微生物群定植抵抗力抗感染研究進(jìn)展

閔 彥，胡成進(jìn)

人體被各種各樣的微生物所定植，這些微生物的總和被稱為微生物群（microbiota）［1］。在出生之后，人體就被大量的微生物所定植，其中包括古生菌、細(xì)菌、真菌以及微小真核生物。這種多樣的微生物群體以及它們所占據(jù)的環(huán)境被稱為微生物組（microbiome）［2］。居住在人體內(nèi)的微生物群參與宿主很多生理活動(dòng)，包括免疫調(diào)節(jié)、破壞復(fù)雜的碳水化合物以獲得完整的營(yíng)養(yǎng)，參與藥物以及其他外來(lái)物質(zhì)的代謝等。該文綜述了微生物群在預(yù)防感染性疾病以及抵抗耐藥菌方面起到的重要作用，對(duì)其中涉及的機(jī)制也做了一定探討。

1 微生物群定植抵抗力預(yù)防感染

微生物群可以阻止病原體的定植和入侵，入侵的非自身微生物必須克服這種屏障作用才能形成感染［3］。一些影響人體微生物群構(gòu)成和功能的因素，比如抗生素的使用，可能會(huì)破壞人體微生物群的定植抵抗力，有利于病原體的定植和生長(zhǎng)［4］。

1.1 腸道菌群的抗感染研究腸道菌群所介導(dǎo)的定植抵抗力在對(duì)抗腸道感染的過(guò)程中起到重要作用。這種定植抵抗力包括分泌抗菌肽，營(yíng)養(yǎng)位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)等機(jī)制［5，6］。小鼠模型及人體研究表明，抗生素的注射可以改變腸道的正常菌群，主要體現(xiàn)在大量細(xì)菌種類的消失。艱難梭菌是最常見(jiàn)的院內(nèi)感染腸道病原菌，可以引起嚴(yán)重的偽膜性結(jié)腸炎，經(jīng)常發(fā)生在微生物群受損的人群中。完整的腸道微生物群對(duì)艱難梭菌具有定植抵抗力。在使用抗生素后，艱難梭菌感染的高復(fù)發(fā)率主要是由于微生物群的持續(xù)性損害。糞便微生物組的移植在治療艱難梭菌感染的復(fù)發(fā)過(guò)程中非常有效［7-9］。由于糞菌組成的復(fù)雜性，也給移植帶來(lái)一些不確定因素。有研究使用稀釋法確認(rèn)了在糞菌移植中治療艱難梭菌起作用的微生物群。在小鼠體模型中，使用這些微生物群可抑制艱難梭菌的復(fù)發(fā)［10］。除了艱難梭菌，其他腸道致病菌，如傷寒沙門(mén)菌、大腸埃希菌、福氏志賀菌等，都需要通過(guò)某種致病機(jī)制克服腸道菌群的定植抵抗力來(lái)感染宿主［5］。

1.2 生殖道菌群的抗感染研究在婦女的生殖道菌群中，微生物菌群與宿主狀態(tài)的改變可以導(dǎo)致感染性疾病易感性的變化。健康生殖道微生物菌群結(jié)構(gòu)多樣性比較低，主要是乳酸桿菌。生殖道微生物菌群失調(diào)主要特點(diǎn)是乳酸桿菌下調(diào)，嚴(yán)格厭氧菌增多，呈高度多樣性，包括普氏菌、小桿菌屬、阿托波氏菌屬、加德納菌、巨球型菌屬以及纖毛菌屬。這種細(xì)菌的多樣性與臨床細(xì)菌性陰道炎有關(guān)，與獲得性性傳播疾病，如HIV、淋病奈瑟菌、沙眼衣原體以及HPV發(fā)生率上升有關(guān)［11］。但也有文獻(xiàn)表明，乳酸桿菌不一定代表一種健康的微生物群。同一種微生物群對(duì)不同個(gè)體可能有不同意義，這與不同個(gè)體的生活方式、所處文化、基因背景有關(guān)［12］。

1.3 肺部菌群的抗感染研究Bassis和同事對(duì)口部、鼻部、肺部以及胃部微生物菌群進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在肺部以及口腔的群體具有一致性。其中包括普氏菌，鏈球菌，巴斯德菌屬以及梭菌屬［13，14］。研究人員認(rèn)為口腔微生物群體可以定植下呼吸道。從口腔移植到肺部的微生物菌群中，包括厭氧菌普雷沃菌屬以及韋榮球菌屬。這兩種菌屬的富集與輔助性T細(xì)胞（T helper cell 17，Th17）的增高有關(guān)，Th17升高可抑制病原體的清除［15，16］。缺血再灌注經(jīng)常發(fā)生于ICU患者，這些患者肺部顯示了腸道微生物組菌群的特征，比如擬桿菌屬及腸桿菌科細(xì)菌，這種菌群的遷移導(dǎo)致了炎癥反應(yīng)因子濃度的上升，免疫系統(tǒng)的激活以及內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。以菌群為目標(biāo)的治療可能有助于ICU中對(duì)重癥患者的救治［17］。

2 微生物群對(duì)醫(yī)院耐藥菌的抗感染研究

最近中國(guó)疾病預(yù)防控制中心（CDC）列出了最有威脅性抗生素耐藥菌，其中包括產(chǎn)碳青霉烯酶的肺 炎 克 雷 伯 菌［18］、耐 萬(wàn) 古 霉 素 的 腸 球 菌［19］、耐 甲 氧西林的金黃色葡萄球菌［20］。大量使用抗生素，會(huì)破壞人體微生物菌群的多樣性和豐度，從而破壞定植抵抗力。大量使用抗生素還會(huì)對(duì)病原菌造成選擇性壓力，誘導(dǎo)耐藥菌的形成。研究人員建議，在使用廣譜抗生素后，對(duì)微生物群進(jìn)行重建，恢復(fù)微生物群的定植抵抗力，從而拮抗耐藥菌，應(yīng)成為醫(yī)療行為的一部分［21］。

2.1 糞腸球菌和屎腸球菌糞腸球菌及屎腸球菌是定居在人類腸道的主要腸球菌，在胃腸道是非致病性的。但是，這兩種腸球菌一旦入血，會(huì)引起嚴(yán)重感染。由于耐藥情況的出現(xiàn)，這種情況變得具有挑戰(zhàn)性。耐萬(wàn)古霉素屎腸球菌（vancomycin-resistant E.faecium，VRE）在侵入血流感染前，取代正常腸道菌群，成為腸道中的主要菌群?？股貧缒c道專性厭氧菌，預(yù)示著患者的腸道將被VRE所定植。在一項(xiàng)對(duì)VRE感染兒童的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)中，口服鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus GG）可以減少VRE在腸道中的定植［22］。在新生兒重癥病房中，GG可以去除VRE在新生兒腸道中的定植。GG和VRE在序列上具有相似性，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合腸黏膜受體來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)VRE的抑制［23，24］。糞菌微生物組具有生物多樣性，糞菌移植 （fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）也可以去除VRE的定植［25］。

2.2 腸桿菌科作為兼性厭氧菌，腸桿菌科細(xì)菌居住在整個(gè)腸道中，從口腔到厭氧的結(jié)腸環(huán)境。腸桿菌科定植密度非常低，很少超過(guò)腸道菌群的1%。但是，在抗生素使用之后，這些微生物能夠在腸道中擴(kuò)增，在某些情況下，能超過(guò)下消化道90%的菌量。小鼠通過(guò)雙歧桿菌產(chǎn)生醋酸鹽，可以抵御腸道病原菌大腸埃希菌（E.coli）的感染［26］。擬桿菌屬所產(chǎn)生的定植抵抗力可以抑制肺炎克雷伯菌在宿主之間通過(guò)腸道的傳播［27］。糞菌移植可以去除產(chǎn)碳青霉烯酶腸桿菌科細(xì)菌在腸道的定植［28］。在同種異體血細(xì)胞移植的過(guò)程中，受者腸道菌群受到損害，呈現(xiàn)出菌群多樣性消失和單一菌群的特征［29］。糾正抗生素處理后微生物群的損傷以及恢復(fù)患者的共生菌代表了一種合理的治療步驟。在干細(xì)胞成功移植后，重新移植自身腸道菌群的患者，感染碳青霉烯酶耐藥菌的概率下降，生存期延長(zhǎng)［30］。

3 微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制

3.1 微生物分泌抗菌物質(zhì)細(xì)菌素的產(chǎn)生可以介導(dǎo)腸道內(nèi)糞腸球菌之間的競(jìng)爭(zhēng)。注射產(chǎn)生細(xì)菌素的腸球菌對(duì)腸道正常菌群的組成只有非常微小的影響。攜帶含有細(xì)菌素基因質(zhì)粒的糞腸球菌可以代替原住腸球菌，并打敗不翻譯細(xì)菌素的糞腸球菌。這表明細(xì)菌素或產(chǎn)生細(xì)菌素的菌株可以限制病原菌的感染［31，32］。正常菌群來(lái)源的羊毛硫抗生素的富集，可以抑制小鼠腸道VRE的定植［33］。

在上呼吸道以及皮膚表面，非致病性葡萄球菌分泌抗菌復(fù)合物可以成功減少金黃色葡萄球菌的定植。鼻腔中的路登葡萄球菌產(chǎn)生抗菌分子路登素，具有很好的抗金黃色葡萄球菌的作用。除了分泌抗菌肽，一些定植葡萄球菌可通過(guò)干擾信息交流分子來(lái)抑制金黃色葡萄球菌的定植［34，35］。微生物群分泌的代謝產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸，對(duì)其他病原菌也具有抑制作用。這些研究提示，微生物群中的菌株，可通過(guò)抗菌分子產(chǎn)生的定植抵抗力來(lái)對(duì)抗病原菌。

3.2 接觸性殺傷脆弱擬桿菌是定植于腸道的擬桿菌門(mén)中的G-定植菌。很多脆弱擬桿菌具有免疫調(diào)節(jié)作用，對(duì)宿主有利，有些脆弱擬桿菌分泌腸毒素，危害宿主生命。VI分泌系統(tǒng)（type VI secretion system，T6SS）是一種細(xì)胞接觸依賴性的多組件跨膜通道，在細(xì)菌致病機(jī)制及細(xì)菌間拮抗作用中扮演著重要作用。脆弱擬桿菌具有鞭毛T6SS基因，T6SS可以介導(dǎo)非毒性以及毒性脆弱擬桿菌之間的競(jìng)爭(zhēng)。非毒性脆弱擬桿菌可通過(guò)T6SS機(jī)制在小鼠小腸內(nèi)作為益生菌來(lái)代替產(chǎn)毒性的脆弱擬桿菌［36］。接觸性殺傷機(jī)制可以介導(dǎo)細(xì)菌之間的競(jìng)爭(zhēng)，塑造更有益的微生物組。

3.3 對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)在小鼠感染或者非感染的腸炎中，腸桿菌科細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)碳資源以及鐵離子等營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)。E.coli與檸檬酸桿菌的生長(zhǎng)都需要碳水化合物，E.coli對(duì)碳水化合物的利用，可以抑制檸檬酸桿菌的生長(zhǎng)。在炎癥性腸道內(nèi)，益生菌E.coli.Nissle 1917與病原菌競(jìng)爭(zhēng)鐵，是其發(fā)揮有益作用的機(jī)制之一［37，38］。

4 小結(jié)

微生物群對(duì)臨床抗感染的作用及應(yīng)用是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)?？股亻L(zhǎng)時(shí)間使用，常使很多患者上呼吸道菌群失調(diào)。是否可以用噴霧的方式來(lái)恢復(fù)患者上呼吸道的正常菌群，以恢復(fù)其定植抵抗力？對(duì)于ICU患者，肛拭子核酸檢測(cè)可以非常有效地預(yù)警血流感染。是否可以用微生態(tài)調(diào)節(jié)劑或者糞菌移植的方法，恢復(fù)患者的正常菌群，來(lái)抑制耐藥菌的感染以及相關(guān)的血流感染？這些實(shí)際存在的問(wèn)題都值得我們很好的研究和探索。