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急性呼吸道感染（ARI）在婴幼儿中常见且危害大。为探究 ARI 时口咽微生物组差异，研究人员用全基因组鸟枪宏基因组测序开展研究。结果发现其与疾病严重程度、症状及感染病毒类型有关。这为了解 ARI 发病机制提供依据，有重要意义。
在婴幼儿的成长过程中，急性呼吸道感染（Acute Respiratory Infections，ARI）就像一个 “健康小怪兽”，频繁地来捣乱。多种病毒都可能引发 ARI，比如呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial Virus，RSV）、人鼻病毒（Human Rhinovirus，HRV）、人副流感病毒（Human Parainfluenza Virus，HPIV）等。这些病毒感染不仅发病率高，还可能导致严重的后果，像住院甚至死亡。据统计，2018 年全球五岁以下儿童中，因人类偏肺病毒（Human Metapneumovirus，HMPV）感染住院的有 64.3 万例，死亡 7700 例；流感病毒（Influenza Virus，IFV）感染住院的达 87 万例，死亡 34800 例 ；2019 年 RSV 感染导致 360 万例住院和 26300 例急性下呼吸道感染住院死亡。
然而，目前对于 ARI 还有许多未知之处。虽然已经知道一些病毒会引发严重疾病，但有些孩子在没有早产、免疫抑制等已知风险因素的情况下，也会患上严重疾病。而且，之前关于多种常见呼吸道病毒感染时，呼吸道微生物群的变化研究还很有限。为了揭开这些谜团，中国医学科学院和北京协和医学院的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们想弄清楚，呼吸道病毒感染是不是和微生物结构及功能途径的改变有关系。这项研究成果发表在了《Communications Biology》杂志上。
研究人员从 2021 年 10 月到 2022 年 4 月，在重庆的六家医院招募了大量的患者。这些患者都是 ARI 的住院患者或门诊患者，研究人员采集了他们的口咽拭子样本。为了保证研究的准确性，他们通过一系列严格的筛选，最终确定了 109 个样本用于后续研究。在研究过程中，研究人员主要用到了两种关键技术：一是全基因组鸟枪宏基因组测序技术，这项技术就像给微生物世界拍了一张高清 “照片”，可以详细地分析口咽微生物组；二是多种数据分析方法，包括计算微生物多样性指数、进行微生物群落聚类分析等，这些方法能帮助研究人员从复杂的数据中找到规律。
下面来看看研究的具体结果：
- 总体分类多样性分析：通过香农指数（Shannon index）和观测特征衡量发现，住院患者和门诊患者的总体分类 α 多样性没有统计学差异，而且也不受感染病毒类型的影响。但是在 β 多样性分析中，基于 Bray-Curtis 和 Jaccard 距离矩阵的分析显示，住院患者和门诊患者之间、有疾病相关症状和没有症状的患者之间，以及不同感染病毒组之间，β 多样性都存在显著差异。疾病严重程度（住院或门诊）对整体微生物群落组成（即 β 多样性）的影响最大，一些疾病相关症状和部分呼吸道病毒感染也有一定影响。
- 与疾病严重程度和症状相关的口咽微生物：口咽微生物的门水平相对丰度在疾病严重程度和感染病毒类型方面存在差异。例如，变形菌门（Proteobacteria）的存在与疾病严重程度显著相关，住院患者中变形菌门的比例更高。一些细菌门的相对丰度还与特定病毒感染有关，像 HMPV 感染与变形菌门增加、厚壁菌门（Firmicutes）和放线菌门（Actinobacteria）减少有关；HAdV 感染与拟杆菌门（Bacteroidetes）增加有关。在物种水平上，有 16 种微生物在门诊患者中的丰度比住院患者高两倍以上，其中 9 种差异显著，有 5 种属于无色杆菌属（Achromobacter）。通过线性判别分析和效应大小比较（LEfSe）分析，发现门诊患者中有 15 个分类群（从目到种水平）显著富集 。在分析与疾病相关症状的分类群丰度时，只有疲劳症状患者和无疲劳症状患者之间存在显著差异。
- 口咽微生物群落类型和参与者特征：研究人员用 Dirichlet 多项式混合（DMM）模型将样本分为三种微生物群落类型（Community Type，CT）：CT1、CT2 和 CT3。这三种群落类型的 α 多样性和整体微生物组成都有显著差异。不同病毒感染患者中，各群落类型的分布不同，比如 IFV、EV 和 HAdV 感染患者中 CT1 的患病率较高；HMPV 感染患者中 CT2 的患病率较高；RSV 和 HAdV 感染患者中 CT3 的患病率较高。而且，CT1 和 CT2 的患者更易出现咳嗽症状，CT3 的患者更易出现发热症状。
- 与疾病严重程度和症状相关的微生物途径：研究人员共鉴定出 431 条微生物途径，其中 244 条在门诊患者中的丰度比住院患者高两倍以上，231 条在错误发现率（FDR）为 5% 时具有统计学意义。这些途径大多与代谢降解、生物合成或细胞呼吸有关，比如与 L - 精氨酸代谢相关的途径在门诊患者中的几何平均丰度最高，但在住院患者中显著较低。
在研究结论和讨论部分，研究人员发现口咽微生物组与 ARI 的疾病严重程度、疾病相关症状以及感染病毒的类型都有关系。不过，这项研究也存在一些局限性。比如，这是一项横断面研究，无法评估 ARI 期间微生物组的动态变化；样本量相对较小，限制了对一些小差异的分析能力；测序数据的读取分布较宽，可能影响微生物组成分析；没有收集抗生素或类固醇使用信息，可能会干扰结果；而且研究只针对单一病毒感染患者，不能代表多种病毒感染的情况。
尽管如此，这项研究仍然意义非凡。它首次详细描述了感染 HMPV、HPIV、HAdV 或 EV 等病毒的婴幼儿口咽微生物组的特征，为我们理解 ARI 的发病机制提供了新的视角。未来，还需要更多的研究来进一步探索 ARI 期间微生物组的动态变化，以及这些变化对早期生命免疫反应发展的影响，这将为预防和治疗婴幼儿 ARI 提供更有力的理论支持，帮助我们更好地守护婴幼儿的健康。
