「综述」肠道微生态和肠菌移植与呼吸系统疾病的研究进展
文章来源：中华结核和呼吸杂志,2020,43 (10): 866-869
DOI：10.3760/cma.j.cn112147-20191118-00768
作者：黄叶梅 曾惠清 陈小蓉 陈享星 王洺辉 余慧莲 黄秋芬
单位：厦门大学附属中山医院 福建医科大学
摘要
肠道微生物谱的构成与呼吸系统疾病存在密切关系，影响肺部的免疫反应强度，肠道微生态失衡及肠源性内毒素的释放，均能直接或间接地促进呼吸系统疾病的发生发展。目前，肠菌移植在呼吸系统疾病方面的研究相对较少。本文总结肠道微生态、肠菌移植与呼吸系统疾病关系的研究进展并提出新思路。肠菌移植在呼吸系统疾病治疗上具有一定的应用前景。
近年来，呼吸系统疾病的危害已日益引起人们的重视，呼吸道菌群失调存在于多种呼吸系统炎症性疾病中，并与疾病严重程度、呼吸道炎症分型密切相关［1］。然而，肠道与呼吸系统之间可能有许多潜在关联。例如，最近已有多项研究结果证实［1, 2, 3, 4］肠道微生物可以通过“肠肺轴”影响肺部炎症性疾病的发生发展，呼吸系统疾病与肠道菌群微生态失调关系密切。肠道菌群微生态是人体内环境稳定的重要因素，出现失衡时，肠源性内毒素的释放以及肠道菌群移位引起的炎性介质的释放，均能直接或间接地促进呼吸系统疾病的发生发展。肠菌移植（intestinal microbiota transplantation）是一种通过移植健康供体肠道菌群至患者胃肠道内，重建肠道菌群的一种新兴治疗方法，其对于机体肠道菌群正常结构的恢复、调节内环境稳态、治疗多种疾病的疗效已得到多项研究结果证实［5, 6, 7］。本文总结了肠道微生态、肠菌移植与呼吸系统疾病关系的研究进展，为未来的治疗提供新思路。
一、肠道菌群微生态失调与呼吸系统疾病的关联
近期研究结果证实［7］，肠道菌群能调节肠外系统的免疫功能（特别是肺脏）。“肠肺轴”的概念不仅从整体理解肠道菌群影响肺部免疫反应的机制, 还为呼吸系统疾病的预防、治疗寻找新的靶点［3］。
1.支气管哮喘（哮喘）：哮喘是一种慢性气道炎症和气道高反应性为特征的异质性疾病。研究发现［8］哮喘患者的肠道菌谱与健康人群区别显著，肠杆菌和球形梭菌相对丰度增加，而双歧杆菌和乳酸杆菌相对减少。Stokholm等［9］发现，1岁内婴幼儿肠微生物的成熟对哮喘的发展有重要影响，特别是哮喘母亲所育孩子中，5岁时的哮喘发病率与非哮喘患者相比，粪便杆菌属、双歧杆菌属、罗氏菌属等的相对丰度呈负相关，仅与韦永球菌属呈正相关，并可能受益于微生物调节治疗。在7岁内，肠道细菌的特异性IgA水平与哮喘发作的严重程度及概率密切相关［10］。在成人哮喘患者中，FEV1与肠道细菌组成（特别是拟杆菌门和厚壁菌门）有明显的关联，对呼吸道过敏原的敏感度在Bray-Curtis相异度分析中呈负相关（r=-0.64，P=0.02），表明肠道菌群组成的差异与哮喘患者对空气中过敏原的敏感度有关，而且哮喘患者与健康非哮喘患者相比肠道中拟杆菌和厚壁菌门相对丰度的比例较低［11］。综上所述，哮喘患者肠道菌群的成熟、构成比例会影响其儿童、成年时期哮喘的发生、发展。
2.慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺）：慢阻肺是一种异质性大、以气流受限不完全可逆为特征的慢性气道炎症性疾病。吸烟是慢阻肺的重要危险因素，Budden等［12］指出健康吸烟者肠道中拟杆菌-普鲁士杆菌的相对丰度增高，而厚壁菌属与拟杆菌属的相对丰度下降，菌群失调可以下调宿主的免疫反应，引起炎症反应，故吸烟可能介导肠道菌群失调进一步推动慢阻肺的发生、发展。Garcia-Nunez等［13］发现重度、极重度慢阻肺患者与轻中度患者相比肠道细菌多样性显著下降，特别是变形菌门和后壁菌门。吸烟和非吸烟健康人群的气道内拟杆菌门相对丰度占优势，而重度慢阻肺患者呼吸道中变形菌门相对丰度增加，提示慢阻肺患者与健康人群呼吸道定植菌群存在差异［14］。有意思的是，Dumas等［3］根据慢阻肺患者的肠道感染特征，联合炎症性肠病患者的呼吸道症状进行双向分析以评价肠肺之间的关系，结果发现呼吸系统疾病在病理生理学上和消化系统存在诸多联系，肠道菌群的丰富度、有益菌群的比例、致病菌群比例与肺部抵抗病原菌侵袭、变态反应性增强有密切关联，其研究中提示肠黏膜上皮受损时致病肠菌、条件致病菌可以通过血液、淋巴移位至气道上皮，引起气道感染并促进慢阻肺的发生发展；此外烟雾暴露还可能导致肠道微生物的变化，促进肺部细菌的生长、诱导炎症反应，并导致黏膜蛋白、弹性蛋白产生的或针对烟雾产生的氧化性DNA，诱导肺部自身免疫反应，从而诱发慢阻肺的疾病过程［15, 16］。
3. 肺炎：肠道菌群改变会引起肺部抵御炎症能力变化。Wang等［17］发现降低肠道菌群丰富度和数量（尤其是拟杆菌属和厚壁菌属）后，实验小鼠对肺炎链球菌感染抵抗力明显下降，更易出现肺炎，特别是Toll样受体4 （TLR4） 缺陷的小鼠，表现出更严重的肺组织病理学损伤。例如，口服脂多糖补充剂有效地增加了肠黏膜的TLR4表达，可减少抗生素给药模型中肺和血液的大肠杆菌数量，增加了肺泡巨噬细胞及杀伤细菌活性，增强了肺部抵御感染能力；肠菌细胞壁及鞭毛蛋白影响Toll样受体（TLRs）对肺部流感病毒感染的免疫反应具有重要作用［18］。口服乳酸杆菌和双歧杆菌的实验组健康受试者与安慰剂组相比呼吸道症状持续时间比安慰剂组短（平均6.4和7.3 d，P=0.005 9），同时使用抗生素药物的比例更低［19］。综上所述，肠道菌群及其代谢产物可通过免疫反应对肺部炎症产生影响，而肠道微生态改善也能减少肺部感染发生并减轻症状。
4. 肺结核：肠道生态失调易引起肺部免疫状态变化，引起结核进展。Cervantes等［1］发现，在小鼠生命早期引入共生细菌肝螺杆菌，肠内肝螺杆菌定植增加，肝螺杆菌通过产生IL-10引起免疫耐受，肺部对结核杆菌免疫抵抗力下降，结核感染及肺部损伤可能性增加。Negi等［20］发现抗生素诱导了肠道生态失调，导致肺树突状细胞（DC）的低反应性，结核感染中T细胞应答减弱，引起结核发生发展；而口服补充海藻糖-6, 6-二霉菌酸酯（TDB）和乳酸杆菌，可以恢复肺部免疫应答，降低结核感染风险。总之，肠道菌群通过调节肺部免疫功能，对结核的发生发展产生一定影响，保护肺部抵御结核分枝杆菌感染。
5.阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）：其特征是睡眠状态下反复出现低通气和（或）呼吸中断，导致慢性低氧血症伴高碳酸血症等病理生理改变。Moreno-Indias等［21］选取间歇缺氧模拟OSAHS的大鼠进行研究，间歇缺氧小鼠与对照组相比，肠道粪便中肠道优势菌群的数量和种类发生改变，表现在大鼠拟杆菌和变形菌门数量的显著下降和后壁菌门数量的显著增加，提示在OSAHS患者肠道优势菌群和属有所不同，间歇缺氧组的专性厌氧菌相对富集。Durgan等［22］发现肠道菌群失调参与了OSAHS诱导的高血压的发生，大鼠模型中产丁酸盐相关细菌减少和产乳酸盐相关细菌增加，肠道屏障功能受损，炎症发生率增高，易引起血压增高，但机制尚不明确；肠道菌群紊乱通过引起代谢紊乱从而参与OSAHS诱导的代谢综合征（特别是肥胖、2型糖尿病）发生、发展；此外，肠道菌群失调还诱导了OSAHS的炎症反应，如通过影响定居于肠道的革兰阴性菌产生脂多糖，后者能介导高脂饮食诱导型代谢综合征的发展［23］。基于以上理论，OSAHS会引起肠道菌群丰富度变化，而肠道菌群失调可能参与了OSAHS的代谢变化和炎症反应，但尚需进一步研究以证实两者之间的关联。
6. 肺癌：肺癌的发病率和死亡率均位居我国恶性肿瘤首位［24］。Zhuang等［25］发现，与无肺癌病史的对照组相比，肺癌患者的肠道47个细菌分类具有显著统计学差异（33个增加和14个减少），通过16sRNA PCR检测发现，在门的水平上，肺癌患者肠道菌群的差异主要是放线菌门增加，在属的水平上，发现双歧杆菌属和肠球菌属丰度增加，放线菌丰度降低。Zhou等［26］发现健康儿童的放线菌次生代谢产物具有有效的抑癌活性。上述研究结果均证明肺癌肠道菌群与健康人群大不相同，有潜力成为早期预防和靶向治疗的标记。与健康对照组相比，肺癌组患者酸杆菌门和后壁菌门相对丰度减低，变形菌门和疣微菌门相对丰度增加；同时，通过COG和KEGG通路分析，肺癌中一些主要代谢相关通路的丰度降低，这些证据表明肺癌中肠道细菌的失调与基础代谢和免疫功能失调有关，这有助于肺癌系统的发展和分化［27］。目前已有研究结果表明肠道菌群与肺癌化疗及免疫治疗之间的关系，Routy等［28］研究了140例肺癌患者，发现PD-1抗体治疗反应好的患者，其Akkermansia muciniphila肠菌含量明显更高，同时治疗反应差的小鼠进行Akkermansia muciniphila菌移植能增强其免疫治疗效果。综上，肺癌患者肠道菌群与健康人群存在统计学差异，不同肠道菌群丰度对靶向免疫治疗敏感度也不同，目前具体哪些肠道细菌、代谢产物能够影响肺癌的发生发展仍颇具争议，且具体机制不明，还需更进一步的研究。
二、肠菌移植与呼吸系统疾病的研究进展
目前，学界已开展过肠菌移植治疗消化系统某些疾病的研究，初步结果显示肠菌移植能够有效调节肠道菌群，且受试者无明显不良反应［29］。此外，最新研究结果提示肠菌移植在呼吸系统疾病治疗上也具有一定的应用前景［30, 31］。
1. 治疗抗生素耐药菌群：艰难梭菌感染及其导致的抗生素相关性腹泻，具有难治性、复发性的特点。Millan等［5］用肠菌移植治疗20例复发性艰难梭菌感染，在治疗前后利用基因测序分析肠道菌群广谱抗生素耐药基因的变化，发现移植治疗后抗生素耐药基因得到消除。Hocquart等［32］发现肠菌移植治疗后重症肠道艰难梭菌感染的病死率较抗生素治疗对照组明显降低（分别为12.1% 和42.2%），说明肠菌移植应作为艰难梭菌感染患者的早期一线治疗，是肠菌移植最具标志性的一次突破。研究结果显示［5,33］肠菌移植能够明显改善肠道耐万古霉素肠球菌（VRE）、耐碳青霉烯类杆菌（CPE）的耐药情况并去定值化。肠菌作为院内肺炎重要的感染途径及病原来源之一，通过肠菌移植对肠菌耐药菌的作用，并通过免疫反应对肺部炎症产生影响，从而影响肺炎的发生、发展及治疗预后，是值得进一步研究探讨。
2. 肠菌移植治疗哮喘和慢阻肺：肠道菌群的多样性降低与哮喘关系最为密切，通过改变饮食习惯及益生菌干预等途径改变肠道中“有益菌”“有害菌”比例、纠正肠道菌群失衡将在今后哮喘等过敏性疾病的机制研究和诊疗中发挥重要作用［34］。有趣的是，口服益生菌可以调节哮喘患者的肠道微生态，显著改善喘息、胸闷等临床症状并改善肺功能，尤其是改善患者昼夜呼气峰流速［35］。研究结果显示［36］，在大鼠慢阻肺模型中，口服双歧杆菌和乳酸杆菌后降低了肺部致病微生物含量；肠道菌群移位、肠菌毒素（如肠毒素、内毒素等）都会造成慢阻肺的发生发展。目前虽无肠菌移植在哮喘、慢阻肺患者的研究，但作为比益生菌整体效果更好的肠菌移植应用于哮喘、慢阻肺治疗是值得期待的。
三、小结与展望
肠道菌群及其产物组成了人体免疫系统必不可缺的一部分，与呼吸系统疾病的发生、发展存在密切关系。目前肠菌移植的研究在于探讨治疗消化系统疾病的疗效上，在呼吸系统疾病研究方面相对空白。肠肺对话的概念从整体上理解肠道菌群影响肺部免疫反应的机制, 为疾病的预防、治疗寻找新的靶点。肠菌移植未来也许会成为治疗呼吸系统疾病的治疗方法之一。笔者在此提出几点建议供医学科研工作者思考：肠菌移植是否能够成功治疗呼吸系统疾病？其治疗的机制为何？如何评估肠菌移植治疗呼吸系统疾病的临床疗效、呼吸道菌群的变化、并发症情况？肠菌移植治疗具体使用用量、不良反应如何？预计未来随着科学研究的不断深入，肠菌移植对慢性呼吸系统疾病的治疗会发挥一定的作用。
参考文献：略