人体微生态与哮喘临床表型之间的关系

张 瑜 史 菲

人体微生态是指存在于人体内的共生和病原微生物的总和，主要分布在皮肤、鼻咽、下呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道等与外界相通的器官和组织，在维持人体生理机能和免疫功能中起重要作用。目前，国内外研究初步探讨了肺部微生态对哮喘发病的影响，而对人体微生态与哮喘表型之间关系的研究开展较晚。现已证实，特定表型的哮喘患者具有其特征性微生物分布，并可望开展个性化抗菌或微生物调节的新型治疗策略。现就人体微生物组与哮喘临床表型的相关研究进展进行如下综述。

1 人体微生态与哮喘发病的关系

正常菌群在人体的特定器官内黏附、定植，形成一层特定的生物屏障，抑制并排除过路菌的入侵和群集；一旦人体与正常菌群之间的动态平衡被打破，将导致菌群分布紊乱、免疫功能受损，乃至疾病发生。现已发现，哮喘、COPD、支气管扩张症、肺纤维化等多种呼吸系统疾病的发生、发展均与人体微生态分布异常相关。

哮喘作为一种异质性疾病，可分为过敏性、嗜酸性粒细胞性、中性粒细胞性、咳嗽变异性、肥胖型哮喘等多种临床表型，是各种环境因素与遗传因素相互作用的结果。各种诱因(如感染、吸入过敏原、污染、物理和化学刺激等)驱动气道上皮细胞、Th2细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞等炎症细胞释放多种炎症介质、细胞因子，引起慢性气道炎症反应，并导致反复发作的喘息、气急、胸闷、咳嗽等症状的发生，可自行或经治疗后缓解。已有证据证明，哮喘患者与健康人的微生态分布存在显著差异，哮喘急性发作事件、抗生素和糖皮质激素等药物干预均能影响哮喘患者气道、口咽、胃肠道等器官的微生物组分布[1]。Taylor等[2]对持续性哮喘患者进行的研究结果表明，阿奇霉素治疗1年后患者下呼吸道中的细菌多样性显著降低。Durack等[3]研究证实，糖皮质激素治疗能改变过敏性哮喘患者支气管的微生物组组成，使微杆菌科、奈瑟菌属、莫拉菌属的相对丰度增高，而梭杆菌属的相对丰度降低。此外，哮喘患者某些基因的表达[4]、气道上皮细胞的抗感染能力、气道黏膜IgA水平、固有淋巴样细胞(innate lymphoid cell, ILC)活性等均会受到人体微生态状况的影响[5-6]。另有研究[7]发现，微生物组的细菌胞壁成分及其代谢产物与气道黏膜的免疫调节功能有关，这可能是微生物组影响哮喘发生、发展的一个重要原因。然而，微生物组影响哮喘患者肺内免疫反应的机制目前尚不明确。

2 鼻咽微生态与哮喘表型

人体的鼻腔是与外界环境相接触的最密切的部位，经咽喉部与下呼吸道形成一个共同通道，构成了肺通气功能的结构基础。在人体吸气过程中，鼻腔直接暴露于充满细菌、真菌孢子、病毒、粉尘等的外界环境内，导致丰富的微生物群落在鼻腔内定植。现已证实，儿童鼻咽部的微生物组与未来哮喘的发生相关，提示鼻咽微生物组可能与早发型过敏性哮喘的发病密切相关。

Pérez-Losada等[8]通过聚类分析将163个哮喘患儿分成3个不同的哮喘表型簇(asthma phenotypic cluster, APC)，APC1的严重程度指标(ITGc评分)和哮喘控制指标(ACT)得分均较低，APC2具有过敏性指标阳性(如血嗜酸性粒细胞百分比、血清IgE水平升高)的特点，APC3则以低BMI为主要特征。结果发现，APC1患儿体内的棒杆菌属和普雷沃氏菌属丰度最高，莫拉菌属和Dolosigranulum丰度较低；APC2的莫拉菌属丰度最高，而棒杆菌属、葡萄球菌属和普雷沃菌属丰度较低；APC3的上述5个菌属均为中等丰度，提示不同哮喘表型簇间鼻微生物的组成及结构均有显著差异。Mccauley等[9]研究发现，从哮喘患儿的鼻分泌物中分离出的卡他莫拉菌能够促进体外上皮损伤和IL-8、CXC趋化因子配体10(CXCL10)等促炎细胞因子的基因表达，这些以莫拉菌属为主的微生物组与嗜酸性粒细胞活化、哮喘急性加重密切相关。Zhou等[10]研究了哮喘患儿的上呼吸道微生物组与哮喘控制欠佳、重症发作之间的关系，发现以棒杆菌属与Dolosigranulum共生为主的鼻咽微生物组不易导致哮喘失调控，且棒状菌属的相对丰度与哮喘的重症发作呈反比；而以莫拉菌属为主的鼻咽微生物组最易导致哮喘失调控和急性加重，但这些鼻咽微生态影响哮喘表型的作用机制尚无相关研究报道。

3 下呼吸道微生态与哮喘表型

既往观点认为健康人的气道是无菌的，直到不依赖于培养的新型微生物检测方法出现后，研究者们才发现健康人的下呼吸道存在独特的微生物群落定植。大量研究[1,3]结果表明，哮喘患者的下呼吸道微生物组的组成和多样性水平均与健康对照组存在差异，且下呼吸道的微生态状况与哮喘表型的发生密切相关。

依据气道中主要炎症细胞的类型，哮喘可分为嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、混合细胞和寡细胞4个表型。其中，嗜酸性粒细胞性哮喘是最常见的哮喘表型，约占总严重哮喘人数的50%～60%。一项研究[11]结果表明，与嗜酸性粒细胞性哮喘患者相比，非嗜酸粒性细胞性哮喘患者的气道微生物群的多样性、丰度及均匀度均显著降低；嗜酸性粒细胞性哮喘患者的下呼吸道中Glaciecola和螺杆菌属较丰富，而异常球菌属、斯卡多维亚菌属、双歧杆菌属、脱硫叶菌属则丰度较低。由于双歧杆菌属产生一种具有多种免疫调节活性的高分子化合物——细胞外多糖，能抑制过敏性哮喘患者肺内Th2型免疫应答、减少嗜酸性粒细胞向肺内募集[12]，故双歧杆菌属可能会抑制嗜酸性粒细胞表型的形成。Li等[13]研究也发现，在门水平上，嗜酸性粒细胞表型较非嗜酸性粒细胞表型更易出现厚壁菌门细菌，但两者间的差异无统计学意义；在科水平上，嗜酸性粒细胞表型患者中放线菌科明显富集，且放线菌科的相对丰度与嗜酸性粒细胞百分比呈正相关，提示下呼吸道放线菌科可能与嗜酸性粒细胞表型的发生密切相关。研究[14]发现，嗜酸性粒细胞性哮喘患者的Th2型细胞因子IL-13水平与下呼吸道中巴斯德卟啉单胞菌和罗氏韦荣球菌数目呈正相关，提示IL-13可能参与了该表型患者的下呼吸道微生态构建。

中性粒细胞性哮喘是另一重要的哮喘表型，这类表型患者常发生重症发作，糖皮质激素反应性欠佳，并与下呼吸道的微生态分布状态密切相关。Taylor等[15]的研究发现，中性粒细胞性哮喘患者下呼吸道中嗜血菌属和莫拉菌属类群的丰度较高，而链球菌属Ⅱ、孪生菌属、罗氏菌属和卟啉单胞菌属的丰度较低，且莫拉菌属与痰中性粒细胞百分比呈正相关，链球菌属Ⅱ、孪生菌属和卟啉单胞菌属与痰中性粒细胞百分比呈负相关，提示这些菌属的分布丰度可能会影响中性粒细胞表型形成。研究[14]发现，JYGU_s链球菌的水平在中性粒细胞性哮喘患者中显著升高，其体内IL-1β亦与中性粒细胞百分比呈正相关，提示JYGU_s链球菌可能通过刺激IL-1β分泌，驱动中性粒细胞在气道局部浸润和增殖。另一项重症哮喘研究[4]发现，变形菌门成员高水平富集与上皮细胞的Th17通路相关基因表达水平存在显著关联，即下呼吸道中变形菌门成员富集，可能通过激活与Th17相关的免疫反应，促进中性粒细胞在下呼吸内募集、引起中性粒细胞性哮喘发作。上述成果均为中性粒细胞表型哮喘发生机制的研究提供了一个新方向。

4 肠道微生态与哮喘表型

肠道作为人体最大的微生物群落定植部位，近年来已成为众多研究的热点。现已证实，哮喘患者的肠道菌群与健康人存在显著差异，哮喘患者的肠道菌群缺乏多样性，并缺乏代谢短链脂肪酸(SCFA,如乙酸、丙酸、丁酸等)的相关细菌，这可能会加速哮喘的发生和发展[16]。肠道菌群可受高纤维饮食等因素影响，导致乙酸盐[17]、丙酸盐[18]、丁酸盐[19]等代谢产物增多，引起调节性T细胞分化增强、树突状细胞吞噬能力提高、Th2型气道炎症程度降低、Ⅱ型固有淋巴细胞(ILC2s)增殖受抑制，导致过敏性哮喘的气道炎症反应程度降低。因此，肠道菌群能通过其代谢产物调控机体的免疫应答水平，这也是导致不同哮喘表型形成的一个重要原因。

过敏性哮喘是支气管哮喘中的一个重要表型，多为幼年起病，常伴随过敏或家族过敏史，且对糖皮质激素的敏感性较好。Begley等[20]的一项前瞻性研究分析了肠道菌群组成的差异与哮喘表型特征的关系，结果发现，肠道微生物群落的结构与空气致敏原敏感性增高、肺功能下降之间均有显著关系，提示肠道微生态可能与过敏性哮喘表型的发生密切相关。另一项研究[21]结果表明，过敏性哮喘小鼠经口服阿奇霉素治疗后，肠道菌群中的梭菌(包括瘤胃菌科和毛螺旋菌科)数目显著增多，其气道高反应性、肺泡灌洗液中Th2型炎症因子水平随之降低，且上述变化幅度均高于头孢克肟治疗组和无治疗组。由于多种共生梭菌能产生SCFA，通过限制嗜酸性粒细胞转运和存活来抑制过敏性气道炎症，故阿奇霉素可能经由肠道菌群影响了过敏性哮喘的气道炎症水平。

肥胖型哮喘早在1999年便已被阐述，并与哮喘控制欠佳、生活质量较差、糖皮质激素抵抗等临床特征相关。Michalovich等[22]对比了肥胖型哮喘、非肥胖型哮喘、肥胖无哮喘者和健康对照之间的免疫学及微生物群分布，结果发现，人体肠道微生态与宿主免疫反应密切相关，并受肥胖、哮喘及哮喘严重程度的影响。其中，血管细胞黏附分子1(VCAM-1)与Tissierellaceae-168、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)与肠杆菌属、胎盘生长因子(PIGF)与Slackia均呈正相关，Tie2与优杆菌属呈负相关。此外，重度哮喘患者肠道菌群中的疣微菌科,尤其是艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila)数目显著少于轻中度哮喘患者，且Akkermansiamuciniphila数目与外周血CRP水平呈负相关，提示肠道微生态中的疣微菌科可能会降低哮喘发作的严重程度及其炎症水平。然而，肠道菌群分布与哮喘表型的相关数据较少，尚需进一步研究确认。

5 小 结

哮喘作为一种复杂的异质性疾病，其不同表型的临床特征、重症倾向、治疗反应性也存在显著差异。目前已证实，人体微生态分布状况不仅与哮喘的急性发作有关，且与过敏性、嗜酸性粒细胞性、中性粒细胞性、肥胖型哮喘等临床表型的发生、发展密切相关。但是，这些微生态变化究竟是哮喘表型的驱动因素还是影响结果尚未可知，其对哮喘表型特征的作用机制更是知之甚少。因此，深入探讨不同哮喘表型的微生物态特征,建立并维持人体合理的微生态平衡，进而抑制肺内过度的免疫炎症水平,改善哮喘发作频率及严重程度，将成为哮喘个体化治疗研究的新方向。