呼吸道细菌、病毒、真菌在儿童哮喘中的研究进展*

徐文艺 综述，代继宏 审校

(重庆医科大学附属儿童医院呼吸科/儿童发育疾病研究教育部重点实验室/国家儿童健康与疾病临床医学研究中心(重庆)/儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地/儿科学重庆市重点实验室，重庆 400015)

哮喘是一种以慢性气道炎症为特征的异质性疾病，以喘息、气短、胸闷、咳嗽等呼吸道症状为主要表现。流行病学调查显示，我国儿童哮喘发病率高达3.02%，77.00%哮喘儿童在过去1年内有过哮喘急性发作[1]。哮喘目前无法根治，发病机制不完全明确，众多患者临床症状控制不佳。目前较多研究表明哮喘与微生物的活动有关。呼吸道微生物作为抗原，刺激免疫系统产生免疫反应，形成机体健康的“保护膜”，防止致病微生物的侵袭；受凉、感染、免疫低下等特殊状态会导致致病微生物的侵袭和(或)自身条件微生物群紊乱、呼吸道微生态破坏，引发异常免疫反应，从而导致哮喘的发生。多项研究证明，呼吸道微生物对哮喘发生、哮喘严重程度、哮喘加重和哮喘管理有重要影响。细菌、病毒、真菌是最常见的呼吸道微生物，正确认识呼吸道细菌、病毒、真菌与哮喘发生发展的关系可为早期识别、干预、治疗哮喘提供新的方向。

1 呼吸道微生态

1.1呼吸道微生态的组成 呼吸道微生态是一个完整的系统，由微生物群(包括细菌、病毒、真菌等)、呼吸道组织、解剖结构及物理环境组成。呼吸道黏膜是呼吸道微生态的重要组成部分，其通过介导机体与外来抗原(例如共生体、病原体)的接触识别产生免疫耐受或免疫清除，形成宿主抵抗体外病原的膜免疫屏障。在呼吸系统中，空气与微粒(包括微生物群)的移动是双向的，因此，呼吸道各部位的微生物组成是特异性免疫和微生物生长速率之间达到平衡的结果[2]。

1.2呼吸道微生态是有“菌”空间 经分子生物学技术证明，整个呼吸道均为有“菌”空间，以往被认为是“无菌空间”的肺部也不例外。在婴儿出生早期，微生物就已成功驻扎，形成自身独特而复杂的微生物群，这些微生物群具有多样性、异质性和动态性，其与宿主之间相互作用、相互依存，形成相对平衡状态，一旦微生物群与宿主间平衡被打破，将导致生态失调的病理状态，引发异常免疫反应，导致哮喘等呼吸道疾病的发生。

2 呼吸道细菌与哮喘

2.1哮喘发生与呼吸道细菌定植有关 细菌是呼吸道微生态的重要组成部分。研究显示，出生后24 h，即可在新生儿的下呼吸道中检测到细菌DNA[3]。呼吸道各黏膜部位的菌落组成在生命早期是动态变化并与机体相互作用的，这种作用直接或间接决定了未来的健康与疾病。

新生儿气道中的流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌定植与哮喘的持续发作有关。在2岁以内的病毒感染者中，卡他莫拉菌的定植率与5岁时的喘息发作率呈正相关，上气道中肺炎链球菌、卡他莫拉菌或流感嗜血杆菌的存在可能导致更高的哮喘发病率[4]。在学龄期哮喘儿童的研究中，以莫拉氏菌属为主的鼻微生物群与哮喘恶化风险增加及嗜酸性粒细胞活化呈正相关，而葡萄球菌属和棒状杆菌属与呼吸系统疾病和恶化事件发生率呈负相关[5-6]。此外，对患鼻炎和(或)喘息患儿进行细菌多样性分析后发现，这些患儿上呼吸道总体细菌多样性与棒状杆菌及葡萄球菌的丰度较对照组降低[7]。由于采样困难及伦理学的限制，大部分研究主要对上呼吸道菌群进行分析，下呼吸道菌群的研究相对缺乏。一项基于诱导痰的16S rRNA基因测序分析的研究表明，哮喘患者下呼吸道中变形杆菌数量和微生物多样性增加，而健康对照组则表现出拟杆菌和放线菌富集[8]。由此证明，呼吸道细菌定植与远期哮喘及哮喘样症状的发生率密切相关，菌群种类、菌群多样性的变化及其引发的异常免疫学机制可能是后期发生哮喘的原因之一。

2.2呼吸道细菌如何影响哮喘发生 呼吸道菌群种类及组成多样，不同菌落之间及其与机体间作用复杂，呼吸道细菌对哮喘发生发展的影响机制尚不完全明确，目前认同的主要机制有：(1)呼吸道黏膜的免疫功能受先天性或后天性途径影响。例如，鞘氨醇单胞菌的细胞膜糖脂可以被NKT细胞识别，后者激活Th2细胞以诱导白细胞介素-4(IL-4)和IL-13的表达，从而加剧炎性反应并导致气道高反应性[9-10]。(2)微生物定植可能影响呼吸道黏膜屏障的功能。例如，人鼻病毒感染可抑制上皮细胞凋亡并增加炎性细胞因子的产生，进而导致哮喘患者上皮细胞修复的延迟；(3)呼吸道中的微生物及其代谢产物直接或间接影响疾病的发生。例如，短链脂肪酸(SCFAs)与哮喘风险密切相关。通过激活G蛋白偶联受体信号，SCFAs可以抑制组蛋白脱乙酰基酶，从而控制基因转录，调节T细胞发育并增加IL-10表达[11]。(4)呼吸道微生物群影响药物代谢，从而干扰疾病的治疗。例如，副流感嗜血杆菌激活Toll样受体-4，激活转化生长因子β-相关激酶-1，后者诱导炎症因子(例如IL-8)的转录和促分裂原活化激酶磷酸酶-1的产生，最终导致皮质类固醇抵抗[12]。

流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌等呼吸道细菌的气道定植可能促进儿童哮喘的发生发展，而葡萄球菌或棒状杆菌等对呼吸道健康有保护性作用，呼吸道细菌多样性及相对丰度的变化对哮喘的发生有提示作用。另外，上呼吸道菌群与下呼吸道菌群组成不完全相同，但由于采样困难及伦理学的限制，大部分研究仅限于通过鼻咽拭子方式进行采样，经纤维支气管镜+肺泡灌洗对哮喘稳定期及健康儿童进行采样的很少，因此，下呼吸道菌群与哮喘的关系有待进一步研究。尽管较多研究证明呼吸道菌群与哮喘间存在直接或间接的关系，但这些研究并未良好区分环境、过敏体质、遗传等因素对研究结果的影响。此外，多种呼吸道菌群之间是如何相互作用、呼吸道菌群是如何影响机体免疫功能、各种呼吸道菌群对哮喘发生的影响是否与细菌含量相关等问题均未得到阐明。作者还发现，现有数据大多由小样本量、单中心研究所得，未来还需要更深层次、更广泛层面的临床研究，结合更多方向、更好着力点的实验室研究来说明呼吸道细菌与哮喘的相互关系及影响机制。

3 呼吸道病毒与哮喘

3.1哮喘的发生与呼吸道病毒定植有关 人类出生后早期出现的喘息症状几乎都与病毒感染有关[13]。研究者对健康儿童进行了上气道分泌物的采集和病毒聚合酶链反应检测，大部分标本被检测出人鼻病毒(HRV)、博卡病毒、腺病毒(ADV)、冠状病毒等[14]。说明某些呼吸道病毒作为非致病的“原著居民”在健康儿童的气道内广泛存在。但在健康受试者及无症状和有症状的慢性呼吸道疾病患者中，上呼吸道和下呼吸道病毒的组成和丰度不同[15-16]，同种病毒在不同年龄患者中的检出率亦有不同[15]。HRV、呼吸道合胞病毒(RSV)感染是常见的喘息发作的危险因素，会增加后期哮喘的发生率[17]。此外，流感病毒[18]、人类博卡病毒1型、巨细胞病毒等也会诱发气道炎症，导致喘息发作，增加后期哮喘发生风险，提高住院风险及病死率。

3.2呼吸道病毒如何影响哮喘发生 呼吸道病毒感染诱发哮喘的机制尚不明确，目前认为的主要机制有：(1)病毒感染与气道上皮细胞中IL-25和IL-33的产生有关，IL-33的释放会抑制先天性和获得性抗病毒反应，从而增强气道炎症、气道高反应性，促进气道重塑诱导哮喘发生和恶化[19]。(2)病毒感染后引发的免疫反应会导致免疫球蛋白E(IgE)产生，病毒引起的气道损伤和炎症可通过黏膜屏障损伤机制得到维持[20]。(3)病毒感染诱发大量IgE产生后形成IgE交联，可以抑制机体的抗病毒反应，尤其是病毒介导的浆细胞样树突状细胞的干扰素-α反应，从而增加病毒感染后的哮喘恶化率[21]。(4)基因及基因多态性影响机体对病毒及病毒亚型的易感性。钙粘素相关家族成员3(CDHR3)基因在气道上皮细胞中高表达，编码唯一已知的HRV受体，介导其结合和复制[22]。一些CDHR3基因多态性与儿童哮喘的发生、恶化程度及患儿对HRV C型病毒的易感性增加密切相关[23]。(5)新生儿期特殊病毒感染(如RSV)可能会影响肺部发育。RSV感染后能迅速黏附在嗜酸性粒细胞上并被这类细胞灭活，随着哮喘严重程度的增加，机体嗜酸性粒细胞捕获病毒的能力明显降低，机体的抗病毒反应随之降低，从而导致病毒的复制及气道损伤进展[24]。

呼吸道病毒广泛存在于健康人类呼吸道中，受基因、环境、机体状态等影响，某些病毒的存在或复制可能诱发异常免疫反应；不同病毒类型、病毒载量的高低及宿主年龄因素的差异决定了不同的临床表现形式。这些病毒的存在、病毒载量、病毒与细菌之间的相互作用或其他环境(如过敏源)和宿主因素共同决定了呼吸道疾病的发生。

4 呼吸道病毒-细菌相互作用

细菌、病毒可能对哮喘发生产生影响，但在临床上很难排除混合感染，因此，细菌、病毒的相互影响及其对呼吸道健康可能带来的影响也是临床关注的重点。所有儿童在出生后的几年都会接触并感染多种呼吸道病原体，呼吸道细菌与病毒间存在复杂的关系。某些机会性或潜在致病性细菌可能会导致呼吸道病毒的感染率和严重性增加；同样，呼吸道病毒感染也可能导致呼吸道菌群的变化，这种变化可能会持续存在，并引发其他感染和慢性呼吸道疾病。

研究表明，RSV与摩拉氏菌的混合感染能导致更严重的临床症状。上气道菌群的改变总是先于病毒感染及呼吸道症状的出现，RSV感染与链球菌丰度呈正相关，与摩拉氏菌和嗜血杆菌丰度呈负相关[4]，在RSV与链球菌联合感染时才能看到明显的细菌衍生代谢途径[25]。无独有偶，在HRV感染的研究中发现了类似模式，有症状的HRV感染与摩拉氏菌丰度成正比，与葡萄球菌丰度成反比，并受到细菌多样性的影响，HRV与嗜血杆菌联合感染时才能看到明显的细菌衍生的代谢途径[26]。

细菌、病毒可影响哮喘的发生发展，而细菌与病毒间的相互作用在某种程度上能够影响彼此的代谢过程、致病性及临床症状的严重程度，因此有学者大胆猜测，细菌与病毒的相互作用能够从侧面影响哮喘等疾病的发生，但细菌与病毒相互作用的产物是否能对哮喘的呼吸道疾病的发生造成影响及影响机制尚不得而知。尽管做了很多努力，但人们对副流感病毒、ADV和流感病毒等其他呼吸道病毒知之甚少，细菌和病毒是如何相互作用，如何影响微生态平衡，以及如何影响机体免疫反应尚不明确，未来还需要更多的临床研究予以阐明。

5 哮喘与呼吸道真菌定植有关

真菌也是呼吸道微生物群的重要组成部分，目前发现部分真菌与哮喘及过敏相关，如曲霉属、枝孢菌属及交链孢属等[27]。肺囊虫亚临床定植被认为是2～5个月龄婴幼儿最常见的感染之一。对严重哮喘及轻症哮喘患儿的肺泡灌洗液进行真菌种类及丰度测定分析后发现，严重哮喘患儿肺内囊虫属丰度增加[28]，说明某些真菌的定植可能增加哮喘的严重程度。随着近年来对黏蛋白基因研究的逐渐深入，在遗传学上证实了这一现象出现的可能性[29]。

虽然某些真菌成分如甘露聚糖、蛋白酶、β-葡聚糖及几丁质等在常见的人类过敏源中经常出现，但真菌致敏的机制尚不明确。临床上许多严重和控制不良的哮喘患者有真菌过敏史[27，30]，部分患者抗真菌治疗后症状得到缓解[30]，从侧面说明特定类型真菌丰度失调可能对哮喘的发生机制进展提供条件。研究还发现，糖皮质激素作为目前哮喘治疗的常用药物，引起肺泡灌洗液中真菌丰度增加[27]，提示可能对肺内真菌定植产生影响。真菌菌落的变化与糖皮质激素之间孰因孰果或互为因果，以及真菌群落的变化是否为对哮喘微生态改变所做出的反应，目前尚不明确，需要更多、更全面、多学科的合作研究进行阐明。

6 小 结

无论是细菌、病毒、真菌，还是文中未谈及的支原体、立克次体等微生物群，由于不同类型微生物结构、繁衍机制、致病机制差异，对机体疾病发生均可能起到不同程度的影响。呼吸道微生态结构复杂，受机体结构状态、微生物、遗传、环境等多种因素共同影响，个中因素环环相扣、互相作用，在哮喘这一复杂疾病的发生发展中起到重要作用。

与传统观念不同的是，即便致病微生物并非都会导致哮喘加重，非致病微生物也可能诱发及加重哮喘。部分微生物甚至能起到调整微生态健康的作用，使机体免受这类疾病损伤，自此给了临床工作新的启示：调节微生态的健康能否有助于预防哮喘的发生或减轻哮喘的严重程度？通过增加保护性微生物丰度及降低有害微生物丰度是否能起到理想效果？这种干预模式应通过什么途径进行？以什么结局指标为终点？这种方法又是否会导致其他不良影响？以上种种尚不得而知。尽管做了许多努力，目前对神秘呼吸道微生态的了解仍微乎其微，大部分研究停留在临床研究层面，尚缺乏对其中分子生物学、遗传学机制的研究。

值得庆幸的是，虽然对细菌、病毒、真菌、宿主细胞和宿主免疫系统之间的相互关系并未完全掌握，但越来越多的研究团队开始关注上述因素是如何影响呼吸系统发育、破坏微生态平衡和诱发哮喘的。随着对微生物群在呼吸系统疾病中的作用和潜在机制的深入研究，有机会将其作为疾病风险或治疗效果的生物标志物，早期预见哮喘的发生发展。此外，某些种类的呼吸道微生物及适宜生物多样性能减少呼吸道疾病的发生率，因此，调节呼吸道微生物群组成可能降低呼吸道感染的严重程度，防止喘息和哮喘的发展，减少哮喘的恶化等，为呼吸道疾病的预防及治疗提供机会。目前，对呼吸道细菌、病毒、真菌与哮喘的关系研究较少，尤其对相关作用机制的研究较为缺乏，且哮喘的病程与环境、遗传有着密不可分的关系，机制错综复杂互为因果，单纯研究某种因素的作用而罔顾其他因素共同影响，其结论难以付诸临床实际。未来需要联合免疫学、微生物学、遗传学等多学科进行呼吸道微生态机制的研究，探索哮喘发生发展、症状加重环境的微生态机制，寻找哮喘诊疗的新突破口，为早期预防、识别、治疗、改善预后提供新的思路。