呼吸道微生態(tài)與疾病的研究進(jìn)展

謝元辰 王兆嫻 姚 武 趙 凱 王 娜

(鄭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,鄭州450002)

共生微生物(微生物群)定植在人體表面及與外界相同的腔道內(nèi)，其數(shù)量是人體自身細(xì)胞的10倍之多，攜帶的基因數(shù)量高達(dá)人體基因組的100倍[1]。自2007年底美國國立衛(wèi)生院 (NIH) 宣布正式啟動(dòng)人類微生物組計(jì)劃(Humanmicrobiome project,HMP)以來，眾多研究發(fā)現(xiàn)微生物通過與宿主細(xì)胞的交互作用調(diào)節(jié)局部生理功能，與癌癥、炎癥、自身免疫性疾病、代謝類疾病甚至神經(jīng)系統(tǒng)等疾病密切相關(guān)[2-5]，但目前研究多集中在腸道、陰道、皮膚菌群，對(duì)呼吸道菌群的研究還較少。

已有的研究顯示呼吸道微生態(tài)受生命早期接觸、遺傳、宿主易感性、疾病等因素的影響[6-8]，并通過對(duì)機(jī)體代謝，細(xì)胞增殖，炎癥和免疫系統(tǒng)的作用，影響人體健康和疾病的發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。因此本文將從呼吸道微生態(tài)的基本情況、微生態(tài)研究技術(shù)及微生物與呼吸道疾病的關(guān)聯(lián)性等三個(gè)方面展開討論，并對(duì)基于微生態(tài)作為治療手段的新思路新方法做出展望。

1 呼吸道微生態(tài)概述

呼吸道分為上呼吸道和下呼吸道，主要功能是進(jìn)行氧和二氧化碳的交換。成年人氣道的表面積約為70平方米，比皮膚表面積大40倍，整個(gè)表面都有特定細(xì)菌菌落定植，其中上呼吸道的細(xì)菌豐度最高[9]。2014年Dickson等[11]提出了一個(gè)島嶼模型，認(rèn)為呼吸道微生態(tài)是一個(gè)梯度變化的過程，肺部的菌群與上呼吸道的相似性很低，且多樣性和豐度也隨著距離口咽部距離的升高而逐漸降低[10,11]。從上呼吸道開始，鼻孔以厚壁菌(Formicates)和放線菌(Actinomyces)為主；口咽部以厚壁菌、變形菌門(Mycetozoan)和類桿菌(Bacteroid)為主[12]；肺部則以擬桿菌屬(Bacaeroides)、厚壁菌門(Firmicutes)和變形菌門(Mycetozoan)為主。其中鼻腔微生物群更接近皮膚菌群，對(duì)肺部微生態(tài)貢獻(xiàn)很小[13]。

影響呼吸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的原因有很多，其中起決定作用的是微生物進(jìn)入和被清除(例如咳嗽或免疫防御)出氣道的速度[11]，這對(duì)于解釋健康的肺在中毒及精神狀態(tài)改變的情況下，由于咳嗽減少而導(dǎo)致的肺炎有很大意義。除此之外，微生物的繁殖能力、肺部微環(huán)境(如溫度、氧氣張力、pH值、營養(yǎng)密度、局部解剖結(jié)構(gòu)和宿主防御能力)、微生物的早期定植以及年齡都對(duì)肺部的菌群結(jié)構(gòu)有很大影響[14,15]。

2 微生態(tài)研究技術(shù)

由于99%的人體微生物都是不能被培養(yǎng)的[16]，因此傳統(tǒng)的菌種培養(yǎng)鑒定方法存在著很大的局限性。具體表現(xiàn)為無法區(qū)分許多在生理生化特征上相似的種屬且不能完整地反映整個(gè)微生物群落的組成和動(dòng)態(tài)變化。隨著對(duì)rRNA小亞基和宏基因組測(cè)序的廣泛應(yīng)用，使得探明微生態(tài)結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)微生物功能和分析微生物作用靶點(diǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

目前，在微生物領(lǐng)域里應(yīng)用最為廣泛的兩種宏基因組測(cè)序策略分別是16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序和全基因組測(cè)序。16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序通過利用特定的“探針”錨定目標(biāo)高變區(qū)的位置，并將對(duì)應(yīng)的堿基序列進(jìn)PCR擴(kuò)增和測(cè)序[17]。測(cè)序完成后，將提取的堿基序列進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理(包括測(cè)序質(zhì)量控制、雙端序列連接、混合樣本)后，根據(jù)16S rRNA 基因序列的相似度閾值通過聚類分析而得到不同分類水平的分類單元(taxon)，并對(duì)其進(jìn)行注釋得到操作分類單位(OTU)，從而了解微生物的結(jié)構(gòu)(包括豐度、多樣性及不同群落的差異特征等信息)[18]。全基因組測(cè)序(WGS)則是將基因組 DNA “打斷”成多個(gè)片段，對(duì)這些分子片段進(jìn)行直接測(cè)序，然后將預(yù)處理(包括測(cè)序質(zhì)量控制和“污染”序列剔除)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解整個(gè)微生物群落的結(jié)構(gòu)，包括功能組成、系統(tǒng)進(jìn)化、生物多樣性及不同群落的差異特征等信息，還可對(duì)重要物種及基因進(jìn)行個(gè)性化分析[19]。

目前新出現(xiàn)的第三代測(cè)序技術(shù)已經(jīng)開始嶄露頭角，其核心技術(shù)是單分子測(cè)序，無需進(jìn)行PCR擴(kuò)增，克服了第二代測(cè)序技術(shù)讀長短及系統(tǒng)性錯(cuò)誤等問題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)序。在測(cè)序長度(平均讀長可以達(dá)到8 kD～15 kD)、速度、通量、高CG含量及重復(fù)序列等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的測(cè)序方面有巨大的優(yōu)勢(shì)[18,20]。當(dāng)測(cè)序深度達(dá)到70倍以上，經(jīng)過平臺(tái)自身及HGAP、pacbioCA、LSC、p-errormolule、PBcR等相關(guān)軟件的矯正后，錯(cuò)誤率可降低到0.1%以下[21]。

測(cè)序技術(shù)的發(fā)展雖然在很大程度上推動(dòng)了微生態(tài)的研究，但由于研究菌群與宿主細(xì)胞間作用的機(jī)制仍然需要?jiǎng)游锛凹?xì)胞實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)支持，因此微生物的培養(yǎng)和純化對(duì)微生物的研究具有不可替代的地位。近年來涌現(xiàn)了許多改善微生物培養(yǎng)的新方法，如稀釋培養(yǎng)法(Dilution culture)[22]、高通量培養(yǎng)技術(shù)(High-throughput culti-vation,HTC)[23]、模擬自然環(huán)境的培養(yǎng)技術(shù)[24,25]、改良微生物培養(yǎng)基組成和培養(yǎng)條件[26]、設(shè)計(jì)新型的培養(yǎng)基等方法。除此之外，Matthew等還創(chuàng)建了一個(gè)基于細(xì)菌或古菌16S rRNA的序列預(yù)測(cè)目標(biāo)微生物培養(yǎng)基配方的數(shù)據(jù)庫-GROWREC，該數(shù)據(jù)庫結(jié)合了NCBI的微生物分類和微生物培養(yǎng)基數(shù)據(jù)庫(DSMZ)的數(shù)據(jù)，依據(jù)傳遞預(yù)測(cè)模式(Transitive prediction schema)和協(xié)同過濾預(yù)測(cè)(Collaborative filtering predictor)，根據(jù)已知物種培養(yǎng)基來推斷其相似性高的近緣物種培養(yǎng)基，因此極大加速了從生態(tài)研究到微生物資源挖掘的進(jìn)程[27]。

3 微生態(tài)與呼吸道疾病

3.1肺癌 隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)癌癥與微生物之間具有復(fù)雜的調(diào)控關(guān)系，雖然癌癥的危險(xiǎn)因素通常被認(rèn)為是宿主遺傳學(xué)和環(huán)境因素，但實(shí)際上微生物約涉及20%的人類惡性腫瘤[28]。研究發(fā)現(xiàn)肺癌患者的微生物多樣性顯著低于正常人群，但鏈球菌(Streptococcus)、葡萄球菌(Staphylococcus)、奈瑟菌屬(Neisseria)、韋榮球菌屬(Veillonella)、巨球型菌屬(Megasphaera)、厚壁菌門(Firmicutes)和TM7菌門的豐度卻明顯高于正常對(duì)照組[29]，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌的感染是導(dǎo)致肺癌病人患敗血癥的主要原因[30]。

炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活是肺癌發(fā)生的早期步驟，可刺激生長因子和細(xì)胞因子如TGF-β，IL-1和IL-8的合成[31]。一旦癌癥形成，炎癥還會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[32]。對(duì)大多數(shù)人來說，可以快速修復(fù)被破壞的屏障，使得內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)得以恢復(fù)，但在宿主免疫力低下或微生物恢復(fù)力差的情況下會(huì)導(dǎo)致屏障的破壞和內(nèi)穩(wěn)態(tài)的失衡[33]。Gui等[34]利用Lewis肺癌小鼠模型在研究腸道微生物的抗腫瘤作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，ABX(萬古霉素，氨芐青霉素和新霉素的抗生素混合物)可以通過上調(diào)VEGFA的表達(dá)和下調(diào)BAX和CDKN1B的表達(dá)來部分損害順鉑的功能，但在順鉑聯(lián)合乳酸桿菌共同治療后發(fā)現(xiàn)小鼠CD8+T 細(xì)胞的 IFN-γ、GZMB和PRF1表達(dá)被上調(diào)，增強(qiáng)了順鉑的抗腫瘤生長和促凋亡作用，與此同時(shí)Boursi等[35]的研究也發(fā)現(xiàn)使用青霉素、頭孢菌素或大環(huán)內(nèi)酯類藥物可通過破壞菌群的生態(tài)平衡而增加肺癌的患病風(fēng)險(xiǎn)。

細(xì)菌毒素還可以通過直接損害宿主DNA，促進(jìn)肺癌的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌可以通過宿主產(chǎn)生的活性氧和氮物種直接或間接損傷DNA。當(dāng)DNA損傷超過宿主細(xì)胞的修復(fù)能力時(shí)，細(xì)胞就會(huì)發(fā)生死亡或突變[36,37]。肺炎支原體是常見的呼吸道病原體，可調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞的凋亡和生長。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)三種肺炎支原體損傷宿主DNA的機(jī)制：①肺炎支原體感染肺上皮細(xì)胞后，可通過炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)形成，利用ROS誘導(dǎo)DNA的損傷[38]；炎癥導(dǎo)致的細(xì)胞損傷及修復(fù)可加快細(xì)胞的分裂速度，提升DNA突變的風(fēng)險(xiǎn)[39]；肺炎衣原體也是宿主單核細(xì)胞中IL-1β和IL-6的誘導(dǎo)劑，具有潛在的致癌作用[40]。Khan等[41]還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了肺炎衣原體的DNA核靶向序列，包括exonuclease V subunit RecB、ribonuclease R、exodeo-xyribonuclease VII small subunit和 exodeoxyribonu-clease VII large subunit，并且發(fā)現(xiàn)錯(cuò)配修復(fù)蛋白的改變可能與肺癌有關(guān)[41]。

3.2肺纖維化 肺纖維化屬于肺間質(zhì)病，早期表現(xiàn)為彌漫性炎癥，后期則表現(xiàn)為成纖維細(xì)胞的過度增殖和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)進(jìn)行性沉積[42]。肺纖維化是一種不可逆的肺部損傷疾病，最終可導(dǎo)致彌漫性間質(zhì)性肺纖維化及肺功能的喪失，死亡率高達(dá)50%～70%[43,44]。

大量的動(dòng)物和臨床研究均證實(shí)細(xì)菌感染是引起急性肺損傷纖維化的重要原因，可引起氣道上皮細(xì)胞的損傷和凋亡，調(diào)節(jié)宿主對(duì)損傷的反應(yīng)能力[45]。在肺纖維化病人中，通過對(duì)細(xì)菌DNA高變區(qū)進(jìn)行二代測(cè)序后發(fā)現(xiàn)，患病組的細(xì)菌豐度是對(duì)照組的兩倍，且嗜血桿菌(Hemophilus)、假單胞菌(Pseudomxon-as)、球菌(Streptococcus)、葡萄球菌(Staphylococ-cus)、奈瑟菌屬(Neisseria)、和韋榮球菌屬(Veillonella)的豐度顯著上升，結(jié)果顯示這些菌群可潛在推動(dòng)疾病的發(fā)展[46,47]。在針對(duì)小鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞功能的發(fā)揮和黏膜纖毛對(duì)細(xì)菌的有效清除均需要Muc5b糖蛋白的參與[48]，一旦黏膜纖毛清除功能受損會(huì)使得細(xì)菌在下呼吸道持續(xù)存在，使其作為一個(gè)潛在的啟動(dòng)器損傷肺泡，加速細(xì)菌感染，持續(xù)惡化病情。此外，還有研究指出肺炎鏈球菌可通過分泌肺炎球菌溶血素(ply)，破壞肺組織屏障并抑制免疫和炎癥細(xì)胞的作用，驅(qū)動(dòng)肺纖維化的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)表明在小鼠感染肺炎鏈球菌后的24 h和48 h后，用克拉霉素或阿莫西林進(jìn)行抗生素治療，可顯著降低羥脯氨酸含量，進(jìn)一步證明了肺部微生態(tài)失衡是肺纖維化的一個(gè)致病因素[49]。

3.3慢性阻塞性肺疾病(COPD) COPD是最常見的呼吸系統(tǒng)疾病之一[50]，它包括慢性支氣管炎、小氣道疾病、黏液分泌過多和肺氣腫等表型[51]，主要表現(xiàn)為持續(xù)的氣道炎癥，小氣道閉塞和肺泡破壞導(dǎo)致的肺功能受損[52]。COPD常見的定植細(xì)菌有流感嗜血桿菌(H.influenzae)、卡他莫拉菌(M.cata-rrhalis)和肺炎鏈球菌(S.pneumoniae)[53]，但由于細(xì)菌菌群通常在菌株和菌種方面會(huì)發(fā)生變化，因此認(rèn)為其定植細(xì)菌是動(dòng)態(tài)變化的[54]，且急性的細(xì)菌或病毒感染通常被認(rèn)為是COPD惡化的觸發(fā)器[55]。臨床數(shù)據(jù)顯示，在急性COPD惡化期間用抗生素治療7～10 d可以降低治療失敗和院內(nèi)死亡的風(fēng)險(xiǎn)，說明細(xì)菌感染是導(dǎo)致COPD突然惡化的重要原因之一[56]。

目前，針對(duì)微生物在COPD炎癥進(jìn)展中的作用機(jī)制也有一些研究[57-59]。Richmond等[57]通過用免疫球蛋白受體缺陷型(pIgR-/-)小鼠構(gòu)建的COPD模型發(fā)現(xiàn)，相比于正常的pIgR-/-小鼠，無菌的pIgR-/-小鼠體內(nèi)缺乏分泌型IgA(secretory IgA，SIgA)，不能推動(dòng)氣道重塑、肺氣腫和炎癥水平的升高，說明細(xì)菌介導(dǎo)了COPD的進(jìn)展。Hinks等[60]發(fā)現(xiàn)未分型流感嗜血桿菌(Nontypeable-H.influenzae，NTHi)的感染可以誘導(dǎo)黏膜相關(guān)恒定的T淋巴細(xì)胞(MAIT)限制性分子MR1在肺巨噬細(xì)胞上的表達(dá)和MAIT細(xì)胞的IFN-γ應(yīng)答。Millares等[61]對(duì)具有代表性的8個(gè)COPD患者的痰標(biāo)本進(jìn)行宏基因組測(cè)序和MG-RAST分析后發(fā)現(xiàn)微生物組的代謝能力在癌癥和碳水化合物的代謝過程中顯著上升，而在細(xì)胞的生長、死亡以及能量的運(yùn)輸和分解過程中則顯著下降?？梢钥闯鑫⑸锟赏ㄟ^多種途徑影響COPD的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。

3.4哮喘 哮喘是一種由多因素引發(fā)的疾病，主要特征是氣道炎癥升高，平滑肌增生和氣道高反應(yīng)性[52,62]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為室內(nèi)的塵螨、蟑螂、老鼠、寵物以及室外的樹木、草、花粉等過敏原都是致兒童哮喘的危險(xiǎn)因素[63-65]。然而，最近從流行病學(xué)、臨床資料以及小鼠模型中獲得的研究數(shù)據(jù)均顯示微生物在哮喘發(fā)病的過程中具有關(guān)鍵作用[66-68]。

在生命的頭幾個(gè)月，細(xì)菌的定殖對(duì)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和平衡至關(guān)重要：它促進(jìn)黏膜免疫應(yīng)答的成熟，建立免疫耐受并在致病菌感染時(shí)幫助激活免疫系統(tǒng)[69-71]。Bisgaard等[72]對(duì)411名嬰兒進(jìn)行前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，如果無癥狀新生兒在一月齡時(shí)呼吸道被肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)、流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)、卡他莫拉菌(Moraxelle catarrhalis)中的一種或多種細(xì)菌聯(lián)合定植，其首次發(fā)生持續(xù)性喘息和喘息急性發(fā)作的時(shí)間將會(huì)顯著提前，且血液嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)上升和總IgE增加的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)上升1～3倍，并且最終可能導(dǎo)致嬰幼兒氣道阻力的增加，增加?jì)雰夯枷娘L(fēng)險(xiǎn)[73]。研究提示：①嬰幼兒肺部微生態(tài)結(jié)構(gòu)的建立是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程；②微生物群與肺特異性免疫發(fā)展之間的關(guān)系是動(dòng)態(tài)的。

不僅如此，呼吸道微生態(tài)還可以從多個(gè)方面影響哮喘的發(fā)展以及轉(zhuǎn)歸。Remot等[74]發(fā)現(xiàn)無菌小鼠和SPF級(jí)小鼠在同樣的干預(yù)下，兩組小鼠的疾病進(jìn)程沒有區(qū)別，進(jìn)一步將從患病小鼠中篩選菌株聯(lián)合致哮喘干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，CNCM I 4969可防止肺部炎癥，保護(hù)小鼠免于塵螨(House Dust Mice,HDM)誘導(dǎo)的氣道疾病，而CNCM I 4970則會(huì)加重小鼠肺部的炎癥。Depner等[75]則發(fā)現(xiàn)鼻腔中菌群多樣性的減少會(huì)增加兒童患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)，并且Gibson等[76]的研究則通過抗生素的治療印證了這一結(jié)論，在一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)以長期吸入皮質(zhì)類固醇進(jìn)行治療的哮喘患者(沒有聽力障礙或QTc的異常延長)，用阿奇霉素(500毫克，每周3次，持續(xù)48周)聯(lián)合皮質(zhì)類固醇治療，可以降低哮喘急性發(fā)作的頻率，提高生活質(zhì)量。

4 微生態(tài)的應(yīng)用的前景

目前，許多研究致力于將細(xì)菌作為生物標(biāo)志應(yīng)用于呼吸道系統(tǒng)疾病的早期診斷。針對(duì)肺癌的研究顯示，在誘導(dǎo)痰中發(fā)現(xiàn)的腸球菌屬(Enterococcussp)、中鏈球菌(Streptococcus intermedius)、大腸桿菌(Escherichia coli)、甲型鏈球菌(S.viridans)的豐度與肺癌的進(jìn)展有關(guān)[77]，另一研究發(fā)現(xiàn)將唾液中的韋榮球菌屬(Veillonella)和噬二氧化碳菌屬(Capnocytophaga)的豐度作為指標(biāo)聯(lián)合判別是否患有肺癌[包括鱗狀細(xì)胞癌和腺癌]，其ROC值達(dá)到0.86，靈敏度為84.6%，特異性為86.7%[77]。 在針對(duì)特發(fā)性肺纖維化病人的研究中也發(fā)現(xiàn)鏈球菌(Streptococcus)、普氏菌屬(Prevotella) 和梭菌屬(Fusobacterium)豐度的特異性上升也可以作為獨(dú)立生物指標(biāo)預(yù)測(cè)疾病的進(jìn)展[10]。但由于這一類研究的樣本量仍然較少，因此距離臨床應(yīng)用還有一段距離。

隨著對(duì)微生物研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)在免疫治療領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力[74,78,79]。研究發(fā)現(xiàn)“檢查點(diǎn)抑制劑”作為一種喚醒免疫系統(tǒng)抵抗腫瘤的新型藥物，在應(yīng)用于臨床治療時(shí)卻發(fā)現(xiàn)對(duì)部分病人沒有效果，其中Vétizou等[80]用CTLA-4阻斷劑(CTLA-4會(huì)影響人體的免疫系統(tǒng)，削弱其殺死癌細(xì)胞的能力)進(jìn)行抗腫瘤治療時(shí)發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞對(duì)擬桿菌(B.thetaiotaomicron)或脆弱擬桿菌(B.fragilis)的應(yīng)答與CTLA-4的阻斷功能相關(guān)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示用脆弱類桿菌(Bacteroides fragilis)對(duì)無菌小鼠或用抗生素進(jìn)行干預(yù)后的小鼠進(jìn)行管飼，可以改變其對(duì)CTLA-4阻斷劑治療沒有反應(yīng)的問題，同時(shí)，大量研究也發(fā)現(xiàn)CpG寡核苷酸免疫對(duì)小鼠皮下腫瘤的治療效果在無菌小鼠和經(jīng)過高劑量的抗生素處理之后的小鼠中被降低，這一現(xiàn)象在黑素瘤、膀胱癌、腎部癌癥和肺癌的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象，但在結(jié)腸癌(微生物豐度、多樣性都很高)中卻沒有發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果[57,81]，提示在臨床應(yīng)用“檢查點(diǎn)抑制劑”治療腫瘤時(shí)應(yīng)考慮將微生物作為免疫治療佐劑，提升免疫療法的療效。同時(shí)也提示除了基因組之外，微生物的個(gè)體差異會(huì)對(duì)疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療產(chǎn)生巨大的影響[82]。

用基因工程的方法(如對(duì)細(xì)菌基因組進(jìn)行敲除、敲入或引入突變)，使外源基因得到高效表達(dá)的細(xì)菌一般稱為“工程菌”，工程菌作為合成生物學(xué) (Synthetic biology，SB)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用前景，可以作為“藥物”的生產(chǎn)場(chǎng)所及運(yùn)輸載體對(duì)疾病進(jìn)行治療[83-86]。Ro等[87]創(chuàng)造了一種釀酒酵母菌株，其通過表達(dá)紫穗槐二烯合酶，啟動(dòng)焦磷酸法尼酯(Farnesyl pyrophosphate，F(xiàn)PP)的生物合成途徑，增加FPP的產(chǎn)量，從而產(chǎn)出大量的青蒿酸(青蒿素前體)；與此同時(shí)，細(xì)菌在藥物傳送方面也有很大潛力，與已經(jīng)用于癌癥治療的病毒相比，細(xì)菌攜帶非天然DNA的能力明顯更強(qiáng)。因此，原則上細(xì)菌可以作為有效藥物輸送載體，攜帶基因電路(Genetic circuits)編碼提升治療的有效性[85]。Claesen等[88]采用模塊化的設(shè)計(jì)策略，在體外利用大腸桿菌將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)染至癌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。鑒于整個(gè)系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，他們構(gòu)建了五個(gè)功能模塊：產(chǎn)生用于遞送大分子的有效載荷裝置(a payload device，PLD)，啟動(dòng)細(xì)菌入侵哺乳動(dòng)物細(xì)胞的裝置(Invasion device，ID)，響應(yīng)于液泡微環(huán)境的液泡感測(cè)裝置(Vacuole sensing device,VSD)，引起細(xì)菌裂解的自溶裝置(Self-lysis device,SLD)和液泡裂解裝置(Vacuole lysis device,VLD)，結(jié)果顯示將各模塊進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化后的大腸桿菌能夠?qū)?0%蛋白質(zhì)靶向傳送至癌細(xì)胞。工程菌治療作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，雖然迄今為止已經(jīng)設(shè)計(jì)了幾個(gè)系統(tǒng)性的驗(yàn)證概念，但下一代的設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)將更加復(fù)雜，包括診斷、信號(hào)集成、決策、復(fù)合生產(chǎn)、靶向遞送以及安全模塊[88]。

綜上所述，微生態(tài)作為人體的第二套“基因組”，從方方面面影響著人體的健康，同時(shí)作為呼吸道疾病治療的潛在靶點(diǎn)，具有重要的研究價(jià)值。但目前對(duì)于微生物與宿主相互作用的機(jī)制、免疫治療的效果與微生態(tài)間的作用機(jī)制、如何建立一種安全、規(guī)范、操作性強(qiáng)的微生物移植方式及稀有菌群對(duì)人體的健康的作用等問題仍有巨大的研究空間。