哮喘中与肺部影像组学特征相关的鼻部微生物群

《International Journal of General Medicine》：Nasal Microbiota Associated with the Lung Radiomic Features in Asthma

　　

目的：本研究旨在表征哮喘患者鼻灌洗液（NLF）微生物群，并探讨其与肺部影像组学特征的关系。患者与方法：研究人员从39名参与者（12名对照和27名哮喘患者）中收集鼻灌洗液（NLF）进行16S rRNA基因测序。通过手动和NeuLungCARE软件分析哮喘患者的肺部影像组学特征。通过相关和回归分析研究微生物群与影像组学特征之间的关系。通过詹森-香农散度（JSD）聚类进一步表征哮喘微生物群。结果：在调整性别和年龄后，哮喘组鼻灌洗液（NLF）细菌负荷显著高于对照组，而微生物失调指数（MDI）在两组间相当。哮喘组鼻灌洗液（NLF）细菌负荷显著高于对照组（P<0.05）。在哮喘患者中，鼻灌洗液（NLF）细菌负荷与痰嗜酸性粒细胞百分比和黏液栓评分呈正相关（均P<0.05）。线性回归显示，香农指数（Shannon index）与第一代支气管壁面积百分比和低衰减区百分比（LAA%）呈负相关（均P<0.05）。Chao指数与第一秒用力呼气容积（FEV₁）呈显著负相关（P<0.05）。通过詹森-香农散度（JSD）聚类进一步识别出哮喘中的两个不同微生物群簇。簇1的α多样性指数显著高于簇2，且与对照组相比微生物失调指数（MDI）显著偏离（均P<0.05）。簇1患者CT提示的支气管扩张患病率显著更高，低衰减区百分比（LAA%）-910更低，且急性加重倾向患者比例更高（均P<0.05）。结论：鼻灌洗液（NLF）微生物群与肺部影像组学、功能和炎症标志物显著相关。有必要进一步开展前瞻性研究，探讨鼻灌洗液（NLF）微生物群对哮喘患者下气道特征的影响。

**论文解读：鼻部微生物群与哮喘肺部影像组学特征的关联**

**研究背景与意义**

哮喘是一种常见的慢性呼吸系统疾病，其全球疾病负担沉重。优化哮喘评估并选择合适的生物标志物以区分其异质性表型，对于推进精准治疗至关重要。既往研究利用机器学习识别哮喘发作的关键特征，强调了全身炎症指标和营养状况的重要性，如外周血嗜酸性粒细胞、C反应蛋白水平等。相比之下，上呼吸道微生物群作为局部黏膜免疫的关键参与者，可能成为更有前景的哮喘评估和局部靶向干预的生物标志物。已有研究表明，鼻部而非咽喉的微生物改变与儿童和成人哮喘的发生发展更为相关，且鼻部微生物群在哮喘急性加重期与非加重期表现出不同的特征。鼻灌洗液（NLF）作为一种采样方法，具有更高的微生物α多样性和均匀度，更能代表鼻部微生物组。计算机断层扫描（CT）可无创评估呼吸系统疾病中气道和肺实质的结构变化。先前研究已证实慢性阻塞性肺疾病（COPD）和囊性纤维化（CF）中下呼吸道微生物特征与影像组学特征相关，但哮喘患者中气道微生物群如何塑造这些影像组学特征尚待探索。因此，本研究旨在探讨鼻部微生物群与哮喘患者肺部CT特征之间的关系，并探索微生物特征以促进哮喘评估。该论文发表在《International Journal of General Medicine》。

**主要技术方法**

本研究为横断面研究，样本来源于华中科技大学同济医学院附属同济医院。研究人员招募了27名哮喘患者和12名健康对照。主要技术方法包括：采用16S rRNA基因V4区扩增子测序分析鼻灌洗液（NLF）微生物群；使用NeuLungCARE软件自动定量气道和肺实质参数，包括管腔直径（LD）、壁厚（WT）、壁面积百分比（WA%）以及低衰减区百分比（LAA%）；通过詹森-香农散度（JSD）聚类对哮喘微生物群进行分层；运用Spearman相关分析和线性回归分析探讨微生物群与影像组学特征、炎症指标及肺功能参数的关系。

**研究结果**

**受试者的人口统计学和临床特征**：与对照组相比，哮喘组男性比例更低（25.9% vs 75.0%，P=0.006），年龄更大（P<0.001），体重指数（BMI）无显著差异。44.4%的哮喘患者存在CT提示的支气管扩张，48.1%存在黏液栓，48.1%的患者易发生急性加重。通过对比两组患者的临床数据，研究人员为后续分析提供了基线特征。

**所有参与者鼻灌洗液（NLF）的细菌微生物群特征**：在门水平，两组优势菌门均为Bacillota、Pseudomonadota、Actinomycetota、Bacteroidota和Fusobacteriota；属水平对照组优势菌属为Staphylococcus、Anaerococcus、Peptoniphilus、Haemophilus和Streptococcus，哮喘组为Staphylococcus、Halomonas、Corynebacterium、Anaerococcus和Streptococcus。调整年龄和性别后，哮喘组细菌负荷显著高于对照组（P<0.001），但α多样性指数（Chao和Shannon指数）及微生物失调指数（MDI）在两组间无显著差异。这表明哮喘患者鼻灌洗液（NLF）中细菌总量增加，但整体多样性和失调程度相似。

**鼻灌洗液（NLF）微生物特征与哮喘患者临床参数的相关性**：Spearman相关分析显示，痰嗜酸性粒细胞百分比与细菌负荷呈显著正相关（r=0.488，P=0.030），黏液栓评分与细菌负荷呈显著正相关（r=0.465，P=0.030）。急性加重倾向患者与无急性加重倾向患者相比，细菌负荷无显著差异。线性回归分析表明，Chao指数与第一代支气管管腔直径/体表面积（LD-B0/BSA，R2=0.175，β=0.418，P=0.047）和第四代支气管管腔直径/体表面积（LD-B4/BSA，R2=0.203，β=0.451，P=0.047）呈正相关，但与第一秒用力呼气容积（FEV₁，R2=0.185，β=-0.430，P=0.047）呈负相关。Shannon指数与一级支气管壁面积百分比（WA%-B1，R2=0.173，β=-0.416，P=0.047）、低衰减区百分比（LAA%）-910（R2=0.172，β=-0.415，P=0.047）和LAA%-950（R2=0.222，β=-0.471，P=0.047）呈负相关。敏感性分析显示，Shannon指数与LAA%-950的负相关仍显著（R2=0.326，β=-0.571，P=0.002）。此外，Moraxella属丰度与痰中性粒细胞百分比呈负相关（r=-0.596，P=0.041）。这些结果表明鼻灌洗液（NLF）微生物群与哮喘患者的下气道炎症、气道形态和肺功能存在关联。

**哮喘患者鼻灌洗液（NLF）微生物群的聚类特征**：通过詹森-香农散度（JSD）聚类，将哮喘患者分为两个簇：簇1（15例）和簇2（12例）。主坐标分析（PCoA）基于未加权和加权的UniFrac距离均显示，健康对照组、簇1和簇2之间的物种组成存在显著差异（R=0.105，P=0.014；R=0.169，P=0.001）。簇1的Chao和Shannon指数均显著高于簇2（均P<0.05），且簇1的微生物失调指数（MDI）显著高于对照组（P=0.016），而簇2与对照组无显著差异。在门水平，簇1的Bacillota丰度显著较低，Bacteroidota和Fusobacteriota丰度显著较高；在属水平，簇1的Staphylococcus丰度显著较低，norank_f__Prevotellaceae丰度显著较高（均P<0.05）。临床特征比较显示，簇1中急性加重倾向患者比例显著更高（66.7% vs 25.0%，P=0.031），CT提示支气管扩张患病率更高（66.7% vs 16.7%，P=0.009），支气管扩张评分更高（P=0.011），且LAA%-910显著更低（P=0.045）。这些结果提示，高α多样性和显著失调的微生物簇与更严重的肺部影像学异常和更高的急性加重风险相关。

**讨论与结论**

讨论部分指出，本研究中哮喘患者与健康对照的鼻灌洗液（NLF）优势菌群组成和α多样性无显著差异，但哮喘组细菌负荷显著升高，且与痰嗜酸性粒细胞和黏液栓评分相关。微生物α多样性指数与CT定量的气道和肺实质特征（如WA%-B1、LAA%）密切相关。两个微生物簇的发现表明，簇1（高α多样性和高失调指数）与更高的支气管扩张患病率、更低的LAA%和更多的急性加重倾向患者相关。这些初步发现提示鼻部微生物群可能是未来哮喘相关肺部病理生理和疾病控制研究的重要方向。研究局限性包括样本量小、横断面设计无法推断因果关系、16S rRNA测序仅提供属级分辨率等。研究结论部分翻译如下：本研究发现，哮喘患者鼻灌洗液（NLF）中的细菌负荷高于健康对照。调整性别和年龄后，两组间的微生物失调指数（MDI）相当，年龄似乎对MDI有显著影响。鼻灌洗液（NLF）微生物群与哮喘的下气道炎症、影像组学特征和肺功能相关。以更高多样性和显著失调为特征的微生物簇在易急性加重患者中更常见。这些发现为整合上气道微生物群与影像组学特征作为未来哮喘研究的可能方向提供了初步证据。需要进一步的前瞻性研究来验证鼻灌洗液（NLF）微生物群与肺部影像组学之间的相互作用及其在哮喘疾病控制评估中的应用。