呼吸道感染背景下沙特人群鼻咽微生物群落改变及与病原菌的关联研究

本研究针对沙特阿拉伯地区呼吸道感染（RTIs）患者、无症状携带者及健康对照的鼻咽微生物组开展深入分析。通过16S rRNA基因测序和实时PCR技术，揭示了呼吸道感染与特定细菌类群（如放线菌门减少、链球菌属增多）的显著关联，并发现无症状携带者虽无临床症状但其微生物组结构已发生改变。研究结果为该地区呼吸道感染的微生物诊断、病原传播监测及个性化治疗策略提供了重要科学依据。

　　

在人体与外界环境交界的门户——呼吸道中，居住着一个复杂而动态的微生物群落，它们如同忠诚的“守门人”，维护着呼吸道的健康。这个被称为呼吸道微生物组的生态系统，不仅能够增强黏膜屏障功能、调节宿主免疫系统，还能抑制机会性病原体的生长。然而，当呼吸道感染（Respiratory Tract Infections, RTIs）发生时，这种微妙的平衡就会被打破。全球范围内，RTIs具有高发病率和死亡率，对公共卫生构成持续挑战。尽管及时诊断对于临床决策和合理使用抗菌素至关重要，但仍有相当大比例的患者无法通过常规微生物学检测得到明确诊断。更复杂的是，一些个体虽然携带潜在病原体（如金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌）却没有任何症状，成为悄无声息的感染源，这为疫情控制和临床管理带来了巨大困难。

以往关于呼吸道微生物组的研究多集中在北美、欧洲和中国等地区。然而，微生物组的构成存在显著的地理差异。例如，与健康相关的棒状杆菌在北美、南美和大洋洲样本中的比例高于非洲、亚洲和欧洲；而与疾病相关的链球菌属在非洲的流行率则显著高于其他地区。沙特阿拉伯拥有独特的气候条件和人口结构，其呼吸道微生物组的特征及其与感染的关系尚不明确。为了填补这一知识空白，由Tagreed Al-Subhi、Muhammad Yasir等人组成的研究团队在《Journal of Infection and Public Health》上发表了他们的最新研究成果，旨在揭示沙特阿拉伯人群中呼吸道感染相关的细菌群落组成变化，并探索其与特定细菌病原体的联系。

为了回答上述问题，研究人员在2021年10月至2022年9月期间，从沙特阿拉伯吉达的医疗机构收集了73份鼻咽拭子样本。这些样本被分为四组：29名健康对照（HC）、10名无症状但检测到病原体的个体（AS）、16名检测到病原体的有症状患者（PIP）以及18名未检测到病原体的有症状患者（PUiP）。研究采用了多种关键技术方法：利用实时PCR（包括BioFire? Respiratory 2.1面板和FTD细菌性肺炎试剂盒）筛查22种病毒和8种细菌病原体；通过针对16S rRNA基因V3-V4可变区的高通量扩增子测序来解析微生物群落结构；并运用专业的生物信息学流程（如PANDseq拼接、EzBiocloud微生物分类谱分析、MicrobiomeAnalyst进行Alpha和Beta多样性分析）对测序数据进行深入挖掘，以比较不同组别间微生物组成的差异。

结果

实时PCR分析呼吸道病原体

通过实时PCR检测，在 symptomatic 患者中，4例检测到耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA），6例检测到肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae），1例检测到卡他莫拉菌（Moraxella catarrhalis）。值得注意的是，有18名有症状患者的所有筛查病原体检测结果均为阴性。在无症状的健康参与者中，也发现了8例MRSA携带者，以及各1例肺炎链球菌和卡他莫拉菌携带者。这表明无症状携带现象在人群中确实存在。

鼻咽细菌群落分析

对获得的超过250万条高质量16S测序 reads 的分析显示，核心细菌门包括厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。Alpha多样性分析（包括Chao1丰富度估计、观测物种数和香农指数）表明，患者组（PIP和PUiP）的细菌丰富度略有下降。Beta多样性分析（基于Bray-Curtis距离的主坐标分析）显示，健康对照样本聚集在一起，而大多数有症状患者样本则明显分离，组间差异具有统计学意义（p = 0.001）。在属水平上，健康对照和个体中核心优势菌属包括葡萄球菌属（Staphylococcus）、棒状杆菌属（Corynebacterium）、链球菌属（Streptococcus）、惰性球菌属（Dolosigranulum）和皮肤杆菌属（Cutibacterium）。

健康对照与患者之间差异丰富的类群

一个关键的发现是，在维持微生物稳态和防止病原体定植中起重要作用的放线菌门，在健康对照和无症状个体中相对丰度很高（分别占33.0%和47.2%），但在有症状患者中显著降低至20%以下。线性判别分析效应大小（Linear Discriminant Analysis Effect Size, LEfSe）识别出放线菌门在无症状组中差异丰富。在属水平上，棒状杆菌属、惰性球菌属、劳森菌属（Lawsonella）和消化链球菌属（Peptoniphilus）等在健康对照和无症状个体中更为丰富，并与健康状态呈正相关。相反，孪生球菌属（Abiotrophia）、二氧化碳噬纤维菌属（Capnocytophaga）、巨球形菌属（Megasphaera）、弯曲杆菌属（Campylobacter）、消化链球菌属（Peptostreptococcus）、韦荣球菌属（Veillonella）、链球菌属和布勒迪菌属（Bulleidia）等菌属与呼吸道感染呈正相关，即在患者组中丰度更高。

组间成对比较

健康对照与患者组（PIP和PUiP）的成对比较（Wilcoxon秩和检验）发现了多个显著差异的菌属。例如，副球菌属（Paracoccus）、水杆菌属（Enhydrobacter）、二氧化碳噬纤维菌属、厌氧球菌属（Anaerococcus）、劳森菌属、微球菌属（Micrococcus）和皮肤杆菌属等在健康对照与两类患者组的比较中均存在显著差异。值得注意的是，两个患者组（PIP和PUiP）之间没有发现显著差异的菌属，提示无论是否检测到特定病原体，有症状患者的微生物组失调模式可能具有共性。

NP细菌群落与呼吸道病原体的关联

研究进一步探讨了微生物群落与特定病原体（MRSA和肺炎链球菌）的关联。在MRSA阳性的样本中，观察到微生物多样性下降，并且其群落结构与阴性（NA）组和肺炎链球菌阳性组明显分离。MRSA感染与葡萄球菌属、假单胞菌属（Pseudomonas）、消化链球菌属等菌属的丰度呈正相关。相反，肺炎链球菌阳性的样本则表现出相对较高丰度的奈瑟菌属（Neisseria）和普雷沃菌属（Prevotella）。这表明不同的病原体感染可能伴随着特征性的“微生物环境”。

讨论与结论

本研究揭示了沙特阿拉伯地区呼吸道感染患者鼻咽微生物组的显著改变。其意义在于：

1. 1.
   证实了微生物组失调与呼吸道感染的关联： 研究发现，不仅是特定病原体的存在，整个细菌群落结构的改变，特别是放线菌门等有益菌群的减少和潜在致病菌群的增加，与疾病状态密切相关。
2. 2.
   强调了无症状携带的重要性： 在无症状个体中检测到病原体且其微生物组结构与健康对照更相似，但已与患者组不同，提示微生物组结构可能在从携带状态向发病状态转变中起重要作用。
3. 3.
   揭示了地理特异性： 沙特人群的核心微生物组构成（如惰性球菌属和棒状杆菌属的高丰度）与之前其他地区的研究存在差异，强调了考虑地理和人群因素的必要性。
4. 4.
   提出了新的诊断思路： 相当一部分有症状患者未能通过靶向PCR检测到病原体，但其微生物组已发生显著改变。这表明基于微生物组整体特征的诊断方法可能作为现有病原体检测技术的有效补充，有助于识别那些用常规方法难以诊断的感染。
5. 5.
   为微生态干预提供靶点： 鉴定出的与健康相关的菌属（如棒状杆菌属、惰性球菌属）可能成为未来益生菌或微生物组移植疗法开发的潜在靶点，以恢复呼吸道微生态平衡，增强抵抗力。

总之，这项研究为了解沙特阿拉伯地区呼吸道感染的微生物学基础提供了宝贵的数据，强调了细菌群落结构而不仅仅是单一病原体在呼吸道健康与疾病中的重要作用。未来的研究需要更大的样本量并结合宏基因组学等能提供物种水平分辨率的技术，以更深入地揭示特定菌株的功能及其相互作用机制，最终为开发针对性的预防、诊断和治疗策略铺平道路。