人體微生態(tài)與哮喘臨床表型之間的關(guān)系

張 瑜 史 菲

人體微生態(tài)是指存在于人體內(nèi)的共生和病原微生物的總和，主要分布在皮膚、鼻咽、下呼吸道、胃腸道、泌尿生殖道等與外界相通的器官和組織，在維持人體生理機能和免疫功能中起重要作用。目前，國內(nèi)外研究初步探討了肺部微生態(tài)對哮喘發(fā)病的影響，而對人體微生態(tài)與哮喘表型之間關(guān)系的研究開展較晚。現(xiàn)已證實，特定表型的哮喘患者具有其特征性微生物分布，并可望開展個性化抗菌或微生物調(diào)節(jié)的新型治療策略?，F(xiàn)就人體微生物組與哮喘臨床表型的相關(guān)研究進展進行如下綜述。

1 人體微生態(tài)與哮喘發(fā)病的關(guān)系

正常菌群在人體的特定器官內(nèi)黏附、定植，形成一層特定的生物屏障，抑制并排除過路菌的入侵和群集；一旦人體與正常菌群之間的動態(tài)平衡被打破，將導(dǎo)致菌群分布紊亂、免疫功能受損，乃至疾病發(fā)生?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，哮喘、COPD、支氣管擴張癥、肺纖維化等多種呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展均與人體微生態(tài)分布異常相關(guān)。

哮喘作為一種異質(zhì)性疾病，可分為過敏性、嗜酸性粒細(xì)胞性、中性粒細(xì)胞性、咳嗽變異性、肥胖型哮喘等多種臨床表型，是各種環(huán)境因素與遺傳因素相互作用的結(jié)果。各種誘因(如感染、吸入過敏原、污染、物理和化學(xué)刺激等)驅(qū)動氣道上皮細(xì)胞、Th2細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等炎癥細(xì)胞釋放多種炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子，引起慢性氣道炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急、胸悶、咳嗽等癥狀的發(fā)生，可自行或經(jīng)治療后緩解。已有證據(jù)證明，哮喘患者與健康人的微生態(tài)分布存在顯著差異，哮喘急性發(fā)作事件、抗生素和糖皮質(zhì)激素等藥物干預(yù)均能影響哮喘患者氣道、口咽、胃腸道等器官的微生物組分布[1]。Taylor等[2]對持續(xù)性哮喘患者進行的研究結(jié)果表明，阿奇霉素治療1年后患者下呼吸道中的細(xì)菌多樣性顯著降低。Durack等[3]研究證實，糖皮質(zhì)激素治療能改變過敏性哮喘患者支氣管的微生物組組成，使微桿菌科、奈瑟菌屬、莫拉菌屬的相對豐度增高，而梭桿菌屬的相對豐度降低。此外，哮喘患者某些基因的表達[4]、氣道上皮細(xì)胞的抗感染能力、氣道黏膜IgA水平、固有淋巴樣細(xì)胞(innate lymphoid cell, ILC)活性等均會受到人體微生態(tài)狀況的影響[5-6]。另有研究[7]發(fā)現(xiàn)，微生物組的細(xì)菌胞壁成分及其代謝產(chǎn)物與氣道黏膜的免疫調(diào)節(jié)功能有關(guān)，這可能是微生物組影響哮喘發(fā)生、發(fā)展的一個重要原因。然而，微生物組影響哮喘患者肺內(nèi)免疫反應(yīng)的機制目前尚不明確。

2 鼻咽微生態(tài)與哮喘表型

人體的鼻腔是與外界環(huán)境相接觸的最密切的部位，經(jīng)咽喉部與下呼吸道形成一個共同通道，構(gòu)成了肺通氣功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在人體吸氣過程中，鼻腔直接暴露于充滿細(xì)菌、真菌孢子、病毒、粉塵等的外界環(huán)境內(nèi)，導(dǎo)致豐富的微生物群落在鼻腔內(nèi)定植?，F(xiàn)已證實，兒童鼻咽部的微生物組與未來哮喘的發(fā)生相關(guān)，提示鼻咽微生物組可能與早發(fā)型過敏性哮喘的發(fā)病密切相關(guān)。

Pérez-Losada等[8]通過聚類分析將163個哮喘患兒分成3個不同的哮喘表型簇(asthma phenotypic cluster, APC)，APC1的嚴(yán)重程度指標(biāo)(ITGc評分)和哮喘控制指標(biāo)(ACT)得分均較低，APC2具有過敏性指標(biāo)陽性(如血嗜酸性粒細(xì)胞百分比、血清IgE水平升高)的特點，APC3則以低BMI為主要特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，APC1患兒體內(nèi)的棒桿菌屬和普雷沃氏菌屬豐度最高，莫拉菌屬和Dolosigranulum豐度較低；APC2的莫拉菌屬豐度最高，而棒桿菌屬、葡萄球菌屬和普雷沃菌屬豐度較低；APC3的上述5個菌屬均為中等豐度，提示不同哮喘表型簇間鼻微生物的組成及結(jié)構(gòu)均有顯著差異。Mccauley等[9]研究發(fā)現(xiàn)，從哮喘患兒的鼻分泌物中分離出的卡他莫拉菌能夠促進體外上皮損傷和IL-8、CXC趨化因子配體10(CXCL10)等促炎細(xì)胞因子的基因表達，這些以莫拉菌屬為主的微生物組與嗜酸性粒細(xì)胞活化、哮喘急性加重密切相關(guān)。Zhou等[10]研究了哮喘患兒的上呼吸道微生物組與哮喘控制欠佳、重癥發(fā)作之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)以棒桿菌屬與Dolosigranulum共生為主的鼻咽微生物組不易導(dǎo)致哮喘失調(diào)控，且棒狀菌屬的相對豐度與哮喘的重癥發(fā)作呈反比；而以莫拉菌屬為主的鼻咽微生物組最易導(dǎo)致哮喘失調(diào)控和急性加重，但這些鼻咽微生態(tài)影響哮喘表型的作用機制尚無相關(guān)研究報道。

3 下呼吸道微生態(tài)與哮喘表型

既往觀點認(rèn)為健康人的氣道是無菌的，直到不依賴于培養(yǎng)的新型微生物檢測方法出現(xiàn)后，研究者們才發(fā)現(xiàn)健康人的下呼吸道存在獨特的微生物群落定植。大量研究[1,3]結(jié)果表明，哮喘患者的下呼吸道微生物組的組成和多樣性水平均與健康對照組存在差異，且下呼吸道的微生態(tài)狀況與哮喘表型的發(fā)生密切相關(guān)。

依據(jù)氣道中主要炎癥細(xì)胞的類型，哮喘可分為嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、混合細(xì)胞和寡細(xì)胞4個表型。其中，嗜酸性粒細(xì)胞性哮喘是最常見的哮喘表型，約占總嚴(yán)重哮喘人數(shù)的50%～60%。一項研究[11]結(jié)果表明，與嗜酸性粒細(xì)胞性哮喘患者相比，非嗜酸粒性細(xì)胞性哮喘患者的氣道微生物群的多樣性、豐度及均勻度均顯著降低；嗜酸性粒細(xì)胞性哮喘患者的下呼吸道中Glaciecola和螺桿菌屬較豐富，而異常球菌屬、斯卡多維亞菌屬、雙歧桿菌屬、脫硫葉菌屬則豐度較低。由于雙歧桿菌屬產(chǎn)生一種具有多種免疫調(diào)節(jié)活性的高分子化合物——細(xì)胞外多糖，能抑制過敏性哮喘患者肺內(nèi)Th2型免疫應(yīng)答、減少嗜酸性粒細(xì)胞向肺內(nèi)募集[12]，故雙歧桿菌屬可能會抑制嗜酸性粒細(xì)胞表型的形成。Li等[13]研究也發(fā)現(xiàn)，在門水平上，嗜酸性粒細(xì)胞表型較非嗜酸性粒細(xì)胞表型更易出現(xiàn)厚壁菌門細(xì)菌，但兩者間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義；在科水平上，嗜酸性粒細(xì)胞表型患者中放線菌科明顯富集，且放線菌科的相對豐度與嗜酸性粒細(xì)胞百分比呈正相關(guān)，提示下呼吸道放線菌科可能與嗜酸性粒細(xì)胞表型的發(fā)生密切相關(guān)。研究[14]發(fā)現(xiàn)，嗜酸性粒細(xì)胞性哮喘患者的Th2型細(xì)胞因子IL-13水平與下呼吸道中巴斯德卟啉單胞菌和羅氏韋榮球菌數(shù)目呈正相關(guān)，提示IL-13可能參與了該表型患者的下呼吸道微生態(tài)構(gòu)建。

中性粒細(xì)胞性哮喘是另一重要的哮喘表型，這類表型患者常發(fā)生重癥發(fā)作，糖皮質(zhì)激素反應(yīng)性欠佳，并與下呼吸道的微生態(tài)分布狀態(tài)密切相關(guān)。Taylor等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞性哮喘患者下呼吸道中嗜血菌屬和莫拉菌屬類群的豐度較高，而鏈球菌屬Ⅱ、孿生菌屬、羅氏菌屬和卟啉單胞菌屬的豐度較低，且莫拉菌屬與痰中性粒細(xì)胞百分比呈正相關(guān)，鏈球菌屬Ⅱ、孿生菌屬和卟啉單胞菌屬與痰中性粒細(xì)胞百分比呈負(fù)相關(guān)，提示這些菌屬的分布豐度可能會影響中性粒細(xì)胞表型形成。研究[14]發(fā)現(xiàn)，JYGU_s鏈球菌的水平在中性粒細(xì)胞性哮喘患者中顯著升高，其體內(nèi)IL-1β亦與中性粒細(xì)胞百分比呈正相關(guān)，提示JYGU_s鏈球菌可能通過刺激IL-1β分泌，驅(qū)動中性粒細(xì)胞在氣道局部浸潤和增殖。另一項重癥哮喘研究[4]發(fā)現(xiàn)，變形菌門成員高水平富集與上皮細(xì)胞的Th17通路相關(guān)基因表達水平存在顯著關(guān)聯(lián)，即下呼吸道中變形菌門成員富集，可能通過激活與Th17相關(guān)的免疫反應(yīng)，促進中性粒細(xì)胞在下呼吸內(nèi)募集、引起中性粒細(xì)胞性哮喘發(fā)作。上述成果均為中性粒細(xì)胞表型哮喘發(fā)生機制的研究提供了一個新方向。

4 腸道微生態(tài)與哮喘表型

腸道作為人體最大的微生物群落定植部位，近年來已成為眾多研究的熱點?，F(xiàn)已證實，哮喘患者的腸道菌群與健康人存在顯著差異，哮喘患者的腸道菌群缺乏多樣性，并缺乏代謝短鏈脂肪酸(SCFA,如乙酸、丙酸、丁酸等)的相關(guān)細(xì)菌，這可能會加速哮喘的發(fā)生和發(fā)展[16]。腸道菌群可受高纖維飲食等因素影響，導(dǎo)致乙酸鹽[17]、丙酸鹽[18]、丁酸鹽[19]等代謝產(chǎn)物增多，引起調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化增強、樹突狀細(xì)胞吞噬能力提高、Th2型氣道炎癥程度降低、Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞(ILC2s)增殖受抑制，導(dǎo)致過敏性哮喘的氣道炎癥反應(yīng)程度降低。因此，腸道菌群能通過其代謝產(chǎn)物調(diào)控機體的免疫應(yīng)答水平，這也是導(dǎo)致不同哮喘表型形成的一個重要原因。

過敏性哮喘是支氣管哮喘中的一個重要表型，多為幼年起病，常伴隨過敏或家族過敏史，且對糖皮質(zhì)激素的敏感性較好。Begley等[20]的一項前瞻性研究分析了腸道菌群組成的差異與哮喘表型特征的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)與空氣致敏原敏感性增高、肺功能下降之間均有顯著關(guān)系，提示腸道微生態(tài)可能與過敏性哮喘表型的發(fā)生密切相關(guān)。另一項研究[21]結(jié)果表明，過敏性哮喘小鼠經(jīng)口服阿奇霉素治療后，腸道菌群中的梭菌(包括瘤胃菌科和毛螺旋菌科)數(shù)目顯著增多，其氣道高反應(yīng)性、肺泡灌洗液中Th2型炎癥因子水平隨之降低，且上述變化幅度均高于頭孢克肟治療組和無治療組。由于多種共生梭菌能產(chǎn)生SCFA，通過限制嗜酸性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)運和存活來抑制過敏性氣道炎癥，故阿奇霉素可能經(jīng)由腸道菌群影響了過敏性哮喘的氣道炎癥水平。

肥胖型哮喘早在1999年便已被闡述，并與哮喘控制欠佳、生活質(zhì)量較差、糖皮質(zhì)激素抵抗等臨床特征相關(guān)。Michalovich等[22]對比了肥胖型哮喘、非肥胖型哮喘、肥胖無哮喘者和健康對照之間的免疫學(xué)及微生物群分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人體腸道微生態(tài)與宿主免疫反應(yīng)密切相關(guān)，并受肥胖、哮喘及哮喘嚴(yán)重程度的影響。其中，血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)與Tissierellaceae-168、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)與腸桿菌屬、胎盤生長因子(PIGF)與Slackia均呈正相關(guān)，Tie2與優(yōu)桿菌屬呈負(fù)相關(guān)。此外，重度哮喘患者腸道菌群中的疣微菌科,尤其是艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila)數(shù)目顯著少于輕中度哮喘患者，且Akkermansiamuciniphila數(shù)目與外周血CRP水平呈負(fù)相關(guān)，提示腸道微生態(tài)中的疣微菌科可能會降低哮喘發(fā)作的嚴(yán)重程度及其炎癥水平。然而，腸道菌群分布與哮喘表型的相關(guān)數(shù)據(jù)較少，尚需進一步研究確認(rèn)。

5 小 結(jié)

哮喘作為一種復(fù)雜的異質(zhì)性疾病，其不同表型的臨床特征、重癥傾向、治療反應(yīng)性也存在顯著差異。目前已證實，人體微生態(tài)分布狀況不僅與哮喘的急性發(fā)作有關(guān)，且與過敏性、嗜酸性粒細(xì)胞性、中性粒細(xì)胞性、肥胖型哮喘等臨床表型的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。但是，這些微生態(tài)變化究竟是哮喘表型的驅(qū)動因素還是影響結(jié)果尚未可知，其對哮喘表型特征的作用機制更是知之甚少。因此，深入探討不同哮喘表型的微生物態(tài)特征,建立并維持人體合理的微生態(tài)平衡，進而抑制肺內(nèi)過度的免疫炎癥水平,改善哮喘發(fā)作頻率及嚴(yán)重程度，將成為哮喘個體化治療研究的新方向。