慢性阻塞性肺疾病稳定期患者肠道菌群状态与炎性指标及肺功能的相关性分析

邓素敏，朱涛峰，陈如华，马秀琴，顾新南

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是临床上的常见病、难治病，属于严重公共卫生问题［1］，其全因死亡率在美国排第4位，在中国排第3位，是我国农村致死的首要病因，已被纳入重大疾病慢性病管理系统。近年来关于COPD发生、发展的机制研究证明，导致其气流受限的主要原因是有毒颗粒或气体导致的气道和/或肺泡异常［2］，并且慢性气道炎症是其发病机制的关键［1，3］。研究表明，肠道菌群微生态是维持机体内环境稳定的重要因素，当肠道菌群发生紊乱时，肠源性内毒素释放、肠道菌群移位等引起炎性递质释放，从而引发慢性炎症，导致血清炎性因子过量表达，直接或间接地促进COPD的发生及进展［4］。截至目前，关于COPD稳定期患者的肠道菌群状态与炎性指标及肺功能之间关系的相关研究未见报道。因此，本研究观察COPD稳定期患者不同组别肠道菌群状况，分析其与患者炎性指标及肺功能的相关性，为临床治疗提供新的思路。

1 对象与方法

1.1 纳入与排除标准 观察组纳入标准：（1）符合COPD诊断标准，其中肺功能标准是给予支气管舒张剂（吸入400 μg的沙丁胺醇）后第一秒用力呼气末容积/用力肺活量（FEV1/FVC）＜70%，且处于疾病稳定期［5］；（2）年龄＞45岁；（3）签署知情同意书，自愿参加，依从性好。分组标准：按照COPD全球倡议（GOLD）2017综合评估分组标准［5］分为A、B、C、D 4组，A组：慢性阻塞性肺疾病评估测试（CAT）评分＜10分，改良英国医学研究学会呼吸困难指数（mMRC）评分0～1分，

本研究提示：

邓素敏等研究发现，COPD稳定期患者的肠道菌群状态与炎性指标及肺功能紧密相关，肠道菌群微生态失衡与COPD病理演变也存在本质间的关联。这可能成为COPD干预药物新的作用方向，调节COPD患者肠道菌群微生态也或将成为更加优效防控COPD的重要有效手段。近1年内急性加重次数＜2次且无因急性加重住院情况；B组：CAT评分≥10分，mMRC评分≥2分，近1年内急性加重次数＜2次且无因急性加重住院情况；C组：CAT评分＜10分，mMRC评分0～1分，近1年内急性加重次数≥2次或存在因急性加重住院情况；D组：CAT评分≥10分，mMRC评分≥2分，近1年内急性加重次数≥2次或存在因急性加重住院情况。排除标准：（1）患有糖尿病、肝胆肾疾病、胃肠道疾病、心脏病、过敏性疾病、湿疹、血液系统疾病及恶性肿瘤等其他常见疾病；（2）6个月内曾行手术治疗；（3）合并有其他慢性呼吸系统疾病；（4）入选前4周内有COPD急性发作；（5）入选前4周内使用过抗菌药物；（6）入选前4周内使用过免疫抑制剂；（7）配合度极差，无意愿进行本次研究。对照组纳入标准：（1）年龄＞45岁；（2）胸部影像学及肺功能检查正常；（3）签署知情同意书，自愿参加，依从性好。排除标准：（1）各系统疾病患者；（2）6个月内曾行手术治疗；（3）配合度极差，无意愿进行本次研究。

1.2 研究对象 前瞻性顺序纳入2017年6月—2018年6月在江苏大学附属宜兴医院呼吸内科门诊就诊以及呼吸内科病房收住的符合纳入标准的COPD稳定期患者为观察组，按照GOLD 2017综合评估分组标准［5］分为4组，根据医院既往病人收治数量每组20例，纳满即止。共纳入患者80例，其中门诊患者28例，病房患者52例；同期门诊体检健康者20例作为对照组。各组研究对象在测试前1周均未口服乳酸菌等影响试验结果的物质。本研究通过了江苏大学附属宜兴医院医学伦理委员会的批准，研究前患者均签署知情同意书。

1.3 肠道菌群检测 取清晨自然排出的0.5 g新鲜粪便，30 min内送检，按照10倍稀释法稀释至10-8，然后取10 μl分别接种于厌氧培养基培养乳酸杆菌、双歧杆菌，需氧培养基培养大肠埃希菌、屎肠球菌及粪肠球菌，置于37 ℃保温箱内培养 48 h，经革兰染色、生化反应等鉴定计数菌落，计数菌落平均数，结果以每克粪便湿重的菌落形成单位的对数值表示（lgCFU/g）。

1.4 炎性指标检测 抽取各组研究对象清晨空腹静脉血5 ml，以4 000 r/min离心5 min（离心半径5 cm）分离血清，采用酶联免疫吸附试验（ELISA）法检测C反应蛋白（CRP）、白介素8（IL-8）、白介素6（IL-6）的水平（试剂盒购自晶美生物技术有限公司，按说明书严格操作），采用ELISA法检测肿瘤坏死因子α（TNF-α）的水平（试剂盒购自美国R&D公司，按说明书严格操作）；采用荧光素增强免疫化学发光法检测降钙素原（PCT）的水平（试剂盒购自南京诺尔曼生物技术有限公司，按说明书严格操作）；采用鲎试剂显色基质偶氮法检测内毒素的水平（按广西医科大学制药厂新型显色基质内毒素定量检测试剂盒说明书严格操作）。

1.5 肺功能检测 通过日本捷斯特肺功能仪（CHESTAC-8800）检测各组的第一秒用力呼气末容积（FEV1）、FEV1占预计值的百分比（FEV1%pred）、FEV1/FVC。

1.6 统计学方法 采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析。计量资料以（±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；计数资料以相对数表示，多组间比较采用χ2检验；相关性分析采用Pearson相关性检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组患者临床资料及肠道菌群状态和炎性指标及肺功能情况比较 各组患者乳酸杆菌、双歧杆菌、屎肠球菌、粪肠球菌、IL-8、IL-6、TNF-α、内毒素、FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。其中A组IL-6高于对照组，而FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC低于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；B组 FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC低于对照组和A组，C组内毒素高于对照组和B组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；C、D组乳酸杆菌、双歧杆菌、FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC低于对照组、A组和B组，而屎肠球菌、粪肠球菌、IL-8、IL-6、TNF-α高于对照组、A组和B组，D组内毒素高于对照组、A组和B组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；D 组 FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC 低于C组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。各组患者性别、年龄、吸烟情况、体质指数（BMI）、大肠埃希菌、CRP、PCT比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，见表1）。2.2 COPD稳定期患者肠道菌群状态与炎性指标、肺功能的相关性分析 乳酸杆菌、双歧杆菌含量与IL-8、IL-6、TNF-α、PCT、内毒素呈负相关，与FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC呈正相关（P＜0.05）；而屎肠球菌、粪肠球菌含量与IL-8、IL-6、TNF-α、内毒素呈正相关，与FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC呈负相关（P＜0.05）；双歧杆菌与CRP呈负相关（P＜0.05）。乳酸杆菌、屎肠球菌、粪肠球菌与CRP，屎肠球菌、粪肠球菌与PCT不具有直线相关关系（P＞0.05，见表2）。

3 讨论

人体肠道中生存着大量细菌，其数量超过100万亿个［6］，包括30属500种不同类型的肠道菌群，其在人类健康中发挥着重要作用。在生理状态下，肠道内各种菌群之间以及肠道菌群与外界共同构成一种稳定状态，称为肠道菌群微生态，在维持人机体内环境稳态中发挥着重要作用，例如：具有物质代谢、天然生物屏障、促进肠上皮增殖及分化、调节免疫功能等作用［7］。当机体免疫功能低下、肠道菌群失衡时，肠道菌群结构遭到严重破坏，菌群比例失调，乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道优势菌群减少，大肠埃希菌、屎肠球菌、粪肠球菌等条件致病菌大量增殖，进而导致炎性反应等不良事件发生。

现研究已证明，气道炎症是COPD发生、发展的关键，多种炎性细胞和因子共同参与了COPD全身炎性反应的发生与发展，肺泡巨噬细胞、中性粒细胞等炎性细胞通过释放IL-6、IL-8、TNF-α等炎性因子，损伤气道和肺实质，导致气道结构重塑、气道狭窄，最终引起不完全可逆性气流受限［8］。在本研究中发现，COPD稳定期C组、D组患者的乳酸杆菌、双歧杆菌含量低于A组、B组和对照组，而屎肠球菌及粪肠球菌含量高于A组、B组和对照组，且通过分析肠道菌群含量与血清炎性因子及肺功能指标的相关性后发现，乳酸杆菌、双歧杆菌含量与IL-8、IL-6、TNF-α、PCT、内毒素呈负相关，与肺功能呈正相关性，而屎肠球菌及粪肠球菌含量与IL-8、IL-6、TNF-α、内毒素呈正相关，与肺功能呈负相关，提示COPD稳定期C、D组患者发生肠道菌群紊乱情况多于A、B组，且肠道菌群状态与炎性指标及肺功能紧密相关。但肠道菌群失调到底是因是果，目前并不明确。可能随着COPD患者气流受限严重程度的增加，缺氧加重，而缺氧可引起多脏器功能受损、胃肠道瘀血，并引起肠道菌群发生变化，肠道菌群紊乱加重，致使肠源性内毒素增多、炎性递质释放，从而引起慢性炎症，导致血清炎性因子过量表达，直接或间接地促进COPD的气道重塑、肺功能等病理改变，进而形成恶性循环。以下几方面支持此观点：（1）胚胎发育的同源性［9］：解剖学研究证实，肺、气管及肠的结构来源是相同的，这也就决定了肺和肠的病理、功能等必然存在一定关联，因此肠道菌群失调也会影响肺部同源结构组织器官的病理变化［10］。（2）内毒素损伤［4，11］：①COPD患者机体免疫力低下，常发生肠功能紊乱，肠功能紊乱又导致肠道菌群失调，大肠埃希菌、肠球菌等条件致病菌大量增殖，致使肠源性内毒素增多，并大量释放，然后经下腔静脉、右心房、肺动脉及毛细血管，直接导致肺损伤，从而促进COPD的发生、发展。②广谱抗生素的反复使用等导致肠道菌群失调，有时甚至引起细菌细胞溶解从而导致内毒素释放。（3）易位感染［12］：①肠道菌群微生态失调时，肠道黏膜生物屏障作用下降，肠道的机会致病菌易从肠道移位至口咽，一旦机体免疫力下降，就随呼吸道下行从而引起下呼吸道感染，进而诱发COPD急性加重。②COPD患者常伴有细胞免疫功能低下，若合并营养不良，更易引起肠黏膜萎缩、肠道细菌移位，肠道细菌一方面可通过门脉入血导致内毒素血症；另一方面可通过肠黏膜到固有层，然后到达肠系膜淋巴结甚至更远，释放炎性递质、生物活性因子，从而导致肠道细菌易位感染，引起COPD加重。

表1 各组临床资料及肠道菌群状态和炎性指标及肺功能情况比较Table 1 Comparison of clinical data，intestinal flora status，inflammatory indexes and lung function of patients in each group

表2 肠道菌群与炎性指标及肺功能的相关性分析（r值）Table 2 Correlation analysis between intestinal flora and inflammatory indexes and lung function

因此，重视调节COPD患者肠道菌群的微生态平衡，减少内毒素损伤，将成为临床治疗肺系疾病的又一个新的切入点。而本研究受到样本量、检测方法、分析方法等的制约，结果中各组大肠埃希菌含量比较无统计学差异，且CRP与肠道菌群状态基本无相关性，PCT与肠道菌群状态的相关系数也较低，后续研究中将进行多中心、大样本的临床研究，以更全面地反映COPD患者的肠道菌群状况，为预防及治疗COPD拓展新的途径。

作者贡献：朱涛峰进行文章的构思与设计；马秀琴进行研究的实施与可行性分析；邓素敏进行数据收集、整理，统计学处理，结果的分析与解释，撰写论文；陈如华进行论文的修订，负责文章的质量控制及审校；顾新南对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。