前言：

呼吸系統(tǒng)由幾種細(xì)菌和病毒組成，它們之間以及與宿主之間建立了復(fù)雜的相互關(guān)系。與健康對照組相比，慢性阻塞性肺病(COPD)氣道顯示出更高水平的炎癥，這是疾病進(jìn)展的原因。

在穩(wěn)定期COPD患者和急性加重期，肺部微生物群改變其組成，并在疾病進(jìn)展期間保持變化。

由于COPD免疫系統(tǒng)中細(xì)胞數(shù)量和功能的改變，病毒和細(xì)菌可能呈現(xiàn)不同的致病性，它們與COPD呼吸系統(tǒng)的相互作用是加重的主要原因，并可能放大穩(wěn)定期COPD的慢性炎癥。

慢性阻塞性肺疾病急性加重與較高的死亡率相關(guān)，因?yàn)榭赡軙档头喂δ堋Ｋ鼈兛梢猿掷m(xù)數(shù)周，并通過加速肺功能衰退的速度來增加疾病的嚴(yán)重性。

炎癥過程、氧化應(yīng)激和細(xì)菌/病毒定居和/或感染氣道，在氣流惡化和疾病表現(xiàn)中起著重要作用。小氣道重塑和肺氣腫很可能是對吸入的異生物質(zhì)的慢性炎癥反應(yīng)的結(jié)果。

而在慢性阻塞性肺病患者中，小氣道和實(shí)質(zhì)中的細(xì)胞流行模式是明確的，需要更多的數(shù)據(jù)來更好地了解不同COPD表型中肺部炎癥和免疫反應(yīng)的模式，以及與微生物群的相互作用。

一、慢性阻塞性肺疾病中的細(xì)菌和病毒

1.穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病中的細(xì)菌

直到非培養(yǎng)方法(即定量聚合酶鏈反應(yīng)，qPCR)的發(fā)展，健康個體的下呼吸道被認(rèn)為是一個幾乎無菌的環(huán)境。微生物生態(tài)系統(tǒng)可以像胃腸道一樣寄居在肺部，這是一個不尋常的想法，主要是因?yàn)榕囵B(yǎng)技術(shù)對肺駐留微生物的研究比較困難。

其中可能的限制是樣本可能被污染，下呼吸道中存在的細(xì)菌數(shù)量相對較少，不可能培養(yǎng)出ca。70%的細(xì)菌，qPCR技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)表明健康個體的肺被廣譜細(xì)菌建群，并且與健康個體相比，細(xì)菌種類的不同組合影響COPD患者的肺。

在慢性阻塞性肺病下呼吸道分離的主要物種有流感嗜血桿菌, 肺炎鏈球菌, 卡他莫拉菌和銅綠假單胞菌。

COPD氣道中的細(xì)菌總數(shù)和微生物群組成與炎癥相關(guān)。事實(shí)上，使用痰培養(yǎng)和qPCR，已經(jīng)報道了氣道細(xì)菌負(fù)荷和支氣管炎癥之間的正相關(guān)性。特別是粘膜炎, 流感, 南肺炎和氣道炎癥密切相關(guān)。

在樹突細(xì)胞(DCs)中，常見的呼吸道致病菌如嗜血桿菌和莫拉克斯氏菌屬，與共生的革蘭氏陽性菌如相比，能有效刺激3-5倍的IL-10、IL-12p70和IL-23的分泌放線菌。在發(fā)展中國家，普雷沃泰拉物種能夠減少約50%的IL-12p70分泌。

假設(shè)像在腸道中一樣，細(xì)菌能夠調(diào)節(jié)對病原體的免疫反應(yīng)(例如嗜血桿菌)，幫助主人將它們從氣道中清除。最有可能的是，革蘭氏陰性菌和脂多糖誘導(dǎo)特定細(xì)胞因子的產(chǎn)生，這些細(xì)胞因子刺激先天免疫系統(tǒng)的成分和Toll樣受體4 (TLR4)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。

微生物群的組成也可能有利于疾病的發(fā)展。在肺功能正常的吸煙者的支氣管肺泡灌洗(BAL)中，與健康個體相比，微生物群落種類減少。他們假設(shè)相對多樣性的減少可能是持續(xù)的，也可能是影響肺部炎癥，或者部分原因疾病的發(fā)作和發(fā)展。

這種宏生物群的改變會誘發(fā)進(jìn)一步的肺部炎癥并使疾病惡化。在嚴(yán)重的慢性阻塞性肺病中，微生物變異相對增加變形菌和放線菌，并減少了厚壁菌門。與此同時，CD4+還發(fā)現(xiàn)具有肺氣腫和支氣管炎癥程度的細(xì)胞。

有證據(jù)表明，微生物群落多樣性和豐富性的降低與肺氣腫加重和肺組織中免疫細(xì)胞浸潤有關(guān)。在通過CT掃描檢測到不同肺部改變的患者中，觀察到微生物群組成的差異。

細(xì)菌還可以通過增加病毒的致病性來改變宿主環(huán)境，從而惡化支氣管炎癥。H。流感可通過增強(qiáng)呼吸道上皮細(xì)胞中細(xì)胞間粘附分子-1 (ICAM-1)的表達(dá)來促進(jìn)鼻病毒(RV)感染，該細(xì)胞間粘附分子-1可被呼吸道病毒用于結(jié)合和侵入靶細(xì)胞。

在一個在試管內(nèi)模型中，來自呼吸道共生細(xì)菌的蛋白酶可以通過切割流感病毒的血凝素并促進(jìn)靶細(xì)胞的內(nèi)吞作用來增強(qiáng)流感病毒的致病性。

細(xì)菌與適應(yīng)性和先天免疫系統(tǒng)相互作用。它們改變環(huán)境，并通過產(chǎn)生能夠抑制或促進(jìn)不同物種生長的物質(zhì)來相互競爭養(yǎng)分和空間。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，選擇的細(xì)菌種類可以降低穩(wěn)定的COPD氣道中的細(xì)菌致病性和炎癥。這可能不僅僅是一個工作假說，因?yàn)榉尾课⑸锶褐R的進(jìn)展可以促進(jìn)對微生物群和COPD臨床表型之間關(guān)系的理解(圖1)。

圖1 慢性阻塞性肺疾病患者微生物群和炎癥變化示意圖

2.COPD急性加重期的細(xì)菌

COPD加重與氣道微生物群和氣道炎癥的改變有關(guān)。對118項(xiàng)研究的薈萃分析顯示，近50%的COPD急性加重患者分離到細(xì)菌，其中包括超過83%的基于培養(yǎng)的分離方法。

新菌株的分離，流感, 粘膜炎或者南肺炎與病情惡化的可能性顯著增加有關(guān)。事實(shí)上，經(jīng)歷惡化的COPD患者有很高的可能性發(fā)展為肺生態(tài)失調(diào)，尤其是那些經(jīng)常惡化的患者，微生物群的變化可以區(qū)分不同病因的不同類型的惡化。

COPD亞組具有高γ原生細(xì)菌/厚壁菌門在急性加重期痰標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)的比率，與FEV密切相關(guān)1炎癥標(biāo)記物的減少和增加。一個可能的原因是變形菌是革蘭氏陰性菌的一個主要門，包括假單胞菌, 不動細(xì)菌屬, 嗜血桿菌和莫拉克斯氏菌屬，這可能會增加肺部炎癥的水平。

此外，具有高γ原生細(xì)菌/厚壁菌門從抗生素治療中獲益的比例厚壁菌門/γ原生菌比例或與平衡的γ原生細(xì)菌/厚壁菌門比率，即使在惡化期間也能夠維持更穩(wěn)定的肺部細(xì)菌種群。

有趣的是，非典型性肺炎導(dǎo)致的惡化風(fēng)險嗜血桿菌與冬季相關(guān)，表明非典型肺炎之間可能存在相關(guān)性嗜血桿菌和人鼻病毒(HRV)感染。

最近的研究觀察到一些致病細(xì)菌肺炎克雷伯氏菌增加氣道炎癥，誘發(fā)壞死性下垂。此外，細(xì)菌產(chǎn)生的毒素南奧里斯, 南肺炎和粘質(zhì)沙雷氏菌，也能誘發(fā)壞死性下垂。

這些毒素對免疫細(xì)胞(嗜中性粒細(xì)胞、T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)的極端作用可通過減少免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞的數(shù)量并最終增加氣道炎癥水平來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) (圖2)。

圖二 壞死下垂和火下垂細(xì)胞功能示意圖

目前，沒有急性加重嚴(yán)重程度的分級，這使得選擇COPD表型的識別更加困難。與COPD嚴(yán)重程度相關(guān)的惡化分類將有助于更好地確定微生物群在COPD疾病狀態(tài)中的作用。關(guān)于抗生素和類固醇在影響肺部微生物群組成方面的長期作用，幾乎沒有可用的數(shù)據(jù)。

3。處于穩(wěn)定狀態(tài)的慢性阻塞性肺疾病病毒

qPCR的發(fā)展允許在穩(wěn)定的COPD患者下呼吸道觀察到病毒群落。在所有病毒中，RSV是最常見的(占樣品的27。5%)。

在接受肺癌手術(shù)的穩(wěn)定期COPD患者的肺組織中也證實(shí)了病毒，即流感病毒A和冠狀病毒的存在。作者報道了炎癥細(xì)胞的存在和總病毒載量之間的直接關(guān)系。

在腺病毒潛伏感染的動物模型中，觀察到急性暴露于香煙煙霧后炎癥反應(yīng)增加，慢性煙霧暴露后肺氣腫程度更高。使用在試管內(nèi)模型中，有證據(jù)表明E1A腺病毒蛋白可通過誘導(dǎo)ICAM 1的表達(dá)和上調(diào)氣道細(xì)胞表面IL-8的產(chǎn)生，經(jīng)由NF-kB加重COPD中的炎癥。

這些在試管內(nèi)肺泡上皮細(xì)胞中腺病毒蛋白的表達(dá)，與肺氣腫患者的肺破壞程度正相關(guān)的證據(jù)證實(shí)了在肺組織中的發(fā)現(xiàn)。

尚不清楚這些皰疹病毒的存在是否會增加氣道炎癥，或者與使用類固醇相關(guān)的局部免疫系統(tǒng)的改變(可能隨著疾病的進(jìn)展而發(fā)生)是否會導(dǎo)致氣道中病毒的存在增加。

此外，盡管穩(wěn)定期COPD氣道中病毒的存在已被充分證明，百分比變化很大，范圍在6.25% 和79.7%之間。

這種可變性可能取決于類固醇等藥物的使用、疾病的嚴(yán)重程度和樣本的收集時間等因素。其他可能的解釋可能是某些慢性阻塞性肺病患者群體對病毒感染缺乏敏感性，以及病毒在呼吸道中的持續(xù)存在。

最近對慢性阻塞性肺病氣道中最常見病毒的病毒載量進(jìn)行了量化。在至少6個月沒有惡化并且一個月沒有使用口服或吸入皮質(zhì)類固醇的患者中，在大支氣管環(huán)和肺實(shí)質(zhì)中的總病毒載量在輕/中度COPD和肺功能正常的對照吸煙者中是相似的。

這一發(fā)現(xiàn)與來自大氣道和肺實(shí)質(zhì)的組織標(biāo)本中相對高水平的病毒相關(guān)標(biāo)記物相關(guān)，表明這些患者的支氣管粘膜處于“致敏”狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)表明，在研究COPD患者的病毒載量和相關(guān)炎癥反應(yīng)時，患者的臨床狀況是強(qiáng)制性的，應(yīng)該明確定義。

噬菌體，感染原核細(xì)胞的病毒，是病毒群落的另一個基本組成部分。通過感染病原菌，這些微生物可以攜帶和傳播種間抗生素抗性和毒力基因，有利于抗生素抗性細(xì)菌的呼吸道感染和慢性感染。

作為間接支持，一些噬菌體，當(dāng)存在于人類和動物模型的感染傷口中時，可能惡化感染，觸發(fā)宿主的抗病毒免疫并降低感染損傷的細(xì)菌的清除。

可以假設(shè)穩(wěn)定期COPD患者氣道中的噬菌體具有相同的作用，其中病毒的存在與較高程度的炎癥和較低水平的呼吸功能有關(guān)。然而，噬菌體在調(diào)節(jié)細(xì)菌-病毒感染和相關(guān)炎癥中的作用需要進(jìn)一步研究。

圖3 凋亡細(xì)胞或細(xì)菌的流出細(xì)胞示意圖

二、慢性阻塞性肺疾病患者對細(xì)菌和病毒的免疫應(yīng)答改變

巨噬細(xì)胞可能通過釋放促炎介質(zhì)(包括蛋白酶、細(xì)胞因子、趨化因子和氧化應(yīng)激相關(guān)分子)在協(xié)調(diào)COPD的炎癥過程中發(fā)揮重要作用。

在慢性阻塞性肺疾病中，這些細(xì)胞顯示出吞噬活性降低，這可能會增加炎癥過程的持久性，并損害細(xì)菌和病毒病原體的清除。與對照組相比，輕度/中度和重度/非常重度COPD患者的支氣管粘膜中CD68+細(xì)胞(巨噬細(xì)胞)增加。

據(jù)報道，與輕度疾病和對照組相比，屬于分泌更多MMP9的M2型巨噬細(xì)胞的CD163+、CD204+和CD206+ AMs的數(shù)量和百分比在重度/非常重度COPD中增加[引用126]，而是它們的吞噬能力。

流行性感冒，粘膜炎和南肺炎減少，這可以通過觀察到暴露于香煙煙霧和空氣污染物會削弱吞噬細(xì)胞的AM活性來解釋。

巨噬細(xì)胞傳出細(xì)胞增多癥(圖3)，一種清除凋亡的嗜中性粒細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞并在此過程中阻止促炎細(xì)胞內(nèi)分子釋放的功能，在COPD患者中也受到損害，尤其是在暴露于香煙煙霧后。

AM吞噬作用/傳出細(xì)胞作用的另一個削弱機(jī)制是激酶信號的改變和ROS細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的減少(圖3)。巨噬細(xì)胞功能的這些改變可能有助于增加穩(wěn)定期COPD氣道中的細(xì)菌負(fù)荷和改變微生物群組成。

此外，在病毒感染期間，穩(wěn)定期COPD中巨噬細(xì)胞功能的損害可能進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致細(xì)菌過度生長并有利于細(xì)菌惡化。

樹突狀細(xì)胞是有效的抗原呈遞細(xì)胞，在免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。它們也在激活記憶T細(xì)胞反應(yīng)中發(fā)揮作用。

樹突狀細(xì)胞主要分為髓樣細(xì)胞和漿細(xì)胞樣細(xì)胞，它們在功能和解剖位置上有所不同。與對照組相比，穩(wěn)定期COPD患者痰中成熟CD83+樹突狀細(xì)胞減少。

與對照組相比，COPD患者的支氣管上皮和固有層中的樹突狀細(xì)胞減少，而趨化因子受體CCR5(參與微生物抗原的攝取并在髓樣樹突狀細(xì)胞上表達(dá))減少，這些數(shù)據(jù)支持COPD患者DC功能受損的觀點(diǎn)。

然而，最近報道了針對肺上皮細(xì)胞的NK細(xì)胞毒性增加，主要是通過IL-15和IL-15Rα介導(dǎo)的肺DC啟動。

此外，在多色流式細(xì)胞術(shù)中，循環(huán)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞在慢性阻塞性肺疾病患者中表現(xiàn)出增強(qiáng)的活化模式，導(dǎo)致產(chǎn)生IFNγ和IL-17的CD8增加+t細(xì)胞。病毒和細(xì)菌改變DC細(xì)胞的功能，旨在逃避免疫反應(yīng)系統(tǒng)。

與對照組相比，COPD患者的痰液、BAL、支氣管活檢和外周氣道中的中性粒細(xì)胞數(shù)量增加。同時，刺激嗜中性粒細(xì)胞遷移和活化的分子也增加了。

與輕度COPD和對照組吸煙者相比，重度COPD患者支氣管上皮中巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1 (MIP-1α)增加。對嗜中性前趨化因子的分析顯示，與對照組非吸煙者相比，重度穩(wěn)定期COPD患者的支氣管活檢組織中RANTES (CCL5)和NAP-2 (CXCL7)水平較高。

還存在CD44的中性粒細(xì)胞表達(dá)增加，涉及中性粒細(xì)胞對細(xì)胞外基質(zhì)的粘附性增加，或活化受體CD11b的中性粒細(xì)胞表達(dá)增加，特別是與對照受試者相比，在來自嚴(yán)重COPD的中性粒細(xì)胞中。

這些特征可能有助于增加這些細(xì)胞在重度COPD患者支氣管組織中的持久性。此外，穩(wěn)定狀態(tài)下定居于COPD氣道的細(xì)菌和病毒刺激促炎細(xì)胞因子的分泌。這可能有利于COPD患者氣道中中性粒細(xì)胞的募集，即使在穩(wěn)定狀態(tài)下。

最近描述的釋放蚊帳是一種能夠捕獲病原體的重要免疫機(jī)制。過多的凈形成損傷上皮，并可能導(dǎo)致肺組織損傷，慢性阻塞性肺病患者中也存在這種情況。

在呼吸道病毒感染期間，NETs分泌增加，這可能導(dǎo)致附加的組織損傷引用119]。病原體對蚊帳的逃避可能會增加對殺微生物蚊帳成分的耐藥性，從而增加慢性阻塞性肺病患者呼吸道感染的風(fēng)險。

淋巴細(xì)胞，主要是CD8+，在患有輕/中度疾病的COPD患者的支氣管活檢中被分離，而它們的數(shù)量隨著疾病的進(jìn)展而減少。

與從非COPD患者中采集的淋巴細(xì)胞相比，從COPD患者外周血中采集的淋巴細(xì)胞顯示出更高的凋亡傾向。在COPD患者的氣道中，相對于正常受試者，具有降低的脫顆粒細(xì)胞毒性蛋白能力的T細(xì)胞淋巴細(xì)胞的百分比更高。

后者能夠在腫瘤或病毒感染的細(xì)胞中誘導(dǎo)凋亡，表現(xiàn)出由于慢性抗原刺激導(dǎo)致的功能衰竭的信號，如程序性細(xì)胞死亡蛋白(PD)-1的表達(dá)。同時，在COPD患者氣道中觀察到的功能抑制性調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖進(jìn)一步導(dǎo)致了CD8活性的降低+細(xì)胞對細(xì)菌和病毒的反應(yīng)。

在慢性阻塞性肺病頻繁惡化者的血液中也報道了類似的發(fā)現(xiàn)。作者假設(shè)CD4的改變+和CD8+COPD中的淋巴細(xì)胞群經(jīng)常惡化，這是由于來自存在于他們氣道中的細(xì)菌和病毒的高負(fù)荷持久性抗原的慢性刺激。

根據(jù)作者的研究，這種淋巴細(xì)胞群在協(xié)調(diào)針對已經(jīng)被免疫系統(tǒng)識別的病原體的免疫反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，其減少有利于頻繁惡化的發(fā)生。

應(yīng)更好地了解患者體內(nèi)炎癥細(xì)胞的變化，無論疾病的嚴(yán)重程度如何，這些患者似乎更容易惡化。它將允許基于炎癥反應(yīng)的個性化定制治療的發(fā)展。此外，免疫系統(tǒng)的改變?nèi)绾斡绊憣?xì)菌和病毒等各種病原體的反應(yīng)，也應(yīng)該深入研究。

結(jié)語

最近對COPD患者的研究闡明了微生物群在炎癥和肺部惡化中的作用。這些微生物，加上長期吸入香煙煙霧和氧化應(yīng)激標(biāo)記物，可以影響COPD患者肺部的先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的反應(yīng)。

已經(jīng)發(fā)表的有希望的數(shù)據(jù)顯示了病毒和細(xì)菌建群之間的密切關(guān)系，以及這些成分的失衡對COPD肺部炎癥狀態(tài)的影響。

了解COPD患者在不同臨床條件、不同治療和不同表型(例如，流行性氣道疾病與流行性肺氣腫、頻繁惡化與非頻繁惡化、用類固醇、抗生素或β2激動劑治療)下與細(xì)菌/病毒定植相關(guān)的這些炎癥和結(jié)構(gòu)變化的動力學(xué)，將提高我們對COPD潛在病理和分子機(jī)制的認(rèn)識。