Nature Review：呼吸道菌群—呼吸道健康的守门人
本文转自“态昌基因”，已获授权。
自从人类诞生那一刻起，微生物与人类这对“基友”就注定了相亲相爱，相爱又相杀的命运了。菌群这位大爷，伺候好了是金主，伺候不好那就是炸药。就像小编常常去买酸奶，就是因为 酸奶好喝 酸奶中的益生菌有利于肠道健康。But, 你以为益生菌仅仅保护我们的肠道吗？图样图森破。今天我们不谈吃的，让我们看一下与我们“吸吸相关”的呼吸道菌群1。
划重点
1. 健康的呼吸道中有哪些菌群？
2. 菌群对呼吸道健康有哪些影响？
3. 影响呼吸道菌群的因素有哪些？
4. 同样都是微生物，免疫系统是怎样分清“敌”和“我”的？
1健康的呼吸道中有哪些菌群？
呼吸道是一个庞大的系统，从鼻腔、鼻咽一直通过口腔、气管直达肺部。研究发现，整个呼吸道中都存在着大量的菌群，不过菌群的种类和数量可不是一个一概而论的问题。数据显示，呼吸道的不同部位会有着不同的生理环境（如pH值，O2浓度，气体颗粒物的大小），这就造就了微生物群落结构沿着呼吸道存在着丰富度、多样性的变化（图1）。（说人话就是，你鼻子里面的菌群和你肺里的菌群是不一样的，不仅长的不一样，数量也不一样）
本图摘自“热心肠日报”
那菌群多样性高了比较好，还是低了比较好？
一般来说，生态系统中的物种组成越复杂，物种多样性越高，这个生态系统就越稳定，越容易保持生态平衡。其实人体中的微生物生态也是一个道理的，菌群多样性越高，微生物的动态平衡也越不容易被打破，越容易为人体保持一个健康的体内环境。比如在肠道中，细菌多样性越高，发生肥胖、肠炎等疾病的概率越低。急性中耳炎就与菌群的多样性减少有关。
但是事无绝对，在有些组织中，比如女性的阴道，较低的菌群多样性有利于避免细菌性阴道炎、早产等疾病。
疾病的发生不仅仅与多样性有关，还与菌群的组成有关2. 有一些关键性的种类，比如狡诈菌（Dolosigranulum spp.）和棒状杆菌（Corynebacterium）对整个呼吸道健康有着极大的决定作用。
2菌群对呼吸道健康有哪些影响？
呼吸道菌群会在方方面面捍卫人类呼吸道健康。例如，上呼吸道的原著菌群会通过定植抗力（colonization resistance，CR），有效阻止病原菌在上呼吸道黏膜表面定殖，从而减小人类肺部感染的机率3。即使致病菌在黏膜上发生了定植，其生长、繁殖、扩展也会受到正常菌群的制约。毕竟就这么大点地儿，先来后到，先到先得
再者，呼吸道的正常菌群还会与寄主的免疫系统配合，共同抵抗病原菌入侵。比如说，有了流感嗜血杆菌的配合，中性粒细胞杀死肺炎链球菌的能力会更强。
此外，菌群还会影响胎儿呼吸道的生长发育4。例如，与正常的新生小鼠相比，在无菌条件培养下的新生小鼠肺较小，成熟的肺泡较少。
不过，小昌还是忍不住要说，只有当你把菌群这位大爷伺候好了，他才会老老实实出钱出力。如果你惹毛了他，他可是会胳膊肘往外拐的……
那么，问题来了，我们怎么去伺候这位大爷？
3影响呼吸道菌群的因素有哪些？
影响呼吸道菌群的因素有寄主先天的因素，也有环境因素。
基因会影响着菌群的多样性。就像有些人天生怎么吃都不会胖一样（羡慕嫉妒恨），有些人一出生呼吸道中菌群密度也会较常人大5。
自然分娩和母乳喂养更有助于婴儿形成健康的菌群。母乳中会含有健康的菌群，比如双歧杆菌（Bifidobacterium spp.）和乳酸杆菌（Lactobacillus spp.）6,7对婴儿的呼吸道健康有着有益的影响。（母爱真的是无微不至的爱，感谢所有的妈妈）
本图摘自“热心肠日报”
抗生素的使用对菌群的影响也是不容忽视的。抗生素一方面可以帮助人类治疗疾病，另一方面，在杀死致病菌的同时，抗生素也会导致有益菌群的减少。所以，当使用抗生素之后，很可能会因为呼吸道益生菌的减少而增加再次感染的可能性8.
如果很不幸，我小时候不是顺产，并且一直是喝奶粉的，基因还不好，最近还因为感冒刚刚吃了点头孢氨苄，这是不是代表我的菌群没救了呢？
当然不是啦。去个PM2.5的值达标的城市，有良好的生活习惯，不吸烟，开心一点，比什么都重要。
4同样都是微生物，免疫系统是怎样分清“敌”和“我”的？
这就是人类免疫系统的聪明之处，对菌群具有选择作用。
本图摘自“热心肠日报”
人体的固有菌群通常会定殖于呼吸道黏膜表面的黏液中。黏液中的抗菌因子和巨噬细胞较少，并且会有M细胞识别正常菌群，传递信号使树突细胞处于耐受状态。这些都有利于正常菌群不受免疫系统的排斥。而在黏液的表面，当有外来微生物入侵时，寄主会产生抗菌肽(AMPs)和免疫球蛋白A (IgA)，阻止外来的菌群的定殖9,10。
不仅仅是在呼吸道黏膜上，在肺泡中也有维持正常菌群的机制。早期菌群在肺泡中的定殖可以使肺部产生一定的免疫耐受性。定殖的菌群可以诱发CXCL16基因的低表达，从而减少iNKT细胞的含量，再通过PDL1介导产生耐受性树突细胞，从而有利于正常菌群在肺泡中生存。
就这样，菌群有了安家之所。但是天下没有免费的午餐，我让你住我家，你就得帮我挡强盗。当有外来微生物入侵时，正常菌群会分泌信号因子激发免疫系统的活性，帮助免疫细胞，如中性粒细胞、树突细胞，消除外来的致病微生物。
参考文献
1.Man, W. H. et al. The microbiota of the respiratory tract: gatekeeper to respiratory health. Nat Rev Microbiol.15, 259-270 (2017) .
2. de Steenhuijsen Piters, W. A. et al. Dysbiosis of upper respiratory tract microbiota in elderly pneumonia patients. ISME J. 10, 97–108 (2016).
3.Bäumler, A. J. & Sperandio, V. Interactions between the microbiota and pathogenic bacteria in the gut. Nature 535, 85–93 (2016).
4. Yun, Y. et al. Environmentally determined differences in the murine lung microbiota and their relation to alveolar architecture. PLoS ONE 9, e113466 (2014).
5. Liu, C. M. et al. Staphylococcus aureus and the ecology of the nasal microbiome. Sci. Adv. 1,e1400216 (2015).
6. Schanche, M. et al. High-resolution analyses of overlap in the microbiota between mothers and their children. Curr. Microbiol. 71, 283–290 (2015).
7. Jeurink, P. V. et al. Human milk: a source of more life than we imagine. Benef. Microbes 4, 17–30 (2013).
8. Leibovitz, E. et al. Recurrent acute otitis media occurring within one month from completion of antibiotic therapy: relationship to the original pathogen. Pediatr. Infect. Dis. J. 22, 209–216 (2003).
9. Kawamoto, S. et al. Foxp3+ T cells regulate immunoglobulin A selection and facilitate diversification of bacterial species responsible for immune homeostasis. Immunity 41, 152–165 (2014).
10. Sutherland, D. B., Suzuki, K. & Fagarasan, S. Fostering of advanced mutualism with gut microbiota by immunoglobulin A. Immunol. Rev. 270, 20–31 (2016).
猜你喜欢
写在后面
为促进读者交流、加速科学问题解决，我们建立了“宏基因组”专业讨论群，目前己有八百多名一线科研人员加入。参与讨论，获得专业指导、问题解答，欢迎分享此文至朋友圈，并扫码加主编好友带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职务”。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍末解决群内讨论。问题不私聊，帮助同行。
学习16S扩增子、宏基因组科研思路和分析实战，关注“宏基因组”