鼻部微生态改变对鼻腔鼻窦慢性炎症的影响

车延路，徐兆男，郑泽宇，王楠，孙亚男，王婧婷

人类微生物群是指生活在人类身上和体内的微生物的集合，人体内有大约10～100万亿个微生物菌落，它们生活在身体的不同部位，如皮肤、肠道、呼吸系统和其他黏膜，这些共生微生物区系被称为微生态，也称细菌生物膜[1]，微生态的组成和功能的改变，包括多样性的变化、条件致病菌的过度丰富、关键共生生物的丧失，称为微生态失调[2]。近年来，人们对微生态在人体免疫系统的启动、适应和功能中的基础作用的认识日益加深，许多炎症性疾病，都与驻留的微生态失调有关[3]。由于上呼吸道暴露在外界环境中，大量微生物生活在黏膜表面，这些局部微生物可能通过宿主和微生物之间的相互作用影响人体的免疫动态平衡。到目前为止，关于鼻部微生态对鼻窦炎和变应性鼻炎以及对健康的鼻窦黏膜的作用还不明确。研究表明，不同的鼻部疾病具有不同的炎症表型和组织重塑，提示鼻科疾病患者的鼻部细菌可能存在差异[4]。本文通过对慢性鼻窦炎、变应性鼻炎患者鼻部微生态差异的研究，探讨鼻部微生态失调与鼻腔鼻窦慢性炎症之间的关系，为鼻腔鼻窦炎症性疾病的治疗提供新的临床思路。

1 微生态失调对慢性鼻窦炎的影响

1.1 慢性鼻窦炎与微生态失调

慢性鼻窦炎(chronic rhinosinusitis，CRS)是一种慢性炎症性疾病，该疾病在欧洲和美国的患病率分别为11.0%和13.4%[5]，其致病因素并不明确，有人提出细菌感染或鼻腔微生态的改变可能在CRS的发生中发挥作用[6]。Gan等[7]研究结果显示CRS组中放线菌，金色葡萄球菌，拟杆菌属丰度较高，健康组中棒状杆菌和十二指肠球菌的丰度明显高于CRS组。De Boeck等[5]选取了225例CRS患者样本进行了分析，结果显示，与健康组对比，CRS患者的前鼻孔和鼻咽细菌多样性降低，其中金黄色葡萄球菌、结核杆菌，流感嗜血杆菌具有潜在的致病作用。金黄色葡萄球菌是CRS相关的最常见细菌之一，在来自各大洲的12项研究中调查了金黄色葡萄球菌和CRS之间的可能关联，其中包括340例病例和178例对照，CRS组的金黄色葡萄球菌培养阳性率明显高于对照组，金黄色葡萄球菌超抗原和特异性IgE也显着高于对照组[8]，此外，最近一项对23例进行鼻内镜手术的CRS患者取术前及术后的鼻部分泌物研究发现，约氏不动杆菌，在对照中更为丰富，且CRS患者术后增加，并能够显著改善患者术后的生活质量[9]，这可能是由于约氏杆菌在患者体内释放的因子IL-14，也可能通过促进IL-10的产生发挥重要的功能作用[10]。

1.2 条件致病菌的作用机制

研究表明鼻腔黏膜通过黏膜纤毛和分泌抗菌肽从鼻窦黏膜清除外来分子，黏膜的先天屏障建立了物理障碍并保护宿主免受外部微生物的侵害。顶端连接复合物，如紧密连接(TJ)，将气道上皮细胞相互连接，并减少各种离子和大分子的细胞旁转运，完整的上皮屏障对于预防和抑制气道疾病至关重要[11]。Martens等[12]将葡萄球菌肠毒素(SEB)应用于CRS患者的鼻黏膜上皮细胞，他们的结果表明，SEB以剂量依赖性方式提高黏膜通透性、降低跨上皮电阻并抑制膜蛋白的表达进而破坏上皮细胞的完整性。此外，SEB激活TLR2并导致IL- 6和IL- 8的产生。用这些细胞因子刺激气液界面培养会降低上皮完整性使之易受致病菌的侵害。值得注意的是，抑制TLR2信号传导可防止SEB诱导的屏障破坏。内质网(ER)稳态的扰动，包括更高的蛋白质合成、破坏的ER氧化还原状态和错误折叠的蛋白质积累，会导致ER应激反应，炎症也会产生活性氧(ROS)诱导ER应激，这会促进CRS的发展。同时SEB也被认为是人鼻上皮细胞中必需的炎症诱导剂，膜衍生的囊泡可将SEB递送至上皮细胞的胞质溶胶，介导ER应激反应进一步促进CRS的发生[13]。

棒状杆菌是鼻腔中的有益菌，它可以拮抗金黄色葡萄球菌的毒力作用，实验中棒状杆菌无细胞培养上清液对金黄色葡萄球菌分离物均表现出显着的剂量依赖性抗菌活性，90%浓度的上清液显着抑制了所有金黄色葡萄球菌分离株的浮游生长[14]，这是由于棒状杆菌可通过改变金黄色葡萄球菌群体感应控制的辅助基因调节因子(agr)基因位点的表达，参与其定植方式，并将细菌行为从毒力转变为共生生活方式。当鼻腔中棒状杆菌减少，金黄色葡萄球菌增多时导致微生态紊乱，会促进CRS的发生[15]。故而认为，机体微生态的失衡及其之间的相互作用是导致CRS发病的潜在致病因素。

2 微生态失调对变应性鼻炎的影响

2.1 变应性鼻炎患者鼻部微生态失调

变应性鼻炎(allergic rhinitis，AR)是一种偏向Th2介导的1型超敏反应性疾病，分为常年性变应性鼻炎和季节性变应性鼻炎。流行病调查显示AR在全球范围的发病率接近30%[16]，呈不断上升趋势。近年来发现人体微生态在过敏性疾病的发生过程中具有重要作用，其与机体免疫系统发育程度、免疫反应的失衡均有一定联系[17]。研究表明AR患者与健康人群鼻腔微生物存在显著差异，AR组链球菌属、金黄色葡萄球菌、嗜血杆菌属、梭杆菌属的相对丰度显著高于健康组，健康组痤疮丙酸杆菌、放线菌门、丙酸杆菌属、棒杆菌属的相对丰度显著高于变应性鼻炎组，进而发现鼻腔微生态失调与AR的发生有一定相关性[18]。

2.2 条件致病菌对机体的作用

研究表明某些条件致病菌的代谢产物可促进包括白介素在内的炎症因子释放，进一步加重Th1/Th2免疫失衡，葡萄球菌肠毒素B(SEB)可诱导小鼠肺部炎症，引起嗜酸性粒细胞数量增加，及Th2细胞因子产生增加，嗜热链球菌CpG寡核苷酸能够刺激机体表达IL- 33，这会进一步启动Th2应答[19]，Th2细胞和B细胞中匹配的共刺激分子的连接，促进B细胞表型转换，产生变应原特异性IgE，过敏原特异性IgE与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力受体(FcεRI)结合，导致肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的过敏原特异性IgE-FcεRI复合物被特定的过敏原交联，触发储存在细胞质颗粒中的炎症介质(如IL- 4、IL- 5等)的释放。这些介质导致血管扩张、血管通透性增加、粘液产生增多，并且刺激感觉神经出现喷嚏鼻痒等症状[20]。现已证实SEB能诱导相当数量的Th2相关细胞因子的释放，包括IL- 4、IL- 5和IL-13，并且还能增强人鼻组织中的嗜酸性炎症，即便在没有肠毒素影响的情况下，组织暴露于金黄色葡萄球菌后，也会产生胸腺基质淋巴生成素(TLSP)和IL- 33导致IL- 5的表达，IL- 6高效性记忆CD8+T细胞参与了Th2应答，且它们也能在细菌超抗原SEB和TSST-1的作用下触发IL- 5和IL-13的表达[21](图1)而进一步加重过敏反应。综上，本文提出变应性鼻炎的发生与鼻腔微生态失调密切相关。

图1 金黄色葡萄球菌通过胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)和人气道上皮细胞释放IL- 33诱导2型细胞因子的产生；葡萄球菌肠毒素B(SEB)通过影响Th2细胞和CD8+细胞的分化诱导2型细胞因子释放[21]

3 益生菌对恢复鼻部微生态的有益影响

益生菌被世界卫生组织定义为活的微生物，当它们以足够的量给药时，会给宿主带来健康益处。这种有益效果最初被认为源于肠道微生物平衡的改善，但现在有大量证据表明益生菌也可以通过调节免疫功能来提供益处[22]。在动物模型中，益生菌补充剂能够通过下调炎症细胞因子或以菌株特异性方式诱导调节机制来保护机体免受自发性和化学诱导的结肠炎；在过敏原致敏的动物模型和哮喘和变应性鼻炎的鼠模型中，口服益生菌可以通过调节全身细胞因子的产生，以变应依赖性方式减少过敏原特异性 IgE 的产生[23]。另有研究指出，人类微生态中包含的物种在很大程度上相似，但百分比份额因栖息地(肺和肠道)而异，但可以相互影响。最近研究中越来越强调肠肺轴的作用，临床上注意到胃肠道疾病也反映在呼吸道中。甚至有一半的炎症性肠综合征患者也患有呼吸道疾病，并且健康组和患有呼吸道/肠道紊乱的患者的微生物组结构彼此不同[24]，表明胃肠道及呼吸道的微生态相互沟通。目前以益生菌的形式引入有益细菌，或通过粪便移植接种诱导特定共生体的益处改变已用于治疗炎症性胃肠道疾病，于是有人提出应用益生菌调节微生态和炎症反应来治疗AR可以作为新的治疗手段。为了进一步分析益生菌的作用，研究选取250名AR患儿给予动物双歧杆菌亚种的混合物(长双歧杆菌BB12和粪肠球菌L3)后发现，患者体征和症状明显减轻，并显著减少了药物的使用，包括口服抗组胺药和局部皮质类固醇[25]。此外，应用乳酸菌，发现了对宿主的有益影响，例如在喂食干酪乳杆菌的小鼠中通过增加Th1细胞因子，降低Th2/Th1 比率，减轻AR症状[26]。Ahmed等[27]证明西替利嗪和干酪乳杆菌对5岁以下患有常年性AR的儿童具有相同的效果。给患儿每天摄入干酪乳杆菌(2×109CFU) 或西替利嗪(2.5～5 mg)，经过6周的干预，超过95%的参与者的 AR 基线症状显着改善。据报道，益生菌组的鼻阻塞完全改善为 84.6%，而西替利嗪组为 85.5%，因此，干酪乳杆菌支持临床AR药物作为附加疗法的效果。综上所述，应用益生菌或许是治疗AR新的切入点。

4 讨论

鼻腔微生态的失调与慢性鼻窦炎、变应性鼻炎的发病密切相关，菌群失调所表现出来的致病性在许多经典实验中都得到证实[28]，虽然在不同的研究中，最主要致病菌在数据上存在一些差异，但致病菌属大致相同，在CRS和AR患者的分泌物的差异菌中，棒状杆菌，金黄色葡萄球菌，放线菌等较为突出，内镜术后约氏杆菌的有益作用也被关注。目前，越来越多的学者将目光聚焦在恢复鼻腔菌群多样性上而益生菌的研究结果也证实恢复微生物稳态是治疗鼻腔疾病的潜在策略[29]，但目前对于益生菌的研究基数还不够庞大，其具体的作用机制还需进一步的深入探讨。有人指出微生态失调与肿瘤的发生也有着密不可分的联系[30]。研究表明，与声带息肉组相比，喉癌标本和癌旁正常组织(NAT)中梭菌的种群数量增加，而纤毛门和放线杆菌的种群数量减少，双歧杆菌属、头状细胞吞噬属、细小单胞菌属、聚集性杆菌属和消化链球菌属的相对数量均显著高于对照组[31]。由此推测微生态失调或许也是肿瘤发生的潜在致病因素，但目前关于鼻腔肿瘤与鼻腔微生态失调关联的相关研究很少，研究的还不够透彻，其具体的致病原因也没有明确指出，还需要大量的实验研究证实。