社区获得性肺炎患儿呼吸感染组动态变化：来自大规模研究及短时间尺度分析的见解

《Microbiology Spectrum》：Dynamics of the respiratory infectome in children with community-acquired pneumonia: insights from large and short time-scale analyses

社区获得性肺炎（CAP）儿童病原体群动态研究：采用宏基因组学与宏转录组学分析，揭示COVID-19防控措施放松后CAP病原谱显著变化，肺炎支原体、呼吸道合胞病毒和流感嗜血杆菌检出率上升，病毒-细菌共感染率达31.1%，与免疫状态及治疗响应相关。

　　社区获得性肺炎（CAP）已成为威胁儿童健康的重要疾病，尤其是在新冠疫情管控措施放宽之后，其病例数量显著上升。这一现象表明，随着社会活动的恢复，儿童呼吸道感染的病原体构成和传播模式发生了显著变化。本研究通过对中国无锡地区58名住院儿童进行前瞻性队列研究，结合宏基因组学和宏转录组学技术，全面分析了CAP患儿在不同阶段的病原体组成及其动态变化，揭示了疫情前后病原体生态的转变，并探讨了其对临床病程的影响。

### 一、研究背景与意义

CAP是一种急性呼吸道感染，主要影响肺部的肺泡和远端支气管树，由多种病毒、细菌和真菌引起。它对儿童健康构成了重大威胁，每年导致约1.2亿例新发病例，并造成约100万五岁以下儿童死亡。这一疾病的病原体构成在不同人群中存在差异，例如儿童感染的病原体与成人不同，其中呼吸道合胞病毒（RSV）、鼻病毒和肺炎链球菌是儿童CAP的主要病原体。然而，新冠疫情的爆发改变了这一格局，SARS-CoV-2成为主导病原体，其他病原体的感染率则有所下降，甚至消失。随着疫情管控措施的放松，病原体的分布再次发生变化，RSV、流感A病毒和肺炎支原体的感染率显著上升。此外，感染模式也变得更加复杂，多种病原体的共感染和继发感染现象增多，导致病情更加严重，治疗难度加大。

本研究的意义在于揭示了疫情前后病原体生态的变化，以及这些变化如何影响儿童CAP的临床表现和治疗策略。通过结合多种高通量测序技术，研究团队不仅能够更全面地识别病原体，还能够分析其在病程中的动态变化。这些发现对于临床医生和公共卫生专家具有重要的指导意义，有助于他们更好地理解疫情后病原体的行为模式，从而制定更精准的治疗方案和预防措施。

### 二、研究方法与技术手段

本研究采用了宏基因组学和宏转录组学相结合的方法，对58名住院儿童的116份痰液样本进行了分析。每位儿童在疾病初期和恢复期分别提供了两份样本，以捕捉病原体在疾病过程中的纵向动态变化。研究团队使用了DNA/RNA Shield试剂保存样本，并通过DNA/RNA Miniprep试剂盒提取总DNA和RNA。随后，利用不同的测序方法对样本进行了处理，其中宏基因组学用于检测DNA病毒，而宏转录组学则用于分析RNA病毒、细菌和真菌的表达情况。

为了提高检测的准确性，研究团队还进行了生物信息学分析，包括去除低复杂度读段、去除重复读段以及去除rRNA序列。对于细菌和真菌，研究团队使用了基于保守基因（如rpoB和TEF1）的系统发育分析，以确定其物种水平的身份。而对于病毒，则通过比对NCBI病毒基因组数据库和非冗余蛋白数据库，使用BLAST和DIAMOND工具进行注释和定量分析。这种方法不仅能够检测到多种病原体，还能揭示其在不同时间点的丰度变化，从而为疾病监测和治疗提供更全面的数据支持。

### 三、研究结果与发现

研究结果显示，宏转录组学在检测RNA病毒方面具有更高的敏感性和全面性，而宏基因组学则在识别DNA病毒方面表现出更高的准确性。在2022年疫情管控期间，肺炎支原体、RSV和流感嗜血杆菌的感染率较低，但在2023年疫情放松后，这些病原体的感染率显著上升。同时，研究团队还发现，一些病原体在疾病初期的丰度较高，但在恢复期明显下降，而另一些病原体则在恢复期出现，可能是继发感染或环境因素引入的结果。

此外，研究团队观察到病毒与细菌的共感染现象非常普遍，其中肺炎支原体与RSV的组合最为常见。这种共感染可能与疾病的持续时间和复杂性有关，导致患儿病情加重或恢复时间延长。研究还发现，某些病原体的丰度在住院期间呈现出明显的动态变化，如肺炎链球菌和白色念珠菌的丰度下降，而某些共生菌（如梭菌、乳酸菌和乳球菌）的丰度则有所上升。这种现象可能与抗生素治疗后微生物群落的重塑有关，显示出呼吸道微生物群在疾病恢复过程中的适应性变化。

### 四、临床案例分析

为了更直观地展示病原体在疾病过程中的动态变化，研究团队分析了五名代表性患儿的病例。其中，一名1岁4个月的女孩在住院期间表现出快速的病原体清除和临床恢复，这表明宏转录组学在早期诊断和治疗中的重要性。另一名7个月大的男孩则表现出复杂的共感染模式，肺炎支原体与RSV和白色念珠菌的共存导致其症状持续，尽管接受了抗生素治疗，但病情未见明显改善。这种情况强调了传统检测方法在识别共感染方面的局限性，而宏转录组学能够更全面地揭示病原体的多样性。

一名5岁8个月的男孩在住院期间经历了病毒驱动的病情加重，随后出现继发细菌感染，这说明病毒和细菌之间的相互作用可能对疾病发展起到关键作用。此外，一名2岁2个月的男孩因初始抗生素治疗无效而病情恶化，宏转录组学分析揭示了肺炎支原体和铜绿假单胞菌的共感染，这一发现为后续治疗方案的调整提供了依据。这些案例不仅展示了病原体在疾病过程中的复杂变化，也突显了在临床实践中引入更全面的检测手段的重要性。

### 五、病原体动态变化与免疫状态

研究团队还观察到，DNA病毒的丰度在住院期间呈现出上升趋势，尽管这一变化在统计学上未达到显著水平。他们推测这可能是由于免疫系统的暂时性失调，尤其是在接受皮质类固醇治疗后，某些潜伏的DNA病毒可能重新激活，从而在疾病后期增加其DNA载量。这种现象可能与宿主免疫状态的变化有关，提示DNA病毒的动态变化可以作为评估恢复期免疫功能的一个潜在指标。

此外，研究还发现，病毒和细菌的共感染可能通过多种机制影响疾病进程。例如，病毒可能破坏呼吸道上皮，增加细菌的附着能力；细菌可能通过免疫抑制作用促进病毒的复制；或者两者共同引发过度的炎症反应，导致病情恶化。这些机制尚未完全明确，但研究团队认为，进一步的机制研究将有助于开发更有效的治疗策略，特别是在处理复杂共感染的情况下。

### 六、微生物群落的生态变化

研究团队还探讨了呼吸道微生物群在疾病过程中的生态变化。他们发现，大多数RNA病毒和细菌的丰度在住院期间显著下降，这可能与有效的抗病毒和抗生素治疗有关。然而，某些共生菌的丰度却在恢复期上升，如梭菌、乳酸菌和乳球菌。这些菌群的增加可能与抗生素治疗后生态位的空缺有关，使得原本处于低丰度的微生物得以繁殖。这种微生物群的动态变化不仅反映了宿主免疫系统的恢复，也揭示了呼吸道生态系统的复杂性。

研究团队还提到，随着病原体的清除，一些潜在的病原体可能被激活，如白色念珠菌和人疱疹病毒。这些病原体的出现可能与免疫系统的暂时性下降有关，提示在治疗过程中需要关注这些潜在的继发感染风险。因此，研究团队建议，未来的临床实践应结合更全面的病原体检测手段，以及时发现这些潜在威胁，并采取相应的干预措施。

### 七、研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了重要的见解，但也存在一定的局限性。首先，样本量相对较小，且所有样本均来自无锡的一家医院，这可能影响研究结果的普遍适用性。其次，每位患者仅提供了两份样本，可能无法全面反映病原体在疾病过程中的动态变化。此外，研究未设置健康对照组，使得无法直接比较患病与健康状态下的微生物组成差异。

未来的研究需要扩大样本规模，涵盖更多地区的数据，以提高研究的代表性。同时，增加样本采集的频率，可以更细致地捕捉病原体的动态变化。此外，引入健康对照组和更全面的临床数据，将有助于更深入地理解病原体与宿主之间的相互作用。结合多组学方法（如转录组学、代谢组学和免疫组学）将进一步揭示病原体如何影响宿主的免疫反应和疾病进程，为制定更有效的预防和治疗策略提供科学依据。

### 八、结论与展望

本研究通过宏基因组学和宏转录组学的结合，全面揭示了儿童CAP病原体生态的变化，特别是在疫情前后。研究结果表明，随着疫情管控措施的放松，肺炎支原体、RSV和流感嗜血杆菌的感染率显著上升，而一些病毒如鼻病毒A的感染率则下降。此外，病毒与细菌的共感染现象普遍，可能对疾病的严重程度和恢复时间产生重要影响。研究还发现，某些共生菌在恢复期的丰度增加，可能与微生物群落的生态重塑有关。

这些发现不仅为临床医生提供了新的视角，也强调了在疫情后对儿童呼吸道病原体进行动态监测的重要性。通过引入更全面的检测手段，可以更准确地识别病原体，评估其对疾病的影响，并制定个性化的治疗方案。未来的研究应进一步探索病原体与宿主免疫系统之间的复杂关系，结合多组学方法，为儿童CAP的预防和治疗提供更深入的理论支持和实践指导。