【感染科普笔记2023-11-23】宋振举丨重症肺炎患者肺部微生态研究进展

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讲者丨宋振举(复旦大学附属中山医院)
整理丨万艳春（江苏省淮安市第一人民医院分院）
审核丨蓝雪0816
来源丨SIFIC 2023“全国感控与耐药感染”联合大会
肠道微生态是大家以往关注比较多的一个课题，而肺部和口腔的微生态是近几年越来越受到关注的研究项目。宋振举教授带领的研究团队通过一个应用高通量测序技术(NGS)进行脓毒症的病原体早期诊断的全国多中心临床研究，分析数据时发现肺部微生态和病人的愈后、肺部的免疫显著相关。SIFIC 2023“全国感控与耐药感染”联合大会上，复旦大学附属中山医院的宋振举教授为我们介绍了他们团队的研究成果，如何应用肺部微生物群预测重症社区获得性肺炎的预后。



一、重症社区获得性肺炎(SCAP)
SCAP 是公认的术语，用来描述 ICU 收治的 CAP 患者，与高临床负担有关。2017年，649/100,000 CAP 需要住院治疗。SCAP因其高死亡率（25-50%）、并发症、短期和长期后果而成为ICU面临的主要挑战。中国发病率7.13/1000人/年[95% Cl 6.11-8.15]。
二、健康肺中的肺部微生物群
肺部的微生态近年来关注度比较高。通过声门上(SG)与不同肺内标本的平板计数琼脂培养（PCA）比较，可以看出，除右上叶（RUL）外，声门上微生物群落与肺部明显不同。上呼吸道微生物群对支气管肺泡灌洗（BAL）微生物群没有影响，其中口鼻微生物群落差异显著，支气管镜插入方式对BAL微生物群无明显影响。肺的三个部位的微生物群与声门上间隙的微生物群有统计学差异。不同肺段微生态分布不一样，但总体相差不大，而发生感染时易感菌在不同肺段的分布则有明显的差别。所有健康的肺都是一样的，肺部微生物群落复杂多变。在健康状况下，肺部微生物群由迁移和消除的平衡决定。正常的微生态对维持肺部的免疫微环境发挥了非常重要的作用，如果外来感染病原体进入肺部，它的微生态会产生较大变化，它会动态的清除，当它清除不行或者失衡时，就会导致肺部的菌群变化，继而影响整个肺部微环境的变化。当pH改变、病人插管、酸中毒、氧气失衡、营养不良等情况时，尤其是免疫抑制者或正常人发生感染时，微生物群改变非常大，会造成免疫失衡。
三、肺部微生物群与肺部疾病
不健康的肺各有各的不健康，危重患者的肺部微生物群发生了彻底的变化。健康肺部的环境对细菌来说营养不良，肺泡灌洗液中的蛋白质含量最低。不同的营养状态，患者肺部的微生态也是不一样的，尤其是ARDS病人。研究者通过观察ARDS患者肠道菌群的变化，对其肠道微生态进行监测，同时采集了ARDS患者的肺泡灌洗液，研究发现很多肠道菌群移位到肺部，用宏基因组测序发现，它们之间的相关性能达到98%、99.9%、98.9%。动物实验也验证，肠道菌群的移位很容易导致血流感染和肺部感染，它们也是同一株病原体。以前大家都知道肠道菌群移位和肺部感染之间有相关性，但是只是猜测，随着测序技术的出现能够进一步的证实。例如严重肺部感染的患者，感染后期肠道里的肺炎克雷伯杆菌或者肠球菌非常多，他们是不是同一组？研究者用宏基因组测序方法，发现肺炎克雷伯杆菌99.9%的系列是一致的，肠球菌是99.8%的一致性，说明肠道的微生态和肺微生态之间有明显的相关性。宿主与其失调的肺部菌群之间的相互作用方式是一个尚未被探索的干预目标。
儿茶酚胺与肺泡细菌生态系统紊乱有关，肺泡儿茶酚胺浓度的增加与一种优势菌群（铜绿假单胞菌）周围肺部微生物群的崩溃密切相关。患有慢性阻塞性肺疾病（COPD）期间微生物群会恶化，变形杆菌特别是莫拉氏菌在病情加重时升高，治疗后出现逆转。嗜血杆菌和莫拉氏菌与宿主免疫和炎症模式的不同组成部分有关。在肺部疾病情况下，例如COPD患者、特发性肺间质纤维化（IPF）患者，菌群发生的变化和疾病愈后有关，在稳定期、急性感染期、出院以后，患者的呼吸道微生态有明显变化，而且跟愈后有明显的相关性。
肺部的局部微环境，例如白介素6是近两年研究比较多的，它和微生态、细菌负荷之间明显相关。研究发现，肺泡细菌负荷可以预测IPF的疾病进展。肺泡IL-6与厚壁菌门正相关，肺泡 IL-12p70与变形杆菌门呈负相关。
四、新冠肺炎中的肺部微生物群
COVID-19患者微生物群落主要由链球菌和韦荣氏球菌组成。研究发现感染后愈后较好的患者和死亡的患者，它的细菌负荷不一样。随着时间的推移，死亡组的链球菌数量逐渐减少。病例死亡率（CMR）随着链球菌丰度的增加而下降。成功拔管的COVID-19患者肺部细菌DNA含量较低，并与细胞因子相关。拔管患者和死亡或仍在插管的患者之间的肺部细菌微生物群或群落组成存在差异。COVID-19患者刚刚住院时，肠道和肺部的细菌负荷就明显不一样，组成也不一样。感染的拔管病人、长期不能拔管、死亡的病人，他们之间都明显不一样，包括细胞因子也不一样，所以跟愈后之间有很大相关性。
五、肺部微生物与肺炎
ARDS患者和非ARDS患者之间，肺部微生物群明显不一样，患者的愈后也很明显的不一样。与非ARDS患者相比，ARDS患者肺部细菌负荷增加，但群落多样性丰富度无差异。肠杆菌科是 ARDS 和非 ARDS 之间最具区别性的分类群。肺部细菌群落组成对呼吸机撤除天数有显著预测作用。毛螺菌科和肠杆菌科是撤除呼吸机天数的最强预测因子。
（一）研究目的
使用宏基因组下一代测序（mNGS）对肺部微生物群进行定量和表征检测

• 比较SCAP和CAP肺微生物群的差异。
• 分析SCAP患者死亡的危险因素。
• 建立SCAP患者死亡率的预测模型。
  

应用mNGS的方法对严重感染的患者检查早期的病原。研究团队选择一些ARDS、重症肺炎等危重患者和CAP患者，研究其入院时、感染7天后、2周后，病原体如何发生变化；对病原体检测的同时进行宏基因组测序，动态研究CAP和SCAP患者肺部微生态变化；这些变化和患者的愈后、肺部的免疫微环境之间相关。
（二）方法


（三）结果
研究者对患者的临床特征和宏转录组的测序特征做了一个相关性的分析，结果显示，SCAP患者比CAP患者的临床指标相差较大。

• 在BALF和痰液中，CAP组的微生物群落多样性和丰富度均明显高于SCAP组。与CAP患者相比，SCAP患者的β-多样性显著下降。这些感染的患者在刚刚入院的前几天，肺部的微生态多样性指数就发生了明显的下降。随着病情的变化、大量的抗生素使用，肺部的微生态变化与口腔、肠道的微生态变化是一致的，微生态多样性指数都是明显下降。这些微生态的变化是与病人的病情严重程度、大量的抗生素使用均有关。动物实验也验证了这一点。
• 在CAP-BALF中，隐孢子菌、黑素增生顶孢菌的相对丰度较高，粘胶罗氏菌、副血链球菌和唾液链球菌在CAP痰液中的相对丰度显著较高。研究发现，入院第七天后，继发感染的患者大部分是鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌，而罗氏菌和肺炎链球菌发生了明显下降，所以在正常的呼吸道微生态里，它们具有一定的保护作用。
• APTT、淋巴细胞和免疫抑制剂使用史与绿色假单胞菌、荧光假单胞菌、假单胞菌和假单胞菌蛋白呈显著正相关，而APACHE II与上述病原体呈负相关。
• 未存活患者的多样性指数（Shannon）、辛普森指数（Simpson）及超氧化物歧化酶（Chao1）、血管紧张素转换酶（ACE）指数均显著降低。从反映住院病人微生态多样性指数的一些指标来看，存活的病人是不断的在改善，但是对于死亡的病人是不断的恶化，尤其是BALF里指标明显变化。与存活患者相比，未存活的SCAP患者的β-多样性显著下降。而致病病原体在痰液和BALF里明显上升，细菌负荷明显增加。
• 研究者建立一个模型，查看临床指标、肺部微生态指标和愈后之间的相关性，随机分为试验组（70%）和验证组（30%）。Logistic多变量分析后：APTT、SOFA、Simpson指数、肺炎链球菌的存在和免疫抑制剂的使用与28天死亡率独立相关。研究说明危重患者和轻症患者的微生态微环境也发生了变化。研究还发现6个基因与肺部的免疫微生态有相关性，其中4个是代表炎症基因，有几个代表肺泡上皮基因。一个欧洲的同期研究发表了类似的文章。中性粒细胞脱颗粒的改变是肺部微环境主要影响因素，肺部的微环境和白介素通道相关。SCAP死亡患者和SOFA评分未降低患者的免疫反应受到抑制。
  

（四）小结
研究描述了SCAP和CAP患者肺部微生物群的特征，并描述了其与SCAP死亡率的关系。入院时微生物群多样性、丰富度和相似性的降低被认为是预测SCAP预后不良的因素。APTT、SOFA、免疫抑制剂的使用、肺部微生物群尤其是肺炎链球菌的存在，是预测SCAP死亡率的重要变量。
研究者建议大家关注抗生素的使用和肺部微生态的指标，这些指标可以作为临床愈后的评估指标，在重症肺炎患者的治疗中，通过免疫调节治疗来改变肺部微生态，纠正患者的免疫微环境。研究者建议大家进一步开展相关的临床研究。
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