哮喘如何识别哮喘相关微生物？——微生物组与哮喘关联研究的新策略微生物|研究|细菌

本文图片
01
背景
越来越多的证据表明，哮喘的发展与室内环境中的微生物群落有关。一方面生命早期的病毒和细菌感染会诱导哮喘，如一项前瞻性出生队列研究（PASTURE）发现厨房和主要生活区的霉菌问题会增加儿童早期喘息的风险。另一方面“卫生假说”认为，在儿童生命早期缺乏微生物接触，会抑制免疫系统的正常发育，增加过敏性疾病发生的可能性。
但由于微生物组数据具有多维性且时空变化大，因此想要准确识别对哮喘具保护性或危险性的微生物仍面临挑战。当前的标准是在哮喘与微生物群落组成或细胞成分（例如内毒素或微生物挥发性有机化合物）数量之间进行关联分析。但与传统的非微生物学评估（例如吸烟，湿度和霉）相比，采用这种研究方法得到的结果与哮喘的关联性较弱且并不一致。
有一篇发表于2019年11月变态反应和临床免疫学杂志（JACI）的论著， Karvonen等人[1]提出了一种识别哮喘相关微生物的新策略。然而，这一策略能否准确诠释微生物与哮喘的关联？可否减少先前关联研究所产生的异质结果？对此Fu Xi等人在JACI上发表了通讯。
02
Karvonen等人[1]的研究
方法
研究人群来自出生于芬兰中东部的儿童，其中214例来自PASTURE出生队列研究，另外228例为未经选择的儿童（图1）。在受试对象2月龄时，收集其起居室内的灰尘样本。灰尘微生物群用细菌16S核糖体RNA基因的测序结果表征。对儿童哮喘情况随访直至10.5岁。

本文图片
图1 试验设计与入组方案
曾患哮喘（Ever Asthma）定义为首次父母报告的医生诊断哮喘和（或）再次诊断为哮喘性（或阻塞性）支气管炎。
现患哮喘（Current Asthma）定义同曾患哮喘，但在10.5岁随访时的前12个月内有使用哮喘药物和（或）报告喘息症状。
细菌丰度为每个样本中不同分类单位的数量。
Shannon多样性指数为每个样本中分类的丰富度和均匀度。
主要结果
在这442名儿童中，有394名（89.1%）具灰尘样本微生物群的数据， 373名（94.6%）具有足够的数据来评估10.5岁时的哮喘患病情况和相关协变量信息。到10.5岁时，有69名（18.5%）儿童曾患哮喘， 29名（7.8%）儿童现患哮喘。
1.哮喘患儿家中的细菌丰度和Shannon多样性指数低于非哮喘患儿（图2）。对混杂因素进行校整后，细菌丰度与哮喘呈负相关（P = 0.03 ，表1）， Shannon多样性指数符合趋势(P = 0.12 ，表1) 。

本文图片
图2 哮喘患儿家庭（灰色）和非哮喘患儿家庭（白色）中细菌丰度（A）和Shannon多样性指数（B）的箱形图
表1细菌丰度、Shannon多样性指数、PCoA1和PCoA2得分与哮喘的相关性

本文图片
PCoA1和PCoA2分别表示基于加权UniFrac距离的主坐标分析的第一轴和第二轴得分
2. 基于加权UniFrac距离的主坐标分析结果显示，哮喘患儿家中的微生物群组成与非哮喘患儿家中的显著不同（P = 0.02 ，图3）。前2个主坐标轴得分（PCoA1和PCoA2）与哮喘呈负相关（表1）。

本文图片
图3 不同哮喘状态的PCoA1和PCoA2得分散点图
3.在灰尘样本中检测到的658个细菌属中，其中139个的平均相对丰度大于0.1% ， 41个细菌属的相对丰度与PCoA1或PCoA2得分相关（r＞∣0.4∣）。乳球菌属是哮喘的危险因素（P = 0.01 ， aOR = 1.36）。有12个细菌属的相对丰度与较低的哮喘风险相关（P＜0.1 ，图4），但并不相互独立。这12个相关细菌属的总相对丰度有显著的哮喘保护作用，很大程度解释了微生物丰度与哮喘之间的关系。分页标题

本文图片
图4 41个所选细菌属与哮喘之间调整后的比值比（aOR）
结论
婴儿家中的微生物群系统发育差异与随后的哮喘发生风险相关。此外，与单个细菌类别或细菌多样性相比，细菌群落与哮喘的关联性更高。
03
我的观点
1. 这是一项高参与率的前瞻性出生队列研究，有大量的微生物暴露测量结果，因此结论的严谨度与信服力较高。
2. 首次采用宽松的界值（P＜0.1或相关性r＞0.4）筛选出与哮喘相关的微生物组。这种新策略能够提高微生物评估的统计功效，减少先前的关联研究产生的异质结果。
3. 研究中的灰尘样本采集于出生后2个月，不能代表儿童生长过程中的实际暴露，长期观测采样可能更接近真实情况。
4. 研究仅筛选了139个相对丰度大于0.1%的细菌属（前20%）。然而，先前的关联研究结果表明，许多哮喘相关微生物在室内环境中的出现频率较低。如果将这些低丰度的细菌属纳入分析模型，能否进一步改善模型？
5. 大量研究证据表明，微生物多样性内部的某些组成成分解释了室内生物暴露与哮喘之间的关系，而不是多样性本身。但关于其机制尚不清楚，需进一步的功能分析研究来鉴定这些微生物的潜在哮喘保护特性。
参考文献
Karvonen AM,Kirjavainen PV,T?ubel M,et al. Indoor bacterial microbiota and development of asthma by 10.5 years of age. J Allergy Clin Immunol 2019;144(5):1402-1410
本期作者

本文图片
吴晶晶医师
? 在读硕士研究生
? 南京医科大学第一附属医院(江苏省人民医院)呼吸与危重症医学科

本文图片
马其云医师
? 在读硕士研究生
?南京医科大学第一附属医院(江苏省人民医院)呼吸与危重症医学科

本文图片
吉宁飞教授
? 博士，主任医师，硕士生导师
? 南京医科大学第一临床医学院呼吸系病教研室副主任
? 南京医学会呼吸病学分会副主委

本文图片
黄茂教授
? 博士，教授，主任医师，博士生导师
? 江苏省人民医院呼吸与危重症医学科科主任
【哮喘如何识别哮喘相关微生物？——微生物组与哮喘关联研究的新策略】? 中华医学会呼吸病学分会委员
? 江苏省医学会呼吸病学分会主任委员
本文仅代表作者个人观点
仅供医务人员参考
编辑王文熙 | 责编梁文华、杨子峰