腸道菌群與兒童呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進展

施娟

呼吸系統(tǒng)疾病是一種常見病、多發(fā)病，主要病變?yōu)闅夤?、支氣管、肺部及胸腔，是兒童高發(fā)疾病之一。呼吸道免疫反應相對獨立，屬于黏膜免疫反應范疇，而腸道是機體最大的免疫器官。近年來隨著支氣管鏡及高通量測序等基因組學技術(shù)應用，人們對腸道菌群的認識越來越多［1］。CHARLSON等［2］學者采用定量聚合酶鏈反應（Q-PCR）、DNA條形碼及454測序技術(shù)分析整個呼吸道垂直層面（上、下呼吸道）微生態(tài)分布特點及多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類上、下呼吸道菌群具有高度同源性，無特異性微生物。筆者檢索相關(guān)文獻，旨在綜述腸道菌群與兒童呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系，為腸道菌群治療兒童呼吸系統(tǒng)疾病提供參考。

1 腸道菌群的分類

腸道作為人體最大的免疫器官，除幫助人體消化吸收外，還是維持正常免疫功能的重要防御屏障，可幫助寄主完成多種生理生化功能。人類腸道中的菌群生態(tài)系統(tǒng)復雜多樣，種類超過1 000種，數(shù)量達到10×1014個，已超過人體自身細胞數(shù)量的10倍，且99%為厭氧菌，這也是腸道易受厭氧菌感染的主要原因之一。腸道包括多個場所，且各個場所內(nèi)環(huán)境有所差別，故導致各個場所內(nèi)菌群種類及數(shù)量分布不均勻。目前，腸道微生物大致可分為以下3類：（1）與人體互利共生的生理性細菌，也是正常情況下腸道的優(yōu)勢菌群，主要包括雙歧桿菌、乳酸桿菌、類桿菌等專性厭氧菌，主要作用為調(diào)節(jié)免疫、營養(yǎng)腸道、腸道屏障等，平均每個宿主體內(nèi)約有160種優(yōu)勢菌種；（2）寄居于腸道的條件致病菌，即具有潛在致病性的腸道非優(yōu)勢菌群，主要包括腸桿菌、腸球菌等兼性需氧菌，其在機體抵抗力低下、過度使用廣譜抗生素等情況下大量繁殖，進而引發(fā)消化系統(tǒng)疾?。唬?）正常情況下非長期定植于腸道的病原菌，大多數(shù)為過路菌且數(shù)量較少，一旦數(shù)量超過參考范圍則極易導致疾病。雖然人體腸道菌群主要種類相似，但兒童與成年人的腸道微生態(tài)是有所差異的［3］。

2 腸道菌群的正常生理功能

腸道被視為人體的“第二大腦”，腸道菌群被視為人類的“第二基因組”，其具有人體自身不具備的代謝功能。腸道菌群可參與多種有益于宿主的反應，如分解膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸、外源性食物的無害化、促進人體上皮細胞生長分化、維持腸上皮完整、合成營養(yǎng)物質(zhì)和維生素、促進各種離子吸收、參與內(nèi)分泌調(diào)節(jié)及介導免疫反應等，其中合成代謝作用及免疫防御作用是目前的研究熱點。

2.1 合成代謝作用 作為人體最龐大、復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，腸道微生態(tài)及其代謝產(chǎn)物不僅調(diào)節(jié)人體健康，且在膳食和宿主之間發(fā)揮著重要的橋梁作用。腸道微生物的正常生理菌群如雙歧桿菌、乳桿菌及某些條件致病菌群如大腸桿菌等均能在腸道中合成多種維生素，包括維生素B1（硫胺素）、維生素B2（核黃素）、維生素B6（吡哆醇）、維生素B9（葉酸）、維生素H（生物素）和維生素K（凝血維生素）等。既往研究表明，不同年齡、體質(zhì)量、性別及國籍的人群腸道微生物大致分為擬桿菌屬（bacteroides）、普氏菌屬（prevotella）及瘤胃球菌屬（ruminococcus）3種類型［4］。歐洲分子生物學實驗室發(fā)現(xiàn)，擬桿菌屬擅長分解碳水化合物，在長期以蛋白質(zhì)和脂肪為主要膳食的人群腸道微生物中占據(jù)主導地位；普氏菌屬擅長分解腸道黏液，在以碳水化合物、纖維素、植物性飲食為主要膳食的人群腸道微生物中占據(jù)主導地位；而瘤胃球菌屬主要具有促進糖類吸收等作用［5］。腸道多種特異微生物可在遠端小腸發(fā)酵未消化的碳水化合物，產(chǎn)生短鏈脂肪酸酯、丙酸和丁酸，進而參與肝臟能量代謝、糖代謝、脂肪合成等生理過程［6］。此外，腸道微生物還參與了具有重要功能的小分子物質(zhì)如膽堿（調(diào)節(jié)脂質(zhì)和葡萄糖穩(wěn)態(tài)）、膽汁酸（促進脂肪的吸收）、吲哚衍生物（防止腸道應激損傷）、苯甲酰苯衍生物（外源性物質(zhì)的解毒）等的代謝［7］。

2.2 免疫防御作用 腸道菌群與宿主在腸道黏膜表面的交流促進了免疫系統(tǒng)的建立，并成為人體重要的免疫屏障。宿主和腸道共生菌的和諧互利關(guān)系及腸道菌群的免疫防御是兩者之間共同進化的結(jié)果。腸道微生物能刺激杯狀細胞分泌黏蛋白，由黏蛋白組成的腸道黏液層不僅發(fā)揮潤滑作用、促進腸蠕動，還可有效防止細菌移位，阻止細菌大量穿過腸黏膜上皮而進入其他臟器及血液循環(huán)，以保障腸道黏液層結(jié)構(gòu)的完整［8］。在固有免疫反應中，宿主的免疫細胞能通過多種機制識別外源微生物信號，其中包括識別存在于胞質(zhì)中的Nod樣受體（NLRs）及胞外微生物組分的細胞膜表面的Toll樣受體（TLRs），而這些微生物信號又能特異性地識別入侵細胞內(nèi)部的其他微生物組分，如TLR2可識別革蘭陽性菌的肽聚糖、脂磷壁酸、脂多糖及革蘭陰性菌的內(nèi)毒素；TLR4可識別革蘭陰性菌的脂多糖；TLR5可識別鞭毛蛋白等，細菌被識別后通過激活相關(guān)信號通路而使樹突狀細胞活化，誘導T細胞增殖，促進B細胞分泌免疫球蛋白，從而增強機體特異性細胞免疫和體液免疫功能，刺激腸道黏膜相關(guān)淋巴組織發(fā)育成熟［9］。另外，脂多糖等微生物組分也可被部分革蘭陰性菌利用胞外囊泡（OMA）運送至細胞內(nèi)部，進而激活固有免疫系統(tǒng)，維持腸道穩(wěn)態(tài)［10］。腸道菌群可直接影響腸道固有淋巴細胞的分化成熟，其胞內(nèi)受體AhR介導分泌的細胞因子—白介素22（IL-22）也是維持腸道屏障的“主力軍”［11］。Th17/Tregs細胞平衡在腸道免疫平衡中發(fā)揮主導作用，腸道共生菌如分節(jié)絲狀菌緊密黏附于小腸上皮細胞，促進其向機體免疫細胞呈遞抗原，從而誘導黏膜Th17細胞反應［12-14］。脆弱擬桿菌胞壁成分多糖A可通過TLR2信號通路而促進Tregs細胞產(chǎn)生，進而抑制過度激活的腸道炎性反應。腸道梭菌屬的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸作為組蛋白去乙?；敢种苿?，可誘導Tregs細胞分化成熟，促進機體對自身抗原耐受［15］。此外，來源于腸固有層的CD4+T細胞是腸道上皮層內(nèi)潛在的抗炎T細胞［16］。腸黏膜中B細胞的抗原受體編輯等一系列復雜程序同樣受到共生菌信號的調(diào)節(jié)，如細菌的鞭毛蛋白作用于固有層樹突狀細胞表面TLR5，促進B細胞分化為可分泌免疫球蛋白A（IgA）的漿細胞［17］。而IgA分泌至腸腔后可結(jié)合特殊病原菌抗原，阻止細菌移位，構(gòu)成腸黏膜屏障的重要組成部分［18］。

3 腸道菌群與兒童呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系

3.1 腸道菌群與呼吸道變應性疾?。ˋAD）的關(guān)系 AAD是一種由多種炎性細胞及細胞因子共同參與的炎癥免疫調(diào)節(jié)異常疾病，包括變應性鼻炎和哮喘。近年來研究表明，母乳喂養(yǎng)、飲食結(jié)構(gòu)、生活方式、衛(wèi)生條件、抗生素應用等是AAD的影響因素［19-21］。國外一項研究發(fā)現(xiàn)，過敏體質(zhì)患兒腸道菌群中大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等需氧菌比例增高，而乳酸桿菌、雙歧桿菌、擬桿菌等厭氧菌比例相對減少，提示過敏可能與腸道菌群失調(diào)有關(guān)。正常情況下，Th1/Th2細胞處于平衡狀態(tài)，兩細胞亞群及其所分泌的細胞因子具有相互制約彼此表型分化和功能的作用［22］。而腸道菌群能通過其病原分子模式組分或自身發(fā)酵產(chǎn)物而調(diào)控腸道上皮細胞、樹突狀細胞、淋巴細胞等多種細胞間的免疫應答，誘導原始Th0細胞向Th1細胞或Tregs細胞方向分化，并分泌抗炎因子，抑制Th2型炎性反應效應，維持宿主Th1/Th2細胞平衡，從而抑制變應性疾病發(fā)生發(fā)展；此外，腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)中特殊抗原組分同樣可通過TLRs誘導Th1細胞定向分化及一系列炎性抑制信號產(chǎn)生。既往研究表明，CpG寡脫氧核苷酸（ODN）可通過作用于TLR9而促進樹突狀細胞、單核細胞等抗原呈遞細胞分泌白介素12（IL-12），促進Th1細胞分化及細胞因子分泌，抑制以Th2極化為特征的變態(tài)反應，進而緩解AAD［23］。TROMPETTE等［24］發(fā)現(xiàn)，腸道菌群分解膳食纖維產(chǎn)生的短鏈脂肪酸能減少肺組織內(nèi)嗜酸粒細胞等炎性細胞數(shù)量及降低白介素4（IL-4）、白介素17A（IL-17A）等炎性因子表達，減少血清總免疫球蛋白E（IgE）及屋塵螨特異性免疫球蛋白G1（IgG1）分泌，從而減輕氣道炎性反應，提示改善腸道菌群可能減輕氣道炎性反應。

3.2 腸道菌群與喘息性支氣管炎的關(guān)系 近年來兒童哮喘發(fā)病率呈上升趨勢，其中嬰幼兒期喘息性支氣管炎是其原因之一［25］。因此，減少嬰幼兒期喘息反復發(fā)作不僅能緩解患兒氣管痙攣，還可降低兒童哮喘發(fā)生風險。眾所周知，哮喘的病因和病理機制復雜多樣，除經(jīng)典Th1/Th2細胞失衡機制外，CD3+CD8-白介素17（IL-17）+細胞在哮喘等過敏性疾病發(fā)生中發(fā)揮著重要作用。CD3+CD8-IL-17+細胞是近來發(fā)現(xiàn)的不同于Th1、Th2細胞的CD4+T細胞亞型，其可通過分泌IL-17而誘導多種前炎性因子和趨化因子，主要具有促炎性反應等作用。國外一項研究發(fā)現(xiàn)，特定的腸道共生菌能不依賴于TLRs、白介素21（IL-21）或白介素23（IL-23）信號通路，其可借助轉(zhuǎn)化生長因子β的活化作用而促進小腸黏膜固有層CD3+CD8-IL-17+細胞分化［26］。腸道菌群可能通過調(diào)節(jié)性T細胞而間接調(diào)控CD3+CD8-IL-17+細胞，故腸道菌群紊亂會影響機體免疫反應，加劇炎性反應［27］。有研究發(fā)現(xiàn)，喘息性支氣管炎患兒腸道雙歧桿菌數(shù)量減少、腸道微生物定植能力降低，故治療喘息性支氣管炎的同時糾正腸道菌群失衡非常必要，但攝入益生菌能否預防哮喘和過敏性疾病仍需大量臨床研究證實。

3.3 腸道菌群與新生兒呼吸機相關(guān)性肺炎的關(guān)系 呼吸機相關(guān)性肺炎的病原體以細菌為主，占90%以上，其中革蘭陰性桿菌占50%～70%，而胃腸道是革蘭陰性桿菌的主要定植場所之一［28］。新生兒重癥監(jiān)護病房的新生兒尤其是早產(chǎn)兒免疫功能普遍低下，正常腸道菌群尚未建立，消化功能尚不完善，加之早期使用抗生素等均導致腸道菌群失衡，使呼吸機相關(guān)性肺炎發(fā)生風險增加，分析原因可能為患兒留置的胃管可能損傷胃腸括約肌功能及刺激咽部反射，極易導致胃內(nèi)容物反流及細菌移位，增加胃-咽-下呼吸道感染風險。因此，維持腸道微生態(tài)平衡、防止細菌移位可能成為預防新生兒呼吸機相關(guān)性肺炎的重要措施。

4 小結(jié)

既往研究表明，腸道菌群紊亂與肝硬化［29］、炎性腸?。?0］、肥胖［31］、糖尿病［32］等疾病關(guān)系密切，主要表現(xiàn)為腸道菌群多樣性降低，擬桿菌門相對減少，變形桿菌門、放線菌門和厚壁菌門等相對增多；但有關(guān)腸道菌群與兒童呼吸系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究報道較少。近年來國內(nèi)外相關(guān)指南建議嬰兒期補充適量益生菌有助于促進腸道內(nèi)維生素D、鈣和鐵離子的吸收及預防呼吸道疾病，但具體治療效果及治療方式還需進一步探索。未來，通過外界干預或優(yōu)化腸道菌群可能成為防治兒童呼吸系統(tǒng)疾病的有效措施。