呼吸道微生态的影响因素及其在支气管肺发育不良中的意义

任淑英 张 勤

1.西安医学院（陕西西安 710000）；2.陕西省人民医院（陕西西安 710000）

人体微生态是指微生物和人体在共同进化过程中形成的生态结构，人的体表皮肤、消化道、呼吸道、口腔及泌尿生殖道内拥有丰富而独特的微生态系统。体内微生态失衡会导致机体处于疾病状态。由于高通量测序和宏基因检测技术的发展，关于新生儿微生态相关研究也越来越多。随着新生儿重症监护的诊疗技术普遍提高，小胎龄早产儿、极低和超低出生体重儿存活率逐渐提高，支气管肺发育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）的发生率也逐渐升高，BPD早产儿需面临一系列并发症及后遗症，甚至死亡[1-2]。BPD目前尚无特效治疗方法，因此病因的探索和早期预测及预防逐渐成为研究的热点及难点。其发生与肺发育不成熟、围产期感染、炎症以及营养等因素有关，近年来越来越多的研究揭示了呼吸道微生态在BPD中的作用[3]。呼吸道微生物多样性降低被认为是生物失调的标志之一，可能导致BPD的发生[4-5]。

1 新生儿呼吸道微生物的来源及演变

人类呼吸道在出生前已经存在微生物群落，并可以检测到较低的细菌DNA 负载[6-7]，出生1 个月内微生物群落逐渐增加，形成相对稳定的细菌定植[7-8]，以变形菌门和厚壁菌门为主[7,9-10]。Lal等[10]发现顺产和剖宫产出生的新生儿气道微生物种类相似，推测胎儿气道微生物可能来自胎盘和羊水。Sakwinska 等[11]研究发现婴儿的鼻腔菌群与母亲阴道、直肠和皮肤的菌群种类多不相同，认为婴儿鼻腔菌群的来源仍未明确。

胎龄24～32 周之间出生的早产儿，从分娩至28 天的呼吸道菌群主要是不动杆菌属[6]。胎龄36周早产儿的气道样本中，在门水平上，以厚壁菌门(61%)、变形菌门(30%)、放线菌门(6%)和拟杆菌门(2%)为主；在属水平上，最占优势的是葡萄球菌(25.6%)、链球菌(25.6%)、莫拉菌(14.8%)和嗜血杆菌(6.0%)[9]。呼吸道菌群的发展总体上有时间依赖性，随着时间推移葡萄球菌逐渐减少，而链球菌、莫拉菌和嗜血杆菌等常见菌属逐渐增加[12]。变形菌门随日龄增长逐渐增多，厚壁菌门逐渐减少，但在属水平上二者均无明显变化[7]。出生72 小时内约1/5的早产儿检测出以革兰阳性菌为主的微生物定植，溶血性链球菌最多见；在日龄14天时呼吸道菌群定植数量增加了近3倍；日龄30天时定植数较前略有增加，其中克雷伯菌属和假单胞菌属为代表的革兰阴性菌群占比明显高于革兰阳性菌群[13]。每个新生儿都有自己独特的细菌定植模式，不同个体及不同解剖部位定植的呼吸道菌群不同[12]。

2 新生儿呼吸道微生物的影响因素

2.1 家庭成员微生物

母亲对新生儿健康菌群的构成和调节起着重要作用，母亲阴道菌群一定程度上可以预测新生儿菌群的组成。妊娠晚期母亲阴道菌群中除乳酸杆菌外，大多数阴道菌群的相对丰度逐渐增加，部分菌群存在母婴垂直转移，最常见的是梭状芽孢杆菌，其次是乳酸杆菌和肠杆菌[10]。一项前瞻性研究发现，被多重耐药菌定植的新生儿的母亲菌群定植率明显高于非多重耐药定植新生儿的母亲，提示母亲细菌定植和新生儿入重症监护室后发生多重耐药菌定植有关[14]。但也有研究发现，婴儿鼻腔菌群与其母亲阴道、直肠和皮肤的菌群种类不同[15]。母亲孕期补充n-3 长链脂肪酸和维生素D 可影响婴儿气道菌群定植，使气道微生物的成熟度和相对丰度发生改变，两种干预措施都使气道厚壁菌门显著减少，变形杆菌门增加，链球菌属减少，莫拉克菌属增加。n-3 长链脂肪酸可以降低出生1 周时的气道成熟度，增加出生1 个月时气道的成熟度，维生素D 干预对气道成熟度的影响较弱[16]。

最近的一项研究表明，家庭中的兄弟姐妹也可显著影响婴儿气道微生物的多样性，以1 岁以内最明显，这种影响和其与哥哥姐姐年龄差距有关，年龄差距越小影响越大，推测可能与年龄差距越小亲密程度越高有关，但和数目关系不大[17]。

2.2 分娩方式

分娩方式对生命早期微生物群定植的影响是一个持续争论的话题。分娩方式不同的早产儿呼吸道微生物显著不同[8,10]，但对足月儿影响不大，可能因为早产儿和足月儿的肺部微环境不同，对细菌定植的选择不同[8]。从出生到3 月龄，气道微生物相对丰度逐渐增加，剖宫产新生儿气道微生物相对丰度明显低于阴道分娩者；Shannon多样性指数（群落的多样性指数，反映物种均匀度）也随时间显著增加，不同分娩方式之间无差异[9]。Cardelli 等[18]发现新生儿下呼吸道分泌物中可检测出细菌DNA，但仅阴道分娩儿样本中分离出可培养的活菌，剖宫产儿未分离出，且PCR 检测的气道总细菌载量、厚壁菌门和乳酸杆菌数量明显高于剖宫产儿，因此认为阴道分娩更有利于新生儿下气道微生物群落定植。Gallacher等[7]发现，气道分泌物样本中的支原体和鼻分泌物样本中的沙雷氏菌属在阴道分娩儿中明显增高，剖宫产新生儿的气道和鼻分泌物样本中葡萄球菌明显增高。

2.3 喂养方式

母乳中细菌含量丰富，有360多个门，主要是变形菌和厚壁菌门[19]，新生儿应首选母乳喂养，有助于提供营养和建立有利的微生物群。研究发现，喂养方式可以显著影响肠道菌群，母乳喂养有助于增加早产儿肠道菌群中α多样性（物种多样性指标），并促进能量的代谢；配方奶喂养增加肠道短链脂肪酸的浓度，促进肠道菌群氨基酸代谢，但喂养方式对呼吸道菌群无影响[20]。母乳喂养儿发生BPD的概率明显低于配方奶喂养者，可能和母乳喂养新生儿与BPD不易感新生儿的呼吸道菌群类似有关[21]，尚需要更多随机对照研究来证实母乳喂养对呼吸道菌群的影响。

2.4 抗生素应用

抗生素是儿童最常用药物之一，可以影响微生物群落和代谢功能，从而影响宿主的免疫功能。研究表明，使用抗生素的婴儿呼吸道菌群有明显的失调[22]，主要表现为厚壁菌门减少，变形菌门丰度增加[6]。母亲或新生儿抗生素暴露可以破坏呼吸道群落，促进以肺纤维化为特征的严重BPD 发生[23-24]。与之相反，Pattaroni 等[8]发现预防性抗生素治疗并未影响新生儿呼吸道微生物组成，考虑可能与该研究未考虑抗菌谱、治疗剂量和时间差异等有关。Rasmussen等[25]发现，母亲妊娠期间、妊娠晚期及胎儿出生时使用抗生素对新生儿呼吸道菌群的α 和β多样性（群落间的多样性指标）无影响。使用抗生素对新生儿呼吸道菌群影响的研究结果不同，需要更多临床研究证实。

2.5 其他因素

环境因素对肠道菌群有重要的影响，可以影响肠道菌群的β多样性、生态演替和微生物群基因组功能[20]。呼吸道和肠道微生物群的组成在城市和农村婴儿之间不同，生活环境相关的气道微生物群结构与1 个月大时的免疫介质浓度相关，城市婴儿的气道和肠道微生态与过敏性疾病风险增加相关[26]。出生季节与1 月龄时婴儿鼻咽部细菌丰度相关，夏季出生儿童的鼻咽部细菌丰度较高，具有更丰富的变形杆菌和革兰阳性杆菌[27]。环境暴露调查问卷研究发现，暴露于二手烟和室内烟雾环境可以增加婴儿BPD发病率和住院率，使用空气净化器可以减轻空气污染对婴儿的不良影响[28]。

气管插管的婴儿经口喂养延迟，肺部细菌多样性减少，炎症反应增加，BPD发生的风险增加[29-30]。母亲绒毛膜羊膜炎是一种可导致早产的炎症性疾病，会使婴儿检出解脲脲原体[31]，气道乳杆菌属丰度下降[6]，引起气道微生态失衡，阻碍肺发育成熟，增加BPD及持续性肺动脉高压发生的风险和严重程度。然而，动物研究发现长期暴露于解脲脲原体并不会对早产羊羔的肺泡和肺血管发育造成持续的影响[32]。对极低出生体重儿进行的一项前瞻性队列研究中发现，气管内检出解脲脲原体是患BPD或因肺部疾病死亡的重要预测因素，但腺病毒及衣原体和BPD发生无关[33]，但此研究仅限于机械通气的新生儿，并未对呼吸稳定的新生儿进行研究。

生活环境、出生季节、经口喂养延迟、机械通气及母亲绒毛膜羊膜炎导致新生儿解脲脲原体感染引起的微生态失衡和BPD 发生可能相关，期待未来更多大规模研究可以证实并对其机制进行探索。

3 呼吸道菌群失调导致BPD发生的可能机制

微生物组改变导致BPD 的机制目前尚不清楚。新生儿下气道最多的菌群是乳酸杆菌，而乳酸杆菌有刺激肺生长及肺泡化的作用，呼吸道乳酸杆菌的减少导致的肺泡发育不良是BPD 发病机制之一[18]。气道微生物数量的增多和气道促炎细胞因子IL-6、IL-8 的显著增加密切相关，因此认为下呼吸道微生物失调介导的炎症反应是BPD 发生的可能机制[7]。母亲抗生素暴露引起新生儿微生态紊乱，促进肺结构改变和下气道中IL-22降低，导致肺纤维化及肺血管密度降低是严重BPD 发生的可能机制[23]。

BPD 动物模型中，给未成熟小鼠的气道反复注入脂多糖，模拟长期暴露于革兰阴性菌的气道，发现脂多糖上调了肺促炎细胞因子（TNF-α、IL-17a、IL-6、IL-1b）和趋化因子（CCL2、CCL7、CXCL1和CXCL 2）的表达，使肺泡和间充质细胞发育相关基因（PDGFR-a、FGF7、FGF10和SPRY1）的表达降低，通过TLR 4 信号转导通路促进肺部炎症、阻断肺泡化从而介导了BPD的发生[34]。

4 呼吸道微生物和支气管肺发育不良的相关性

BPD 早产儿气道微生物多样性整体下降，导致微生态失调[35]，以γ-变形杆菌数量增加和乳酸菌丰度下降为标志[36]。Lohmann 等[6]发现BPD 易感儿出生时乳杆菌属数量低于非BPD易感儿。微生物菌群失调可能与BPD的进展和严重程度有关。鼻拭子中普雷沃菌表达升高，新月柄杆菌表达降低与早产儿BPD的严重程度相关[37]。文献报道，重度和非重度BPD 患儿气道菌群存在差异，重度BPD 的支气管抽吸液中革兰阴性杆菌检出较多，以嗜麦芽窄食单胞菌和肺炎克雷伯菌为主。Xu等[38]研究发现，BPD 的发生和严重程度与气道微生物群落多样性降低、窄食单胞菌丰度增加密切相关，窄食单胞菌可能通过其代谢物sn-甘油3-磷酸乙醇胺影响下气道微生物的组成促使BPD 发生。对102例出生体重＜1 000g的早产儿生后6周内行鼻咽拭子和肛拭子检测，发现细菌定植主要在第2～6 周，BPD 的严重程度和上气道定植潜在致病菌有关，和革兰反应及胃肠道菌群无关[39]。

5 益生菌治疗支气管肺发育不良

关于益生菌是否可以有效治疗BPD 仍有争议，益生菌治疗BPD的机制尚不清楚。一项回顾性研究中，分析了318 例早产儿使用益生菌和发生BPD 的关系，结果发现益生菌治疗与≤32周早产儿BPD风险降低有关[40]，微生物态平衡的恢复为益生菌治疗BPD 提供了新视角。也有一项纳入132 例极低出生体重儿的回顾性队列研究认为，早期抗生素暴露与NEC和BPD风险增加相关，但使用益生菌对其没有影响[41]。Li等[42]研究发现，使用罗伊乳杆菌和双歧杆菌治疗可减轻BPD 的炎症反应和氧化应激损伤。研究报道，乳酸菌定植可以增强核因子-红系因子2-相关因子2（Nrf 2）介导的抗氧化活性，改善高氧暴露引起肺损伤，益生菌的抗氧化作用治疗未来有可能是治疗呼吸道疾病的主要靶点[43]。

Yang等[44]总结了益生菌可能通过其抗感染、抗炎、抗氧化及营养作用等多种机制缓解微生物失调，从而达到辅助治疗BPD的目的。

6 结语

随着呼吸道标本采集、微生物检测技术的不断进步，呼吸道微生态学的研究持续深入。新生儿呼吸道微生态的来源及演变方式越来越被人们深刻认识，但其容易受多种因素的影响，通过不同的作用机制，干扰疾病的进程，影响疾病严重程度。呼吸道微生态的研究为BPD的发病机制及预防和治疗方法提供了切入点，未来或许可以通过补充益生菌对呼吸道菌群进行干预及调节，从而预防BPD发生或减轻BPD 程度。此外，BPD 的微生物组学属于研究的热门生物标志物，用来指导BPD的诊断及治疗也是未来研究的重要课题。