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                    呼吸道微生态研究进展

                    发布时间: 2017-08-04 来源: ——沈阳医学院学报,2016年1月第18卷第一期

                    【作者】肖纯凌(沈阳医学院,辽宁沈阳110034)

                    【摘要】呼吸道菌群是决定呼吸道健康与否的决定性因素。不同生态位菌群构成不同。慢性呼吸系统疾病时呼吸道菌群发生改变。COPD急性加重时,嗜血杆菌属细菌选择性增加,哮喘急性发作时,菌群中变形杆菌门丰度显著增加遥,经消化道摄入益生菌可以降低急性上呼吸道感染率和抗生素使用频率,经鼻腔和口腔喷雾给予呼吸道共生菌,明显降低易感儿童咽扁桃体炎和急性中耳炎发作率,因此明确呼吸道菌群,识别特定的益生菌菌株的免疫潜力,深入了解益生菌不同菌株的效用以及作用机制,有利于选择合适的益生菌菌株,改善呼吸道感染发生的频率和严重程度。

                    【关键词】呼吸道菌群微生态益生菌

                    人类机体承载着数量庞大的微生物群,各种细菌、病毒、真菌等定居在身体表面,包括皮肤、口腔、阴道、消化道、上呼吸道和肺,这些定植的微生物与机体之间相互作用,构成了人体特定的微生态环境,以往理论认为特定的疾病是由特定的病原引起的,但是逐渐被新的理论所取代,即微生物群与机体之间复杂的交互作用,决定了了人体的健康状况,尽管相对于肠道微生态,对于呼吸道微生态研究较少,但是呼吸道菌群仍然是决定呼吸道健康与否的决定性因素。随着高通量测序等技术的应用,使得我们对呼吸道正常菌群的分析,以及健康和疾病呼吸道菌群组成差别的分析成为可能,极大地丰富了关于呼吸道微生态的认知,本文就健康人体呼吸道菌群分布,呼吸系统疾病条件下呼吸道菌群分布,以及益生菌在呼吸系统疾病治疗中的作用做一综述。


                    1 健康人群呼吸道菌群分布

                    呼吸道分为上呼吸道和下呼吸道,上呼吸道中的前鼻、鼻腔、鼻窦、鼻咽、咽鼓管、中耳腔、口腔、口咽部和喉,构成了外界环境与下呼吸道和消化道之间的交界,这些生态位的黏膜表面定居着大量的细菌,主要是厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、变形杆菌门和梭杆菌门细菌。细菌之间通过群体感应系统和局部产生的抗微生物多肽调节细菌种类和数量保持动态平衡。与机体和平共处,不同生态位的菌群构成有明显区别,口咽部和口腔具有最高生物多样性,而鼻的菌群则生物多样性最低。

                    1.1鼻菌群分布富含放线菌门(棒状杆菌和丙酸杆菌属)和厚壁菌门(成人是葡萄球菌属,儿童是链球菌属),和少量属于拟杆菌门的厌氧菌.变形菌门的菌群变化明显,儿童为莫拉菌科ICU成人为变形菌门(如肠杆菌目和假单胞菌目)健康成人为γ-变形菌纲。无论种族背景还是地理差异,鼻中最常见携带的细菌均是棒状杆菌属、丙酸杆菌属和葡萄球菌属,尽管健康成人和儿童鼻生态位的菌群特性很相似,但是儿童中含量较高的是链球菌科、莫拉菌科和奈瑟氏菌科。

                    1.2鼻咽菌群分布摇从出生后不久,人的鼻咽部菌群就发生了变化,最初鼻咽部的优势菌是莫拉菌属、棒状杆菌属、狡诈菌属、链球菌或葡萄球菌属,这些细菌可能在围产期获得,如从母亲皮肤获得葡萄球菌属、棒状杆菌属或者来自母亲阴道的链球菌、葡萄球菌和狡诈菌属细菌。此外,新生儿喂养的方式也对鼻咽微生态的建立及发展起重要作用:纯母乳喂养的婴儿在出生6周后放线菌明显增加,而纯配方奶喂养的婴儿则表现出金黄色葡萄球菌为优势菌。最早建立的菌群模式提示了后续鼻咽微生物群的组成和稳定性:富含莫拉菌属、放线菌属的菌群最为稳定,而富含链球菌属的菌群则不稳定,菌群中的流感嗜血杆菌与儿童早期呼吸道感染和喘息的发生有关。

                    成人鼻咽部菌群,除了没有莫拉菌属外,菌群成员基本与儿童一样,但是不像儿童有明确的菌群模式,鼻咽菌群与鼻和口腔的菌群有高度重叠性。主要的革兰阳性菌有鼻菌群中的葡萄球菌属、狡诈菌属、放线菌属和丙酸杆菌属,口腔菌群中的链球菌。幼儿鼻咽有少量同鼻和口腔菌群一样的革兰阴性厌氧菌,如普雷沃菌属和韦荣球菌属,这可能是幼儿口腔物经常反流到鼻腔造成的,在成人和儿童鼻和鼻咽中的狡诈菌属是最近才确定为上呼吸道菌群一员的,它能发酵乳酸,常与不具有发酵作用的棒状杆菌属共存。

                    1.3口咽菌群分布口咽与口、鼻咽、喉、下呼吸道以及胃肠道相通,所以口咽暴露于大量的内源性和外源性微生物。成人和老年人口咽菌群具有高度多样性,无论是在健康还是在疾病状态,通过吸入或吸气作用,口咽部细菌群落扩散至下呼吸道,口咽部微生物和健康肺内细菌明显重叠。咽是可引起局部咽炎或播散肺性疾病的潜在病原菌寄居的生态位,如化脓性链球菌、溶血性链球菌、无乳链球菌、溶血性链球菌、停乳链球菌亚种。高通量测序结果显示健康成人口咽定居着致病性亚群,例如链球菌、流感嗜血杆菌、奈瑟菌属以及可能的革兰阴性厌氧共生菌如韦荣球菌属、普雷沃菌属、纤毛菌属和梭菌属,最新研究显示儿童口咽菌群构成与成人相似,某些菌数量占显著优势,如奈瑟氏菌属、颗粒链菌属、普雷沃菌属、卟啉单胞菌属和梭菌属。

                    1.4口腔菌群分布口腔菌群受多种因素干扰,如口腔卫生状况、咀嚼的机械力量、唾液中酶活性、温度、pH等,同时口腔与周围环境紧密相通,受食物及空气微生物及来自于其它上呼吸道生态位菌群的影响。尽管如此,口腔的菌群组成也是高度恒定的,不同个体间有共同的核心菌群存在。儿童最初的口腔微生物组成受生产方式、喂养方式和微生物水平传播影响。母乳喂养的婴儿口腔有大量乳酸菌。牙齿萌出,局部微生物组成中拟杆菌(如韦荣球菌属和普雷沃菌属)变形菌(如莫拉菌)。随着年龄的增长,逐渐过渡到类似成人的菌群构成,即葡萄球菌、韦荣球菌属、月形单胞菌属、兼性双球菌属、梭菌属、普雷沃菌属、乳酸菌属和奈瑟氏菌属。唾液中有大量的普雷沃菌、淋病奈瑟菌和流感嗜血杆菌,而齿龈上菌斑和角化齿龈则含有丰富的棒状杆菌。以前认为人的下呼吸道是无菌的,但近期新的下呼吸道标本采集方法的应用以及新的非培养性检出技术的使用,为研究下呼吸道菌群提供了新的方向,研究结果显示下呼吸道的菌群分布与上呼吸道类似,只是数量上明显减少,并非无菌态。


                    2 呼吸系统疾病条件下呼吸道菌群

                    呼吸道感染因其发病率和致死率高,尤其是在儿童和老年人中,已成为全球关注的问题,以往认为呼吸道感染仅仅是由致病菌造成的,随着科学技术手段的进步,尤其是非培养方法检测菌群,现在认为呼吸道微生态与呼吸道健康状况密切相关,患者出现急性加重与呼吸道菌群的变化和呼吸道炎症有关。以往研究采用痰液菌培养方法,在检出急性发作时的细菌明显受限制。最近开展的非依赖培养方法,则揭示了急性发作时菌群的复杂性。通过对痰液标本检测,发现急性加重时,一些通常认为可加重呼吸道症状的细菌选择性增加,包括嗜血杆菌属、假单胞菌属和莫拉克斯菌属,即使在病毒诱导的人模型中,与发病前和药物治疗后相比,出现急性加重时,痰液标本显示菌群组成向着上面提到的这些变形菌门的细菌转换。这些最新研究都未发现急性发作时有菌群多样性的降低,而以往认为急性感染时菌群多样性降低而且含量丰富的细菌的种类在发作前、急性发作以及药物治疗后并没有改变。

                    在哮喘患者,由于以往痰菌培养阳性率低以及哮喘早期抗生素治疗效果不明显,认为细菌与哮喘的发作没有关系。随着血清学检测及以PCR为基础的研究手段的应用,发现哮喘急性发作时普遍存在肺炎链球菌和肺炎衣原体感染。通过支气管肺泡灌洗、气管刷及痰中微生物分析发现哮喘患者呼吸道微生物与健康人群明显不同,菌群中变形杆菌门丰度显著增加,该细菌门包含常见的革兰阴性呼吸道病原菌如嗜血杆菌属、假单胞菌、肺炎克雷伯菌。气道高反应性与菌群密度和菌群构成密切相关,菌群中变形杆菌门丰度增加与患者的气道高反应性有关。

                    这些研究表明慢性呼吸系统疾病呼吸道菌群变化,提示菌群失调是疾病进展的一个特征,改善菌群失调有可能改善感染性疾病的进展。传统观念认为,菌群仅与呼吸道慢性炎症性疾病有关袁如COPD和哮喘等。但是最新研究显示菌群对于急性感染,如急性中耳炎(acute otitis media,AOM)、复发性扁桃体炎也有重要影响。

                    测序分析显示,健康儿童和患轻度中耳炎儿童咽部微生物定植一定密度的病原体,(肺炎链球菌、卡他莫拉菌和流感嗜血杆菌),这会遏制其它共生菌。AOM时病原菌如流感嗜血杆菌、链球菌和巴斯德菌科成员丰度增加,共生菌乳球菌、厌氧芽孢杆菌属、棒状杆菌属和狡诈菌属丰度降低。相反无AOM时棒状杆菌属和狡诈菌属丰度增加。与健康儿童相比,患有AOM儿童鼻咽部的微生物生物多样性和细菌密度降低,变形菌门(主要是嗜血杆菌属)存在与扁桃体炎反复发作有关,而无发作时拟杆菌门(尤其是普世菌属)丰富。


                    3 益生菌在呼吸系统疾病治疗中的应用

                    益生菌产生抗微生物的物质以清除病原菌,阻断毒素调控的反应,干扰病原菌营养的获取和黏附,并限制病原菌的存在及致病作用。益生菌可以通过增强细胞免疫和体液免疫来调节系统中免疫应答,研究表明肠道微生物在过敏患者中可以产生黏膜免疫反应和黏膜耐受。口服的益生菌是非致病的活菌,服用足够量后可以改善机体健康,目前,研究最多的是乳酸杆菌属和双歧杆菌属。

                    经消化摄入的益生菌能够预防呼吸道尤其是上呼吸道感染。2012年包括婴儿、儿童和成人3451人的10个临床实验结果分析显示:同服用安慰剂的对照组相比,益生菌可以降低急性上呼吸道感染率和抗生素使用频率。结果更提示益生菌是一种有效的方式,可以降低 1岁内儿童早期AOM和呼吸道感染反复发作的风险。2014年一项包括MEDLINE在内的8个数据库,涵盖20个随机对照实验的Meta分析数据显示,益生菌对健康儿童和成人的急性上呼吸道感染有改善作用。研究对象为来自西欧国家和美国、俄罗斯及中国等不同国家。12个月到12岁健康儿童和健康成人,单独或联合使用乳酸杆菌属和双歧杆菌属菌株,服用时间 3周至7个月,同时与使用安慰剂的对照组相比,使用益生菌组人群疾病发作期明显缩短(P=0.04),平均缩短 0.5-1d,人均患病天数减少(P<0.01)。服用益生菌组由于呼吸道感染而缺勤的天数比服用安慰剂组明显减少(P=0.02)。

                    除了经消化道摄入益生菌外,还可以通过鼻腔和口腔喷雾给予呼吸道共生菌。鼻咽部定植的生物间动力学及拮抗作用,这些微生物多种多样的感染潜力影响它们的生命周期、改变微环境、改变侵袭力或者对宿主的健康产生影响。致病菌与呼吸道共生菌一同重新定植,可以降低病原菌的水平,从而限制新的呼吸道感染发生的次数。最初的研究使用α-链球菌对于易感中耳炎的6个月至6岁儿童,经过抗生素使用后给予α-链球菌鼻腔喷雾,明显降低了咽扁桃体炎和AOM发生率。

                    体外研究发现,瑞士乳杆菌和唾液链球菌ST3能有效黏附到咽上皮细胞,拮抗化脓性链球菌,并通过刺激促炎细胞表达肿瘤坏死因子来调节宿主免疫。Taverniti等和Santagati等鉴定了13个能产生杀菌素的α-溶血性链球菌,可以抑制革兰阳性病原菌,并发现其中的唾液链球菌不具有任何毒性,可产生针对肺炎链球菌的强力杀菌素。这些研究结果提示选择适合的益生菌,是可能用于临床预防上呼吸道感染。

                    “恢复和调整种群平衡”的微生态治疗方法在预防和治疗呼吸道感染性疾病中发挥重要作用。上呼吸道微生态平衡的生物制剂应该是正常鼻咽部优势菌群和次优势菌群的合理组合,而且最好是活的细菌在鼻咽部成活,才能保证上呼吸道菌群失平衡状态得以纠正。如何选择合适的呼吸道菌株用于呼吸道益生菌制剂,对上呼吸道菌群平衡的恢复至关重要。

                    益生菌的使用还要关注其安全性和耐受性。例如,乳酸杆菌和双歧杆菌通常被认为是安全的,但在特定的人群其使用仍然有重大安全问题存在。如免疫功能低下等人群使用益生菌存在诱发菌血症的风险,新生裸鼠接种人源的分离株,如罗伊氏乳杆菌、双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌等可以导致致命的败血症。使用益生菌的另一个问题是免疫偏离或过度免疫刺激的风险。肠道菌群在正常免疫发育过程中发挥至关重要的作用,那么通过给予益生菌而改变机体的菌群,是有可能产生显著而持久的免疫调节效应的。孕期及出生后1个月是人体免疫系统发育的重要阶段,在此期间给予益生菌干预可能会造成菌群的异常改变从而影响机体免疫应答反应,这些可能造成的影响,都是我们在使用益生菌时应该加以关注的。


                    4 展望

                    呼吸道感染是全球关注的问题,带来巨大的社会和经济负担。传统观念认为,常见的细菌性呼吸道感染包括中耳炎和肺炎,是由少数致病菌,如肺炎链球菌和流感嗜血杆菌所引起的。然而这些致病菌通常是呼吸道共生菌与其它无害的呼吸道共生的细菌、病毒、真菌一起构成了复杂的呼吸道微生态系统。不同的生活模式和环境因素影响,会引起呼吸道微生态系统发生变化,变化的表现是复杂多样的,最终可能导致局部或全身性细菌感染。明确呼吸道菌群中,包括下呼吸道,是否存在呼吸系统疾病的易感亚群。当补充某些益生菌菌株时,这些亚群是否从中获益,需要进一步研究明确,识别特定的益生菌菌株的免疫潜力,以及日常饮食与它们之间的相互作用,深入了解益生菌不同菌株的效用以及它们的作用机制,将有利于我们选择合适的益生菌菌株,用于改善儿童及成人呼吸道感染发生的频率和严重程度。

                    -沈阳医学院学报,2016年1月第18卷第一期


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