呼吸道正常及病理状态下微生态

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,呼吸道正常及病理状态下微生态,目,录,呼吸道有菌吗？,呼吸道微生物简介,不同疾病中的呼吸道微生物,微生态制剂对呼吸道微生物及疾病的作用,人体微生态概述,1,、人体内,微生态概述,McCoy KD, et al. Clin Immunol, 2015;159(2):170-176,微生物定植动力学,肠道微生物群多样性（,diversity,）随年龄而增加，并受重要的生活事件（如分娩方式、抗生素应用、固食引入）及个体健康状态有关,生命早期微生物多样性的减弱与发生疾病的风险增加相关,专性厌氧菌,兼性厌氧菌,拟杆菌属、普氏菌属、梭菌属、肠球菌、瘤胃球菌属、乳杆菌属、,Blautia,McCoy KD, et al. Clin Immunol, 2015;159(2):170-176,机体免疫系统受微生态、外源性物质及饮食三者影响,微生态、外源性物质（如抗生素）与饮食间彼此也有较强的相互影响,呼吸道微生物群,（,microbiota,）,相关致病原,机体免疫状态,呼吸道感染性疾病发生依赖于三要素,Pettigrew MM, et al. BMC Infect Dis, 2016;16:317,与外界相通的表面或部位都有正常菌群。,包括：,皮肤、黏膜、胃肠道、呼吸道、眼和耳的外部、与空气接触或空气进入的生殖器官等。,机体内正常菌群存在的部位,人体不同部位常见正常菌群分布,1g,1000g,(78.67%),20g,200g,20g,10g,20g,人体正常菌群种类达,1000,余种,数量达,100,万亿,个（人体体细胞只,有,10,万亿,个）,重量约,1271,克，,体积相当于一个肝脏,99.9%,是以双歧杆菌和类杆菌为主 的专性厌氧菌,0.1%,是以肠杆菌科细菌为主的兼性厌氧菌,人体各部位的微生态系,机体内无正常菌群的器官：,心脏、肝脏、脑、肌肉和生殖器官,机体内无正常菌群的组织和其他部位：,血液、脑脊液、受检测的精液,在肾脏中的尿,机体内无正常菌群的部位,妊娠期,代谢状态：胰岛素抵抗,感染,婴儿期,感染,免疫发育,脑发育,过敏,-,特应质,儿童早期,感染,过敏,-,特应质,自身免疫,青春期,-,成人期,感染,代谢状态：肥胖,-,糖尿病,过敏,-,特应质,IBD,自身免疫,与儿科相关的微生物组的生理及病理作用,微生物组在哺乳动物生理发育中具有越来越复杂的作用，包括肠道、免疫、血液、代谢,-,内分泌及神经系统的发育，尽管作用的细节还未完全明了。,Nelson Textbook of Pediatrics, 20,th,ed. 2016;1238,2,、呼吸道,有菌吗？,既有文献对（下）呼吸道的微生态描述甚简,术语,微生物,microbe,：指任何形式的微观生命，包括细菌，真菌，原生动物或病毒。,微生物组,microbiome,：微生物的总体连同由微生物群及其相互作用的环境所涵盖的基因。,微生物群,microbiota,：,在特定区域或栖息地中发现的所有微生物；不再使用术语“菌群,microora,”。,虽然经常互换使用“微生物组”和“微生物群”，但它们指的是不同的生态原则。,Lijia Cui, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 4, pp S227S232, Aug 2014,Leopoldo N. Segal, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, No 1, pp 108116, Jan 2014,新,发现,挑战老教条,：,健康肺是无菌的,吗？,已经在健康受试者的肺中描述了多样的微生物组。发现在肺中存在的分类群通常也表现在口腔中。,来自,16S,核糖体,RNA,（,rRNA,）基因的定量,PCR,的数据确认下呼吸道中的细菌负荷小于上呼吸道中的细菌负荷。,目前,使用不依赖于培养的技术，有大量文献证明正常个体下呼吸道中存在细菌产物。,1,2,3,4,既往由于各种因素，在取样期间受到上呼吸道微生物群的污染而导致肺中较低培养细菌负荷，以及在促使需要复杂营养的微生物生长时的困难，均促成了肺无菌的假设。,肺不是无菌的,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,肺有菌：证据及机制,变相帮助观察到下呼吸道微生物组富集上呼吸道分类群,微,抽吸,在健康人中是常见现象，并且在几种呼吸疾病状态中恶化,。微抽吸在睡眠期间发生，因,呼吸与吞咽协调性,的,减少,，导致,胃食管反流发生,，从而,将口腔微生物接种到下呼吸道中,。,支气管镜传递效应,微抽吸,通常是通过支气管镜进行下呼吸道取样，检测到的微生物是来自上呼吸道微生物群在支气管镜上的残留还是来自下呼吸道存在争议。但在后续样品可以观察到细菌负荷的减少，支持了显著的传递效应。,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,Leopoldo N. Segal, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, No 1, pp 108116, Jan 2014,16S,核糖体,RNA,高变区,位于体内的“微生物群落”是由功能上和代谢上相互影响的微生物组成。可以通过对保守基因（例如,16S,核糖体,RNA,基因的高变区）的区域进行测序来完成微生物组的表征。,右图为,16S,核糖体,RNA,高变区。,在,16S rRNA,基因的九个高变区（,V1-V9,）中，,V1-V3,和,V3-V5,区域通常用于表征细菌多样性，但这两个区域偶尔会给出不一致和不同的特征,。,Lijia Cui, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 4, pp S227S232, Aug 2014,人健康状态下呼吸道微生物组特点,宾夕法尼亚大学医学院医学系,Charlson,等人运用,Q-PCR,、,DNA,条形码和测序技术第一次系统阐述了整个呼吸道垂直层面上（上、下呼吸道）微生态的分布特点及其多样性,。,发现人类的上、下呼吸道菌 群多样性基本是一致的，并不存在特异性微生物。上、下呼 吸道菌群的差异性只体现在微生物的生物量上，上呼吸道菌群 数量要比下呼吸道多，而不是体现在生物多样性，也就是说上、 下呼吸道并不存在特异性微生物。,于文凯等。重庆医学,2014,年,10,月第,43,卷,28,期,. 3802-04,。,门,属,拟杆菌门,普雷沃菌属,拟杆菌属,厚壁菌门,韦荣氏球菌属,链球菌属,葡萄球菌属,变形菌门,假单胞菌属,嗜血杆菌属,莫拉菌属,奈瑟氏菌属,不动杆菌属,埃希氏杆菌属,人肺组织微生物组研究中细菌门和属的分类,Dickson RP, et al. Expert Rev Respir Med, 2013;7(3):245-257,界门纲目科属种,Blainey,等研究证实：健康人呼吸道内主要定植着大菌门，厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、放线菌门和梭杆菌门。可见厚壁菌门是呼吸道内的优势菌群。,Charlson,等的研究也可以看出：拟杆菌门的普雷沃氏菌科和厚壁菌门的链球菌科是呼吸道中的优势菌科。,于文凯等。重庆医学,2014,年,10,月第,43,卷,28,期,. 3802-04,。,健康人群呼吸道定植的主要菌群,放线菌,/,棒状杆菌属,拟杆菌门,/,普雷沃菌属,厚壁菌门,/,葡萄球菌属,链球菌属,韦荣球菌属,嗜血杆菌属,奈瑟菌属,鼻部标本由放线菌（特别是棒状杆菌属）和厚壁菌属（特别是葡萄球菌属）高度显著地表征。,不同气道水平：常见细菌门和属的百分比分布,在口咽部（,OP,）最常见细菌是拟杆菌属（特别是普雷沃氏菌属），并且,LUL,样品含有更多的嗜血杆菌属。,Hilty M, Burke C, et al. (2010). PLoS ONE 5(1): e8578,门诊患儿咽拭子标本的菌群分布（,%,）,健康儿童的咽拭子标本菌群分布（,%,）,健康儿童与上呼吸道门诊患儿咽部菌群等比较,住院患儿痰标本的菌群分布（,%,）,草链：,三组儿童呼吸道均存在，培养生长率约,70%,，说明其维持正常微生物的平衡,SP,、,SA,：咽部正常寄居菌，携带率,10-18.6%,；,SA7.9-10%,。下呼吸道致病菌,嗜血杆菌属,：北京,3-6,岁健康儿童冬季咽部检出率,98.8%,，重庆,86.7%,MC,：人呼吸道寄居菌，检出率,36.7-77.5%,。下呼吸道致病菌，检出率,7.8%,G,-,杆菌,：呼吸道主要致病菌，上、下呼吸道标本检出率均显高于健康儿，彼此间无显著性差异,真菌,：健康儿童未检出，是致医院感染的条件致病菌，在下气道痰培检出率高于上气道咽拭子培养率,刘岚,等,.,中国微生态学杂志, 2007;19(1):22-26,3,、呼吸道,微生态简介,呼吸道微生物群定植时间,子宫内是生理无菌的,在健康怀孕的胎盘、胎膜和羊水中发现细菌,挑战,在脐带血样品中和来自健康足月出生的胎儿的首次胎粪（先前被认为是无菌的）中已经检测到细菌存在,呼吸道定植可能在子宫内就已经开始,了,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,怀疑,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,一项研究表明，健康婴儿的鼻咽部细菌密度在整个生命的第一年内增加。多样性随时间推移而减少，导致,1,岁以前建立稳定的细菌群落,另一项研究没有报告,1,个月大的婴儿的鼻咽部细菌负荷的变化，但在生命的前,2,年内生物体持续演化,新生儿期已建立呼吸道环境，但尚不稳定,V,S,呼吸道微生物群：或在,1,岁时已建立,1,）分娩方式,2,）喂养方式,3,）生活环境,4,）抗生素的使用,5,）肠,-,肺轴,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,影响呼吸道微生物组定植的因素,1,、分娩方式,足月婴儿的鼻咽与各种皮肤部位和口腔共享相同初始定植生物体,定植点显示出传递方式的巨大影响,通过正常阴道分娩出生的婴儿具有类似于母体阴道菌群的细菌群落，而剖宫产出生婴儿由母体皮肤生物群落定植,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,在美国出生的婴儿中，约三分之一是通过剖腹产。在巴西和中国城市，剖宫产率接近,50,，即使在发展中国家，如厄瓜多尔和伊朗，也超过,40,。剖宫产的婴儿不经过阴道分娩，没有涂覆阴道微生物群。因此，剖宫产和阴道分娩的婴儿在所有部位,，包括,皮肤、口腔和肠道的初始微生物群在出生后立即不同,。,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,影响呼吸道微生物组定植的因素,2,、,喂养方式,一个精心设计的研究比较纯母乳喂养和独家配方喂养婴儿，在,6,周龄的鼻咽部微生物群中可检测到变化,。,母乳,从人类母乳中分离出超过,200,种细菌，包括有益的双歧杆菌和乳杆菌种。,母乳能够将理想的定植菌落从母亲传递给婴儿,。,能够提供低聚糖以促进健康微生物群的发育。,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,影响呼吸道微生物组定植的因素,3,、生活环境,两地区儿童咽后壁菌群分布有所不同。重污染区检出的细菌种类数为,24,，高于轻污染区,(17,种,),，并有非正常菌群，如肺炎克雷伯杆蔚、液化沙雷氏菌、嗜麦芽假单胞菌。经两年研究表明，甲型链球菌作为口咽部正常菌群，重污染区低于轻污染区，而致病菌却高于轻污染区,大气污染可使儿童咽部正常菌群失衡，使呼吸系统疾病易感性增强。,肖纯凌等,.,中国公共卫生,2002,年第,18,卷第,12,期,. 1001,，,0580(2002)121457 03,细菌总类,重污染区（,n=81,）,轻污染区（,n=90,）,2,P,检出例数,检出率（,%,）,检出例数,检出率（,%,）,需氧菌,奈瑟氏菌,73,90.1,77,85.6,0.826,0.05,肺炎链球菌,41,50.6,25,27.8,9.383,0.01,甲型链球菌,17,21.0,38,42.3,9.131,0.01,口群链球菌,11,13.6,6,6.7,2.276,0.05,类白喉杆菌,4,4.9,2,2.2,微球菌,3,3.7,2,2.2,嗜麦芽假单胞菌,2,2.5,0,0,乙型链球菌,2,2.5,0,0,厌氧菌,韦荣氏菌,39,48.4,38,42.2,0.605,0.05,消化链球菌,34,41.9,49,54.4,2.654,0.05,类杆菌,21,24.7,29,32.2,1.283,0.05,优杆菌,16,19.8,21,23.3,0.332,0.05,和梭杆菌,5,6.2,9,10,乳杆菌,4,4.9,4,4.4,产气荚膜梭菌,3,3.7,2,2.2,重污染区和轻污染区儿童口咽部检出菌群比较,影响呼吸道微生物组定植的因素,说明在大气污染物的作用下，儿童上呼吸道菌群平衡发生改变，导致条件致病菌增多，进而易引起呼吸系统疾病的发生。,肖纯凌等,.,中国公共卫生,2002,年第,18,卷第,12,期,. 1001,，,0580(2002)121457 03,n,需氧菌,厌氧菌,重污染区,90,2.6930.382,2.5470.313,轻污染区,81,2.9200.294,2.8310.309,t,4.283,5.933,P,0.01,0.01,2000,年,2002,年,合计,n,检出率（,%,）,n,检出率（,%,）,n,检出率（,%,）,重污染区,50,40.0,（,20,）,40,27.5,（,11,）,90,34.4,（,31,）,轻污染区,41,58.5,（,24,）,40,57.5,（,23,）,81,58.0,（,47,）,2,3.100,7.366,9.555,P,0.05,0.01,0.01,重污染区和轻污染区儿童口咽部菌群分布（单位：,CFU/ml,，,G s,）,轻、重污染区儿童口咽部条件致病菌检出率比较,影响呼吸道微生物组定植的因素,哮喘的风险随着,PARSIFAL,研究中可检测条带数量（细菌）的增加和,GABRIELA,研究中真菌类群的数量的增加而显着降低,环境微生物暴露与哮喘间的可能关系,预防过敏,-,与农业和人类生活方式密切相关儿童的致敏危险因素（,PARSIFAL,）,多学科研究，以确定欧洲共同体的哮喘的遗传和环境原因高级研究（,GABRIELA,）,Markus J. Ege, et al. N Engl J Med 2011;364:701-9,.,4,、抗生素使用,美国大约一半的孕妇在怀孕时正在接受抗生素治疗,她们体内的微生物在即将转移到后代之前被灭绝,这些将进一步选择耐抗生素的生物体并改变婴儿体内环境以接收来自母亲和环境的生物体的转移,在分娩前接受抗生素，例如，为了防止,B,组链球菌感染，抗生素就可能存在于婴儿的血液和母亲的乳汁中,导致,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,影响呼吸道微生物组定植的因素,患者年龄组,处方数量（百万）,处方,/1000,个人,平均疗程数,期间,累加,0-1,16.6,1365,2.73,2.73,2-9,29,1021,8.17,10.9,10-19,28.9,677,6.78,17.68,20-39,55.4,669,13.38,31.06,40-64,81.6,797,19.93,50.98,65,41.1,1020,总数,258,833,疾病控制和预防中心的数据表明，儿童,在,2,岁前,平均每天接受超过一个疗程的抗生素。根据美国,2010,年的流行率数据推断，平均每个儿童在,2,岁时接受,3,个疗程，,10,岁时,11,个疗程，以及,20,岁时,17,个疗程的抗生素治疗,。,按年龄累积门诊抗生素使用,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,抗生素在新生儿患者中,使用,很普遍，特别是在早产儿,会导致,微生物组,多样性的减少和新生儿肠道定植模式的改变,诱导囊性纤维化患者痰液中微生物群的显著变化,在,12,个月,龄,婴儿的上呼吸道中，前,4,周接受抗生素的人群显示出同种异体和棒状杆菌属比例的减少，伴随潜在病原体的比例增加,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,新生儿使用抗生素的影响,影响呼吸道微生物组定植的因素,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,抗生素,抗炎药,肺微生物群,干扰,抗性,resistance,：没有变化,弹性,resilience,：可以恢复其原始组成,功能冗余,functional redundancy,：永久改变的微生物群可能功能相似,组成和功能上永久改变,这些动态变化可能与肺部健康和疾病发病机制有关,抗生素使用对肺微生物组的影响,影响呼吸道微生物组定植的因素,5,、肠,-,肺轴,胃肠道微生物组通过粘膜免疫应答的免疫调节和细菌产生的过多的小代谢物分子来影响解剖上远离肠道的疾病。,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,肠,肺,影响,?,影响,!,影响呼吸道微生物组定植的因素,肠道微生态影响呼吸道微生态的研究证据,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,在小鼠中，胃肠道微生物群的破坏导致异常的呼吸道过敏反应,婴儿肠道微生物群多样性的减少与过敏性鼻炎和外周血嗜酸粒细胞增多的风险增加有关,在其它鼠类模型中，各种乳杆菌菌株的口服摄取和细菌产物的摄取调节了过敏性肺部炎症,有证据表明，携带幽门螺杆菌的儿童发生儿童期哮喘的可能性比不携带者低,40-60,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,以上研究证实肠道微生物组,-,粘膜间的相互作用和肺之间存在串扰,肠道微生物群,全身免疫系统,肺粘膜,形成,影响,肠道微生物群改变,肺微生物群,口腔微生物变化,反映,影响,微抽吸,宿主免疫应答,影响,因此，肠和肺的粘膜既具有单个系统范围器官的功能，也可以共享免疫监视和形成宿主反应的生理功能,。,可能机制,影响呼吸道微生物组定植的因素,2,、,DC,促进肠系膜淋巴结内各种,T,细胞亚群的活化和各种调节细胞因子的产生,细菌代谢产物,1,、,树突细胞直接从腔内或通过,M,细胞,将肠道微生物提呈至,肠相关淋巴组织,（,GALT,）,。来自微生物的,联合,信号导致,DC,表型改变,并迁移至,引流淋巴结。,3,、,T,细胞亚群获得免疫导向分子,淋巴和循环系统,T,细胞亚群的活化,归巢因子的集合,4,、,气道免疫激发后，在,GALT,和,MLN,中活化的细胞通过,CCR4,或,CCR6,到达呼吸道粘膜，发挥促进保护性和抗炎性反应。,各种细菌代谢物（例如,SCFAs,）被转运到肺，从而改变炎症的水平。,肠,-,肺轴的概念图,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,在,LPS,暴露后,24,小时，盲肠中,DNA,的总,16S/ng,显着增加（,P,）。,在一项探究急性肺炎症是否会干扰肠和血液微生物群的研究中，将小鼠暴露于,LPS,或,PBS,滴注（直接进入肺）。使用,454 pyrotag,测序和定量聚合酶链反应（,qPCR,）在滴注后,4,至,168,小时测定支气管肺泡灌洗液，血液和盲肠的细菌生物群。,既然有肠,-,肺轴，有可能存在“肺,-,肠轴”吗？,急性肺损伤可导致盲肠中细菌负荷的急剧增加,Sze MA, et al. (2014). PLoS ONE 9(10): e111228.,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,肠道微生物组,Th17,细胞,Treg,细胞,平衡,调节,小肠固有层,肠道微生物组,肠黏膜,共生,依赖于,屏障机制,能够屏蔽大多数细菌，防止入侵,导致对细菌产物连续暴露的耐受性,这些重要机制的丧失可能导致细菌侵入和慢性炎症过程,众所周知，肠道微生物群在粘膜免疫系统形成中的作用,微生物群在免疫系统形成中的作用,Leopoldo N. Segal and Martin J. Blaser. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 1, pp S21S27, Jan 2014,气道微生物群,宿主免疫应答,刺激,决定气道微生物群的表征,在无症状的成年人中，肺部微生物组富集口腔特征菌群与增加的炎症细胞和呼出的,NO,有关，这表明对呼吸道微生物组的特异性炎症反应,。,具有免疫缺陷的受试者具有富含,T.wipplei,的肺微生物组，并且随后用抗逆转录病毒治疗降低了,T.wipplei,的相对丰度。,呼吸道微生物群与宿主免疫应答间的双向作用,肺微生物组与宿主免疫应答间相互作用的概念模型,双向作用,Leopoldo N. Segal, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, No 1, pp 108116, Jan 2014,微生物发挥重要的生理功能，形成呼吸道粘膜的免疫应答,病情稳定,肺生态位,恶化,微生物多样性,微生物负荷,口腔卫生,抽吸,黏液纤毛清除,mycobiome,通过病原体相关分子模式（,PAMP,）和模式识别受体（,PRR,）之间的识别和补体系统和免疫细胞成熟的刺激来形成免疫应答。,真菌,（,mycobiome,）,和免疫系统之间的相互作用,Lijia Cui, et al. Ann Am Thorac Soc Vol 11, Supplement 4, pp S227S232, Aug 2014,志愿者,HRV16,感染后，咽拭子显示急性期副流感嗜血杆菌、微黄奈瑟氏菌相对丰度显著升高，伴有,SA,丰度轻度升高：这种上气道微生物群的变化，可以解释,HRV,感染后易患细菌性中耳炎、鼻窦炎和肺炎,Hofstra JJ, et al. BMC Infect Dis, 2015;15:336,影响早期呼吸道定植的因素,早期呼吸道定植对未来健康的影响,影响新生儿呼吸道微生物组成的因素,和对未来健康的可能影响,David J. Gallacher and Sailesh Kotecha. Frontiers in Pediatrics. February 2016 | Volume 4 | Article 10,4,、不同疾病中的,呼吸道微生物组,PubMed,结果：“微生物组”（左,Y,轴）,PubMed,结果：,“（肺）,AND,（微生物组）”（右,Y,轴）,Robert P. Dickson, et al.,Expert Rev Respir Med. 2013 June ; 7(3): 245257.,肺微生物组与呼吸道疾病的关系愈益受关注,Yvonne J.Huang, et al.,J Allergy Clin Immunol 2015; 135,：,25-30.,微生物群与其他因素接触共同影响哮喘或其表现的易感性。,上皮和粘膜生物学,先天性免疫,适应性免疫,遗传风险,嗜酸性粒细胞性,vs,非嗜酸性粒细胞性炎症,宿主遗传学和免疫学,过敏相关,糖皮质激素反应,治疗抵抗,环境,吸烟,动物暴露,抗生素使用,出生方式,饮食,共病,鼻窦疾病,肥胖症,胃食管反流,哮喘：多重因素共同作用的结果,哮喘时，微生物组,-,免疫的相互作用,Adamin AJ, et al. YJBM, 2016;89:309-324,肺拟杆菌属,脆弱拟杆菌,线虫,鼠链球菌,曼氏血吸虫,变形菌门，尤,HI,分节丝状菌,粪肠球菌,约氏乳杆菌,HP,克氏锥虫,曼氏血吸虫,巴西副球孢子菌,Adamin AJ, et al. YJBM, 2016;89:309-324,说法：哮喘时，环境,-,微生物组,-,免疫轴,哥本哈根儿童哮喘预期研究（,COPSAC,）是一项正在进行的临床，前瞻性，纵向出生队列研究，对出生于,现有,或,既往,哮喘的母亲的,411,名婴儿进行了研究,。,在,1,和,12,月龄的无症状婴儿中研究气道细菌,。,在,1,个月访问期间,收集了有效的,321,个下咽样品,。,在,1,个月龄的无症状新生儿中，肺炎链球菌，流感嗜血杆菌，卡他莫拉菌或一种以上这些生物体定植于气道与首次喘息发作、持续喘息、喘息急性严重恶化、喘息住院、增加的血嗜酸性粒细胞计数和总,IgE,、以及最终增加气道阻力的可逆性和,5,岁以上哮喘的发展的风险增加两倍至四倍有关,。,气道微生物与哮喘：前瞻性研究,Hans Bisgaard, et al. N Engl J Med 2007;357:1487-95.,Hans Bisgaard, et al. N Engl J Med 2007;357:1487-95.,28,名（,9,）,27,名（,8,）,196,名（,61,）,1,名,（,1,）,30,名（,9,）,共,321,例。其中有,66,（,21,）被肺炎链球菌，,卡他,莫拉菌或流感嗜血杆菌或一种以上定植。在,17,名婴儿中发现多种物种；,15,名有两种，,2,名有三种。金黄色葡萄球菌中有,73,种不同的,fag,基因型；在,14,的金黄色葡萄球菌培养物中发现最常见的模式。在,1,岁,时，肺炎链球菌，卡他莫拉菌，流感嗜血杆菌或,其,组合的流行率为,71,，金黄色葡萄球菌的流行率为,13,。,1,月龄儿气道微生物定植比例,对于肺炎链球菌，卡他莫拉菌，流感嗜血杆菌或,其,组合定植的新生儿，其发生喘息的风险增加，但是在那些用金黄色葡萄球菌定植的新生儿中没有增加,。,针对基线特征调整的危害比率在主要终点没有引起任何实质性变化,。,*：,针对以下可能的混杂因素调整危险比率：性别，出生时的胎龄，孕期第三个月的孕妇吸烟，孕期第三个月使用抗生素，母乳喂养，肺功能，支气管反应，大龄儿童是否呆在家里。,Hans Bisgaard, et al. N Engl J Med 2007;357:1487-95,.,在,Kaplan-Meier,分析的事后评估中，与肺炎支原体，卡他莫拉菌，流感嗜血杆菌或这些物种的组合相关的喘息风险的变化在,2,岁以前增加然后稳定下来。,2,岁以下儿童持续喘息的风险比为,3.15,（,95,CI,，,1.68-5.90,），,2,至,5,岁儿童为,1.46,（,95,CI,，,0.59-3.64,）这些风险比没有显着差异（,P = 0.17,，,Wald,检验的平等）。对于第一次喘息发作，喘息的急性严重恶化和喘息住院，获得了类似的结论。,与肺炎链球菌，卡他莫拉菌，流感嗜血杆菌或这些生物体组合的早期定植的新生儿在,5,岁以内首次喘息发作（图,A,），持续性喘息（图,B,）和住院治疗（,C,）的累积风险,Hans Bisgaard, et al. N Engl J Med 2007;357:1487-95,.,*：,给出相对差异，除了,2,激动剂吸入后的特异性气道阻力的可逆性给出了绝对差异外。估计的相对差异计算为定植和未定植组的几何平均值的比率。,：,213,例婴儿中，,39,例定植，,174,例未定植。,：,213,名婴儿中，,39,名定植，,174,名未定植。,：,239,名婴儿中，,47,名定植，,192,名未定植。,：,248,名婴儿，,49,名定植，,199,名未定植。,2,激动剂治疗后的气道阻力的可逆性在新生儿期定植的儿童中为,23,，在未定植的儿童中为,18,，差异为,5,个百分点（,95,CI,，,0-10,）。,支气管气道阻力在这些组的儿童之间没有显着差异,。,血液嗜酸性粒细胞计数的百分比变化在定植儿童中随年龄增加而显著（）。,在定植儿童中，,4,岁时总,IgE,显着增加,47,（,95,CI,，,1-115,）（），但是,4,岁时的特异性,IgE,没有受到定植明显影响（优势比， ；,95,CI,，；）。,5,岁时哮喘总发病率为,14,;,定植儿童中流行率为,33,，未定植儿童中为,10,（优势比为；,95,CI,，）。与定植相关的哮喘的群体归因风险为（,95,CI,，）。,Hans Bisgaard, et al. N Engl J Med 2007;357:1487-95,.,颜色：代表不同的细菌家族。,：与以前与临床疾病相关或具有显着功能特征的成员物种的分类群。,Unclassif,：未分类。,系统进化树,：基于与,ICS,哮喘患者更严重的支气管高反应性（）高度有关的约,100,个细菌类群的代表性的,16S rRNA,基因序列。,Yvonne J Huang and Susan V Lynch. Expert Rev Respir Med . 2011 December ; 5(6): 809821.,独立研究证实，细菌多样性及微生物群社区组成均与,BHR,高度相关。,如左示，近,100,个细菌种系与更高的,BHR,高度相关，包括变形杆菌门中的草酸杆菌科、假单胞菌科、鞘脂单胞菌科、丛毛单胞菌科。,这些家族中许多代表性菌株具有潜在致病性及化学功能，参与哮喘的病理生理过程,Hilty M, Burke C, et al. (2010). PLoS ONE 5(1): e8578,放线菌,/,棒状杆菌属,拟杆菌门,/,普雷沃菌属,厚壁菌门,/,葡萄球菌属,厚壁菌门,/,链球菌属,厚壁菌门,/,韦荣球菌属,变形菌门,/,奈瑟菌属,变形菌门,/,嗜血杆菌属,COPD,、哮喘患病和正常支气管中的细菌门和属的分布,与对照相比，,COPD,和哮喘组中变形杆菌门的成员发生的频率更高。相比之下，与患病受试者相比，拟杆菌门成员在对照中更常见。嗜血杆菌属的成员与,COPD,和哮喘的存在最相关。,a,）分布于哮喘和,COPD,患者和正常受试者的,LUL,的护套支气管镜刷中的分布门，细分为七个最常见属。,Hilty M, Burke C, et al. (2010). PLoS ONE 5(1): e8578,放线菌,/,棒状杆菌属,拟杆菌门,/,普雷沃菌属,厚壁菌门,/,葡萄球菌属,厚壁菌门,/,链球菌属,厚壁菌门,/,韦荣球菌属,变形菌门,/,奈瑟菌属,变形菌门,/,嗜血杆菌属,变形杆菌门在哮喘儿童中比对照组更频繁，而拟杆菌门在对照中比在哮喘中更常见。在属的水平上，哮喘受试者的特征是过量的嗜血杆菌属和葡萄球菌属，而普雷沃氏菌属在对照中更常见。,b,）在患有困难哮喘和对照的儿童中从支气管肺泡灌洗（,BAL,）中分布门。,COPD,、哮喘患病和正常支气管中的细菌门和属的分布,健康与哮喘儿童下呼吸道微生物群有显著差异：健康儿童较同龄哮喘儿童大气道中存在更多的拟杆菌门、尤其是普氏菌（为厌氧菌）,婴儿肺微生物群如同肠道菌群，更替迅速，当肺微生物群细菌负荷增大时，,变形菌为拟杆菌取代，诱导性,Treg,产生增加,基于培养的研究显示：,HI,、,MC,、,SP,等定植于新生儿支气管树可增加儿童期哮喘风险，这些病原体与哮喘急性发作也密切相关；,MP,感染是儿童哮喘急性发作的主要诱发因素,不依赖于培养的检查提示：哮喘儿童更易有高滴度的的变形菌门、如,HI,，而变形菌门（如,HI,、假单胞菌）可加重哮喘严重程度；以及厚壁菌门、如葡萄球菌属、链球菌属,哮喘与气道微生态：小结,比较儿童诱导痰和鼻咽,/,口咽（,NP/OP,）样本中的微生物群分布，并确定与,CAP,严重程度相关的微生物群。,使用,16S,核糖体,RNA,测序和几种测量包括主成分分析（,PCA,）的微生物群谱，以描述,383,名儿童，,6,个月至,18,岁，住院,CAP,的呼吸道微生物群。,使用,Logestic,回归检查了诱导痰和,NP/OP,微生物群谱和,CAP,严重性（住院时间和重症监护病房入院）之间的关联。,一项关于痰微生物群与儿童社区获得性肺炎严重程度的关系的研究：,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,社区获得性肺炎与气道微生态,每组中的列中的数字表示在该年龄组中具有该特征的儿童的百分比。粗体表示的显着,P,值,a,，,4,名受试者的缺失数据,b,，在登记前收到至少一个或多个剂量，缺失,4,名受试者的数据,CAP,住院的,383,名儿童，,6,个月至,18,岁的特征,5,至,18,岁的儿童哮喘,/,反应性气道疾病和,ICU,入院的病史比,6,个月至,5,岁的儿童更常见,大多数儿童接受,1,剂,PCV,（,91.6,）。与,6,个月,-5,岁的儿童相比，,5-18,岁的儿童较少接受,1,剂,PCV,。,超过一半（,53.0,）有哮喘,/,反应性气道疾病史，接近四分之一（,24.0,）有除哮喘外的慢性气道病症,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,社区获得性肺炎与气道微生态,根据年龄组，,6,个月,-5,岁（,n=263,）或,5-18,岁（,n=120,），儿童给定优势细菌分类群的比例,对于大多数,5-18,岁的儿童，单个痰样品中的链球菌，普雷沃氏菌或巴斯德氏菌是优势分类群。,链球菌，莫拉氏菌或流感嗜血杆菌是大多数,6,个月,-5,岁的大多数儿童的个体痰样品中的主要分类群，以及大多数任何年龄的儿童的个体,NP/OP,样品。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,社区获得性肺炎与气道微生态,图,a.,在,6,个月至,5,岁的儿童中，痰样品中,7,个分类群的相对丰度较高，并且在,NP/OP,样品中,11,个分类群的相对丰度较高。,CAP:,痰和鼻咽,/,口咽（,NP/OP,）样品中,6,个月至,5,岁（,a,）和,5,至,18,岁（,b,）的样品丰度的差异,图,b.,在,5,至,18,岁的儿童中，痰样品中,10,个分类群的相对丰度较高，,NP/OP,样品中,4,个分类群的相对丰度较高。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,巴斯德菌属,梭菌属,拟杆菌门,6,个月至,5,岁（,n = 263,）儿童的个体特征、社区获得性肺炎住院和住院时间（,LOS,）或进入重症监护室（,ICU,）之间未调整的关联,在,6,个月至,5,岁的儿童中，患者特征的分布与,N,（,%,）相似，无论是在,LOS 4,天、,LOS 4,天或有、无,ICU,的患者中。,然而，在无,ICU,的儿童（）,vs,有,ICU,入院的儿童（）中更频繁地检测到,RSV,（）。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,5,至,18,岁（,n = 120,）儿童的个体特征、社区获得性肺炎住院和住院时间（,LOS,）或进入重症监护室（,ICU,）之间未调整的关联,与,LOS4,天的患者相比，接受至少一剂肺炎球菌结合疫苗的患者在,LOS 4,天时更频繁（分别为，）。,在,5,至,18,岁的儿童中，与,LOS4,天的儿童相比，,LOS 4,天的儿童哮喘,/,反应性气道疾病更频繁（，）。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,使用来自,6,个月至,5,岁（,n = 263,）或,5,至,18,岁（,n = 120,）的儿童痰液样品中分类群的比例的主成分分析（,PCA,）的旋转因子模式,儿童,6,个月至,5,岁的四个,PCA,因子和儿童,5,至,18,岁的两个因子。每个因子内的分类和因子载荷如上表所示。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,根据受试者,6,个月至,5,岁住院时间（,LOS,）（,a,）的结果分类的分类群的平均比例。通过主要成分分析（,PCA,）确定分类单位，并且与,CAP,严重性密切相关的用黑色表示。,因子,1,包含相对丰度高的放线杆菌属，韦荣球菌属，罗氏菌属和乳杆菌目，与,LOS,4,天的几率的降低相关,aOR 0.69; 95,CI 0.48-0.99,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,根据受试者,6,个月至,5,岁重症监护室（,ICU,）入院（,b,）的结果分类的分类群的平均比例。通过主要成分分析（,PCA,）确定分类单位，并且与,CAP,严重性密切相关的用黑色表示。,因子,3,包含相对丰度高的流感嗜血杆菌和巴斯德氏菌，及相对丰度低的链球菌，与,ICU,入院的更高的几率相关,aOR 1.52; 95,CI 1.02-2.26,。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,根据受试者,5,至,18,岁住院时间（,LOS,）的分类群的平均比例。通过主要成分分析（,PCA,）确定分类单位，并且与,CAP,严重性密切相关的用黑色表示。,普雷沃氏菌和链球菌是,2,岁以上儿童中最丰富的类群。因子,2,包含相对丰度高的卟啉单胞菌科，拟杆菌目，乳杆菌目和普雷沃氏菌，以及相对丰度低链球菌，与,LOS4,天的几率的增加相关,aOR 1.56; 95,CI 1.03-2.36,。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,结论：,6,个月,至,5,岁儿童与,5,至,18,岁的儿童,的与,肺炎的严重程度相关的微生物群特征不同。,呼吸道中细菌的特定组合可能影响肺炎的临床病程,；,高丰度的一些细菌，主要是革兰氏阴性菌，与肺炎的严重程度增加相关。,结果：,在诱导痰和,NP/OP,样品中细菌类群的相对丰度不同。,在,6,个月至,5,岁的儿童中的，相对丰度低的放线杆菌属、韦荣球菌属、罗氏菌属和乳杆菌目的痰,PCA,因子与,LOS,4,天的几率的降低相关。相对丰度高的流感嗜血杆菌和巴斯德氏菌的痰因子与进入,ICU,的可能性增加有关。,在,5,至,18,岁的儿童中，相对丰度高的卟啉单胞菌科、拟杆菌目、乳杆菌目和普雷沃氏菌的痰因子与,4,天住院时间增加相关。,NP/OP,样品中的标记物与,CAP,严重性不相关。,Pettigrew et al. BMC Infectious Diseases (2016) 16:317,社区获得性肺炎与气道微生态,极早的早产婴儿出生时肺发育不成熟，易受多重损伤，从而干扰肺泡和血管的发育，导致支气管肺发育不良（,BPD,）。,失调的气道微生物组,参与发病机制吗？,Charitharth Vivek Lal,等人提出,假设,1,：,气道微生物组出生时建立，并且出生时的气道微生物群在极低出生体重（,ELBW,）早产儿（,1000g,出生体重）和足月（,FT,）婴儿之间不同，并且在继续发展为,BPD,的早产儿中将随时间改变,。,提出,假设,2,：,早期（出生时）气道微生物群在后来继续发展为,BPD,的,ELBW,婴儿与对该疾病有弹性的婴儿中会有所不同。,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,FT,，,ELBW,和,BPD,婴儿之间最常见的细菌门相对丰度的柱状图,与,FT,和,ELBW,婴儿相比，,BPD,婴儿气道微生物组成是不同的并且多样性更少,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,与符合新生儿胎龄的,FT,婴儿和,ELBW,婴儿相比，诊断为,BPD,后的婴儿的气道微生物组的特征是增加了变形菌门和减少了,厚,壁菌门和梭杆菌纲,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,变形菌门,厚壁菌门,支气管肺发育不良与气道微生态,细菌家族相对丰度的增加,ELBW,婴儿，,FT,婴儿和,BPD,患者的种属层级的肺微生物丰度,与新生儿,ELBW,和,FT,婴儿相比，变形菌在,BPD,婴儿中更丰富，而变形菌在,BPD,婴儿中具有更低的丰度。在属水平上，,BPD,患者中最丰富的变形杆菌是肠杆菌科,。,肠杆菌科,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,BPD,和,FT,婴儿之间的微生物组成的差异通过香农多样性的差异来证实（；,t,检验；,右图,）。使用,Unifrac,加权距离的多样性（包括丰度，样品之间,OTU,的存在或不存在，并且证明不同微生物如何分布在样品中）。发现不同的聚类如,Unifrac,距离的,PCoA,图所示（；永久性测试；,左图,）。,在,ELBW,婴儿和具有,BPD,的婴儿之间也观察到微生物多样性和丰度的差异（多样性，,t,检验，,右图,；多样性，永久性试验，,左图,）。,与,FT,和,ELBW,婴儿相比，,BPD,婴儿的微生物多样性更少,左图：,Unifrac,加权距离多样性,右图：,香农多样性指数,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,变形菌门,厚壁菌门,拟杆菌门,放线菌,无壁菌类,发展为,BPD,的,ELBW,婴儿的气道微生物组随时间的变化。 饼图显示从出生起,5,个,ELBW,患者（,A-E,）中气道微生物组随时间的变化。,在所有患者中，随着时间推移，变形菌门丰度的相对增加和硬壁菌门、放线菌，无壁菌类，拟杆菌门和其他微生物的丰度的相对减少。,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,（,A,）与出生时的婴儿相比，从,BPD,婴儿收集的气管吸出物样品中的内毒素浓度增加（）。,（,B,）在出生时,BPD,抗性和,BPD,预感性,ELBW,婴儿的气道内毒素量没有差异（）。,鲎变形细胞溶解产物在婴儿气管吸出物中的显色内毒素水平,已,确定,的,BPD,婴儿的气道中内毒素水平增加,Charitharth Vivek Lal, et al. Scientific RepoRts. 04 August 2016. 6:31023,支气管肺发育不良与气道微生态,自从,20,世纪,30,年代的第一次描述以来，囊性纤维化（,CF,）已经与反复呼吸道感染相关，这种全身性疾病患者的发病率和死亡率的主要原因仍然是进行性气道阻塞和相关的呼吸道感染。,通过培养技术检测到常见的病原体包括金黄色葡萄球菌，流感嗜血杆菌和随着年龄增加而增加的铜绿假单胞菌。,患者易感其,它,罕见的呼吸道病原体，例如嗜麦芽窄食单胞菌和洋葱伯克氏菌。,基于模拟数据集的,-,和,-,多样性分析，包括来自成年囊性纤维化（,CF,）患者的六个样品，来自儿科,CF,患者的六个样品和六个健康对照。显示了许多方法，可用于评估不同子集中样品的组成，确定不同程度的显着差异并识别对这些差异有实质贡献的细菌。,Robert P. Dickson, et al.,Expert Rev Respir Med. 2013 June ; 7(3): 245257.,Rogers GB, et a