肺部微生态在特发性肺纤维化中的研究进展

2019-03-17曹妍车春莉

国际呼吸杂志 2019年13期

曹妍车春莉

哈尔滨医科大学附属第一医院呼吸内科150000

特发性肺纤维化 (idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一种原因未明的慢性进行性纤维化性间质性肺炎的一种特殊类型，好发于老年人，病变局限于肺部，病理组织学和/或影像学表现为普通型间质性肺炎。该病的进展速度因人而异，难以预测[1]，IPF预后较差，诊断后中位生存期为3～5年。导致IPF疾病发生和进展的机制迄今未完全明确。目前对该疾病的理解为：在遗传易感个体中，由于未知的环境诱因 (如吸烟、颗粒粉尘、病毒感染或肺部微生物群)对肺泡上皮细胞的重复微损伤和随后的功能失调修复导致纤维化[2]。近些年来，肺部微生态受到了国内外专家的广泛重视，研究显示许多肺部疾病的发生、发展及恶化均与肺部微生态的变化有关。在IPF研究中显示细菌本身可以引起肺泡上皮损伤，同时它们可单独存在而激活免疫级联反应，随后的促炎症和促纤维化级联反应导致肺结构的改变[3]。免疫抑制增加了IPF患者的死亡和住院风险，这一发现支持了IPF进展受细菌影响的假设[2]。

1 肺部微生态

由于传统病原学培养技术的局限性，既往认为健康人的下呼吸道是无菌的，但是随着新一代不依赖培养的高通量测序技术的发展，越来越多的研究结果表明，在肺部存在着多样化的菌群，即肺部微生态[4]。下呼吸道微生物的来源主要包括：正常呼吸经口鼻吸入；上呼吸道内容物的微量误吸入；分散在气道黏膜上的微生物[5]。在人体免疫系统成熟过程中，正常微生物群和机体免疫系统相互制约和影响，共同构成机体的重要屏障[6]。健康人肺部微生物群的存在保持着一种动态平衡，慢性疾病条件往往对常驻菌群的繁殖更为有利[7]。现认为肺部微生态与肺部健康状况密切相关。

2 肺部微生态与IPF的疾病进展

2010年不依赖培养的分子技术首次在IPF中应用，研究了17例稳定期IPF患者肺部微生物群，该研究采用16sr RNA基因PCR和变性凝胶电泳技术，在支气管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中发现了链球菌、奈瑟菌和放线菌细菌系列[8]，除此之外发现8例肺孢子菌定植患者中有5例没有检测到细菌DNA，这表明该真菌可能损害呼吸道的细菌定植。2014年进行的一项研究也得到了上述类似结果，稳定期IPF患者的肺部微生物群不同于健康个体：其细菌负荷总体较高，IPF患者的嗜血杆菌属、链球菌属、奈瑟菌属和韦氏菌属更为丰富，除此之外研究发现IPF患者BALF中的细菌负荷是对照组 (健康人和中度COPD患者)的2倍，且与对照组相比，BALF细菌负荷较高的IPF患者与6个月疾病进展 (定义为患者FVC下降10%或者死亡)存在显著相关[9]。因此，提示我们可以根据细菌负荷程度对IPF患者进行疾病严重程度分层以预测死亡风险，与细菌负荷低的IPF患者相比，具有更高细菌负荷的患者有高死亡风险。已知黏蛋白基因MUC5B启动子rs35705950基因多态性是IPF的危险因素[10]。上述研究还发现[9]：细菌负荷与黏蛋白基因启动子rs35705950基因多态性相关，携带等位基因少的患者细菌负荷相对较低，提示细菌与IPF相关。但矛盾的是，rs35705950多态性增加了IPF患者的生存率[11]。IPF患者的口腔微生物群也有很大的不同，这可能是慢性肺部疾病患者下呼吸道微生物选择的结果[12]。美国学者Han等[13]首次报道了肺部微生物群和IPF进展的关系，回顾性分析稳定期IPF患者，在筛选时没有活动性感染，针对肺部高分辨率CT提示有病变的部位进行支气管肺泡灌洗，提取DNA进行焦磷酸测序，发现特定链球菌和葡萄球菌 (即链球菌1345运算分类单位和葡萄球菌1348运算分类单位)的存在超过一定阈值与IPF快速进展相关。一项日本研究[14]评估了34例IPF患者，受试者入组时即接受支气管肺泡灌洗及肺功能检查，并于入组后 (12±1)个月评估FVC的变化。该研究分析了BALF中tuf基因表达，以估计BALF中细菌的数量，发现恶化组 (n=8，7例FVC下降10%或更大，1例不能行肺功能检查)的肺部微生物群多样性小于非恶化组 (n=22)，厚壁菌门和拟杆菌门(链球菌、韦荣球菌和普氏菌)的增加和变形菌门的减少参与了多样性的减少；此外该研究还发现肺部微生物群多样性的丧失与IPF的一些指标相关，包括低FVC、6分钟步行距离降低、高血清表面活性蛋白D和高乳酸脱氢酶。

特发性肺纤维化急性加重 (acute exacerbation of idiopathic pulmonary fibrosis，AE-IPF)是指IPF患者出现新的弥漫性肺泡异常改变导致急性、显著的呼吸道症状。IPF患者的自然病程和急性加重不可预测，由于这些患者的预后往往很差，寻找呼吸恶化的可逆原因尤为重要。一项研究[15]评估了20例AE-IPF患者及15例稳定期IPF患者的肺部微生物群，受试者均接受支气管镜检查，在BALF中提取细菌DNA扩增细菌16s-rRNA并测序，发现AE-IPF患者的细菌负荷增加，高达4倍；与稳定期IPF患者相比，AE-IPF患者BALF中有更多的中性粒细胞；在急性加重的情况下，微生物群也发生了变化，AE-IPF患者中空肠弯曲菌和嗜麦芽窄食单胞菌显著高于稳定期IPF患者。2016年AE-IPF国际工作组重新定义了急性加重，现诊断不再需要排除感染或其他潜在的诱因[16]。基于新的诊断标准，肺部微生态在AE-IPF中的研究有限，值得我们去进一步探索。

3 肺部微生态与IPF患者免疫系统的关系

以上研究表明肺部微生物群变化与IPF的疾病进展有关，但尚不清楚IPF中肺部微生物群的变化是该疾病的原因还是结果，宿主对肺部微生物群变化反应的作用也不清楚。一些学者对此进行了研究，现有研究表明[17]IPF疾病进展与自身免疫发展和免疫信号失调有关，TOLLIP、TLR3、TLR9和MUC5B均已发现与IPF患者先天免疫和宿主防御有关，并且与人群对IPF的易感性及患病后的结局有关。最近的2项研究讨论了肺部微生物群的改变与IPF宿主免疫应答之间的关系。在Molyneaux等[18]的一项研究中，包含60例IPF患者及20名匹配的健康对照者，在入组时所有受试者均接受BALF及血样采集，对于IPF患者，在入组1、3、6、12个月时在临床上需要重新评估。研究发现，IPF患者BALF中细菌负荷与对照组相比明显增加，并且细菌运算分类单位的数量与对照组相比差异也有统计学意义。基于上述结果，该研究进一步分析了这些细菌运算分类单位对宿主的影响和宿主的基因表达，其中2组特定的基因表达与IPF诊断、BALF中细菌负荷较高及特定的细菌运算分类单位有关；不仅如此，这些基因也与BALF和血样中的中性粒细胞计数增加有关。这2组基因中参与宿主防御反应的基因包括Nlrc4、Pglyrp1、Mmp9、Defa4，此外还发现了编码特定抗菌肽 (Slpi和Camp)的2个基因。这些结果表明宿主对呼吸道细菌的改变或细菌负荷增加存在反应，这些反应在纵向随访中持续升高，提示下呼吸道的细菌群落是IPF患者反复肺泡损伤的刺激之一。另一项研究[17]评估了68例IPF患者外周血单个核细胞基因表达、BALF细菌、体外成纤维细胞的反应性，探讨了IPF患者肺部微生物群、宿主免疫应答、无进展生存时间、成纤维细胞功能的关系。研究发现外周血单个核细胞基因表达中，免疫应答通路的下调与特定细菌运算分类单位的负荷变化有关，核苷酸结合寡聚区域样受体信号通路的下调与链球菌属负荷的增加有关。葡萄球菌和普氏菌运算分类单位的负荷增加也与免疫应答通路的下调、较差的无进展生存时间以及外周血单个核细胞中TLR9过表达有关。除此之外，还发现特定韦氏菌运算分类单位的增加与成纤维细胞的反应增加有关。该研究表明，免疫通路基因表达评估的宿主防御可以通过肺部微生物群的变化来调节，细菌负荷的增加与免疫通路基因表达降低、无进展生存时间降低相关。

4 从肺部微生态改变到IPF的治疗策略

IPF患者预后差，已知的2种抗纤维化药物吡非尼酮和尼达尼布在减缓疾病进展和降低病死率方面是有效的[19-20]。针对微生物本身的治疗包括抗生素、对特定病原微生物进行免疫接种或减少细菌迁移到肺部的干预措施[21]。现临床医师对AE-IPF患者的治疗常包括广谱抗菌药物，抗菌试验已经在IPF中进行了研究。Shulgina等[22]尝试用复方新诺明治疗181例特发性间质性肺炎 (89%为IPF)患者12个月，结果显示病死率降低，氧需求量降低，生活质量提高，但肺功能未见改善。已知磺胺类药物对中性粒细胞的趋化性[23]和超氧化物的产生[24]有影响，因此该类药物对IPF患者的疗效及作用机制需要进一步研究。对稳定期IPF患者使用复方新诺明的随机对照试验正在进行中[25]，该试验的目的是为确定复方新诺明是否降低患者病死率及住院率，并进一步了解其作用机制。如果试验结果证明该药是有益的，并发现是由于抗生素作用，进一步的研究可能会使用窄谱抗生素；如果发现是由非抗生素作用，之后可能会针对非抗生素的作用机制来进行进一步研究。已知多黏菌素B-纤维柱有助于去除内毒素，并用于治疗内毒素血症。有报道发现多黏菌素B-纤维柱治疗ALI/ARDS可改善患者的氧合功能[26]。鉴于弥漫性肺泡损伤是ALI/ARDS和急性加重中最常见的病理特征，因此也有学者在AE-IPF的治疗中进行了相关研究。一项日本回顾性研究表明[27]，接受多黏菌素B-纤维柱治疗的AE-IPF患者的生存率可能有所提高。在阿奇霉素治疗AE-IPF的报道[28]中，除皮质类固醇治疗外，38例AE-IPF患者接受静脉注射阿奇霉素 (500 mg/d)治疗5 d，将结果与氟喹诺酮类药物治疗者 (n=47)进行病例对照分析，阿奇霉素组60 d死亡率明显低于氟喹诺酮组，提示阿奇霉素可提高AE-IPF患者的生存率，但该研究无法确定是抗菌作用的结果还是类固醇和阿奇霉素联合使用的结果，尚需进一步研究。