肺部微生物組與兒童支氣管哮喘內(nèi)型關(guān)系的研究進(jìn)展

李靖燕 綜述 田兆方 審校

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院新生兒科/淮安市小兒呼吸診療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安 223300）

支氣管哮喘（以下簡(jiǎn)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和疾病譜的變遷，其發(fā)病率呈逐年增高趨勢(shì)［1］。盡管哮喘病因目前尚未完全明確，但多種遺傳和環(huán)境因素已經(jīng)確定與哮喘發(fā)病相關(guān)，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(xué)研究發(fā)現(xiàn)了許多與哮喘相關(guān)的環(huán)境因素，這很好地解釋了過(guò)去30年哮喘發(fā)病率急劇上升的原因［6］。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，使用DNA 測(cè)序技術(shù)（包括16S核糖體RNA測(cè)序、宏基因組測(cè)序和微生物元轉(zhuǎn)錄組學(xué)）已經(jīng)在健康的肺部中鑒定出獨(dú)特的菌群，且肺部菌群在機(jī)體免疫的發(fā)展、調(diào)節(jié)和維持中均起著重要作用［7］。哮喘的異質(zhì)性并不局限于不同的臨床表型和病因，它還表現(xiàn)為不同的呼吸道微生物群。哮喘根據(jù)其氣道炎癥（內(nèi)型）可分為2型炎癥型哮喘（嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘）和非2 型炎癥型哮喘（中性粒細(xì)胞型哮喘/寡細(xì)胞型哮喘）兩大類［8-9］，已有研究認(rèn)為氣道微生物學(xué)的特征和哮喘內(nèi)型有關(guān)［10］。本文就肺部微生物組與兒童哮喘內(nèi)型關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 兒童肺部菌群特點(diǎn)及影響因素

1.1 肺部菌群的來(lái)源

肺部是一個(gè)半開(kāi)放的器官，擁有復(fù)雜的黏膜表面，黏膜結(jié)構(gòu)不僅是微生物群存活的重要部位，還可以保護(hù)機(jī)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(shù)量巨大且可自我維持的特點(diǎn)不同，肺部必須維持較低的細(xì)菌負(fù)荷以促進(jìn)氣體交換，穩(wěn)定狀態(tài)下，下呼吸道菌群的瞬時(shí)特性取決于從上呼吸道進(jìn)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(wú)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(dǎo)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(lái)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(duì)較大，導(dǎo)致鼻咽部病原體容易定植，以及兒童鼻分泌物增加，促進(jìn)微生物向肺部擴(kuò)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(fā)展

肺部微生物在個(gè)體出生后立即開(kāi)始定植，從出生到青年期，接觸不同的環(huán)境因素也會(huì)影響肺部微生物叢的組成，并逐漸發(fā)展成為一種動(dòng)態(tài)復(fù)雜的微生物群落［16］。生命早期（出生后數(shù)天至數(shù)周內(nèi)）是宿主免疫-微生物群相互作用的關(guān)鍵時(shí)間窗口期，也是微生物群建立和免疫系統(tǒng)成熟的關(guān)鍵時(shí)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(yǎng)寵物、兄弟姐妹數(shù)目、飲食情況、生活環(huán)境（城市或農(nóng)村）、細(xì)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(guān)系

2.1 兒童哮喘表型和內(nèi)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(huán)境因素相互作用產(chǎn)生的臨床表現(xiàn)，如依據(jù)表型將患者進(jìn)行分組治療則有助于臨床醫(yī)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(yù)測(cè)和治療。然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，哮喘表型有很大的異質(zhì)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(nèi)型的概念。內(nèi)型又稱分子表型，是根據(jù)病理生理機(jī)制對(duì)哮喘進(jìn)行分類［8］。將哮喘病理生理學(xué)的分子特征與臨床癥狀相對(duì)應(yīng)，從而確定“可治療的特征”實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療。目前尚缺乏哮喘內(nèi)型分類的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在兒童哮喘中最常見(jiàn)的內(nèi)型分類是根據(jù)氣道炎癥是否由2型免疫應(yīng)答反應(yīng)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(diǎn) 2 型炎癥型哮喘是兒童最常見(jiàn)的類型，通常發(fā)生在學(xué)齡前期，與輔助性T細(xì)胞（helper T cell, Th）2和2型固有淋巴細(xì)胞（group 2 innate lymphoid cell, ILC2）反應(yīng)相關(guān)，過(guò)敏原刺激Th2 細(xì)胞和ILC2 產(chǎn)生一系列細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素（interleukin, IL） -4、IL-5、IL-9、IL-13，進(jìn)而導(dǎo)致調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、B細(xì)胞、肥大細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞反應(yīng)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(duì)糖皮質(zhì)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(guān)研究由于嗜酸性粒細(xì)胞具有抗菌功能，2型炎癥型哮喘患者其肺部總細(xì)菌負(fù)荷相對(duì)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(fā)生反復(fù)喘息和兒童哮喘的風(fēng)險(xiǎn)增加，且血液中免疫球蛋白E（immunoglobulin E, IgE）、嗜酸性粒細(xì)胞水平升高，表明這些菌群的早期定植可能影響哮喘的發(fā)展［23］；Chun 等［24］發(fā)現(xiàn)哮喘兒童支氣管中放線菌與支氣管炎癥基因呈負(fù)相關(guān)，提示支氣管中放線菌可能具有保護(hù)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(xì)胞炎癥和總IgE 水平升高）相關(guān)［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(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，其聯(lián)合感染會(huì)增強(qiáng)宿主免疫應(yīng)答與兒童哮喘的發(fā)展有關(guān)［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(xì)胞型哮喘和寡細(xì)胞型哮喘，其炎癥反應(yīng)包括由γ-干擾素參與介導(dǎo)的1型免疫應(yīng)答和IL-17 介導(dǎo)的3 型免疫應(yīng)答導(dǎo)致氣道中性粒細(xì)胞炎癥；與IL-6、肥胖和代謝異常有關(guān)的全身性炎癥及非炎癥的機(jī)制，通常有對(duì)糖皮質(zhì)激素反應(yīng)差及表現(xiàn)更嚴(yán)重的臨床癥狀［27］。

2.3.1 中性粒細(xì)胞型哮喘 部分哮喘兒童存在以中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)為主的氣道炎癥，中性粒細(xì)胞型哮喘與持續(xù)性哮喘、重癥哮喘、致死性哮喘關(guān)系密切［28］。兒童哮喘被認(rèn)為主要是由Th2 細(xì)胞因子驅(qū)動(dòng)的嗜酸性粒細(xì)胞型氣道炎癥，但固有免疫可能導(dǎo)致重度哮喘患者向Th1 或Th17 細(xì)胞介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞型氣道炎癥轉(zhuǎn)變，甚至存在Th1、Th2、Th17 細(xì)胞混合表達(dá)導(dǎo)致形成中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞同時(shí)存在的氣道炎癥［29］。氣道內(nèi)細(xì)菌數(shù)量增加和特定的細(xì)菌種類增加，會(huì)導(dǎo)致氣道內(nèi)可溶性細(xì)菌碎片（如內(nèi)毒素）增加，其脂質(zhì)部分不具有抗原特異性，能夠與模式識(shí)別受體結(jié)合，從而刺激機(jī)體產(chǎn)生固有免疫應(yīng)答，最終導(dǎo)致中性粒細(xì)胞聚集［30］。中性粒細(xì)胞型哮喘患者的細(xì)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(xì)胞型哮喘患者高［31］，這提示中性粒細(xì)胞型哮喘與某些促炎性細(xì)菌的增加有關(guān)。肺炎衣原體感染可導(dǎo)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(xì)胞數(shù)量明顯升高，糖皮質(zhì)激素治療不能減輕氣道高反應(yīng)性和中性粒細(xì)胞炎癥［32］。

2.3.2 寡細(xì)胞型哮喘 兒童哮喘中有一部分是寡細(xì)胞型哮喘，在誘導(dǎo)痰細(xì)胞學(xué)檢測(cè)中，痰液中嗜酸性粒細(xì)胞或中性粒細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有明顯增加，高劑量糖皮質(zhì)激素或針對(duì)2型炎癥的新型生物靶向制劑在這些兒童中未見(jiàn)效［33］。寡細(xì)胞型哮喘的病理學(xué)特征尚不完全清楚，目前認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制包括氣道高反應(yīng)性與氣道炎癥存在解偶聯(lián)，這種差異可能是由神經(jīng)元因素、非免疫介質(zhì)、信號(hào)分子和易感基因驅(qū)動(dòng)的，這些因素都會(huì)改變氣道平滑肌的收縮性，導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性［34］。有研究發(fā)現(xiàn)寡細(xì)胞型哮喘氣道微生物多樣性低于嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘、中性粒細(xì)胞型哮喘，而微生物群多樣性的增加可引起氣道免疫反應(yīng)，產(chǎn)生的細(xì)胞因子可以驅(qū)動(dòng)中性粒細(xì)胞或嗜酸性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)和增殖［35］。

3 兒童哮喘臨床常見(jiàn)治療措施對(duì)肺部微生物的影響

3.1 糖皮質(zhì)激素

糖皮質(zhì)激素是治療哮喘的一線藥物，目前哮喘指南建議長(zhǎng)期使用吸入性糖皮質(zhì)激素來(lái)控制哮喘癥狀和預(yù)防惡化。臨床上糖皮質(zhì)激素對(duì)大多數(shù)哮喘患者有效，但仍有部分患者對(duì)糖皮質(zhì)激素治療不敏感。有研究發(fā)現(xiàn)嗜血桿菌在氣道內(nèi)豐度增加與吸入氟替卡松6 周治療的反應(yīng)減弱有關(guān)［36］；而對(duì)那些糖皮質(zhì)激素治療不敏感的患者進(jìn)行長(zhǎng)期吸入性糖皮質(zhì)激素治療，可能會(huì)改變下呼吸道的微生態(tài)，導(dǎo)致呼吸道微生態(tài)失調(diào)，促進(jìn)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(píng)估哮喘患者對(duì)皮質(zhì)類固醇治療反應(yīng)的指標(biāo)，使臨床醫(yī)生能夠改進(jìn)治療方法。

3.2 補(bǔ)充益生菌

隨著“腸-肺軸”概念的提出，目前認(rèn)為肺部和腸道雙向通訊可能是通過(guò)微生物直接產(chǎn)生或經(jīng)免疫觸發(fā)后生成的化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，這些信號(hào)分子可以通過(guò)血液和淋巴游走全身，幫助調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)［38］。因此，通過(guò)補(bǔ)充益生菌是糾正微生態(tài)失調(diào)和恢復(fù)“健康”肺部微生物組的一個(gè)潛在方法。2020 年一項(xiàng)Meta 分析顯示補(bǔ)充益生菌并不能降低哮喘風(fēng)險(xiǎn)或喘息發(fā)病率，不建議使用益生菌預(yù)防嬰兒哮喘［39］；而另一項(xiàng)Meta 分析則報(bào)告益生菌可提高哮喘兒童生活質(zhì)量，減少癥狀的嚴(yán)重性，但需要更多涉及益生菌作用機(jī)制的研究來(lái)闡明益生菌在兒童和青少年變應(yīng)性鼻炎和過(guò)敏性哮喘中的作用［40］；也有研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)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(guò)敏性氣道炎癥，在預(yù)防和治療哮喘方面富有前景，但對(duì)兒童哮喘的療效還需進(jìn)一步研究評(píng)估［42］。由于在研究設(shè)計(jì)、受試人群、益生菌的種類和劑量等方面存在高度異質(zhì)性，很多研究的結(jié)果是相互矛盾的，因此需要進(jìn)一步的研究來(lái)解釋益生菌的作用機(jī)制［43］。

3.3 應(yīng)用抗生素

盡管哮喘診治指南并不支持常規(guī)使用抗生素治療哮喘［44］，但由于呼吸道感染是哮喘發(fā)病的重要誘因，導(dǎo)致哮喘兒童的抗生素使用比例高于無(wú)哮喘兒童，盡管有時(shí)并沒(méi)有應(yīng)用抗生素的適應(yīng)證［45］。有研究表明妊娠期抗生素的使用和兒童過(guò)早使用抗生素會(huì)增加幼兒患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)［46］；抗生素會(huì)影響機(jī)體對(duì)與哮喘惡化有關(guān)的呼吸道細(xì)菌/病毒感染的免疫反應(yīng)，如肺炎鏈球菌和流感病毒［47］；大環(huán)內(nèi)酯類抗生素除了具有抑菌作用外，還有抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，其可以減少慢性氣道疾病的炎癥和氣道損傷［48］；長(zhǎng)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(fù)荷，降低非嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患兒的惡化率［49］；目前對(duì)于長(zhǎng)期使用大環(huán)內(nèi)酯類藥物治療的哮喘患者在使用劑量、持續(xù)時(shí)間等方面還存在爭(zhēng)議，有些研究并沒(méi)有顯示其在嚴(yán)重嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘的有效性［50］。

4 結(jié)語(yǔ)

哮喘的異質(zhì)性并不局限于不同的臨床表現(xiàn)和病因，還表現(xiàn)為不同的氣道微生物群。以實(shí)驗(yàn)室和臨床循證的方法將哮喘分為不同的內(nèi)型有助于個(gè)體化精準(zhǔn)治療。哮喘患者的未來(lái)診斷和治療應(yīng)通過(guò)分析個(gè)體微生物群的組成和代謝活動(dòng)來(lái)輔助。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。