呼吸道細(xì)菌、病毒、真菌在兒童哮喘中的研究進(jìn)展*

徐文藝 綜述，代繼宏 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院呼吸科/兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室/國家兒童健康與疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心(重慶)/兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地/兒科學(xué)重慶市重點實驗室，重慶 400015)

哮喘是一種以慢性氣道炎癥為特征的異質(zhì)性疾病，以喘息、氣短、胸悶、咳嗽等呼吸道癥狀為主要表現(xiàn)。流行病學(xué)調(diào)查顯示，我國兒童哮喘發(fā)病率高達(dá)3.02%，77.00%哮喘兒童在過去1年內(nèi)有過哮喘急性發(fā)作[1]。哮喘目前無法根治，發(fā)病機(jī)制不完全明確，眾多患者臨床癥狀控制不佳。目前較多研究表明哮喘與微生物的活動有關(guān)。呼吸道微生物作為抗原，刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫反應(yīng)，形成機(jī)體健康的“保護(hù)膜”，防止致病微生物的侵襲；受涼、感染、免疫低下等特殊狀態(tài)會導(dǎo)致致病微生物的侵襲和(或)自身條件微生物群紊亂、呼吸道微生態(tài)破壞，引發(fā)異常免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致哮喘的發(fā)生。多項研究證明，呼吸道微生物對哮喘發(fā)生、哮喘嚴(yán)重程度、哮喘加重和哮喘管理有重要影響。細(xì)菌、病毒、真菌是最常見的呼吸道微生物，正確認(rèn)識呼吸道細(xì)菌、病毒、真菌與哮喘發(fā)生發(fā)展的關(guān)系可為早期識別、干預(yù)、治療哮喘提供新的方向。

1 呼吸道微生態(tài)

1.1呼吸道微生態(tài)的組成 呼吸道微生態(tài)是一個完整的系統(tǒng)，由微生物群(包括細(xì)菌、病毒、真菌等)、呼吸道組織、解剖結(jié)構(gòu)及物理環(huán)境組成。呼吸道黏膜是呼吸道微生態(tài)的重要組成部分，其通過介導(dǎo)機(jī)體與外來抗原(例如共生體、病原體)的接觸識別產(chǎn)生免疫耐受或免疫清除，形成宿主抵抗體外病原的膜免疫屏障。在呼吸系統(tǒng)中，空氣與微粒(包括微生物群)的移動是雙向的，因此，呼吸道各部位的微生物組成是特異性免疫和微生物生長速率之間達(dá)到平衡的結(jié)果[2]。

1.2呼吸道微生態(tài)是有“菌”空間 經(jīng)分子生物學(xué)技術(shù)證明，整個呼吸道均為有“菌”空間，以往被認(rèn)為是“無菌空間”的肺部也不例外。在嬰兒出生早期，微生物就已成功駐扎，形成自身獨特而復(fù)雜的微生物群，這些微生物群具有多樣性、異質(zhì)性和動態(tài)性，其與宿主之間相互作用、相互依存，形成相對平衡狀態(tài)，一旦微生物群與宿主間平衡被打破，將導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)的病理狀態(tài)，引發(fā)異常免疫反應(yīng)，導(dǎo)致哮喘等呼吸道疾病的發(fā)生。

2 呼吸道細(xì)菌與哮喘

2.1哮喘發(fā)生與呼吸道細(xì)菌定植有關(guān) 細(xì)菌是呼吸道微生態(tài)的重要組成部分。研究顯示，出生后24 h，即可在新生兒的下呼吸道中檢測到細(xì)菌DNA[3]。呼吸道各黏膜部位的菌落組成在生命早期是動態(tài)變化并與機(jī)體相互作用的，這種作用直接或間接決定了未來的健康與疾病。

新生兒氣道中的流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌定植與哮喘的持續(xù)發(fā)作有關(guān)。在2歲以內(nèi)的病毒感染者中，卡他莫拉菌的定植率與5歲時的喘息發(fā)作率呈正相關(guān)，上氣道中肺炎鏈球菌、卡他莫拉菌或流感嗜血桿菌的存在可能導(dǎo)致更高的哮喘發(fā)病率[4]。在學(xué)齡期哮喘兒童的研究中，以莫拉氏菌屬為主的鼻微生物群與哮喘惡化風(fēng)險增加及嗜酸性粒細(xì)胞活化呈正相關(guān)，而葡萄球菌屬和棒狀桿菌屬與呼吸系統(tǒng)疾病和惡化事件發(fā)生率呈負(fù)相關(guān)[5-6]。此外，對患鼻炎和(或)喘息患兒進(jìn)行細(xì)菌多樣性分析后發(fā)現(xiàn)，這些患兒上呼吸道總體細(xì)菌多樣性與棒狀桿菌及葡萄球菌的豐度較對照組降低[7]。由于采樣困難及倫理學(xué)的限制，大部分研究主要對上呼吸道菌群進(jìn)行分析，下呼吸道菌群的研究相對缺乏。一項基于誘導(dǎo)痰的16S rRNA基因測序分析的研究表明，哮喘患者下呼吸道中變形桿菌數(shù)量和微生物多樣性增加，而健康對照組則表現(xiàn)出擬桿菌和放線菌富集[8]。由此證明，呼吸道細(xì)菌定植與遠(yuǎn)期哮喘及哮喘樣癥狀的發(fā)生率密切相關(guān)，菌群種類、菌群多樣性的變化及其引發(fā)的異常免疫學(xué)機(jī)制可能是后期發(fā)生哮喘的原因之一。

2.2呼吸道細(xì)菌如何影響哮喘發(fā)生 呼吸道菌群種類及組成多樣，不同菌落之間及其與機(jī)體間作用復(fù)雜，呼吸道細(xì)菌對哮喘發(fā)生發(fā)展的影響機(jī)制尚不完全明確，目前認(rèn)同的主要機(jī)制有：(1)呼吸道黏膜的免疫功能受先天性或后天性途徑影響。例如，鞘氨醇單胞菌的細(xì)胞膜糖脂可以被NKT細(xì)胞識別，后者激活Th2細(xì)胞以誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-4(IL-4)和IL-13的表達(dá)，從而加劇炎性反應(yīng)并導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性[9-10]。(2)微生物定植可能影響呼吸道黏膜屏障的功能。例如，人鼻病毒感染可抑制上皮細(xì)胞凋亡并增加炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致哮喘患者上皮細(xì)胞修復(fù)的延遲；(3)呼吸道中的微生物及其代謝產(chǎn)物直接或間接影響疾病的發(fā)生。例如，短鏈脂肪酸(SCFAs)與哮喘風(fēng)險密切相關(guān)。通過激活G蛋白偶聯(lián)受體信號，SCFAs可以抑制組蛋白脫乙?；?，從而控制基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)T細(xì)胞發(fā)育并增加IL-10表達(dá)[11]。(4)呼吸道微生物群影響藥物代謝，從而干擾疾病的治療。例如，副流感嗜血桿菌激活Toll樣受體-4，激活轉(zhuǎn)化生長因子β-相關(guān)激酶-1，后者誘導(dǎo)炎癥因子(例如IL-8)的轉(zhuǎn)錄和促分裂原活化激酶磷酸酶-1的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致皮質(zhì)類固醇抵抗[12]。

流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌、肺炎鏈球菌等呼吸道細(xì)菌的氣道定植可能促進(jìn)兒童哮喘的發(fā)生發(fā)展，而葡萄球菌或棒狀桿菌等對呼吸道健康有保護(hù)性作用，呼吸道細(xì)菌多樣性及相對豐度的變化對哮喘的發(fā)生有提示作用。另外，上呼吸道菌群與下呼吸道菌群組成不完全相同，但由于采樣困難及倫理學(xué)的限制，大部分研究僅限于通過鼻咽拭子方式進(jìn)行采樣，經(jīng)纖維支氣管鏡+肺泡灌洗對哮喘穩(wěn)定期及健康兒童進(jìn)行采樣的很少，因此，下呼吸道菌群與哮喘的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。盡管較多研究證明呼吸道菌群與哮喘間存在直接或間接的關(guān)系，但這些研究并未良好區(qū)分環(huán)境、過敏體質(zhì)、遺傳等因素對研究結(jié)果的影響。此外，多種呼吸道菌群之間是如何相互作用、呼吸道菌群是如何影響機(jī)體免疫功能、各種呼吸道菌群對哮喘發(fā)生的影響是否與細(xì)菌含量相關(guān)等問題均未得到闡明。作者還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)大多由小樣本量、單中心研究所得，未來還需要更深層次、更廣泛層面的臨床研究，結(jié)合更多方向、更好著力點的實驗室研究來說明呼吸道細(xì)菌與哮喘的相互關(guān)系及影響機(jī)制。

3 呼吸道病毒與哮喘

3.1哮喘的發(fā)生與呼吸道病毒定植有關(guān) 人類出生后早期出現(xiàn)的喘息癥狀幾乎都與病毒感染有關(guān)[13]。研究者對健康兒童進(jìn)行了上氣道分泌物的采集和病毒聚合酶鏈反應(yīng)檢測，大部分標(biāo)本被檢測出人鼻病毒(HRV)、博卡病毒、腺病毒(ADV)、冠狀病毒等[14]。說明某些呼吸道病毒作為非致病的“原著居民”在健康兒童的氣道內(nèi)廣泛存在。但在健康受試者及無癥狀和有癥狀的慢性呼吸道疾病患者中，上呼吸道和下呼吸道病毒的組成和豐度不同[15-16]，同種病毒在不同年齡患者中的檢出率亦有不同[15]。HRV、呼吸道合胞病毒(RSV)感染是常見的喘息發(fā)作的危險因素，會增加后期哮喘的發(fā)生率[17]。此外，流感病毒[18]、人類博卡病毒1型、巨細(xì)胞病毒等也會誘發(fā)氣道炎癥，導(dǎo)致喘息發(fā)作，增加后期哮喘發(fā)生風(fēng)險，提高住院風(fēng)險及病死率。

3.2呼吸道病毒如何影響哮喘發(fā)生 呼吸道病毒感染誘發(fā)哮喘的機(jī)制尚不明確，目前認(rèn)為的主要機(jī)制有：(1)病毒感染與氣道上皮細(xì)胞中IL-25和IL-33的產(chǎn)生有關(guān)，IL-33的釋放會抑制先天性和獲得性抗病毒反應(yīng)，從而增強(qiáng)氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性，促進(jìn)氣道重塑誘導(dǎo)哮喘發(fā)生和惡化[19]。(2)病毒感染后引發(fā)的免疫反應(yīng)會導(dǎo)致免疫球蛋白E(IgE)產(chǎn)生，病毒引起的氣道損傷和炎癥可通過黏膜屏障損傷機(jī)制得到維持[20]。(3)病毒感染誘發(fā)大量IgE產(chǎn)生后形成IgE交聯(lián)，可以抑制機(jī)體的抗病毒反應(yīng)，尤其是病毒介導(dǎo)的漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的干擾素-α反應(yīng)，從而增加病毒感染后的哮喘惡化率[21]。(4)基因及基因多態(tài)性影響機(jī)體對病毒及病毒亞型的易感性。鈣粘素相關(guān)家族成員3(CDHR3)基因在氣道上皮細(xì)胞中高表達(dá)，編碼唯一已知的HRV受體，介導(dǎo)其結(jié)合和復(fù)制[22]。一些CDHR3基因多態(tài)性與兒童哮喘的發(fā)生、惡化程度及患兒對HRV C型病毒的易感性增加密切相關(guān)[23]。(5)新生兒期特殊病毒感染(如RSV)可能會影響肺部發(fā)育。RSV感染后能迅速黏附在嗜酸性粒細(xì)胞上并被這類細(xì)胞滅活，隨著哮喘嚴(yán)重程度的增加，機(jī)體嗜酸性粒細(xì)胞捕獲病毒的能力明顯降低，機(jī)體的抗病毒反應(yīng)隨之降低，從而導(dǎo)致病毒的復(fù)制及氣道損傷進(jìn)展[24]。

呼吸道病毒廣泛存在于健康人類呼吸道中，受基因、環(huán)境、機(jī)體狀態(tài)等影響，某些病毒的存在或復(fù)制可能誘發(fā)異常免疫反應(yīng)；不同病毒類型、病毒載量的高低及宿主年齡因素的差異決定了不同的臨床表現(xiàn)形式。這些病毒的存在、病毒載量、病毒與細(xì)菌之間的相互作用或其他環(huán)境(如過敏源)和宿主因素共同決定了呼吸道疾病的發(fā)生。

4 呼吸道病毒-細(xì)菌相互作用

細(xì)菌、病毒可能對哮喘發(fā)生產(chǎn)生影響，但在臨床上很難排除混合感染，因此，細(xì)菌、病毒的相互影響及其對呼吸道健康可能帶來的影響也是臨床關(guān)注的重點。所有兒童在出生后的幾年都會接觸并感染多種呼吸道病原體，呼吸道細(xì)菌與病毒間存在復(fù)雜的關(guān)系。某些機(jī)會性或潛在致病性細(xì)菌可能會導(dǎo)致呼吸道病毒的感染率和嚴(yán)重性增加；同樣，呼吸道病毒感染也可能導(dǎo)致呼吸道菌群的變化，這種變化可能會持續(xù)存在，并引發(fā)其他感染和慢性呼吸道疾病。

研究表明，RSV與摩拉氏菌的混合感染能導(dǎo)致更嚴(yán)重的臨床癥狀。上氣道菌群的改變總是先于病毒感染及呼吸道癥狀的出現(xiàn)，RSV感染與鏈球菌豐度呈正相關(guān)，與摩拉氏菌和嗜血桿菌豐度呈負(fù)相關(guān)[4]，在RSV與鏈球菌聯(lián)合感染時才能看到明顯的細(xì)菌衍生代謝途徑[25]。無獨有偶，在HRV感染的研究中發(fā)現(xiàn)了類似模式，有癥狀的HRV感染與摩拉氏菌豐度成正比，與葡萄球菌豐度成反比，并受到細(xì)菌多樣性的影響，HRV與嗜血桿菌聯(lián)合感染時才能看到明顯的細(xì)菌衍生的代謝途徑[26]。

細(xì)菌、病毒可影響哮喘的發(fā)生發(fā)展，而細(xì)菌與病毒間的相互作用在某種程度上能夠影響彼此的代謝過程、致病性及臨床癥狀的嚴(yán)重程度，因此有學(xué)者大膽猜測，細(xì)菌與病毒的相互作用能夠從側(cè)面影響哮喘等疾病的發(fā)生，但細(xì)菌與病毒相互作用的產(chǎn)物是否能對哮喘的呼吸道疾病的發(fā)生造成影響及影響機(jī)制尚不得而知。盡管做了很多努力，但人們對副流感病毒、ADV和流感病毒等其他呼吸道病毒知之甚少，細(xì)菌和病毒是如何相互作用，如何影響微生態(tài)平衡，以及如何影響機(jī)體免疫反應(yīng)尚不明確，未來還需要更多的臨床研究予以闡明。

5 哮喘與呼吸道真菌定植有關(guān)

真菌也是呼吸道微生物群的重要組成部分，目前發(fā)現(xiàn)部分真菌與哮喘及過敏相關(guān)，如曲霉屬、枝孢菌屬及交鏈孢屬等[27]。肺囊蟲亞臨床定植被認(rèn)為是2～5個月齡嬰幼兒最常見的感染之一。對嚴(yán)重哮喘及輕癥哮喘患兒的肺泡灌洗液進(jìn)行真菌種類及豐度測定分析后發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重哮喘患兒肺內(nèi)囊蟲屬豐度增加[28]，說明某些真菌的定植可能增加哮喘的嚴(yán)重程度。隨著近年來對黏蛋白基因研究的逐漸深入，在遺傳學(xué)上證實了這一現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性[29]。

雖然某些真菌成分如甘露聚糖、蛋白酶、β-葡聚糖及幾丁質(zhì)等在常見的人類過敏源中經(jīng)常出現(xiàn)，但真菌致敏的機(jī)制尚不明確。臨床上許多嚴(yán)重和控制不良的哮喘患者有真菌過敏史[27，30]，部分患者抗真菌治療后癥狀得到緩解[30]，從側(cè)面說明特定類型真菌豐度失調(diào)可能對哮喘的發(fā)生機(jī)制進(jìn)展提供條件。研究還發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素作為目前哮喘治療的常用藥物，引起肺泡灌洗液中真菌豐度增加[27]，提示可能對肺內(nèi)真菌定植產(chǎn)生影響。真菌菌落的變化與糖皮質(zhì)激素之間孰因孰果或互為因果，以及真菌群落的變化是否為對哮喘微生態(tài)改變所做出的反應(yīng)，目前尚不明確，需要更多、更全面、多學(xué)科的合作研究進(jìn)行闡明。

6 小 結(jié)

無論是細(xì)菌、病毒、真菌，還是文中未談及的支原體、立克次體等微生物群，由于不同類型微生物結(jié)構(gòu)、繁衍機(jī)制、致病機(jī)制差異，對機(jī)體疾病發(fā)生均可能起到不同程度的影響。呼吸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受機(jī)體結(jié)構(gòu)狀態(tài)、微生物、遺傳、環(huán)境等多種因素共同影響，個中因素環(huán)環(huán)相扣、互相作用，在哮喘這一復(fù)雜疾病的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。

與傳統(tǒng)觀念不同的是，即便致病微生物并非都會導(dǎo)致哮喘加重，非致病微生物也可能誘發(fā)及加重哮喘。部分微生物甚至能起到調(diào)整微生態(tài)健康的作用，使機(jī)體免受這類疾病損傷，自此給了臨床工作新的啟示：調(diào)節(jié)微生態(tài)的健康能否有助于預(yù)防哮喘的發(fā)生或減輕哮喘的嚴(yán)重程度？通過增加保護(hù)性微生物豐度及降低有害微生物豐度是否能起到理想效果？這種干預(yù)模式應(yīng)通過什么途徑進(jìn)行？以什么結(jié)局指標(biāo)為終點？這種方法又是否會導(dǎo)致其他不良影響？以上種種尚不得而知。盡管做了許多努力，目前對神秘呼吸道微生態(tài)的了解仍微乎其微，大部分研究停留在臨床研究層面，尚缺乏對其中分子生物學(xué)、遺傳學(xué)機(jī)制的研究。

值得慶幸的是，雖然對細(xì)菌、病毒、真菌、宿主細(xì)胞和宿主免疫系統(tǒng)之間的相互關(guān)系并未完全掌握，但越來越多的研究團(tuán)隊開始關(guān)注上述因素是如何影響呼吸系統(tǒng)發(fā)育、破壞微生態(tài)平衡和誘發(fā)哮喘的。隨著對微生物群在呼吸系統(tǒng)疾病中的作用和潛在機(jī)制的深入研究，有機(jī)會將其作為疾病風(fēng)險或治療效果的生物標(biāo)志物，早期預(yù)見哮喘的發(fā)生發(fā)展。此外，某些種類的呼吸道微生物及適宜生物多樣性能減少呼吸道疾病的發(fā)生率，因此，調(diào)節(jié)呼吸道微生物群組成可能降低呼吸道感染的嚴(yán)重程度，防止喘息和哮喘的發(fā)展，減少哮喘的惡化等，為呼吸道疾病的預(yù)防及治療提供機(jī)會。目前，對呼吸道細(xì)菌、病毒、真菌與哮喘的關(guān)系研究較少，尤其對相關(guān)作用機(jī)制的研究較為缺乏，且哮喘的病程與環(huán)境、遺傳有著密不可分的關(guān)系，機(jī)制錯綜復(fù)雜互為因果，單純研究某種因素的作用而罔顧其他因素共同影響，其結(jié)論難以付諸臨床實際。未來需要聯(lián)合免疫學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行呼吸道微生態(tài)機(jī)制的研究，探索哮喘發(fā)生發(fā)展、癥狀加重環(huán)境的微生態(tài)機(jī)制，尋找哮喘診療的新突破口，為早期預(yù)防、識別、治療、改善預(yù)后提供新的思路。