群是否可能通過(guò)免疫機(jī)制而影響肺部疾病，其對(duì)呼吸道菌群的影響和改變是目前研究的新興領(lǐng)域，為慢性肺部疾病治療提供新的途徑。

綜上所述，隨著16S rRNA測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)，下呼吸道微生物組在COPD發(fā)病和疾病進(jìn)展中作用的研究得以深入進(jìn)行。新的檢測(cè)技術(shù)更加確認(rèn)了細(xì)菌感染對(duì)于COPD急性加重的重要意義，既往研究表明AECOPD的常見(jiàn)的致病菌為流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌和銅綠假單胞菌，并且穩(wěn)定期COPD患者的下呼吸道存在細(xì)菌定植，其細(xì)菌的多樣性受多種因素影響，如年齡、吸煙、肺功能、用藥情況等。然而影響COPD的微生物不僅僅局限于肺部，國(guó)內(nèi)外研究均表明口服益生菌及細(xì)菌提取物對(duì)COPD有一定的預(yù)防及治療作用。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于COPD下呼吸道及腸道微生物組的研究尚處于初期階段，大多數(shù)研究?jī)H限于傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式，依據(jù)國(guó)外現(xiàn)有的研究我們可以推測(cè)下呼吸道微生物組多樣性的改變可能和COPD的發(fā)生、進(jìn)展以及急性加重相關(guān)，關(guān)于COPD患者穩(wěn)定期與急性加重期呼吸道及腸道微生物組動(dòng)態(tài)變化的研究是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，值得進(jìn)一步探討。

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