糖尿病相关小帕拉维菌属富集与下呼吸道感染中改变的肺微生物群谱：632个宏基因组分析

《Microbiology Spectrum》：Diabetes-associated Parvimonas enrichment and altered lung microbiota profiles in lower respiratory tract infection: an analysis of 632 metagenomes

　　

肺微生物群（pulmonary microbiota）的稳态对于维持人类健康和调节疾病进展至关重要。肺微生物菌群的稳定性可能与糖尿病相关，但具体的改变仍未被充分描述。这项回顾性观察性研究旨在利用宏基因组下一代测序（metagenomic next-generation sequencing, mNGS）分析糖尿病患者与非糖尿病患者之间肺微生物群的谱系。研究人员连续纳入共632例患者，包括77例同时患有肺炎和糖尿病的患者、46例既不患肺炎也不患糖尿病的患者、499例患肺炎但不患糖尿病的患者，以及10例患糖尿病但不患肺炎的患者。使用mNGS（DNA）检测支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF）标本中的病原体。在非下呼吸道感染（non-lower respiratory tract infection, non-LRTI）队列中，糖尿病个体的肺微生物群与非糖尿病个体显著不同。Parvimonas在糖尿病组中更为丰富。与患LRTI的非糖尿病患者相比，患有糖尿病和LRTI的患者显示出Parvimonas相对丰度增加，但普雷沃菌属（Prevotella）和马拉色菌属（Malassezia）的相对丰度降低。研究人员的分析揭示了Parvimonas与Malassezia之间的负相关，以及Parvimonas与抗菌药物耐药基因ICR-Mc和RbpA表达的正相关。这表明在感染期间，Parvimonas富集与微生物失调之间存在潜在关联，尽管潜在的宿主-微生物相互作用需要进一步验证。有趣的是，Parvimonas丰度与糖化血红蛋白（HbA1c）水平无显著关联。研究人员的发现提示，Parvimonas富集与糖尿病相关的下呼吸道微生物群改变有关。微生物群相关的改变是否代表糖尿病患者肺部感染中临床可操作的靶点，尚需在前瞻性和干预性研究中确定。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
肺微生物群（pulmonary microbiota）的稳态在维持人体健康和调节疾病进程中起关键作用。传统上认为肺部是无菌环境，但越来越多的证据表明，健康个体下呼吸道存在微生物菌群，其组成与口咽部相似但具有独特的生态系统。肺微生物群参与慢性阻塞性肺疾病（COPD）、哮喘和肺癌等呼吸系统疾病的发生与发展，可通过炎症、免疫和代谢途径与宿主相互作用。糖尿病患者由于免疫功能受损，感染风险增加，尤其是肺部感染，其发病率和死亡率显著高于非糖尿病人群。然而，糖尿病如何影响肺微生物群组成及其与感染易感性之间的机制仍不清楚。传统病原体检测方法（如培养、抗原抗体检测和聚合酶链反应）存在耗时长、检出率低等问题。宏基因组下一代测序（mNGS）凭借高通量测序和生物信息学分析，能同时检测多种病原体，具有灵敏度高、检测范围广的优点，并可提供微生物丰度和多样性信息，为探索微生物群落提供了有力工具。本研究旨在利用mNGS分析糖尿病患者与非糖尿病患者在有无下呼吸道感染（LRTI）情况下的肺微生物群差异，特别关注糖尿病相关的微生物改变及其与感染和耐药组的关联。

**主要技术方法**
研究人员采用回顾性观察性研究设计，纳入2021年3月至2023年6月在江苏省人民医院就诊的632例疑似LRTI患者（年龄≥18岁）。所有患者均接受支气管肺泡灌洗液（BALF）采集，并使用mNGS（DNA测序）进行病原体检测。生物信息学分析流程包括：使用Kraken2比对微生物基因组数据库（置信度阈值0.65，每物种至少5条reads），计算α多样性（ACE、Chao1、Shannon、Simpson指数）和β多样性（Bray-Curtis距离），采用PERMANOVA检验组间差异，用Kruskal-Wallis秩和检验比较物种/属水平的相对丰度。使用DIAMOND将reads比对至CARD数据库以鉴定抗菌药物耐药基因（ARGs），并以每千碱基每百万reads（RPKM）进行标准化。统计分析采用Mann-Whitney U检验、卡方检验或Fisher精确检验，以及Pearson相关系数分析。

**研究结果**

**1. 患者特征**
共纳入632例患者，分为四组：LRTI伴糖尿病（DM）组（77例）、LRTI不伴DM组（499例）、非LRTI的DM组（10例）和非LRTI的非DM组（46例）。在非LRTI队列中，DM组年龄显著高于非DM组，高血压比例更高。在LRTI队列中，DM组年龄更大、BMI更高、女性比例更低、炎症标志物（白细胞、中性粒细胞百分比、C反应蛋白）升高，且平均住院时间更长。在LRTI伴DM组内，低糖化血红蛋白（HbA1c）和高HbA1c亚组之间的年龄、性别和合并症无显著差异。

**2. 非感染条件下糖尿病肺部Parvimonas升高**
比较DM组与非DM组（非LRTI）的肺微生物群：α多样性（ACE、Chao1、Shannon、Simpson指数）无显著差异；β多样性（Bray-Curtis距离）也无显著差异（PERMANOVA，R²=0.017，P=0.594）。但在物种水平，Parvimonas micra（P=0.047）和Porphyromonas endodontalis（P=0.049）在DM组中相对丰度更高；属水平上，Parvimonas同样显著富集（P=0.047）。这表明糖尿病与特定微生物组成的变化相关，尽管整体多样性未改变。

**3. 下呼吸道感染期间糖尿病相关的肺微生物群改变**
比较LRTI伴DM组与LRTI不伴DM组：α多样性无显著差异；β多样性存在显著但较小的差异（PERMANOVA，R²=0.005，P=0.001）。属水平上，LRTI伴DM组中Parvimonas相对丰度升高（P=0.001），而Prevotella（P=0.006）和Malassezia（P=0.015）相对丰度降低。物种水平上，Prevotella melaninogenica、Prevotella pallens、Porphyromonas pasteri和Prevotella jejuni减少，Parvimonas micra增加。说明在LRTI背景下，糖尿病患者的肺微生物群表现出更明显的失调，以Parvimonas富集和Prevotella、Malassezia减少为特征。

**4. Parvimonas富集与糖尿病合并LRTI患者中微生物群和耐药组特征改变相关**
Pearson相关分析显示，在LRTI伴DM组中，Parvimonas与Malassezia呈显著负相关（r=-0.263，P=0.022），与抗菌药物耐药基因ICR-Mc（r=0.256，P=0.038）和RbpA（r=0.248，P=0.045）呈正相关。在LRTI不伴DM组中，这些关联不显著。这表明Parvimonas富集与特定的微生物生态失调和耐药组改变共发生。

**5. Parvimonas失调与HbA1c水平无显著关联**
在LRTI伴DM组中，根据HbA1c水平将患者分为六个亚组（≤6.5%、6.51%–7.0%、7.01%–7.5%、7.51%–8.5%、8.51%–9.5%、>9.5%），Parvimonas丰度在各亚组间无显著差异。进一步分为HbA1c≤7.5%和>7.5%两组，Parvimonas丰度仍无差异。但在高HbA1c组中，Rothia、Corynebacterium和Actinomyces的相对丰度显著升高。提示HbA1c定义的血糖控制不能完全解释Parvimonas相关的微生物变异。

**讨论与结论**
本研究利用mNGS揭示了糖尿病与肺微生物群稳定性之间的关系。主要发现包括：即使在无肺部感染时，糖尿病患者的肺微生物群已存在基线失调，特征为Parvimonas富集；在LRTI背景下，这种失调进一步加剧，表现为Parvimonas增加、Prevotella和Malassezia减少，并与抗菌药物耐药基因（ICR-Mc和RbpA）丰度增加相关。Parvimonas与Malassezia的负相关提示可能存在生态位竞争或拮抗作用。值得注意的是，Parvimonas相关微生物失调与HbA1c水平无显著关联，说明除血糖控制外，其他糖尿病相关的宿主因素（如免疫状态、代谢改变）可能参与其中。研究局限性包括：BALF为低生物量标本，可能存在上呼吸道或试剂污染；非LRTI糖尿病组样本量较小；糖尿病与非糖尿病组间存在年龄、BMI、性别等混杂因素；未进行前瞻性验证。结论：Parvimonas富集与糖尿病相关的下呼吸道微生物群改变有关，但这一微生物特征是否具有临床诊断或治疗靶点价值，尚需前瞻性和干预性研究验证。论文发表在《Microbiology Spectrum》。