单淑香，王立婧

(天津市宝坻区人民医院呼吸科，天津 301800)

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease COPD)是呼吸系统的常见病和多发病，其特征是持续性气流受限，并呈进行性发展。慢性阻塞性肺疾病急性加重(AECOPD)是COPD患者的重要临床病程，对患者的生活质量、肺功能、疾病进程产生巨大的负面影响。COPD的影响因素中除外吸烟、化学因素、空气污染、遗传[1]，细菌感染在COPD的发病和急性加重过程中起着非常重要的作用，研究表明80%的AECOPD是由感染所致[2]。既往传统观念认为健康人群的下呼吸道是无菌的，但随着16S rRNA检测技术的出现，越来越多的研究表明[3]健康人群以及COPD稳定期患者的下呼吸道均存在微生物，但二者的呼吸道微生物的组成是不同的。本综述通过总结近年来国内外肺部微生物的研究来探讨微生物对COPD的发生发展的影响，并为COPD的治疗方法提供新的途径和思路。

1 下呼吸道微生物组的检测方法

人类的身体被数以万亿的微生物所覆盖，包括皮肤、口腔、呼吸道和肠道等，它占据了大约1%～3%的体重，人体内微生物的总数超过了哺乳动物细胞数量的十倍[4]。目前关于探讨微生物在COPD中作用的研究较少，因此我们对微生物与COPD之间的相互作用的理解仍处于起步阶段。

过去对下呼吸道标本的采集方法包括自然咳痰、经皮肺穿刺活检、经支气管镜保护毛刷取痰、经环甲膜穿刺取痰、支气管肺泡灌洗液等多种方法，对病原微生物的鉴定方法仅依赖于传统的培养模式，该检测方法具有局限性，由于多种细菌物种不能在培养基中生长，故难以获得准确的下呼吸道微生物组的信息[5]。传统观念认为，没有吸烟史、肺功能正常的健康人群的下呼吸道是无菌的。然而随着分子生物学的发展，微生物可以被他们的基因序列所识别而不仅仅依赖于培养基，故传统的培养技术被基因测序所代替，这就是16S rRNA技术。细菌的16S rRNA基因序列具有保守性和种间特异性，而且它的序列库相比于鉴定细菌的其他序列库信息更丰富，该技术的应用不仅使我们对病原菌的鉴定更加精确，也有利于发现罕见致病菌，丰富了流行病学的资料，故它是鉴别细菌种属的理想方法[6-7]。近年来越来越多的研究[8]通过16S rRNA技术证明下呼吸道微生物不仅存在于患有呼吸系统疾病的肺部，同样也存在于健康人群的肺部，这一微生物研究领域的迅速发展刺激了人类对肺部微生物与呼吸道疾病关系的探索，从而使下呼吸道微生物在COPD疾病的发生、发展的作用以及治疗进展的研究得以深入进行。

2 国内外关于微生物与COPD的研究现状

细菌感染及定植与COPD及其加重是一脉相连的，然而目前我们对微生物与COPD的生理学、分子生物学之间的复杂关系仍缺乏一定的了解。目前细菌在COPD中的作用仍然存在争议，结合近年来的研究总结如下：①健康人群与COPD患者下呼吸道菌群的差别：国内外研究学者通过采集正常人和COPD患者的支气管肺泡灌洗液，采用16S rRNA技术检测到二者的肺部存在共同的“核心微生物群”[9]，包括普雷沃菌属、鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、梭形杆菌属等，然而正常人群和COPD患者的下呼吸道微生物组是有差异的，变形菌门在COPD患者中多见，厚壁菌门在正常人群中更常见，且与健康人群对比，COPD患者的标本含有更多的流感嗜血杆菌。②AECOPD的常见致病菌：近年来国内外的学者均对AECOPD患者的痰液进行细菌学鉴定，发现AECOPD最常见的致病菌为流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌和铜绿假单胞菌[10]。并且研究表明[11]流感嗜血杆菌是COPD急性加重的最常见的微生物。③稳定期COPD的定植菌与AECOPD的关系：稳定期的COPD患者同样存在下呼吸道的细菌定植，而定植菌与AECOPD的发生、发展的关系尚未明确，研究发现COPD稳定期患者的下呼吸道细菌定植量越高，其急性发作的次数也越多[12]，定植细菌可能成为炎症的刺激物，诱导机体的炎症细胞产生更多的炎症因子和趋化因子，加重炎性反应[8]；并可增加气道白细胞浓度，白细胞过多可使肺组织易被蛋白酶破坏，并且定植菌可破坏原有的组织结构加重慢性炎症的进程，降低肺功能[13]。

3 COPD患者肺部微生物的影响因素

影响肺部微生物的影响因素众多，综合查阅近年来国内外的文献总结如下：①年龄：国外纵向分析表明随着年龄的增长，微生物的多样性降低[14-15]。②吸烟：目前公认吸烟是COPD的主要危险因素，而近年来吸烟对下呼吸道微生物的影响也是研究的热点。Erb-Downward等研究表明通过采集吸烟与非吸烟的志愿者的肺泡灌洗液，通过16S rRNA检测技术得出吸烟可以明显降低下呼吸道菌群的多样性[16]。③肺功能：健康人群的下呼吸道的细菌种类明显多于COPD患者，并且种类减少的程度与COPD的严重程度呈正相关，也就是说气道阻塞的严重性显著降低微生物的多样性[16]；近年来国内外的研究表明[16-17]，对于COPD患者来说，肺功能级别的不同其下呼吸道细菌定植情况不同。轻至中度AECOPD患者的感染的细菌主要是流感嗜血杆菌、肺炎链球菌、卡他莫拉菌为主，重度的AECOPD患者则以铜绿假单胞菌、肺炎克雷白杆菌等革兰氏阴性杆菌为主。最近有两项研究表明随着COPD患者肺功能的降低，其铜绿假单胞菌等革兰氏阴性杆菌的机率就越高[18]。现有研究证明，不同严重程度的AECOPD，致病菌种类不同。随着肺功能的下降，显示AECOPD 的致病菌从肺炎链球菌向流感嗜血杆菌、肠杆菌科细菌、铜绿假单胞菌转化[19]。④药物：Pragman等研究表明吸入抗生素、糖皮质激素对微生物的多样性产生负面影响，并且研究表明COPD患者吸入糖皮质激素增加肺炎的风险[20]。对中重度COPD患者常采用广谱抗菌药物治疗。Erb-Downward等对做肺移植的COPD患者手术切除的肺进行多点采样，以16S rRNA PCR技术分析证实，长期暴露在广谱抗菌药物下，患者下呼吸道微生物组多样性明显减少[16]。⑤肺内微生物分布不同：国外研究者通过采集COPD患者的支气管灌洗液进行检测，发现下呼吸道分泌物的多样性较上呼吸道较低，并且其细菌负荷高于上呼吸道；即使同一名受试者，不同肺部组织的微生物群落是不同，这表明COPD患者体内的肺部微生物组是不均匀的[16]。

4 肠道微生物对COPD的作用

微生物通过影响营养物质的吸收、维生素的合成及外源物质的代谢、调节免疫功能等途径将感染、自身免疫、肥胖、心脏疾病以及恶性肿瘤联系到一起[21]。研究表明，肺部的菌群失调会引起宿主过度免疫激活，恢复微生物的稳态可能提高宿主的健康水平[16]。影响COPD的微生物不仅仅局限于肺部的微生物，现在越来越多的研究表明[20]胃肠道微生物的变化对肠外器官产生深远的影响。国外研究[22]，观测到抗生素与肥胖的相关影响，研究表明抗生素可导致动物体重增加，并且已被许多国家应用作为增长体重的因素，在小鼠的研究中显示，肠道抗生素可以产生短链脂肪酸的代谢产物，并且抗生素可引起肝酶升高及促进三酰甘油的合成。

目前关于肠道微生物对肺部疾病影响的研究相对较少，国内外研究[23]显示肠道菌群通过局部及全身的方式参与了宿主的免疫系统，目前已知的微生物物种如脆弱拟杆菌和分节丝状菌，其可影响炎症性T细胞和调节性T细胞数量之间的平衡。国外两组临床试验研究显示，与接受安慰剂的对照组相比[24]，口服肠道益生菌可明显降低肺囊性纤维化患者急性加重的频率。研究表明[22]，对于机械通气的患者，给予口服益生菌能显著降低呼吸机相关肺炎的发病率；另有研究显示[4]，口服益生菌对预防上呼吸道感染有益处；早在数年前钟南山在国内首次通过给予COPD患者口服八种细菌提取物来观察其对COPD的预防作用[25]，研究结果显示口服八种细菌提取物可以降低COPD急性发作的频率、减轻发作的严重程度、缩短病程及减少抗生素的使用量，与国际许多临床研究结果相吻合。八种细菌提取物可通过增强各种免疫细胞活性以及免疫细胞因子生成，从而提高呼吸道黏膜的免疫力、减少细菌感染、以及减少气道分泌物。

近来补充益生菌以及菌群移植已成为国际上的热门研究课题并被建议作为一个治疗变应性疾病的治疗手段。肠道菌群是否可能通过免疫机制而影响肺部疾病，其对呼吸道菌群的影响和改变是目前研究的新兴领域，为慢性肺部疾病治疗提供新的途径。

综上所述，随着16S rRNA测序技术出现，下呼吸道微生物组在COPD发病和疾病进展中作用的研究得以深入进行。新的检测技术更加确认了细菌感染对于COPD急性加重的重要意义，既往研究表明AECOPD的常见的致病菌为流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌和铜绿假单胞菌，并且稳定期COPD患者的下呼吸道存在细菌定植，其细菌的多样性受多种因素影响，如年龄、吸烟、肺功能、用药情况等。然而影响COPD的微生物不仅仅局限于肺部，国内外研究均表明口服益生菌及细菌提取物对COPD有一定的预防及治疗作用。

目前国内关于COPD下呼吸道及肠道微生物组的研究尚处于初期阶段，大多数研究仅限于传统的培养模式，依据国外现有的研究我们可以推测下呼吸道微生物组多样性的改变可能和COPD的发生、进展以及急性加重相关，关于COPD患者稳定期与急性加重期呼吸道及肠道微生物组动态变化的研究是一个崭新的领域，值得进一步探讨。

[1] 牛颖梅，童朝辉，王 辰.感染因素与慢性阻塞性肺疾病[J].国际呼吸杂志，2007，27(9)：685.

[2] 蒋旭宏，王 原.急诊科C、D患者慢性阻塞性肺疾病细菌分布及耐药性分析[J].中华急诊医学杂志，2013，22(6)：626.

[3] 沈 宁，贺 蓓.细菌感染与免疫在慢性阻塞性肺疾病发病和疾病进程中的作用[J].中华医学杂志，2012，92(14)：941.

[4] Gollwitzer E S，Marsland B J. Microbiota abnormalities in inflammatory airway diseases - Potential for therapy[J]. Pharmacology & Therapeutics，2014，141(1):32.

[5] 张 建，廖 丽.不同严重程度的慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者痰培养菌种分布及耐药性分析[J].重庆医学，2011，40(30)：3063.

[6] Janda J M，Abbott S L.16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory：pluses，perils，and pitfalls[J].Journal of Clinical Microbiology，2007，45(9):2761.

[7] 汪志方，徐金富.下呼吸道微生物组在慢性阻塞性肺疾病发生发展中的作用[J].中华全科医师杂志，2014，13(7)：565.

[8] Giannella M，Valerio M，Franco J A，et al.Pacemaker infection due to Mycobacterium fortuitum：the role of universal 16S rRNA gene PCR and sequencing[J].Diagnostic Microbiology & Infectious Disease，2007，57(3):337.

[9] 刘雁冰，王 燕，崔立波.慢性阻塞性肺疾病稳定期下呼吸道细菌定植状况[J].国际呼吸杂志，2007，27(14)：1085.

[10] Zakharkina T，Heinzel E，Koczulla R A，et al.Analysis of the Airway Microbiota of Healthy Individuals and Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease by T-RFLP and Clone Sequencing[J].Plos One，2013，8(7):e68302.

[11] Pragman A A，Kim H B，Reilly C S，et al.The Lung Microbiome in Moderate and Severe Chronic Obstructive Pulmonary Disease[J].Plos One，2012，7(10):S77.

[12] Yawn BP，Li Y，Tian H，et al.Inhaled corticosteroid use in patients with chronic obstructive pulmonary disease and the risk of pneumonia:a tetrospective claims data analysis[J].Int J Chron Obstruct Pulm Dis，2013，8:295.

[13] 黄惠雪，王浩彦，李京明.稳定期慢性阻塞性肺疾病细菌定植与炎症细胞的关系[J].心血管病杂志，2007，26(2)：103.

[14] Marsland B J，Gollwitzer E S.Host-microorganism interactions in lung diseases[J].Nature Reviews Immunology，2014，14(12):827.

[15] Klepac-Ceraj V，Lemon K P，Martin T R，et al. Relationship between cystic fibrosis respiratory tract bacterial communities and age，genotype，antibiotics and Pseudomonas aeruginosa[J].Environmental Microbiology，2010，12(5):1293.

[16] Erbdownward J R，Thompson D L，Han M K，et al.Analysis of the Lung Microbiome in the “Healthy” Smoker and in COPD[J].Plos One，2011，6(2):e16384.

[17] 蒋旭宏，王 原.急诊科C、D患者慢性阻塞性肺疾病细菌分布及耐药性分析[J].中华急诊医学杂志，2013，22(6)：626.

[18] Millares L，Ferrari R，Gallego M，et al.Bronchial microbiome of severe COPD patients colonised by Pseudomonas aeruginosa[J].European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases Official Publication of the European Society of Clinical Microbiology，2014，33(7):1101.

[19] 曹 彬，蔡柏蔷.关注细菌感染在慢性阻塞性肺疾病急性加重时的作用[J].中华内科杂志，2006，45(12)：969.

[20] Pragman A A，Kim H B，Reilly C S，et al.The Lung Microbiome in Moderate and Severe Chronic Obstructive Pulmonary Disease[J].Plos One，2012，7(10):S77.

[21] Chambers D C，Gellatly S L，Hugenholtz P，et al. JTD special edition ′Hot Topics in COPD′-The microbiome in COPD[J]. Journal of Thoracic Disease，2014，6(11):1525.

[22] Gollwitzer E S，Marsland B J.Microbiota abnormalities in inflammatory airway diseases - Potential for therapy[J]. Pharmacology & Therapeutics，2014，141(1):32.

[23] Han M L K，Huang Y J，Lipuma J J，et al.Significance of the microbiome in obstructive lung disease[J].Thorax，2012，67(5):456.

[24] Dickson R P，Martinez F J，Huffnagle G B.The role of the microbiome in exacerbations of chronic lung diseases[J].Lancet，2014，384(9944):691.

[25] 李 靖，郑劲平，袁锦屏.口服八种细菌提取物对慢性支气管炎合并慢性阻塞性肺疾病急性加重的预防作用[J].中华结核和呼吸杂志，2004，27(9)：631.