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肺部微生物群笔记

已有 1221 次阅读 2018-2-9 15:21 |个人分类:biology|系统分类:科研笔记

摘要长久以来人们一直认为健康的人类肺脏是无菌的。然而近十年来越来越多的证据表明,尽管规模比口腔和肠道小得多,但健康肺部也存在着多样化的常驻菌群。肺组织的微生物群在很大程度上仍然是未知的,许多研究将肺部微生物群的改变与慢性肺病的发展关联起来,例如囊性纤维化(CF)或慢性阻塞性肺病(COPD)。不过,肺部微生物群与疾病的复杂关系还有待阐明。本文对微生物群组成及其与部分慢性肺病相关的研究进行综述。

关键词:肺微生物群;COPDCF

1.简介

虽然微生物群与消化道健康的关系在近年来被研究的很多,但其与肺病之间的相关性则知之甚少。健康肺部的表面是一个动态的环境,来自口鼻的残渣和微生物不断进入这一呼吸器官,而支气管的纤毛细胞能通过有节奏的运动,去除这些残渣和入侵的细菌,肺泡巨噬细胞也在时刻准备着摧毁不受欢迎的来客。由于肺部的微生物清除机制,肺微生物群与呼吸系统健康和疾病之间似乎存在着微妙的平衡[1]。当呼吸道防御受到损害时(如病毒感染等),下呼吸道对微生物的暂时性暴露可能导致肺内复杂微生物群落的建立。重要的是,这些群落的特征以及影响肺发病机制的方式可能与单个成员大不相同。肺微生物群是一种结合微生物、遗传物质和微生物基因产物的综合体,对于我们理解呼吸生理学和肺发病机制的基础过程越来越重要。

在这里,明确一个概念,微生物群(microbiota)是指动植物体上共生或病理的微生物生态群体。微生物群包括细菌、古菌、原生动物、真菌和病毒等。一般指采用16S rRNA研究方法鉴定环境中细菌的种类。近义词Microbiome微生物组即微生物群的基因和基因组,以及微生物群的产物与宿主环境[2]。关于病毒、噬菌体和真菌对肺微生物群的贡献知之甚少,因此,我们的讨论主要限于细菌。

2.肺部微生物概况

总的来说,肺微生物群是多样的,其在特定个体中变化很大,由约140个不同的科组成。由9个核心属:Prevotella,鞘氨醇单胞菌,假单胞菌,不动杆菌,梭杆菌,MegasphaeraVeillonella,葡萄球菌和链球菌[4]组成。但是与口腔和肠道菌群相比通常更为有限,肺部微生物群比口腔微生物群的密度小大约一千倍这主要是因为肺部缺少适宜细菌生活的粘膜。肺部就像是南太平洋,细菌聚集而成的小岛点缀其间。肺部微生物群似乎源自于口腔微生物群,这些细菌能够在肺部的特殊环境下生存[3]

健康人样本检测到的肺部微生物菌群的组成可能是瞬时的,它们可能通过微量呼吸或直接粘膜分散进入,并且有些可能很快被清理出去[19]。其中一些微生物能够持续存在,甚至在呼吸道中定殖。这可能是由于营养物质,氧气和生长温度等条件的存在。微生物有几种来自宿主的营养源:气道上皮细胞(特别是杯状细胞)的分泌物,来自粘膜下腺的分泌物和来自血浆的渗出物。一些共生细菌是非致病性的,并保护我们的呼吸道对抗病原体。肺微生物中常见的真菌属包括念珠菌、Malassezia、新萨托,酿酒,和曲霉菌等。

因为在健康人中肺活检采样是不道德的,所以肺微生物群的研究主要基于支气管肺泡灌洗(BAL),支气管镜刷检,痰样品和移植肺或者尸体肺组织样品。

3.肺部微生物与疾病

许多肺部或呼吸道疾病会导致呼吸道微环境的改变,从而影响肺部微生物群的组成。例如,哮喘是一种呼吸道免疫紊乱的慢性疾病,即使症状轻微,肺部微生物群的发生与健康个体明显不同。通常,哮喘患者的下呼吸道微生物群是富含上呼吸道微生物群的成员,包括嗜血杆菌属,莫拉氏菌属,奈瑟菌属,梭杆菌属和卟啉单胞菌属的成员[16]。慢性肺病患者可能就是由于微生物进入下呼吸道的增加或其去除效力的降低而引起的肺部微生物群组成的变化引起的。下面从囊性纤维化、慢性阻塞性肺疾病和肺癌三个疾病分别综述一下三种疾病患者肺微生物群的变化情况。

4.影响肺部微生物组成的主要因素

环境污染会对肺微生物菌群造成影响,特别是在发展中国家,木材,木炭,农作物秸秆和粪便等生物质燃料的燃烧使人暴露于空气污染。研究表明这与气道微生物学的变化有关,包括潜在的致病性细菌群如链球菌奈瑟球菌的相对丰度的增加[14]。而吸烟同样降低呼吸道纤毛的清除作用,从而改变肺部微生物的组成[15]

免疫功能障碍也会对肺微生物菌群造成影响。最近对167例重度哮喘患者的肺微生物群进行分析,发现不同炎症表型患者之间存在显著差异[17]。有研究发现,与未感染的对照相比,例如具有晚期AIDS的个体下呼吸道微生物菌群多样性降低和链球菌相对丰度增加[18]。呼吸道微生物群的特征也随着衰老的自然过程而改变,肺移植显然也改变了肺部微生物菌群的组成。机械通气患者的插管也会导致局部微生物多样性的显着下降和微生物组成的改变。

5.研究的局限性

由于取样的困难性,现阶段的研究还没有针对健康人的肺组织微生物组研究,一般都有炎症,使用了抗生素治疗,样本量不够大,没有真菌和病毒的相关研究以及取样过程中可能存在的污染,而且缺乏肺部微生物宏基因组的研究。

6.总结

肺微生物学的研究还处于起步阶段,肺部微生物群不同于人身体的其他部位,占主要的门主要是Proteobacteria(变形菌门)Firmicutes(厚壁菌门)Bacteroidetes(拟杆菌门)Actinobacteria(放线菌门)由于受环境、生活习惯和健康状况等的影响,许多样本间的差异较大。对于和疾病的关系,许多以微生物为导向的肺部疾病模型仍然是推测,需要通过精心设计的实证研究进行测试。尽管肺微生物组反映了呼吸道局部环境的特征,但是这些微生物群落对肺部疾病的贡献程度仍然知之甚少。而微生物群组成和肺部疾病之间的双向关系似乎是最有可能的,微生物群落组成跟随局部呼吸道环境内的变化而变化,并促成炎症等和呼吸道环境重塑[12,13]

参考文献

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