原文來自：Dickson R P, Erb-Downward J R, Huffnagle G B. The role of the bacterial microbiome in lung disease[J]. Expert Review of Respiratory Medicine, 2013, 7(3):245.
新的不依賴于培養(yǎng)的技術(shù)最近已經(jīng)證明，在健康中花颗，被認為是無菌的下呼吸道数初，含有多種微生物群落：肺微生物群。越來越多的文獻表明初烘，在健康和各種呼吸道疾病中都存在著一種獨特的下呼吸道微生物，盡管這些發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)和臨床意義仍未確定。本文綜述了已發(fā)表的健康和疾病患者肺微生物區(qū)系擎厢、微生物多樣性和疾病構(gòu)成的研究報告朵夏，并展望了肺外微生物群的假說和未來研究方向蔼啦。
簡介
雖然肺部在歷史上被認為是健康無菌的，最初被排除在人類微生物組項目(HMP)的優(yōu)先器官系統(tǒng)清單之外仰猖，但隨后的研究表明捏肢，下呼吸道充滿了健康和疾病狀態(tài)下的各種細菌群落。盡管肺外微生物群的研究起步較晚饥侵，但其研究領(lǐng)域正在迅速發(fā)展鸵赫，并就肺微生物群與呼吸道疾病之間的關(guān)系發(fā)表了挑釁性的觀察結(jié)果(圖1)。對肺部微生物群的研究可能會為肺部感染的發(fā)病機制提供新的見解和途徑躏升，肺部感染一直是世界范圍內(nèi)疾病負擔(dān)的主要原因[1]辩棒，以及以前認為僅與微生物發(fā)病機制有間接關(guān)系的各種肺部疾病的發(fā)病機制。
在過去的十年中，新的不依賴于培養(yǎng)的微生物鑒定技術(shù)已經(jīng)在我們對人體內(nèi)和體內(nèi)微生物細胞的豐富和多樣性的理解上得到了擴展一睁，這些細胞統(tǒng)稱為微生物群藕赞。一個人擁有超過一萬億個細菌細胞，而一個人的微生物群中的基因數(shù)量是他/她的100[2]倍卖局。常駐細菌在營養(yǎng)吸收斧蜕、維生素合成、異物代謝砚偶、免疫調(diào)節(jié)批销、微生物紊亂等方面起著重要的作用，與感染染坯、自身免疫均芽、肥胖、心血管疾病和惡性腫瘤有關(guān)[3]单鹿。2008掀宋，國家衛(wèi)生研究所認識到微生物組群在人類健康中的重要性，啟動了HMP仲锄，以確定人體和人體內(nèi)細菌群落的特征劲妙，并探討其對健康和疾病的影響。本文將討論我們目前對以下幾個方面的認識：(一)分析微生物群的方法儒喊，(二)健康肺的微生物群镣奋，(三)特定情況下的病肺微生物群，(四)疾病狀態(tài)下觀察到的肺微生物群的一般主題怀愧，以及(五)肺外微生物體研究的經(jīng)驗教訓(xùn)侨颈、啟示和假設(shè)。
I.肺微生物群分析方法
現(xiàn)代分子微生物檢測技術(shù)的研究從未證實過健康個體下呼吸道的無菌性芯义。傳統(tǒng)的觀點認為健康的肺是無菌的哈垢，這是從130年的定義萤厅，即從組織樣本上細菌在培養(yǎng)基上生長的能力芥喇。在肺炎等傳染病狀態(tài)中，細菌病原體或輔助因素甚至難以找到它褪，在這些疾病中鬼癣，75%的確診病人沒有發(fā)現(xiàn)病原體陶贼∑》罚考慮到人體內(nèi)70%的細菌不能用標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)培養(yǎng)基[5]培養(yǎng)待秃，這些臨床觀察僅說明我們對健康和疾病期間肺部宿主微生物相互作用的理解不足。
許多現(xiàn)代細菌鑒定分子技術(shù)利用16 SrRNA基因的變異痹屹，這是細菌基因組中一個小而高度保守的位點章郁，允許進行基因和物種水平的鑒定。高通量測序16S rRNA基因擴增產(chǎn)生的細菌生物樣品產(chǎn)生大量的短序列，隨后可以對和排序根據(jù)預(yù)定義的水平的同源性暖庄。然后根據(jù)公開可得的分類數(shù)據(jù)庫[6聊替，7]對這些數(shù)據(jù)進行分類。利用這些原則培廓，454焦測序和illumina測序等平臺能夠同時識別和量化多個組織樣本中的整個微生物群落[8]惹悄。(圖2)這些敏感和快速的技術(shù)，往往比傳統(tǒng)的文化相關(guān)方法更徹底和準(zhǔn)確肩钠，在過去十年中泣港，效率大大提高，成本降低价匠。
目前当纱，大多數(shù)肺微生物學(xué)研究都集中在肺內(nèi)細菌群落的構(gòu)成上，類似的技術(shù)可以用來描述病毒和真菌生物踩窖。病毒和真菌在急慢性呼吸道疾病的發(fā)病機制中都可能具有相當(dāng)重要的作用坡氯，但迄今為止關(guān)于這一課題的文獻還很有限，超出了本文的研究范圍洋腮。靶向PCR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于呼吸道病毒和肺孢子蟲的臨床診斷箫柳。
到目前為止，大多數(shù)肺微生物分析都是在支氣管肺泡灌洗(BAL)液上進行的啥供，或者在囊性纖維化的情況下滞时，是在自發(fā)性痰中進行的。上氣道微生物群對痰或BAL標(biāo)本中微生物含量的準(zhǔn)確貢獻是一個有爭議的問題滤灯。通過無菌外科外植體獲得的肺組織的分析研究已經(jīng)完成坪稽，所有的研究都表明下呼吸道包含一個不同于但與上氣道相關(guān)的微生物群[9-12]。有人提出了一種上呼吸道微生物(經(jīng)支氣管鏡污染或圍術(shù)期微抽吸)的方法鳞骤，即通過對上呼吸道標(biāo)本[13窒百，14]信號的去除，但這種方法既未得到驗證豫尽，也未得到普遍采用篙梢。一些研究人員建議采用中立生物多樣性理論[15，16]美旧，以評估下呼吸道中檢測到的微生物是否是上呼吸道微生物群的直接延伸(在這種情況下渤滞，其相對濃度應(yīng)反映上氣道微生物群)，或下呼吸道因素中的選擇性壓力是否有利于特定物種的相對豐度[17]榴嗅。在這一概念框架內(nèi)妄呕，“無效假設(shè)”是，沒有獨特的選擇壓力作用于細菌繁殖在下呼吸道嗽测，在這種情況下绪励，細菌在BAL標(biāo)本中的相對濃度應(yīng)該與上呼吸道的細菌的濃度相當(dāng)肿孵。BAL中大量存在的物種的存在將否定零假設(shè)(并且不符合“中性模型”)，這意味著在下氣道細菌物種有一個獨特的生態(tài)位疏魏。
在這些問題得到解決之前停做，不可能準(zhǔn)確地比較下呼吸道和身體其他部分之間的細菌生物量，但肺泡和小氣道中細菌的濃度可能大大低于口或下消化道的細菌濃度大莫，最多可與胃或小腸的細菌濃度相比[18]蛉腌。這些低絕對水平的細菌生物量給該領(lǐng)域帶來了特殊的挑戰(zhàn)，即上呼吸道出現(xiàn)假陽性信號的風(fēng)險只厘，以及試劑或?qū)嶒炇噎h(huán)境中出現(xiàn)的低水平信號的意外放大眉抬。為了解決這一問題，最近的研究不僅包括上呼吸道生物樣本懈凹，還包括支氣管鏡沖洗和試劑對照蜀变。
上述鑒定細菌的分子技術(shù)的一個重要方面通常不會在本質(zhì)上區(qū)分死細菌和活細菌，而只是鑒定分析樣本中是否存在dna介评。這與傳統(tǒng)的依賴于文化的技術(shù)不同库北，后者需要有活的有機體。這是這些新技術(shù)應(yīng)被視為對傳統(tǒng)微生物鑒定方法的補充们陆，而不是替代方法的一個方面寒瓦。
II. 健康肺的微生物群
胎兒的肺，就像胎兒的腸子一樣坪仇，被認為是無菌的杂腰，嬰兒的肺很可能在出生后獲得微生物群落。在分娩后即刻椅文，嬰兒粘膜表面迅速被來自母親的微生物所填充(陰道分娩時的陰道和腸道微生物喂很，Cesaerean切片中的皮膚微生物)[19]。嬰兒微生物群最初在不同的體位上是一致的皆刺，在隨后的幾天和幾周內(nèi)被區(qū)分為特定地點的群落[20]少辣。健康嬰兒肺微生物群的來源尚未研究，但最近對7例囊性纖維化嬰兒的縱向研究顯示腸道微生物群落與呼吸道微生物群落之間的一致性羡蛾，證明胃腸道的時間優(yōu)先[21]漓帅。
許多已發(fā)表的研究表明，使用BAL樣本[9痴怨，13忙干，14，18浪藻，22-24]健康成人的肺微生物群捐迫。當(dāng)分析門的相對豐度時，一致觀察到的最常見的門是：Bacteroides, Firmicutes 和Proteobacteria珠移。BAL標(biāo)本中描述的門與同期采集的上呼吸道(口咽弓乙、鼻)標(biāo)本相似，但相對豐度不同(例如钧惧，放線桿菌的相對頻率)暇韧。健康對照組中的優(yōu)勢屬為Prevotella, Veillonella, Streptococcus和Pseudomon。主動吸煙似乎改變了上氣道的微生物組成[25]浓瞪；其對肺微生物群的影響尚不清楚懈玻。在比較英國和美國的標(biāo)本[26]時，觀察了囊性纖維化患者痰微生物區(qū)系的差異乾颁，并報道了不同地理來源的人腸道微生物群有很大的地域差異[27]涂乌，但生物地理對正常肺微生物群構(gòu)成的影響還沒有描述。
描述對照病人肺部微生物群的研究由于樣本量小和缺乏縱向研究而受到限制英岭；截至2012年底湾盒，發(fā)表的研究中的對照對象總數(shù)為75人[9、13诅妹、14罚勾、18、22-24]吭狡，而來自同一對照者的系列標(biāo)本尚未報告尖殃。肺HIV微生物組項目(LHMP)是一個正在進行的、多中心的NIH項目划煮，旨在補充HMP送丰，目的是通過在多個時間點研究許多沒有已知肺病理學(xué)的患者的肺部微生物群來解決這個問題。
III. 疾病肺的微生物群
a.囊性纖維化-自20世紀(jì)30年代首次描述以來弛秋，囊性纖維化(CF)一直與反復(fù)呼吸道感染[28]有關(guān)器躏，而這種系統(tǒng)性疾病的發(fā)病和死亡的主要原因仍然是進行性氣道阻塞和相關(guān)呼吸道感染[29，30]蟹略。用培養(yǎng)技術(shù)檢測的常見病原體包括金黃色葡萄球菌邀桑、流感嗜血桿菌和隨年齡增長的銅綠假單胞菌。間歇性和最初(表面上)可根除的感染之后是培養(yǎng)可檢測的氣道定植科乎，患者容易感染其他罕見的呼吸道病原體壁畸，如嗜麥芽窄食單胞菌和盲腸吸蟲復(fù)合體(Burkholderia Cepacia)。
近十年來茅茂，非培養(yǎng)微生物鑒定技術(shù)一直被用來表征CF患者的氣道微生物群捏萍，而CF的肺微生物群的報道比所有其他呼吸道疾病加起來的結(jié)果都要全面[10，23空闲，26令杈，31-58]。應(yīng)用了多種分子技術(shù)碴倾，包括末端限制性片段長度多態(tài)性分析[23逗噩，26掉丽，31-35，39异雁，44捶障，47，49纲刀，57]项炼，克隆文庫測序[31，32示绊，36锭部，38，42面褐，45拌禾，46]，焦測序[10展哭，42蹋砚，47，48摄杂，50-52坝咐，58]，生理芯片[43]和光照[55]技術(shù)析恢。大多數(shù)研究都是針對自然祛痰樣本進行的墨坚，很少使用BAL[31，35]和肺組織[10映挂，23泽篮，46，48柑船，54帽撑，56]。這些引文清單并不全面鞍时，并且強調(diào)了試圖描述下氣道微生物群落特征的研究亏拉。
分子方法揭示了CF氣道微生物區(qū)系以前未被認識到的復(fù)雜性，無論是在活動惡化期間還是在活動惡化之間逆巍。羅杰斯等人早期重要的觀察發(fā)現(xiàn)及塘，活動性細菌性呼吸道感染患者的痰中含有大量的多種細菌[32，33锐极，44]笙僚。隨后的研究再次證明了氣道定植和感染在CF中的多微生物特性，包括許多以前通過培養(yǎng)依賴技術(shù)而未被識別的物種灵再。這一發(fā)現(xiàn)可能部分解釋了長期觀察到的痰培養(yǎng)肋层、形態(tài)和敏感性結(jié)果與患者對抗菌藥物治療的反應(yīng)之間的不一致[59]亿笤。這一觀察對急性和慢性使用抗生素治療的臨床意義尚不清楚，但它表明栋猖，與其“清除”感染净薛，相反，使用抗生素改變了動態(tài)和異質(zhì)微生物群落的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掂铐。一項單一的研究發(fā)現(xiàn)非CF型支氣管擴張癥患者肺部的復(fù)雜性相當(dāng)[54]罕拂，但尚未確定這些發(fā)現(xiàn)是否普遍適用于其他形式的肺部感染揍异。
對CF肺微生物群的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多以前未被承認的細菌全陨，這些細菌在CF惡化、炎癥和氣道破壞中具有潛在的致病性衷掷。對厭氧物種[32-34]產(chǎn)生了特別的興趣辱姨，其共同的存在和生存能力隨后通過培養(yǎng)依賴技術(shù)得到證實[60]。目前還沒有發(fā)表的臨床試驗戚嗅，無論是前瞻性的還是其他的雨涛，研究了針對這些微生物的靶向抗生素治療是否有益，其臨床意義尚未確定懦胞。
有幾項研究已經(jīng)研究了肺微生物群的多樣性是否隨病情的時間或嚴(yán)重程度而變化替久。Cox等人采用縱向分析的方法證明，隨著氣道阻塞的年齡和嚴(yán)重程度躏尉，細菌群落多樣性降低蚯根；同一研究發(fā)現(xiàn)，純合子ΔF 508突變的患者與異種-ΔF 508患者和非ΔF 508患者相比胀糜，微生物多樣性降低[40]颅拦。Klepac-Ceraj等人還發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長教藻，微生物多樣性逐漸減少距帅，并證實了全身和吸入抗生素對多樣性的負面影響[43]。在迄今公布的最大和最長期的CF氣道樣本中括堤，趙等人顯示碌秸，隨著時間的推移，多樣性逐漸減少悄窃，但在輕度氣道疾病患者中相對穩(wěn)定[58]哮肚。在這個系列中，最近抗生素的使用是微生物多樣性下降的最有力的預(yù)測因子广匙。Stressmann et也觀察了抗生素治療對肺微生物學(xué)的直接影響允趟。他觀察到抗生素前的群落結(jié)構(gòu)似乎在抗生素暴露后一個月內(nèi)恢復(fù)到顯著水平[57]。
最近鸦致，一項研究比較了對重癥晚期CF患者的移植肺組織潮剪、咽喉和痰標(biāo)本進行的獨立培養(yǎng)分析涣楷，發(fā)現(xiàn)痰祛痰準(zhǔn)確地代表了相對均一的下呼吸道中的優(yōu)勢微生物，但夸大了非典型細菌種類的多樣性和代表性[10]抗碰。大多數(shù)下呼吸道樣本絕大多數(shù)由一至三種典型呼吸道病原體組成狮斗。作者提出了“減去”上呼吸道微生物群的方法。
兩個臨床試驗已經(jīng)檢查腸道益生菌是否影響CF患者肺惡化的頻率和嚴(yán)重程度[61弧蝇，62]碳褒。這些研究雖然規(guī)模較小，但都發(fā)現(xiàn)與對照組服用安慰劑[61]相比看疗，肺部惡化的頻率顯著降低沙峻，與益生菌治療前后的研究對象相比[62]。這些發(fā)現(xiàn)必須在更大的試驗中驗證两芳，然后才能推薦常規(guī)的臨床使用摔寨，但它們對療效的機制提出了挑釁性的問題。這兩項研究的作者都推測怖辆，減少腸道壁炎癥對肺部炎癥的間接影響可能會產(chǎn)生益處是复，但目前尚不清楚腸內(nèi)益生菌如何影響肺微生物的組成。
b.哮喘和變態(tài)反應(yīng)氣道疾病--兒童感染頻率的降低與哮喘和過敏的發(fā)展增加之間的聯(lián)系多年來一直被人們認識到竖螃，這就產(chǎn)生了“衛(wèi)生假說”：早期感染的減少會導(dǎo)致粘膜耐受性紊亂和自身免疫病的增加[63]淑廊。多項研究發(fā)現(xiàn)，兒童早期抗生素暴露與哮喘和過敏的后續(xù)發(fā)展之間存在關(guān)聯(lián)[63特咆，64]季惩，推測正常微生物群的破壞可能與這些疾病的發(fā)病機制有關(guān)。
兩項重要的研究已經(jīng)研究了哮喘患者與健康對照者肺微生物組的組成[18坚弱，24]蜀备。[18]Hilty等人比較了哮喘患者口腔、鼻腔和BAL標(biāo)本與慢性阻塞性肺疾病患者和健康對照者的微生物群[18]荒叶。在哮喘患者中碾阁，作者發(fā)現(xiàn)與對照組相比，蛋白質(zhì)桿菌的頻率增加些楣，Bacteroidetes細菌的頻率降低脂凶。這種相對增加的Proteobacteriae細菌是由Haemophilus, Moraxella和Neisseria 導(dǎo)致的。
隨后愁茁，Huang等人將65例控制不良的哮喘患者的肺微生物(用保護標(biāo)本刷獲得的支氣管微生物)與10名對照組進行了比較蚕钦，發(fā)現(xiàn)哮喘患者的細菌負擔(dān)和細菌多樣性均有所增加[24]。他們證實了哮喘患者中Proteobacteriae細菌相對豐度的增加鹅很，并發(fā)現(xiàn)多種細菌的存在與支氣管高反應(yīng)性的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)嘶居。當(dāng)使用克拉霉素時，在支氣管高反應(yīng)性患者中發(fā)現(xiàn)了更大的多樣性，這是在肺微生物群構(gòu)成與臨床干預(yù)的功能反應(yīng)之間的罕見觀察之一邮屁。
除了肺部微生物群在氣道過敏性疾病中可能發(fā)揮的作用外整袁，一個互補的假設(shè)是，由于抗生素的使用和西方地區(qū)的低纖維佑吝、高糖飲食而引起的胃腸微生物群組成的紊亂已經(jīng)破壞了胃腸道微生物體介導(dǎo)的粘膜耐受機制坐昙。支持這一假說的數(shù)據(jù)包括工業(yè)化國家[65-69]哮喘/過敏與抗生素使用之間的相關(guān)性，以及糞便微生物群改變與特應(yīng)性疾病之間的相關(guān)性[70-76]芋忿。在抗生素治療和無菌小鼠中對這一假說的直接測試支持了腸道微生物群的變化與肺部過敏反應(yīng)之間的這種潛在聯(lián)系[77-79]炸客。一些研究實驗了乳酸菌口服給藥對實驗性過敏性肺部炎癥的調(diào)節(jié)作用。
c.慢性阻塞性肺疾病-自早期現(xiàn)代描述以來戈钢，慢性阻塞性肺疾病(COPD)被推測至少是由慢性和反復(fù)呼吸道感染引起的炎癥引起的[80]痹仙。然而，呼吸道破壞與呼吸道定植/感染之間的因果關(guān)系方向仍然不確定逆趣，盡管已有幾十年的積極研究[81蝶溶，82]嗜历。最近的一項試驗顯示慢性阿奇霉素對慢性阻塞性肺病(COPD)頻繁加重的患者有好處宣渗，引起了人們對肺/氣道微生物區(qū)系交叉、炎癥和不可逆氣道阻塞的重新興趣[83]梨州。在過去四年中痕囱，有七項研究報告了COPD患者的肺微生物群[9，12暴匠，18鞍恢，22，23每窖，39帮掉，84]。除一名患者外窒典，所有患者沒有呼吸道感染的積極證據(jù)和最近沒有使用抗生素蟆炊，用于分析的樣本包括BAL[9，12瀑志，18涩搓，22]，移植的肺組織和痰排痰[39]劈猪。這些研究表明昧甘，COPD患者的下氣道和肺泡中含有明顯的微生物群，這可能與疾病的慢性進展和感染性惡化的間歇性發(fā)展有關(guān)战得。
Hilty等人對哮喘患者微生物群的早期研究包括5例COPD患者[18]充边。COPD患者標(biāo)本的微生物區(qū)系與哮喘患者相一致，并與健康對照者不同常侦，蛋白質(zhì)細菌的相對存在量相似地增加浇冰，類桿菌的數(shù)量也相對減少予弧。值得注意的是，與對照組相比湖饱，COPD標(biāo)本中含有更多的嗜血桿菌掖蛤，這是COPD加重期最常見的培養(yǎng)生物。
在隨后的一項研究中井厌，Erb-down等人比較了在BAL和移植肺組織中發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重COPD患者與沒有肺病或阻塞性通氣功能障礙的吸煙者和非吸煙對照者的肺組織[9]蚓庭。他們發(fā)現(xiàn)，16 SrRNA基因在他們的群體中的濃度是相當(dāng)?shù)慕銎停@就意味著他們的細菌負擔(dān)是相當(dāng)?shù)钠髟蕖獾雷枞顕?yán)重的受試者微生物多樣性明顯降低，在屬級成員中存在廣泛的重疊現(xiàn)象墓拜。COPD標(biāo)本中常見的屬為假單胞菌屬港柜、鏈球菌屬、Prevotella屬和嗜血桿菌屬咳榜。作者分析了同一肺內(nèi)多個部位的組織(來自移植受者移植的本地肺)夏醉，揭示了嚴(yán)重疾病患者肺內(nèi)(甚至單個肺葉)內(nèi)肺微生物的明顯區(qū)域異質(zhì)性。
Sze等人還對手術(shù)獲得的肺組織標(biāo)本進行了研究涌韩。[23]他發(fā)現(xiàn)COPD肺組織中細菌細胞數(shù)量較少畔柔，與對照組相比，差異無顯著性臣樱。COPD患者和對照組的多樣性明顯大于分析中的CF患者靶擦。與吸煙和非吸煙對照相比，COPD患者中發(fā)現(xiàn)了一種明顯的微生物群雇毫，蛋白質(zhì)細菌和類桿菌的豐度相當(dāng)玄捕，但與對照組相比，厚壁菌微生物數(shù)量增加棚放。乳酸菌屬的增加推動了厚壁菌的增加枚粘。本研究與其他研究的一個重要區(qū)別是，分析的組織大部分可能是肺泡實體席吴，而氣道包涵體相對較少赌结，這可能解釋了所發(fā)現(xiàn)的相對豐度的一些差異。
Cabrera-Rubio等人通過對8例COPD患者痰痰標(biāo)本孝冒、支氣管吸入液標(biāo)本柬姚、BAL標(biāo)本和支氣管粘膜活檢標(biāo)本的分析，研究了8例COPD患者的呼吸微生物群[12]庄涡。他們觀察到與以前的研究(蛋白質(zhì)細菌量承、細菌、放線桿菌和第一菌)相同的門，其中鏈球菌撕捍、Prevotella拿穴、Moraxella、嗜血桿菌忧风、不動桿菌默色、鐮刀菌和奈瑟菌在這些屬中占很大比例。他們發(fā)現(xiàn)BAL中的微生物區(qū)系與支氣管粘膜標(biāo)本具有一致性狮腿，但隨著類桿菌和厚壁菌的頻率的增加腿宰，上呼吸道標(biāo)本(支氣管吸痰和祛痰)的微生物多樣性降低。
Pragman等人用焦測序法比較了22例COPD患者和10例對照組BAL的微生物區(qū)系缘厢，發(fā)現(xiàn)COPD患者的微生物多樣性增加吃度，且與梗阻程度呈正相關(guān)。COPD和對照標(biāo)本中最常見的門是放線菌贴硫、纖支桿菌和蛋白桿菌椿每。這項研究的一個重要貢獻是認識到BAL樣本的微生物區(qū)系不僅與疾病狀況有關(guān)，而且還與吸入支氣管擴張劑和/或吸入皮質(zhì)類固醇有關(guān)英遭。這一觀察间护，結(jié)合吸入糖皮質(zhì)激素與嚴(yán)重肺炎發(fā)生率增加有關(guān)的臨床觀察[85]，應(yīng)有助于進一步研究吸入藥物對肺微生物區(qū)系的影響贪绘。
一項單一的研究探索了COPD患者急性加重期呼吸標(biāo)本的微生物區(qū)系[84]兑牡。Huang等人研究了8名因COPD加重而導(dǎo)致呼吸衰竭的機械通氣患者央碟。與其他COPD研究的對象不同税灌，這些患者都是在樣本采集之前接受了最近的抗生素治療。盡管如此亿虽，在分析的氣管內(nèi)吸氣液中發(fā)現(xiàn)了令人印象深刻的微生物多樣性菱涤。機械通氣時間對所鑒定的微生物區(qū)系構(gòu)成有影響，作者鑒定了所有標(biāo)本中有75個細菌類群和27個細菌科的“核心”洛勉，包括假單胞菌科粘秆、腸桿菌科、彎曲桿菌科和螺旋桿菌科收毫。本研究的一個重要參數(shù)是攻走，受試者來自于呼吸道標(biāo)本中培養(yǎng)的銅綠假單胞菌的大量插管患者。
d.肺移植-肺移植受者的死亡率和移植物功能障礙仍然高于所有其他實體器官移植的死亡率和移植物功能障礙此再，大多數(shù)發(fā)病率可歸因于感染或毛細支氣管炎閉塞癥(BO)和毛細支氣管炎閉塞綜合征(BOS)：小氣道慢性纖維增生昔搂，導(dǎo)致進行性、不可逆轉(zhuǎn)的氣道阻塞输拇。雖然發(fā)病機制尚不清楚摘符，但微生物感染/定植與BOS之間存在多種關(guān)聯(lián)[86-88]。肺移植會導(dǎo)致呼吸道宿主防御系統(tǒng)發(fā)生許多變化，從而改變肺部的微生物區(qū)系逛裤，包括氣道結(jié)構(gòu)的扭曲瘩绒、本土淋巴通道的中斷以及抗排斥藥物的全身免疫抑制。
Charlson等人最近發(fā)表了一項研究带族，將來自23例肺移植受者的BAL標(biāo)本的微生物群與6名非移植對照組的樣本進行了比較[89]锁荔。他們發(fā)現(xiàn)移植受者的微生物多樣性下降，在一些情況下蝙砌，單一物種(如銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌)的存在非常普遍堕战。在這些情況下，通常在常規(guī)培養(yǎng)中也能發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢菌的特征拍霜。作者還對移植受者BAL中真菌種類進行了分析嘱丢，發(fā)現(xiàn)有豐富的念珠菌和曲霉菌種。微生物組群組成與臨床特征如急性或慢性排斥反應(yīng)之間的重要聯(lián)系尚未報道祠饺，目前仍不清楚越驻。Borewicz等人隨后的一份報告發(fā)現(xiàn)，與兩個對照組相比道偷，移植受者之間的多樣性有所增加缀旁，移植門以蛋白質(zhì)細菌門的Burkholderaceae科為主[90]。這一家族在任何一個對照標(biāo)本中都沒有被發(fā)現(xiàn)勺鸦。在BOS發(fā)生前后并巍，作者沒有發(fā)現(xiàn)微生物群的明顯聚集。
e.特發(fā)性間質(zhì)性肺炎-一項單一的研究描述了特發(fā)性間質(zhì)性肺炎患者的微生物群[91]换途，這是一種慢性彌漫性肺部疾病的異質(zhì)性類型懊渡。用變性梯度凝膠電泳等方法對20例肺間質(zhì)性疾病(特發(fā)性肺纖維化、非特異性間質(zhì)性肺炎和急性間質(zhì)性肺炎)患者BAL中的微生物群落進行了分析军拟。兩種典型的呼吸道病原體(如流感嗜血桿菌)和各種以前未被識別或未被識別的生物體都已被確認剃执。挑釁性地觀察到肺孢子蟲的存在與細菌負擔(dān)之間存在負關(guān)聯(lián)，提示肺孢子蟲與細菌之間可能存在體內(nèi)拮抗作用懈息。
機械通氣-除了上述黃等人關(guān)于慢性阻塞性肺病加重期的研究[84]外肾档，弗拉納根等人僅有一份報告描述了機械通氣患者呼吸標(biāo)本的微生物群[92]。在Huang研究中辫继，根據(jù)呼吸培養(yǎng)中是否存在機械通氣和銅綠假單胞菌的情況怒见，選擇了入選患者，限制了所有通氣患者的通用性姑宽。作者注意到在使用廣譜抗生素期間呼吸微生物的多樣性明顯下降遣耍，通常伴隨著優(yōu)勢生物的重組(通常是銅綠假單胞菌，盡管同時使用抗假單胞抗生素)低千。進一步的縱向分析可能有助于揭示抗生素和其他急性干預(yù)措施對肺部動態(tài)微生物群落的影響配阵。
IV.呼吸系統(tǒng)疾病的一般主題
a.時間和空間的異質(zhì)性-至今還沒有發(fā)表的研究描述了健康對照的一系列呼吸道標(biāo)本的縱向分析馏颂，因此“正常”肺微生物體的相對穩(wěn)定性或動態(tài)性質(zhì)尚不清楚棋傍。到目前為止救拉，對肺部微生物標(biāo)本的縱向分析幾乎都是對CF患者的痰標(biāo)本進行的[40，49瘫拣，50亿絮，52，57麸拄，58]派昧，這可能不能準(zhǔn)確地反映他們下氣道的微生物區(qū)系[10]。在發(fā)表的縱向研究中拢切，個別病人痰中的微生物群落隨著時間的推移相對穩(wěn)定蒂萎，盡管出現(xiàn)臨床惡化和抗生素的使用[52，58]淮椰。由于痰分析的局限性和CF獨特的臨床特征五慈，從這些觀察中推斷出任何關(guān)于健康和其他呼吸道疾病中微生物群穩(wěn)定性的結(jié)論還為時過早。如上所述主穗，正在進行的LHMP將包括非疾病患者的連續(xù)取樣泻拦，并應(yīng)提供更多關(guān)于肺微生物學(xué)的時間穩(wěn)定性/動態(tài)的信息。然而忽媒，肺環(huán)境連續(xù)采樣的深度/精度(與連續(xù)糞便采集腸道環(huán)境的連續(xù)采樣相比)將始終是一個問題争拐，除非未來的技術(shù)進步允許反復(fù)對下氣道進行無創(chuàng)微生物群分析。
在考慮微生物群落空間變異的兩項研究中晦雨，嚴(yán)重COPD[9]和重度CF[48]的空間異質(zhì)性顯著架曹。目前還不清楚這一發(fā)現(xiàn)是否是特定于這兩種疾病的末期，這兩種疾病的特征都是局部粘膜間隙受損金赦，或者其他疾病的肺部在空間上是異型的音瓷。
對上呼吸道和下呼吸道同時取樣的樣本進行比較的研究發(fā)現(xiàn)，上呼吸道標(biāo)本中擬桿菌和葉放線菌的相對豐度增加夹抗，但微生物群落相似，但有明顯區(qū)別纵竖。這些結(jié)果表明漠烧，呼吸道并不像傳統(tǒng)上討論的那樣，是由離散和獨立的間隔組成的靡砌。一個更精確的模型是已脓，呼吸道是一個單一但內(nèi)部異質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)，從鼻翼延伸到肺泡通殃，其中包含一個連續(xù)的度液、不斷變化的微生物地形厕宗。來自上氣道的微生物很可能通過直接的粘膜延伸和睡眠時的微吸入不斷地進入下氣道，這是普遍存在的堕担，通常是無癥狀的[93]已慢。來自下氣道的微生物通過纖毛運輸和咳嗽不斷進入上氣道，即使在沒有呼吸道癥狀的患者中霹购，這種情況每天也會發(fā)生多次[94佑惠，95]。呼吸道特定部位微生物群落的組成可能是這些影響以及溫度齐疙、氧分壓膜楷、pH、營養(yǎng)密度贞奋、局部宿主防御和種內(nèi)及種間小分子信號等生長條件的綜合作用赌厅。
b.疾病的多樣性和嚴(yán)重程度--微生物多樣性與呼吸道疾病的存在和嚴(yán)重程度之間的明確趨勢迄今尚未在發(fā)表的研究中出現(xiàn)。在慢性阻塞性肺病(COPD)中轿塔，據(jù)報道肺微生物群的多樣性與對照組相比增加[22]袭艺、減少[9]和相應(yīng)的[23]屁置。對肺移植受者BAL樣本進行的類似分析發(fā)現(xiàn)，[90]增加了和減少了[89]多樣性。這些相互矛盾的結(jié)果表明避凝，單個受試者肺微生物群的多樣性可能是多因素的，不能被解釋為其疾病嚴(yán)重程度的一個簡單功能避消。在某些疾病狀態(tài)中下翎，使用抗生素[43，58采驻，92]审胚，年齡[40，43]和CF基因型[40]影響多樣性礼旅。進一步的研究膳叨，特別是縱向取樣，有望發(fā)現(xiàn)其他多樣性的驅(qū)動因素痘系，并揭示其臨床意義菲嘴。
c.新病原體的鑒定--肺部微生物群研究的一個直接和短期目標(biāo)是應(yīng)用分子技術(shù)，通過培養(yǎng)技術(shù)來識別以前不被或過度重視的呼吸道病原體汰翠。我們對“病原體”龄坪、“污染物”和其他已鑒定的微生物之間的區(qū)別有了進一步的了解，這包括：1)新認識健康肺中的常駐細菌复唤；2)在活動性感染狀態(tài)下健田，識別與已知病原體同時存在的病原體；3)缺乏機械動物模型佛纫；4)缺乏縱向數(shù)據(jù)或臨床試驗妓局。根據(jù)環(huán)境的不同总放，一個特定的微生物可能與其宿主有著完全不同的關(guān)系：在健康的穩(wěn)態(tài)中，宿主與微生物的相互作用可能是互利的或中性的好爬，但當(dāng)穩(wěn)態(tài)被破壞局雄，微生物超越其生態(tài)位并通過毒力因子或通過激活宿主免疫間接造成組織損傷時，則是致病性的抵拘。僅是對活動性感染患者肺部微生物DNA的鑒定哎榴，僅僅是我們對肺部感染發(fā)病機制的認識的第一步。
考慮到這些注意事項僵蛛，并承認大多數(shù)上述回顧性研究排除了有活動性感染的患者尚蝌，一些研究已經(jīng)在有臨床感染證據(jù)的患者的呼吸道標(biāo)本中確定了大量可能未被識別的呼吸道病原體的濃度。其中大部分是在囊性纖維化文獻[35充尉，36]中收集的飘言，其中收集到的大部分痰要么是活動惡化的背景，要么是病人與已知的致病微生物“定居”后收集的痰驼侠。新的候選病原體包括利索桿菌姿鸿、立克次體、利莫蘇斯倒源、肺孢子蟲和豬鏈球菌等苛预。特別是厭氧菌，如Prevotella和Veillonella屬笋熬，其共同存在已通過培養(yǎng)技術(shù)[60热某，96]，已確定這些微生物的濃度相當(dāng)于銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的濃度胳螟。如上所述昔馋，這些發(fā)現(xiàn)必須被理解為可能受到上呼吸道污染的限制[10]，迄今為止還沒有發(fā)表臨床試驗來檢查治療這些潛在病原體的有效性糖耸。
在少數(shù)幾項非CF研究中秘遏，包括有臨床證據(jù)表明有活動性感染的患者，非培養(yǎng)技術(shù)證實了由基于培養(yǎng)的技術(shù)檢測的物種占肺微生物群主要成分[92]嘉竟，但同時存在許多其他具有不確定意義的生物體[84]邦危。鑒于上述關(guān)于慢性肺病患者和非慢性肺病患者在未主動感染時肺微生物構(gòu)成差異的觀察，我們對“病原體”定義的理解可能需要修訂和擴展周拐。
V. 肺外微生物群研究的經(jīng)驗教訓(xùn)铡俐、意義和假設(shè)
肺微生物學(xué)研究領(lǐng)域?qū)ζ渌鞴傧到y(tǒng)微生物區(qū)系的研究具有并行性和類比性的優(yōu)點，其中許多器官系統(tǒng)在人體妥粟、種群和動物模型水平上已經(jīng)被研究多年。對肺外微生物群的研究結(jié)果進行了綜述吏够，揭示了肺微生物學(xué)研究的潛在方向勾给。
a. 修正簡單化和過時的定義---腸道滩报、皮膚和泌尿生殖道微生物群落的調(diào)查人員已不再將所有常駐微生物簡單地稱為共生微生物(從宿主或向其提供益處)或病原體。我們對幽門螺桿菌的理解是一項信息豐富的案例研究：雖然胃曾經(jīng)被認為是無菌的(如肺)播急，但在許多受試者中(通過改進的診斷技術(shù))顯示胃含有大量的幽門螺桿菌脓钾，與消化性潰瘍病和胃惡性腫瘤的發(fā)展有很強的關(guān)聯(lián)[97]。然而桩警，隨后的研究揭示了幽門螺桿菌(Hp)與食管反流[98]和哮喘[99]之間的顯著負相關(guān)關(guān)系可训，以及根除幽門螺桿菌與肥胖之間的機械聯(lián)系[100]。這種生物最準(zhǔn)確地被認為是一種“兩棲動物”捶枢，一種與宿主有關(guān)系的常駐微生物握截，視環(huán)境而定，可被認為是共生的或致病性的[3]烂叔。目前尚不清楚這種“兩棲動物”是否屬于肺微生物學(xué)中描述的物種谨胞，以及哪些局部和系統(tǒng)因素可能影響它們與宿主關(guān)系的性質(zhì)。
除了完善我們對個體微生物命名的理解之外蒜鸡，對微生物群的研究還應(yīng)該促使我們重新審視我們對什么是傳統(tǒng)意義上的“感染”胯努、“定植”和“健康”(即傳統(tǒng)理解中的下呼吸道無菌)的理解。這些術(shù)語顯然不足以解釋迄今為止肺微生物群的發(fā)現(xiàn)逢防。一種更好的理解將主動感染和“健康”肺微生物群的多樣性置于一個連續(xù)體的兩端叶沛，在不同程度的“失調(diào)”中分離出來，如細菌性陰道病和炎癥性腸病忘朝。該模型將主動感染(如細菌性肺炎)理解為“正郴沂穑”肺微生物群復(fù)雜的穩(wěn)態(tài)破壞的一種緊急現(xiàn)象，而不是以前無菌室中侵入性有機體的不受抑制的生長辜伟。要全面描述肺部感染氓侧，就需要了解宿主肺部微生物群的組成及其抗擾動能力，這是科赫的假設(shè)[101]傳統(tǒng)中缺失的一種元素导狡。
b.“肺型”--近年來约巷，人們一直致力于定義在人類腸道中聯(lián)合在一起的細菌群落，它們是腸道微生物區(qū)系的特征“指紋”：“腸型”旱捧。在2011年的一項重要研究中独郎，Arumagam等人描述了三種不同的腸道微生物群，它們的組成不同枚赡，地理位置不特定[102]氓癌；隨后的一項研究表明，腸道腸型可能受飲食的影響[103]贫橙。腸型的臨床意義尚不確定贪婉，Arumagam等人隨后的分析表明腸道微生物群在不同的腸道類型中存在較多，而在不同的腸型中則較少[104]卢肃。但是疲迂，在隨后的研究(特別是LHMP)中才顿，一個重要而容易回答的問題是肺微生物群中是否存在類似的“肺型”，以及它們是否有助于進一步“表型”復(fù)雜和異質(zhì)性疾病尤蒿，如COPD郑气。
c.肺內(nèi)宿主微生物與微生物相互作用的機制--對人類腸道微生物群和動物模型的研究表明，微生物影響宿主炎癥和微生物耐受性腰池、宿主營養(yǎng)和藥物代謝的機制以及微生物群落相互溝通和相互影響的方式尾组，發(fā)現(xiàn)了許多發(fā)現(xiàn)。腸道微生物群與粘膜免疫的界面是動態(tài)的雙向通訊示弓。宿主免疫介質(zhì)包括粘液層等物理屏障讳侨、上皮細胞分泌抗菌肽和產(chǎn)生微生物特異性IgA的復(fù)雜細胞免疫；反之避乏，腸道微生物通過內(nèi)毒素信號介導(dǎo)淋巴成熟爷耀、介導(dǎo)上皮修復(fù)、影響Th1/Th2平衡拍皮，并能促進本地微生物的粘膜耐受性[105]歹叮。大多數(shù)這些相互作用都是通過目前描述良好的小鼠腸道微生物群模型得到澄清的；由于在肺微生物學(xué)研究領(lǐng)域缺乏類似的模型铆帽，因此排除了對肺微生物區(qū)系的任何這樣的觀察咆耿。然而，我們已經(jīng)觀察到爹橱，小鼠腸道微生物群的紊亂會影響過敏性氣道疾病的易感性[106]萨螺；這在多大程度上是全身免疫改變的結(jié)果，而不是GI和肺微生物群之間更直接的相互作用愧驱。
最近的研究還揭示了細菌和宿主通過類似人類激素的小分子進行交流的多種機制慰技，并影響細菌群體感應(yīng)、宿主上皮細胞基因的表達和微生物毒力因子的激活[107]组砚。長期以來吻商，人們都知道許多微生物分泌抗菌肽；事實上糟红，我們臨床上可用的大多數(shù)抗生素最初都來自于細菌或真菌生物艾帐。這些觀察表明，要全面了解肺微生物學(xué)體盆偿，就需要對微生物與微生物的相互作用進行研究柒爸，有可能作為上述“肺型”的中介。
d.微生物群對未發(fā)病人群的影響-微生物群紊亂與大腸癌[108109]和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[110]之間的關(guān)系事扭，以及一些可能的致病機制捎稚，都被描述為與微生物無典型性相關(guān)。到目前為止，還沒有發(fā)表的研究對原發(fā)性肺癌或自身免疫性肺病患者的肺微生物群進行了研究阳藻。由于我們才剛剛開始了解疾病狀態(tài)對微生物群的影響晰奖，因此肺微生物群不應(yīng)被認為與任何疾病狀態(tài)都無關(guān)谈撒，盡管它與我們對微生物發(fā)病機制的傳統(tǒng)認識有著間接的聯(lián)系腥泥。
** e. 微生物學(xué)作為治療目標(biāo)-如果一個紊亂的肺微生物群被證明參與了疾病的發(fā)病過程(而不是偶然和次要的精神錯亂)，它將作為一種新的治療干預(yù)靶點而引起人們的關(guān)注啃匿。肺微生物群蛔外，就像其他組分一樣，有可能被操縱溯乒，目的是通過使用益生菌(為了健康而使用的外部微生物)夹厌、前生物制劑(促進特定細菌生長的非吸收分子)、抗生素和群體感應(yīng)分子抑制劑來糾正失調(diào)和恢復(fù)“健康”微生物群落裆悄。
迄今為止矛纹，研究口服益生菌在胃腸道疾病中應(yīng)用的臨床試驗在預(yù)防抗生素相關(guān)性腹瀉[111]和治療急性感染性腹瀉[112]方面最為有力；對于難治性抗生素難治性難治性感染患者光稼，腸道微生物群移植已顯示出治愈的巨大希望[113]或南。這些表明，在肺部疾病中艾君，有針對性的微生物群治療最合適的早期目標(biāo)可能是那些具有直接感染成分的疾病采够，如肺炎和支氣管擴張癥。
事實上冰垄，已經(jīng)發(fā)表了幾項關(guān)于腸內(nèi)給藥益生菌的肺部效應(yīng)的研究蹬癌，并取得了有希望的結(jié)果[114]。在2010年對146名機械通氣患者的研究中虹茶，益生菌的使用顯著降低了呼吸機相關(guān)性肺炎的發(fā)展速度(40%比19%)[115]逝薪。許多研究已經(jīng)檢查了口服益生菌在預(yù)防上呼吸道感染方面的作用，大多數(shù)研究(17/21)都有益處[116]蝴罪。以上討論的兩個小的隨機對照試驗顯示接受益生菌治療的患者CF惡化的頻率降低[61董济，62]。在這些研究中洲炊，是否通過直接改變肺微生物學(xué)區(qū)或通過腸粘膜介導(dǎo)的全身免疫效應(yīng)間接傳遞益處感局，尚不得而知。
如腸內(nèi)微生物移植治療艱難梭菌的案例所示暂衡，給藥途徑在有針對性的微生物群干預(yù)中非常重要询微。吸入或直接在肺內(nèi)注入益生菌或益生菌可能會對肺微生物菌群產(chǎn)生與腸內(nèi)給藥截然不同的影響。
除了對肺部微生物群落的戰(zhàn)略性操作之外狂巢，我們還可以借鑒微生物所使用的上述分子中介物的研究經(jīng)驗撑毛，以相互溝通，并宿主上皮細胞和炎癥細胞。居民微生物可能已經(jīng)產(chǎn)生了真正的小分子藥典藻雌，可以影響局部和全身炎癥雌续、黏膜耐受性、氣道反應(yīng)性以及微生物的協(xié)同和拮抗作用**胯杭。
專家評論
現(xiàn)代獨立于培養(yǎng)的微生物識別技術(shù)已經(jīng)徹底改變了我們對居住在呼吸道的細菌群落的理解驯杜，無論是在健康狀態(tài)還是在各種疾病狀態(tài)下。肺微生物群的構(gòu)成與臨床主要結(jié)果之間的重要聯(lián)系已經(jīng)被觀察到做个，進一步的研究有望闡明肺部感染和慢性肺部疾病的發(fā)病機制鸽心。這一領(lǐng)域?qū)⒋偈寡芯咳藛T重新考慮長期以來關(guān)于健康和疾病呼吸道中微生物與宿主之間復(fù)雜和動態(tài)關(guān)系的觀點。
五年展望
目前肺微生物學(xué)的研究還處于起步階段居暖，目前的研究大多局限于小樣本顽频、缺乏縱向樣本和對照對象。我們預(yù)計太闺，在未來幾年糯景，以下發(fā)展將使我們對肺微生物學(xué)及其在人類疾病中的作用的理解更加成熟：
