《Microbiology Spectrum》：Changes in respiratory and gut microbiota in asthma and depression associate with disease markers
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哮喘（asthma）具有异质性，且常伴随抑郁（depression），影响疾病机制与管理。哮喘和抑郁均与炎症及微生物群（microbiota）改变相关，但二者联合对微生物组成的影响尚不清楚。本探索性研究分析了哮喘及抑郁患者的肺部与肠道微生物群，以识别微生物群组
哮喘（asthma）具有异质性，且常伴随抑郁（depression），影响疾病机制与管理。哮喘和抑郁均与炎症及微生物群（microbiota）改变相关，但二者联合对微生物组成的影响尚不清楚。本探索性研究分析了哮喘及抑郁患者的肺部与肠道微生物群，以识别微生物群组成与疾病标志物之间的关联。本横断面研究纳入20名健康对照、20名哮喘患者及20名哮喘合并抑郁患者。受试者接受临床表征及哮喘控制、抑郁、焦虑和感知压力的评估。采集诱导痰（induced sputum）和粪便样本进行微生物群分析，并测定血清和痰液中的炎症细胞因子（cytokines）。微生物谱分析采用16S rRNA基因测序（16S rRNA gene sequencing）。各组间肺功能和呼出气一氧化氮（FeNO）水平相当。与单纯哮喘组和对照组相比，哮喘合并抑郁患者的哮喘控制评分较低，心理评分显著较高。尽管各组间α多样性和β多样性相似，但痰液和粪便微生物群，尤其是健康对照与共病患者之间，在属水平分类学组成上存在显著差异。相关性分析表明临床和心理参数与微生物谱之间存在关联，包括痰液和粪便样本中奈瑟菌属（Neisseria）丰度与心理评分之间一致的负相关。哮喘合并抑郁与呼吸道和肠道微生物群的显著改变相关，包括与心理症状严重程度相关的黄奈瑟菌（Neisseria perflava）丰度降低。
哮喘和抑郁均为全球致残性疾病，哮喘具有高度异质性并存在多种内型（endotypes），识别包括共病在内的疾病驱动因素和调节因素对有效治疗至关重要。抑郁症状在哮喘患者中常见，并与较差结局相关，包括更严重的疾病和更高的哮喘相关住院风险。微生物群在免疫调节和免疫稳态维持中发挥关键作用，并已成为哮喘发生发展的重要因素。近期研究强调肠道微生物组（gut microbiome）对包括大脑在内的远端器官的影响，形成肠-脑轴（gut–brain axis）概念。肠道微生物群在抑郁发病机制中的作用长期受到假设，但明确的因果关系仍不确定。支持性证据包括使用抗生素后抑郁等精神障碍风险增加；在动物模型中通过抗生素或无菌条件操纵肠道微生物群可影响认知和情绪加工。菌群失调（dysbiosis）与抑郁相关，尤其涉及微生物多样性和特定细菌分类群的丰度。最一致的发现是促炎细菌富集和抗炎分类群耗竭；抑郁患者还表现出拟杆菌门/厚壁菌门（Bacteroidetes/Firmicutes）比值升高，以拟杆菌属（Bacteroides）富集和布劳特氏菌属（Blautia）、粪杆菌属（Faecalibacterium）及粪球菌属（Coprococcus）耗竭为特征。口腔和呼吸道代表不同的环境，承载不同的细菌群落。早期呼吸道微生物组研究受肺部无菌假设的限制，但16S rRNA测序揭示了健康个体与哮喘或慢性阻塞性肺疾病患者微生物群落之间的差异，证实了肺部微生物群的存在。哮喘患者肺部微生物群发生改变，常以变形菌门（Proteobacteria）为主，包括嗜血杆菌属（Haemophilus）、莫拉菌属（Moraxella）和奈瑟菌属。此外，哮喘患者肠道微生物群中链球菌属（Streptococcus）和拟杆菌属丰度增加。与肠道微生物组相比，呼吸道微生物群在大脑功能、行为和心理疾病中的潜在作用受到的关注有限。因此，本探索性研究旨在检测哮喘合并抑郁患者诱导痰和粪便样本中的微生物多样性和组成，并对炎症细胞因子及其他疾病参数进行详细表征（图1A），以进一步探索这些疾病与呼吸道微生物组之间的相互作用。
研究人员开展了单中心横断面研究，纳入2020至2024年于马格德堡大学医院呼吸科及外部呼吸专科诊所招募的20名哮喘患者、20名哮喘合并抑郁患者（抑郁症由专科精神科医师确诊至少一年，诊断依据ICD-10或ICD-11）及20名非哮喘、非抑郁对照。主要技术方法包括：采用诱导痰（超声雾化递增浓度NaCl，采集痰栓）和粪便样本，以酚/氯仿法提取DNA并对16S rRNA基因V1–V2区（27F/338R引物）进行Illumina MiSeq双端测序，经dada2和核糖体数据库计划（RDP）进行分类注释；采用细胞珠阵列（cytometric bead array）定量血清和痰上清中细胞因子；采用肺功能、FeNO、诱导痰细胞计数及血清IgE、嗜酸性阳离子蛋白（ECP）和类胰蛋白酶检测；并应用PERMANOVA、ANOSIM、dbRDA及Spearman相关等多元统计方法分析微生物群与疾病参数的关系。
研究结果如下：
**哮喘与抑郁共病的临床及心理差异**：共纳入60名受试者。对照组和哮喘组男性占20%，哮喘/抑郁组占25%；既往吸烟者比例及包年数组间无显著差异。健康对照的年龄和体重指数（BMI）显著低于哮喘患者，而两个哮喘组之间无显著差异。各组饮食无显著差异，但对照组有饮酒更频繁的趋势。FEV1、FeNO、外周血嗜酸性粒细胞和中性粒细胞组间无显著差异。两个哮喘组血清总IgE均显著高于对照，而合并抑郁与否之间无显著差异；树花粉特异性IgE在哮喘/抑郁组显著高于单纯哮喘组。痰液IL-5和血清IL-17A在哮喘/抑郁组显著高于对照，而血清IL-13、IL-27、IL-33和IL-17F显著降低。哮喘控制在哮喘/抑郁组显著低于单纯哮喘组。抑郁（BDI、PHQ-9、HAM-D）、焦虑（BAI）和感知压力（PSS）评分在哮喘/抑郁组均一致显著高于哮喘组和对照组。总体而言，除抑郁、焦虑和压力征象增加及哮喘控制降低外，哮喘/抑郁组未检测到临床或炎症参数的明显差异。
**痰液和粪便样本中微生物群组成及组间差异**：在痰液和粪便样本中共鉴定出属于248个属的9,664个独特系统型（phylotypes）。每种样本类型具有明显不同结构的微生物群落。痰液中最丰富的属为链球菌属（21%）和普雷沃氏菌属（Prevotella，16%），这也是在痰液和粪便样本中均高丰度存在的唯一属；粪便中的优势属为Phocaeicola（10%）、拟杆菌属（10%）和粪杆菌属（7%）。组间分类学分布分析显示，仅在对照与哮喘/抑郁组之间存在显著差异：痰液中6个属、粪便中2个属。值得注意的是，痰液中奈瑟菌属在对照组（8%）显著高于哮喘/抑郁组（2%），单纯哮喘组处于中间水平（6%；q = 0.006）。多变量分析证实，最大的微生物变化发生在对照与哮喘/抑郁组之间（ANOSIM：痰液P = 0.001，粪便P = 0.003）。以年龄和BMI为协变量的PERMANOVA分析显示，对照与哮喘/抑郁组在痰液和粪便样本中均存在一致的显著差异。尽管存在这些分类学差异，痰液或粪便样本的α多样性指数组间均无显著差异，但对照组的多样性始终最高。未观察到按组别的明显聚类，但两种样本类型中哮喘组和哮喘/抑郁组的离散度更大。
**微生物群与临床/炎症参数的相关性**：在靶向相关分析中，将组间差异最大的23个细菌属的丰度与87个疾病特异性参数进行相关分析。痰液中的显著相关（220个）多于粪便样本（130个）。微生物分类群与哮喘控制及肺功能参数之间存在不同的相关性。大多数关联为阳性且与痰液来源细菌相关（18个阳性、7个阴性），粪便微生物群中检测到的关联较少（8个阳性、4个阴性）。痰液与粪便样本之间的重叠极少。总体而言，这些关联并不系统，仅Oribacterium和Sutterella（均来源于痰液）与超过三个肺功能参数呈正相关。炎症介质、外周血计数以及IgG和IgE水平进一步与微生物群数据进行相关分析。痰液和粪便微生物群的显著相关总数相似，但重叠很少。例如，仅痰液中观察到Prevotellamassilia丰度与血清IL-13、IL-23、IL-27、IL-33、IL-17A、IL-17F、TNF-α和TSLP呈正相关，而痰液细胞因子水平未检测到这些相关性。在粪便微生物群中，Cateribacterium和梭杆菌属（Fusobacterium）与血清中多种特异性IgE（sIgE）呈显著负相关。值得注意的是，痰液和粪便中梭杆菌属丰度均与痰液TNF-α水平显著相关（痰液：rho = 0.55，q = 0.01；粪便：rho = 0.55，q = 0.0001）。痰液细菌丰度与抑郁、焦虑和压力评分之间观察到大量以负相关为主的相关性（25个阴性对9个阳性）。弯曲杆菌属（Campylobacter）、奈瑟菌属和Oribacterium与所有评估的抑郁评分均呈负相关。奈瑟菌属关联最强（PSS：rho = –0.49，q = 0.0001），是唯一在痰液和粪便样本中均一致呈负相关的属。在粪便微生物群中仅检测到11个显著相关，均为负相关且与痰液相关性重叠极少（均涉及奈瑟菌属）。在哮喘/抑郁亚组内重新计算相关性时，仅少数相关性持续存在，这可能反映亚组样本量较小导致检验效能降低、潜在关联较弱或两者兼有，本研究样本无法区分。总体而言，细菌分类群丰度与疾病参数之间存在大量关联，部分具有呼吸道或肠道微生物组特异性；痰液微生物群的关联更频繁，细菌丰度与心理评分之间联系尤为紧密。
**痰液奈瑟菌属物种与抑郁及心理评分负相关**：基于系统型的分类注释对痰液奈瑟菌属物种进行详细分析。将痰液样本中归属奈瑟菌属的DNA序列（39个独特序列）与NCBI数据库中20个奈瑟菌属模式菌株序列进行比较。序列比对和系统发育树构建揭示了两个簇：大多数系统型（包括丰度较高者）与黄奈瑟菌模式菌株聚类，较少子集与口腔奈瑟菌（Neisseria oralis）聚类。包含所有奈瑟菌属系统型的dbRDA显示研究组间明显分离，并得到无监督聚类支持。向量叠加分析表明奈瑟菌属组成与抑郁问卷评分之间存在强相关。对注释为黄奈瑟菌序列的进一步分析显示，其相对丰度在哮喘/抑郁组显著低于单纯哮喘组和对照组。此外，黄奈瑟菌丰度与抑郁问卷评分显著负相关（如BDI rho = ?0.46，P = 0.0004）。校正协变量（年龄、BMI、吸烟和饮酒）后，rho有所减弱，但除BAI评分外所有变量仍保持显著。
讨论部分指出：既往研究报道了哮喘和抑郁中的微生物变化，但其与疾病特异性参数的关系尚不清楚。本探索性研究系统分析了哮喘及哮喘合并抑郁患者配对的痰液和粪便微生物组样本，两个患者组表现出不同的临床特征，提示存在强生物学信号。两种样本类型均发生微生物改变，最显著的是哮喘-抑郁组中黄奈瑟菌丰度显著降低，且黄奈瑟菌与抑郁问卷评分呈明显负相关，可能支持独立于肠-脑轴的微生物-气道-脑轴（microbiota–airway–brain axis）。FEV1、FeNO和嗜酸性粒细胞等哮喘相关参数在合并抑郁与否之间无显著差异，可能归因于规律哮喘用药；但合并抑郁者哮喘控制显著较低。鉴于抑郁存在时对哮喘症状感知增强或迟钝的报道均有，这种较差的哮喘控制反映的是潜在生物学疾病负担差异还是症状感知改变尚不清楚。相比之下，所有心理评分在合并抑郁患者中均显示强信号。哮喘和抑郁均与微生物改变相关，包括细菌多样性降低；已描述抑郁相关微生物组特征为拟杆菌属增加和粪杆菌属减少，本研究支持这一趋势但未达统计学显著性。研究还检测到粪便细菌丰度（Cateribacterium、Fusobacterium）与过敏致敏之间的负相关，几乎仅见于粪便，配对分析证实此类关联主要限于肠道微生物群。传统上哮喘肺部微生物组以变形菌门（包括奈瑟菌属）为主，但包括本研究在内的近期研究发现奈瑟菌属在哮喘受试者中丰度较低。诱导痰中韦荣球菌属（Veillonella）与成人哮喘严重程度增加相关，而其他报道描述哮喘气道丰度降低；本数据中韦荣球菌属在对照组最丰富，组间差异仅边缘性（对照7.8%、哮喘6.8%、哮喘/抑郁7.3%）。微生物群与肺功能的关联主要见于痰液，可能提示局部相互作用。除局部效应外，观察到痰液（而非粪便）Prevotellamassilia丰度与血清细胞因子（包括Th2和Th17介质）正相关，提示呼吸道微生物群的全身效应；与血清IL-23、IL-17A和IL-17F正相关一致，气道普雷沃氏菌属与慢性炎症性疾病中的Th17反应相关。这些观察为未来在更大队列中研究哮喘与抑郁交叉处的微生物机制提供了有价值的基础。细菌属丰度（尤其痰液）与心理评分一致相关，弯曲杆菌属、奈瑟菌属和Oribacterium与所有评估的抑郁评分负相关。进一步分析提示黄奈瑟菌起突出作用，其在组间差异最显著，且主要被认为是口腔共生菌；随着共生奈瑟菌青霉素耐药性上升，黄奈瑟菌具有机会性致病菌的潜力。体外研究表明黄奈瑟菌可抑制呼吸道上皮细胞中多种呼吸道病毒的复制；未来机制研究需探讨下呼吸道黄奈瑟菌丰度降低与哮喘急性发作的潜在相关性。黄奈瑟菌与免疫系统的关系已在哮喘中研究：气道微生物组变化可改变免疫反应，促成嗜酸性或中性粒细胞性气道炎症，且黄奈瑟菌水平在嗜酸性炎症中显著更高；其精确作用尚不清楚，但与心理障碍的可能关联属新发现。总体而言，肠道和呼吸道微生物群均与哮喘和抑郁的核心参数相关，但痰液微生物群似起更主导作用，特别是奈瑟菌属与五种抑郁问卷评分中的四种负相关，提示可能存在有别于肠-脑轴的气道微生物群-脑轴。肠道-微生物群-脑轴已与自闭症、焦虑、肥胖、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病相关联，其他微生物生态位则研究较少；在气道中研究限于口腔微生物组，其被提出作为抑郁的诊断生物标志物和治疗靶点。压力显著影响肠道微生物群，动物模型显示微生物组可通过小胶质细胞激活调节神经发生和髓鞘形成等神经过程。未来研究应在更大队列中探索哮喘中肺部微生物群与心理评分的机制性相互作用，可能为诊断和治疗策略提供信息。作者也指出局限性：样本量有限，具有探索性原理验证性质，部分由于疫情相关限制；吸烟会影响肠道和呼吸道微生物群，虽为排除标准，但抑郁常伴吸烟，限制了单纯抑郁患者的招募，因此疾病特异性微生物信号无法完全区分；哮喘/抑郁患者血清总IgE（不显著）和树花粉特异性IgE（显著）升高，提示哮喘表型/内型可能存在差异并影响微生物群；痰液嗜酸性粒细胞和中性粒细胞计数、FeNO及痰液细胞因子在哮喘与哮喘/抑郁之间无显著改变，提示局部炎症无明显差异；结果可能无法推广至所有哮喘内型；患者采样前未停用药物，不能排除药物影响；尽管宏基因组测序可提供更好的物种水平分辨率，但痰液样本含大量人类DNA，需要过于深度的测序，为保持一致性粪便样本也采用16S rRNA基因测序；黄奈瑟菌注释基于16S rRNA测序数据，需未来宏基因组测序最终证实；痰栓在咳出后立即分离以减少口腔污染，但痰液微生物群可能不能完全代表（下）气道微生物群；未分析真菌，真菌组（mycobiome）在吸入器使用背景下可能是未来研究的宝贵靶点。总之，需要更大规模的多中心研究和全面的基因组分析来充分阐明哮喘合并抑郁的微生物改变并验证关联。研究结论为：哮喘与抑郁共病与呼吸道和肠道微生物群的显著改变相关，同时患有两种疾病者表现出有别于对照的独特肺和肠道微生物谱，这些变化可能促成疾病间复杂相互作用，潜在地影响严重程度和临床结局。虽然无法推断因果关系，但研究结果为可能的肠-气道-脑相互作用提供了新见解。气道微生物群似乎比肠道微生物群发挥更强且独立的作用。关键发现是黄奈瑟菌的潜在参与，其在哮喘/抑郁中显著改变并与心理评分相关，突出了微生物群在哮喘-抑郁相互作用中的潜在作用。痰液微生物群与心理评分的关联为独立于肠-脑轴的肺-脑轴提供了观察性证据。未来应在更大队列中研究因果关系和机制联系，并考虑哮喘内型和严重程度。
