何贵强 郎艳竹 赵顺顺 王小静 欧阳瑶
遵义医科大学附属医院呼吸与危重症医学科（贵州遵义563000）
慢性阻塞性肺疾病，是一种常见的呼吸系统疾病，主要包括慢性支气管炎和肺气肿。它的特征是下呼吸道进行性慢性炎症和由部分不可逆气道阻塞引起的气流受限［1］。该病的常见症状包括呼吸困难、咳嗽、咳痰和因长期接触香烟烟雾（cigarette smoke，CS）或污染物而导致的呼吸道成分改变［2］。CS 主要通过缺氧和增加细菌生物膜的形成，来影响肺微生物组成［3］。吸入CS 会激活上皮细胞，以及免疫调节细胞（包括中性粒细胞、巨噬细胞和T 淋巴细胞）［4］。呼吸道是微生物进入人体的主要入口之一，因此它在微生物群的组成中起着关键作用。研究发现，COPD 患者肺部厚壁菌属、链球菌属、劳特罗普菌属丰度的增加与拟杆菌门丰度的下降，参与全身炎症反应［5］。COPD 患者肠道和肺微生物群的动态变化，与COPD 急性加重及病情进展有关［6］。目前肺微生物群在COPD 中的作用机制尚不清楚，本文就肺微生物群与COPD的关系展开综述。
传统上，肺被认为是无菌的，并且在原始的人类微生物组项目中被排除在五个主要身体部位（胃肠道，口腔，阴道，皮肤和鼻）之外［7］。独立于培养的技术（如16S 核糖体RNA 和宏基因组测序），表明即使没有感染的临床证据，肺部也含有大量的微生物群落［8］。从出生开始，新生儿的呼吸道就被微生物群迅速定植，显示出少量和不太复杂的微生物群落［9］。随着年龄的增长，肺微生物群的生物多样性、生物量和复杂性增加，并趋于动态平衡［10］。在健康受试者中，肺部发现的常见微生物包括变形杆菌、厚壁菌和拟杆菌［11］。其次，在疾病或免疫失调状态下，肺部会出现其他生物体，例如病毒或真菌［12］。研究发现在COPD 患者肺中，曲霉菌属、枝孢菌属、青霉菌属占主导地位［13］。肺微生物群的状态，由宿主的免疫系统保存和控制。因此，肺微生物群的变化会调节宿主的免疫和新陈代谢，进而改变气道中细菌的生长条件，并使炎症和生态失调的循环持续下去［14］。那么，肺微生物群是否影响COPD 以及它们之间有何联系，其具体机制是怎么样的，还需要进一步的研究探讨。
由先天性和适应性成分组成的免疫系统，可通过微生物群的改变，调节肺微环境稳态。肺微生物群不断与空气接触，与入侵的微生物竞争，调节和影响肺微环境，增强免疫系统对病原体的作用［15］。而肺微生物群和免疫系统的相互作用，可促进保护性反应和支持免疫耐受［16］。在肺微生物群的组成和功能发生变化后，可能产生相应的病理改变。在气道上皮中，定位模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）、巨噬细胞（macrophage，mφ）和树突状细胞（dendritic cells，DC），它们都能够识别微生物分子并将其区分为危险或不危险。
2.1 Toll 样受体（toll-like receptors，TLR）与呼吸道微生物群或病原体相关的损伤，将导致先天性免疫细胞表达的TLR 诱导免疫耐受。一方面，肺微生物群通过与气道TLR 和吞噬细胞的相互作用，产生免疫耐受，防止过度的气道炎症反应［17］。例如，针对铜绿假单胞菌（pseudomonas aeruginosa，pa），微生物群通过TLR 刺激免疫球蛋白A 的产生，以提高宿主防御能力；
而针对大肠杆菌（escherichia coli，EC），脂多糖可通过TLR-4 刺激肺泡巨噬细胞，释放炎性细胞因子［18］。TLR 激活机体炎症反应的各个阶段，有助于消除入侵的病原体并协调全身免疫防御［19］。鞭毛蛋白是一种TLR-5 激动剂，可保护小鼠和灵长类动物免受呼吸道感染。PÉREZ-CRUZ 等［20］发现，使用鞭毛蛋白可预防暴露于CS 的小鼠的细菌感染，并且改善其肺部炎症和气道重塑。在肺炎链球菌感染期间，全身注射鞭毛蛋白可激活3 型先天性淋巴细胞在肺组织中迅速积聚，刺激呼吸道黏膜白细胞介素-22（interleukin-22，IL-22）的产生，对抗细菌感染［21］。SHARAN 等［22］报道，IL-22 可促进中性粒细胞的募集、抗菌肽的合成和紧密连接分子的表达。他们还发现COPD 期间感染易感性增加，与IL-22 产生缺陷有关。BUDDEN 等［23］发现，在COPD 患者和长期暴露于CS 的小鼠中，感染细菌后IL-22 的产生受到抑制。另一方面，TLR 可诱导IL-5、IL-13 和干扰素-γ 等炎性细胞因子，将免疫细胞募集到肺部，从而加剧气道炎症［24］。DOYLE 等［25］报道，IL-13 可刺激肺泡巨噬细胞释放基质金属蛋白酶-12，诱导气道空间扩大，导致肺气肿和气道炎症。另外，在IL-13 敲除的小鼠中，肺微生物群的厚壁菌和变形菌相对缺乏［26］。
2.2 巨噬细胞肺微生物群还通过募集和激活调节性T 细胞、mφ 和DC 阻止侵入性微生物的生长和扩散，并调节机体免疫耐受。巨噬细胞是气道的重要防御成分，可充当与外部抗原对抗的哨兵。根据其功能可将其分为具有促炎能力的M1 型mφ，以及具有吞噬能力和抗炎能力的M2 型mφ［27］。巨噬细胞极化，可能与COPD 有关［28］。WANG 等［29］发现，CS 可促进M2 型mφ 极化和诱导MMP-12释放的IL-4 增加，导致肺气肿；
M2 型mφ 可上调粘蛋白5AC 的表达，导致黏液分泌过多引起气道阻塞。其次，细菌代谢物如丁酸盐，可在体内和体外诱导M2 极化，并抑制巨噬细胞的M1 极化［30］。ZHU 等［31］报道，补充丁酸梭菌可使肺巨噬细胞M2极化增加、IFN-γ 和IL-17 释放减少，从而改善肺部炎症反应和免疫失调。
2.3 气道黏液分泌在COPD 中，气道黏液的分泌也参与这种宿主-肺微生物的相互作用。一方面，肺微生物群影响黏液的产生以及气道上皮分泌的抗菌肽和免疫调节肽，例如导管素和β-防御素，并且这两种蛋白都参与微生物群的组成［32］。另一方面，积聚在肺内膜上的黏液会促进微生物群的改变，以及巨噬细胞和中性粒细胞的增殖，从而诱导免疫介导的气道受损和肺功能减退［33］。综上，COPD 中肺微生物群通过激活气道TLR、募集和激活免疫细胞、促进气道黏液分泌等途径影响机体的免疫活动，从而加剧气道炎症。同时，肺微生物又受到免疫系统和COPD 疾病本身的影响。因此，抑制TLR 的激活可能成为一种COPD 新的治疗策略。
在COPD炎症期间，肺泡巨噬细胞和中性粒细胞能够产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）［34］。ROS 的水平增加会导致周围黏液的氧气消耗，从而将肺微环境从需氧环境转变为厌氧环境，进而导致厌氧细菌的增加。pa 是存在于肺部的厌氧菌，它们能够在需氧和厌氧条件下生活，并且在某些情况下会导致疾病的产生。据报道，当肺部细菌多样性减少时，pa 就会增加［35］。另外，pa 是引起急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征的重要条件致病菌，感染pa 与患者的高死亡率相关［36］。在厌氧条件下，pa 通过反硝化途径进行代谢活动，该途径使用氮氧化物作为最终电子受体［37］。SCALES等［38］发现，炎症可以为pa 呼吸提供末端电子受体，并且支持其大量繁殖。其次，COPD 巨噬细胞的吞噬功能缺陷，与线粒体功能的改变以及无法调节线粒体ROS（mitochondria ROS，mROS）的产生有关［39］。在健康个体中mROS 浓度由清除的酶控制，可防止细胞损伤［40］。BARNES 等［41］报道，在COPD 患者的巨噬细胞中mROS 不断增加。研究发现，巨噬细胞可通过mROS 的免疫调节功能消除细菌［42］。综上，肺微生物可能参与COPD 氧化应激，线粒体功能改变可作为COPD 新的研究方向。
4.1 对COPD 稳定期、恢复期的影响肺是一个脆弱的器官，因为它直接与外部环境交流，而接触微生物、过敏原和污染物会改变肺微生物群的组成。细菌的持久性受到多种因素的影响，例如氧气浓度、pH 和温度的变化。这些因素的改变会导致微生物菌群失调，从而导致COPD 等慢性气道疾病的发展［43］。在最近的一项研究中，对COPD 患者和健康对照者的痰液进行分析，可以显示肺微生物群的组成存在差异［44］。TANGEDAL 等［45］对COPD 患者的痰液进行DNA 序列分析，发现链球菌、罗西氏菌、普氏菌属、韦荣氏菌属和嗜血杆菌属共包含68%的所有序列，而在病情加重期间它们是占主导地位。因此，COPD、哮喘等肺部疾病可能导致微生物群失衡、细菌消除无效和气道改变。CAVERLY 等［46］表明，上述改变可诱导微生物生态位的形成，从而促进常见厌氧共生菌（如普雷沃氏菌和韦荣氏菌）的生长和增加。这些共生体在淋巴细胞和中性粒细胞的支持下，会进一步加剧气道炎症［47］。目前COPD 患者样本中的微生物多样性，受到标本的类型、接受的治疗类型和疾病严重程度的影响。因此，COPD 和肺微生物菌群之间的关系，还需要更多的临床数据来证实。
4.2 对COPD 急性加重的影响COPD 急性加重的特征，是气道炎症加剧以及与肺功能降低相关的病情恶化［48］。临床症状包括咳嗽加重、呼吸困难、发热和痰色或粘稠度改变［49］。COPD 急性加重通常是由病毒性和细菌性呼吸道感染引起的，常见病原体包括流感嗜血杆菌（haemophilus influenzae，HIB）、pa 和卡他莫拉菌。HIB 是一种革兰氏阴性球杆菌，其缺乏多糖胶囊，是导致COPD 病情恶化和产生合并症的主要原因［50］。HIB 膜蛋白可诱导COPD 小鼠和培养的人上皮细胞产生粘蛋白5AC，加剧气道炎症［51］。其次，CS是COPD急性加重的重要风险因素。研究表明，CS 相关的COPD患者之间存在气道微生物群的差异［52］。据报道，在戒烟的COPD 患者中，肺微生物改变与增强的气道炎症相关，并且气道中HIB 的数量相对丰富［53］。另外，不同的肺微生物群暴露也影响COPD 急性加重。研究发现，感染链球菌或罗氏菌的稳定期COPD 患者的恶化率，往往低于感染pa 的患者［54］。而在频繁恶化的COPD 患者BALF 中，检出pa、硒单胞菌、厌氧球菌菌落增加［55］。综上，肺微生物菌群的失调，可能是稳定期COPD 患者急性加重的一个重要因素。
综上，COPD 是一种异质性和多因素疾病，以多种临床表型为特征。肺微生物群的变化，有助于对COPD 的发病机制加深理解，以及对患者的恶化风险、生活质量有重要影响。但肺微生物群和COPD 的关系目前还存在以下问题：（1）肺部优势病原菌是否可抑制肺内常驻细菌的生长，并促进COPD 的疾病发展；
（2）肺微生物群的生态失调，与气道炎症和肺损伤之间是否存在反馈循环；
（3）肠道微生物群是否影响COPD 的发病和进展。肺微生物群是COPD 有前景的治疗靶点，因此我们需要进一步探究肺微生物群在COPD 中的作用机制。
【Author contributions】HE Guiqiang wrote the article.LANG Yanzhu，ZHAO Shunshun and WANG Xiaojing revised the article.OUYANGYao supervised the validity of this article.All authors read and aplproved the final manuscript as sub-mitted.
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