呼吸道微生態(tài)的影響因素及其在支氣管肺發(fā)育不良中的意義

任淑英 張 勤

1.西安醫(yī)學院（陜西西安 710000）；2.陜西省人民醫(yī)院（陜西西安 710000）

人體微生態(tài)是指微生物和人體在共同進化過程中形成的生態(tài)結(jié)構(gòu)，人的體表皮膚、消化道、呼吸道、口腔及泌尿生殖道內(nèi)擁有豐富而獨特的微生態(tài)系統(tǒng)。體內(nèi)微生態(tài)失衡會導致機體處于疾病狀態(tài)。由于高通量測序和宏基因檢測技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于新生兒微生態(tài)相關(guān)研究也越來越多。隨著新生兒重癥監(jiān)護的診療技術(shù)普遍提高，小胎齡早產(chǎn)兒、極低和超低出生體重兒存活率逐漸提高，支氣管肺發(fā)育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）的發(fā)生率也逐漸升高，BPD早產(chǎn)兒需面臨一系列并發(fā)癥及后遺癥，甚至死亡[1-2]。BPD目前尚無特效治療方法，因此病因的探索和早期預測及預防逐漸成為研究的熱點及難點。其發(fā)生與肺發(fā)育不成熟、圍產(chǎn)期感染、炎癥以及營養(yǎng)等因素有關(guān)，近年來越來越多的研究揭示了呼吸道微生態(tài)在BPD中的作用[3]。呼吸道微生物多樣性降低被認為是生物失調(diào)的標志之一，可能導致BPD的發(fā)生[4-5]。

1 新生兒呼吸道微生物的來源及演變

人類呼吸道在出生前已經(jīng)存在微生物群落，并可以檢測到較低的細菌DNA 負載[6-7]，出生1 個月內(nèi)微生物群落逐漸增加，形成相對穩(wěn)定的細菌定植[7-8]，以變形菌門和厚壁菌門為主[7,9-10]。Lal等[10]發(fā)現(xiàn)順產(chǎn)和剖宮產(chǎn)出生的新生兒氣道微生物種類相似，推測胎兒氣道微生物可能來自胎盤和羊水。Sakwinska 等[11]研究發(fā)現(xiàn)嬰兒的鼻腔菌群與母親陰道、直腸和皮膚的菌群種類多不相同，認為嬰兒鼻腔菌群的來源仍未明確。

胎齡24～32 周之間出生的早產(chǎn)兒，從分娩至28 天的呼吸道菌群主要是不動桿菌屬[6]。胎齡36周早產(chǎn)兒的氣道樣本中，在門水平上，以厚壁菌門(61%)、變形菌門(30%)、放線菌門(6%)和擬桿菌門(2%)為主；在屬水平上，最占優(yōu)勢的是葡萄球菌(25.6%)、鏈球菌(25.6%)、莫拉菌(14.8%)和嗜血桿菌(6.0%)[9]。呼吸道菌群的發(fā)展總體上有時間依賴性，隨著時間推移葡萄球菌逐漸減少，而鏈球菌、莫拉菌和嗜血桿菌等常見菌屬逐漸增加[12]。變形菌門隨日齡增長逐漸增多，厚壁菌門逐漸減少，但在屬水平上二者均無明顯變化[7]。出生72 小時內(nèi)約1/5的早產(chǎn)兒檢測出以革蘭陽性菌為主的微生物定植，溶血性鏈球菌最多見；在日齡14天時呼吸道菌群定植數(shù)量增加了近3倍；日齡30天時定植數(shù)較前略有增加，其中克雷伯菌屬和假單胞菌屬為代表的革蘭陰性菌群占比明顯高于革蘭陽性菌群[13]。每個新生兒都有自己獨特的細菌定植模式，不同個體及不同解剖部位定植的呼吸道菌群不同[12]。

2 新生兒呼吸道微生物的影響因素

2.1 家庭成員微生物

母親對新生兒健康菌群的構(gòu)成和調(diào)節(jié)起著重要作用，母親陰道菌群一定程度上可以預測新生兒菌群的組成。妊娠晚期母親陰道菌群中除乳酸桿菌外，大多數(shù)陰道菌群的相對豐度逐漸增加，部分菌群存在母嬰垂直轉(zhuǎn)移，最常見的是梭狀芽孢桿菌，其次是乳酸桿菌和腸桿菌[10]。一項前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，被多重耐藥菌定植的新生兒的母親菌群定植率明顯高于非多重耐藥定植新生兒的母親，提示母親細菌定植和新生兒入重癥監(jiān)護室后發(fā)生多重耐藥菌定植有關(guān)[14]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒鼻腔菌群與其母親陰道、直腸和皮膚的菌群種類不同[15]。母親孕期補充n-3 長鏈脂肪酸和維生素D 可影響嬰兒氣道菌群定植，使氣道微生物的成熟度和相對豐度發(fā)生改變，兩種干預措施都使氣道厚壁菌門顯著減少，變形桿菌門增加，鏈球菌屬減少，莫拉克菌屬增加。n-3 長鏈脂肪酸可以降低出生1 周時的氣道成熟度，增加出生1 個月時氣道的成熟度，維生素D 干預對氣道成熟度的影響較弱[16]。

最近的一項研究表明，家庭中的兄弟姐妹也可顯著影響嬰兒氣道微生物的多樣性，以1 歲以內(nèi)最明顯，這種影響和其與哥哥姐姐年齡差距有關(guān)，年齡差距越小影響越大，推測可能與年齡差距越小親密程度越高有關(guān)，但和數(shù)目關(guān)系不大[17]。

2.2 分娩方式

分娩方式對生命早期微生物群定植的影響是一個持續(xù)爭論的話題。分娩方式不同的早產(chǎn)兒呼吸道微生物顯著不同[8,10]，但對足月兒影響不大，可能因為早產(chǎn)兒和足月兒的肺部微環(huán)境不同，對細菌定植的選擇不同[8]。從出生到3 月齡，氣道微生物相對豐度逐漸增加，剖宮產(chǎn)新生兒氣道微生物相對豐度明顯低于陰道分娩者；Shannon多樣性指數(shù)（群落的多樣性指數(shù)，反映物種均勻度）也隨時間顯著增加，不同分娩方式之間無差異[9]。Cardelli 等[18]發(fā)現(xiàn)新生兒下呼吸道分泌物中可檢測出細菌DNA，但僅陰道分娩兒樣本中分離出可培養(yǎng)的活菌，剖宮產(chǎn)兒未分離出，且PCR 檢測的氣道總細菌載量、厚壁菌門和乳酸桿菌數(shù)量明顯高于剖宮產(chǎn)兒，因此認為陰道分娩更有利于新生兒下氣道微生物群落定植。Gallacher等[7]發(fā)現(xiàn)，氣道分泌物樣本中的支原體和鼻分泌物樣本中的沙雷氏菌屬在陰道分娩兒中明顯增高，剖宮產(chǎn)新生兒的氣道和鼻分泌物樣本中葡萄球菌明顯增高。

2.3 喂養(yǎng)方式

母乳中細菌含量豐富，有360多個門，主要是變形菌和厚壁菌門[19]，新生兒應首選母乳喂養(yǎng)，有助于提供營養(yǎng)和建立有利的微生物群。研究發(fā)現(xiàn)，喂養(yǎng)方式可以顯著影響腸道菌群，母乳喂養(yǎng)有助于增加早產(chǎn)兒腸道菌群中α多樣性（物種多樣性指標），并促進能量的代謝；配方奶喂養(yǎng)增加腸道短鏈脂肪酸的濃度，促進腸道菌群氨基酸代謝，但喂養(yǎng)方式對呼吸道菌群無影響[20]。母乳喂養(yǎng)兒發(fā)生BPD的概率明顯低于配方奶喂養(yǎng)者，可能和母乳喂養(yǎng)新生兒與BPD不易感新生兒的呼吸道菌群類似有關(guān)[21]，尚需要更多隨機對照研究來證實母乳喂養(yǎng)對呼吸道菌群的影響。

2.4 抗生素應用

抗生素是兒童最常用藥物之一，可以影響微生物群落和代謝功能，從而影響宿主的免疫功能。研究表明，使用抗生素的嬰兒呼吸道菌群有明顯的失調(diào)[22]，主要表現(xiàn)為厚壁菌門減少，變形菌門豐度增加[6]。母親或新生兒抗生素暴露可以破壞呼吸道群落，促進以肺纖維化為特征的嚴重BPD 發(fā)生[23-24]。與之相反，Pattaroni 等[8]發(fā)現(xiàn)預防性抗生素治療并未影響新生兒呼吸道微生物組成，考慮可能與該研究未考慮抗菌譜、治療劑量和時間差異等有關(guān)。Rasmussen等[25]發(fā)現(xiàn)，母親妊娠期間、妊娠晚期及胎兒出生時使用抗生素對新生兒呼吸道菌群的α 和β多樣性（群落間的多樣性指標）無影響。使用抗生素對新生兒呼吸道菌群影響的研究結(jié)果不同，需要更多臨床研究證實。

2.5 其他因素

環(huán)境因素對腸道菌群有重要的影響，可以影響腸道菌群的β多樣性、生態(tài)演替和微生物群基因組功能[20]。呼吸道和腸道微生物群的組成在城市和農(nóng)村嬰兒之間不同，生活環(huán)境相關(guān)的氣道微生物群結(jié)構(gòu)與1 個月大時的免疫介質(zhì)濃度相關(guān)，城市嬰兒的氣道和腸道微生態(tài)與過敏性疾病風險增加相關(guān)[26]。出生季節(jié)與1 月齡時嬰兒鼻咽部細菌豐度相關(guān)，夏季出生兒童的鼻咽部細菌豐度較高，具有更豐富的變形桿菌和革蘭陽性桿菌[27]。環(huán)境暴露調(diào)查問卷研究發(fā)現(xiàn)，暴露于二手煙和室內(nèi)煙霧環(huán)境可以增加嬰兒BPD發(fā)病率和住院率，使用空氣凈化器可以減輕空氣污染對嬰兒的不良影響[28]。

氣管插管的嬰兒經(jīng)口喂養(yǎng)延遲，肺部細菌多樣性減少，炎癥反應增加，BPD發(fā)生的風險增加[29-30]。母親絨毛膜羊膜炎是一種可導致早產(chǎn)的炎癥性疾病，會使嬰兒檢出解脲脲原體[31]，氣道乳桿菌屬豐度下降[6]，引起氣道微生態(tài)失衡，阻礙肺發(fā)育成熟，增加BPD及持續(xù)性肺動脈高壓發(fā)生的風險和嚴重程度。然而，動物研究發(fā)現(xiàn)長期暴露于解脲脲原體并不會對早產(chǎn)羊羔的肺泡和肺血管發(fā)育造成持續(xù)的影響[32]。對極低出生體重兒進行的一項前瞻性隊列研究中發(fā)現(xiàn)，氣管內(nèi)檢出解脲脲原體是患BPD或因肺部疾病死亡的重要預測因素，但腺病毒及衣原體和BPD發(fā)生無關(guān)[33]，但此研究僅限于機械通氣的新生兒，并未對呼吸穩(wěn)定的新生兒進行研究。

生活環(huán)境、出生季節(jié)、經(jīng)口喂養(yǎng)延遲、機械通氣及母親絨毛膜羊膜炎導致新生兒解脲脲原體感染引起的微生態(tài)失衡和BPD 發(fā)生可能相關(guān)，期待未來更多大規(guī)模研究可以證實并對其機制進行探索。

3 呼吸道菌群失調(diào)導致BPD發(fā)生的可能機制

微生物組改變導致BPD 的機制目前尚不清楚。新生兒下氣道最多的菌群是乳酸桿菌，而乳酸桿菌有刺激肺生長及肺泡化的作用，呼吸道乳酸桿菌的減少導致的肺泡發(fā)育不良是BPD 發(fā)病機制之一[18]。氣道微生物數(shù)量的增多和氣道促炎細胞因子IL-6、IL-8 的顯著增加密切相關(guān)，因此認為下呼吸道微生物失調(diào)介導的炎癥反應是BPD 發(fā)生的可能機制[7]。母親抗生素暴露引起新生兒微生態(tài)紊亂，促進肺結(jié)構(gòu)改變和下氣道中IL-22降低，導致肺纖維化及肺血管密度降低是嚴重BPD 發(fā)生的可能機制[23]。

BPD 動物模型中，給未成熟小鼠的氣道反復注入脂多糖，模擬長期暴露于革蘭陰性菌的氣道，發(fā)現(xiàn)脂多糖上調(diào)了肺促炎細胞因子（TNF-α、IL-17a、IL-6、IL-1b）和趨化因子（CCL2、CCL7、CXCL1和CXCL 2）的表達，使肺泡和間充質(zhì)細胞發(fā)育相關(guān)基因（PDGFR-a、FGF7、FGF10和SPRY1）的表達降低，通過TLR 4 信號轉(zhuǎn)導通路促進肺部炎癥、阻斷肺泡化從而介導了BPD的發(fā)生[34]。

4 呼吸道微生物和支氣管肺發(fā)育不良的相關(guān)性

BPD 早產(chǎn)兒氣道微生物多樣性整體下降，導致微生態(tài)失調(diào)[35]，以γ-變形桿菌數(shù)量增加和乳酸菌豐度下降為標志[36]。Lohmann 等[6]發(fā)現(xiàn)BPD 易感兒出生時乳桿菌屬數(shù)量低于非BPD易感兒。微生物菌群失調(diào)可能與BPD的進展和嚴重程度有關(guān)。鼻拭子中普雷沃菌表達升高，新月柄桿菌表達降低與早產(chǎn)兒BPD的嚴重程度相關(guān)[37]。文獻報道，重度和非重度BPD 患兒氣道菌群存在差異，重度BPD 的支氣管抽吸液中革蘭陰性桿菌檢出較多，以嗜麥芽窄食單胞菌和肺炎克雷伯菌為主。Xu等[38]研究發(fā)現(xiàn)，BPD 的發(fā)生和嚴重程度與氣道微生物群落多樣性降低、窄食單胞菌豐度增加密切相關(guān)，窄食單胞菌可能通過其代謝物sn-甘油3-磷酸乙醇胺影響下氣道微生物的組成促使BPD 發(fā)生。對102例出生體重＜1 000g的早產(chǎn)兒生后6周內(nèi)行鼻咽拭子和肛拭子檢測，發(fā)現(xiàn)細菌定植主要在第2～6 周，BPD 的嚴重程度和上氣道定植潛在致病菌有關(guān)，和革蘭反應及胃腸道菌群無關(guān)[39]。

5 益生菌治療支氣管肺發(fā)育不良

關(guān)于益生菌是否可以有效治療BPD 仍有爭議，益生菌治療BPD的機制尚不清楚。一項回顧性研究中，分析了318 例早產(chǎn)兒使用益生菌和發(fā)生BPD 的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)益生菌治療與≤32周早產(chǎn)兒BPD風險降低有關(guān)[40]，微生物態(tài)平衡的恢復為益生菌治療BPD 提供了新視角。也有一項納入132 例極低出生體重兒的回顧性隊列研究認為，早期抗生素暴露與NEC和BPD風險增加相關(guān)，但使用益生菌對其沒有影響[41]。Li等[42]研究發(fā)現(xiàn)，使用羅伊乳桿菌和雙歧桿菌治療可減輕BPD 的炎癥反應和氧化應激損傷。研究報道，乳酸菌定植可以增強核因子-紅系因子2-相關(guān)因子2（Nrf 2）介導的抗氧化活性，改善高氧暴露引起肺損傷，益生菌的抗氧化作用治療未來有可能是治療呼吸道疾病的主要靶點[43]。

Yang等[44]總結(jié)了益生菌可能通過其抗感染、抗炎、抗氧化及營養(yǎng)作用等多種機制緩解微生物失調(diào)，從而達到輔助治療BPD的目的。

6 結(jié)語

隨著呼吸道標本采集、微生物檢測技術(shù)的不斷進步，呼吸道微生態(tài)學的研究持續(xù)深入。新生兒呼吸道微生態(tài)的來源及演變方式越來越被人們深刻認識，但其容易受多種因素的影響，通過不同的作用機制，干擾疾病的進程，影響疾病嚴重程度。呼吸道微生態(tài)的研究為BPD的發(fā)病機制及預防和治療方法提供了切入點，未來或許可以通過補充益生菌對呼吸道菌群進行干預及調(diào)節(jié)，從而預防BPD發(fā)生或減輕BPD 程度。此外，BPD 的微生物組學屬于研究的熱門生物標志物，用來指導BPD的診斷及治療也是未來研究的重要課題。