支氣管擴(kuò)張癥微生物感染的研究進(jìn)展

劉雪健，王佳賀

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院第一內(nèi)科綜合病房，沈陽(yáng) 110134）

支氣管擴(kuò)張癥是一種慢性損傷性疾病，其病理特征是永久的支氣管擴(kuò)張和嚴(yán)重的支氣管炎癥反應(yīng)。支氣管擴(kuò)張癥在歐洲和北美洲的患病率為67～566/10萬(wàn)，我國(guó)則高達(dá)1 200/10萬(wàn)［1］。支氣管擴(kuò)張癥的病因涉及遺傳、感染、環(huán)境污染及過(guò)敏等多種因素。其中，感染是導(dǎo)致支氣管擴(kuò)張癥急性加重的重要原因。流感嗜血桿菌、銅綠假單胞菌和肺炎鏈球菌是支氣管擴(kuò)張患者痰液中最常分離到的致病菌［2］。慢性感染導(dǎo)致支氣管擴(kuò)張的進(jìn)展，而炎癥和黏膜纖毛清除受損導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)改變，從而促進(jìn)感染的發(fā)展［3］。

銅綠假單胞菌等微生物以及從培養(yǎng)物中鑒定出的其他革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性微生物與疾病的進(jìn)展、預(yù)后以及驅(qū)動(dòng)氣道中白細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥相關(guān)［4］。因此，對(duì)于頻發(fā)急性加重的支氣管擴(kuò)張癥，長(zhǎng)期抗生素治療仍然是當(dāng)前主要的治療方法。對(duì)肺微生物群落的分子學(xué)研究正在改變對(duì)氣道微生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，研究者需要改變既往對(duì)微生物病理和結(jié)構(gòu)的分型認(rèn)識(shí)。微生物的分型可以潛在地提供疾病亞型、治療反應(yīng)及未來(lái)治療方向［5-6］。鑒于此，本文著重對(duì)微生物組在支氣管擴(kuò)張中的潛在作用進(jìn)行綜述。

1 健康的肺微生物組

微生物組的定義是環(huán)境中所有微生物的組合遺傳物質(zhì)［7］，它與微生物群不同，后者是指在特定生態(tài)位中共生和致病微生物的群落［8］。微生物組研究領(lǐng)域的核心是要認(rèn)識(shí)到人體是多種不同微生物的宿主，微生物與宿主之間的相互作用可對(duì)疾病與健康產(chǎn)生重要影響［9］。臨床上通常采用培養(yǎng)基培養(yǎng)呼吸道細(xì)菌，主觀性地選擇了需氧呼吸道病原，對(duì)于厭氧菌及病毒則不易檢測(cè)［10］。分子生物學(xué)檢測(cè)方法可為培養(yǎng)基培養(yǎng)提供替代方法，包括16S核糖體RNA（16S rRNA） 測(cè)序和宏基因組測(cè)序［11］。這些方法旨在從樣本中存在的所有細(xì)菌或宏基因組學(xué)的所有DNA序列中獲取遺傳信息。通過(guò)16S rRNA測(cè)序在健康的肺中鑒定出的常見(jiàn)菌群包括變形桿菌、硬毛菌和擬桿菌，在屬水平上，鏈球菌、普氏菌和韋永氏菌占主導(dǎo)，嗜血桿菌和奈瑟氏菌所占比例較小［11-12］。健康的肺微生物組被認(rèn)為是短暫的，受以下3個(gè)方面影響：（1） 微生物吸入量，即經(jīng)氣道吸入和直接黏膜分散而進(jìn)入呼吸道的微生物的量；（2） 黏膜纖毛系統(tǒng)和先天免疫系統(tǒng)清除微生物的速度；（3） 肺部某些區(qū)域的狀況是否能夠促進(jìn)微生物生長(zhǎng)［13］。肺部疾病會(huì)改變肺部結(jié)構(gòu)并改變區(qū)域生長(zhǎng)條件，支氣管擴(kuò)張癥氣道變寬，導(dǎo)致黏膜纖毛清除失敗，細(xì)菌黏附，增加細(xì)菌載量，并發(fā)展為慢性感染［13］。

2 支氣管擴(kuò)張癥微生物組與培養(yǎng)

現(xiàn)有研究［14］表明，支氣管擴(kuò)張癥的微生物組是復(fù)雜的、高度個(gè)體化的，且包含多個(gè)細(xì)菌屬，并初步證明與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)。低用力肺活量和囊性支氣管擴(kuò)張的存在被認(rèn)為是患者定植相關(guān)的危險(xiǎn)因素［15］。用傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法檢測(cè)支氣管擴(kuò)張癥患者呼吸道樣本，流感嗜血桿菌、銅綠假單胞菌、肺炎鏈球菌等是最常見(jiàn)的致病菌［8］。隨著疾病的嚴(yán)重程度不同，分離出的微生物也具有一定差異。研究［2］發(fā)現(xiàn)，輕度支氣管擴(kuò)張癥急性加重期分離出的主要細(xì)菌是副流感嗜血桿菌，而中度和重度患者則以銅綠假單胞菌為主。WOO等［16］對(duì)29例支氣管擴(kuò)張癥患者進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)16年的隨訪，證明了微生物組的顯著穩(wěn)定性，盡管多次采用抗生素治療，優(yōu)勢(shì)菌群仍保持不變，且癥狀亦保持相對(duì)特異性。無(wú)論采用何種療法，銅綠假單胞菌或流感嗜血桿菌的慢性感染往往持續(xù)多年，大多不會(huì)隨時(shí)間變化而出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌群的變遷［17］。研究［2］表明，重度支氣管擴(kuò)張癥患者痰液中病毒檢出率明顯高于病情較輕的患者，而細(xì)菌的檢出率在穩(wěn)定期和急性加重期并無(wú)差別。

3 微生物組對(duì)疾病嚴(yán)重程度的影響

多種細(xì)菌、病毒和環(huán)境因素都可能導(dǎo)致支氣管擴(kuò)張，因此，很難確定究竟是何種微生物在急性發(fā)作中起關(guān)鍵作用。目前的研究［18］表明，細(xì)菌載量在肺部炎癥及疾病轉(zhuǎn)歸中有重要作用。急性加重期微生物組的變化是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有的患者微生物組變化極小，而有的患者則顯示出不同分類群的相對(duì)豐度發(fā)生了變化。COX等［19］指出與基線相比，急性加重期細(xì)菌載量沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著增加，且加重期的細(xì)菌多樣性和其他微生物組參數(shù)也未見(jiàn)一致的變化。這并不意味著微生物組不參與支氣管擴(kuò)張癥的病情加重，而是后者由多種因素共同作用所致。

在支氣管擴(kuò)張和低劑量紅霉素研究［20］（BLESS）中，對(duì)穩(wěn)定支氣管擴(kuò)張癥患者進(jìn)行雙盲、安慰劑對(duì)照的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)［20］。結(jié)果表明，與安慰劑相比，低劑量紅霉素（400 mg，2次/d） 治療48周的患者急性加重次數(shù)明顯減少，與其他微生物組譜相比，假單胞菌或嗜血桿菌為主的微生物組患者肺功能顯著降低。研究［21］表明，以嗜血桿菌為主的微生物組患者的病情加重次數(shù)較少，而以假單胞菌為主的微生物組患者的病情加重頻率總體較高。銅綠假單胞菌感染患者臨床預(yù)后更差，急性發(fā)作更頻繁，肺功能下降更快，氣道分泌物更多，對(duì)抗生素需求量更大［22-23］。

BLESS研究中，對(duì)微生物組與炎癥指標(biāo)［痰液白細(xì)胞介素（interlukin，IL） -1β、IL-8、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP） 和血清C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）］進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)假單胞菌及嗜血桿菌為主的微生物組與血清CRP、痰液IL-1β和IL-8水平升高有關(guān)。基于優(yōu)勢(shì)微生物組的分層患者顯示，與以假單胞菌為主的微生物組相比，以流感嗜血桿菌為主的微生物組的MMP2和MMP8水平更高［20-21］。但該數(shù)據(jù)集（86例） 相對(duì)較小，其中嗜血桿菌（31例） 或假單胞菌（22例） 的微生物組數(shù)量不多，因此，仍需要樣本量更大的研究來(lái)證實(shí)以上結(jié)論。也有研究［2］發(fā)現(xiàn)，病毒和細(xì)菌混合感染患者的血清CRP水平顯著高于單純病毒感染和無(wú)病原微生物感染的患者，同時(shí)分離出病毒和細(xì)菌患者的血清IL-8水平高于未分離出病原微生物的患者，細(xì)菌合并病毒感染患者全身炎癥反應(yīng)重。

近年來(lái)，關(guān)于大環(huán)內(nèi)酯類藥物在支氣管擴(kuò)張癥治療中的研究較多。羅紅霉素可抑制氣道中性粒細(xì)胞，保護(hù)上皮細(xì)胞，減少膜磷酯損傷，進(jìn)而抑制細(xì)胞炎癥，并有效促進(jìn)周圍組織的修復(fù)。此外，羅紅霉素還具有一定的免疫調(diào)節(jié)作用，能夠破壞細(xì)菌背膜，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)［24-25］。紅霉素能降低肺假單胞菌占主導(dǎo)的菌屬豐度，并促進(jìn)對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類耐藥菌的轉(zhuǎn)移。大環(huán)內(nèi)酯類藥物對(duì)治療支氣管擴(kuò)張癥非常有益，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看大環(huán)內(nèi)酯類可加重銅綠假單胞菌感染［24］。目前尚無(wú)關(guān)于吸入抗生素對(duì)微生物組的影響的研究。理想情況下，應(yīng)研究所有常用抗生素治療支氣管擴(kuò)張癥對(duì)肺微生物組的影響［26］。

4 真菌、病毒和非結(jié)核分枝桿菌（nontuberculosis mycobacteria，NTM） 的作用

真菌、病毒和NTM多導(dǎo)致重度支氣管擴(kuò)張癥，但其作用機(jī)制目前尚不明確［9，27］。亞洲和歐洲支氣管擴(kuò)張隊(duì)列（CAMEB） 研究首次調(diào)查了238例亞洲支氣管擴(kuò)張癥患者，在其支氣管擴(kuò)張菌群中觀察到的常見(jiàn)真菌是曲霉菌、隱球菌和克拉維菌屬［28］。檢測(cè)出的真菌具有地理差異，利用qPCR檢測(cè)到2種不同的曲霉菌，新加坡及馬來(lái)西亞吉隆坡患者中被檢測(cè)出的主要菌種是煙曲霉菌，而蘇格蘭鄧迪患者中以土曲霉菌為主要菌種。

呼吸道病毒感染是慢性氣道疾病（如哮喘、慢性阻塞性肺疾?。?病情加重的主要原因，但在促進(jìn)支氣管擴(kuò)張癥急性加重中的作用尚不清楚。在二十世紀(jì)中葉，麻疹病毒曾是兒童支氣管擴(kuò)張癥的重要感染原，但隨著相關(guān)疫苗接種計(jì)劃的普及，感染明顯減少。A和B流感病毒、腺病毒、副流感病毒、鼻病毒和人類T淋巴細(xì)胞病毒-1已在支氣管擴(kuò)張癥患者中被鑒定［29］。MITCHELL等［30］對(duì)47例和27例支氣管擴(kuò)張癥患者進(jìn)行PCR檢測(cè)，結(jié)果分別在39%和59%的患者中發(fā)現(xiàn)了病毒。表明即使在疾病穩(wěn)定期間，病毒的感染率也非常高，但病毒究竟是病情惡化的原因還是后果，有待進(jìn)一步研究。有研究者［29］提出，即使細(xì)菌負(fù)荷和多樣性穩(wěn)定，病毒也可在支氣管擴(kuò)張癥中發(fā)揮作用。

支氣管結(jié)核和肺結(jié)核是我國(guó)支氣管擴(kuò)張癥的常見(jiàn)病因，尤其是肺上葉支氣管擴(kuò)張。但目前對(duì)NTM在支氣管擴(kuò)張微生物組中的作用了解甚少。常見(jiàn)的NTM包括鳥(niǎo)分枝桿菌復(fù)合物和膿腫分枝桿菌復(fù)合物［31］。正如禽鳥(niǎo)分枝桿菌亞種誘發(fā)克羅恩病一樣［32］，NTM也可能觸發(fā)支氣管擴(kuò)張，但其機(jī)制尚不明確。

目前，對(duì)真菌、NTM和病毒作用的研究較少，部分原因是受限于研究方法。這些生物，特別是真菌和NTM，目前存在與DNA提取有關(guān)的困難，在測(cè)序方法和鑒定微生物的數(shù)據(jù)庫(kù)方面缺乏適當(dāng)?shù)膮f(xié)議。微生物組研究廣泛使用的16S rRNA測(cè)序方法不能準(zhǔn)確識(shí)別分枝桿菌。SULAIMAN等［33］使用16S rRNA測(cè)序研究了1組NTM感染患者，盡管其NTM培養(yǎng)陽(yáng)性，但通過(guò)測(cè)序鑒定出的分枝桿菌卻很少。

5 總結(jié)與展望

目前，微生物組數(shù)據(jù)尚未導(dǎo)致臨床實(shí)踐發(fā)生變化，但研究微生物組與臨床表現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)有助于指導(dǎo)支氣管擴(kuò)張癥的治療。

當(dāng)前的微生物組測(cè)序方法耗時(shí)且需要專門的生物信息學(xué)分析，因此，難以應(yīng)用于臨床。牛津納米孔技術(shù)（Oxford nanopore technologies，MinION） 和單分子實(shí)時(shí)測(cè)序等第三代測(cè)序技術(shù)具有用于臨床實(shí)踐的潛力。MinION已被用于下呼吸道感染的微生物學(xué)調(diào)查，并在英國(guó)INHALE研究中用于迅速確定醫(yī)院獲得和呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎的原因［34］。新興技術(shù)開(kāi)始被用于解決細(xì)菌的代謝、基因表達(dá)、抗性和宿主反應(yīng)，這是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，這些技術(shù)有望用于支氣管擴(kuò)張癥的研究。