下呼吸道微生物组失调与急性重症下呼吸道感染不良预后相关

《MedComm》：Lower Respiratory Microbiome Dysbiosis Is Associated With Poor Prognosis in Acute Severe Lower Respiratory Tract Infection

　　

急性重症下呼吸道感染（asLRTIs）在危重症患者中构成重大临床挑战，但下呼吸道微生物组（LRTM）的作用仍不明确。本研究旨在表征LRTM组成和宿主免疫因子，以识别临床结局的预后特征。研究纳入53例asLRTI患者和35例对照。研究人员进行了宏基因组学、代谢组学、蛋白质组学和RNA测序，同时采用相似性分析（ANOSIM）和Cox回归进行统计。在支气管肺泡灌洗液（BALF）采样时收集临床数据，包括肺炎严重程度评分，并进行100天随访。LRTM样本被分为五个聚类（C1–C5）。聚类C5类似对照组，而其他聚类显示出显著较低的多样性。LRTM组成与预后相关，病原菌丰度较高与较差结局相关。聚类C3与不良预后和降低的生存率相关。代谢物分析显示asLRTIs中α-酮异己酸（α-KIC）升高，预后不良患者中10-硝基亚油酸较高。免疫反应在不同聚类间存在差异，具有不同的基因和细胞因子表达模式。与鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）相关的聚类C1表现出增强的IL17通路激活。asLRTIs中的LRTM组成与临床结局相关，不存在单一差异梯度，而是以不同病原体、代谢物和免疫反应为特征的独特群落状态。

论文解读文章：基于多组学分析的急性重症下呼吸道感染下呼吸道微生物组与预后关联研究

**研究背景与问题**
急性重症下呼吸道感染（asLRTIs）是一种常见的严重呼吸系统疾病，其特征为肺泡和支气管炎症导致的呼吸困难与低氧血症，在全球范围内位列死亡原因第六位。尽管先前研究提示下呼吸道微生物组（LRTM）失调与疾病严重性相关，但LRTM在asLRTIs中的具体作用及其与宿主免疫反应的相互作用仍不明确。现有研究多聚焦于单一组学或特定病原体，缺乏对LRTM组成、宿主免疫反应及代谢物网络的综合评估。因此，本研究旨在通过多组学方法，系统表征asLRTIs中LRTM的组成与功能，并探索其与临床预后的关联，以期为疾病分层和预后预测提供新依据。

**研究设计与方法概述**
研究人员招募了来自中国-日本友好医院和北京朝阳医院2022年1月至2023年3月期间的53例asLRTI患者和35例非重症间质性肺炎对照。收集支气管肺泡灌洗液（BALF）样本，进行宏基因组下一代测序（mNGS）以分析LRTM组成，同时采用RNA测序（RNA-seq）评估基因表达，数据独立采集（DIA）蛋白组学分析蛋白水平，非靶向代谢组学检测代谢物谱。统计方法包括相似性分析（ANOSIM）和Cox回归，并随访100天以评估预后。主要技术方法包括：样本队列来源明确，基于mNGS的微生物分类注释（参考NCBI NR数据库），RNA-seq的差异表达基因（DEGs）筛选（DESeq2），DIA蛋白组学的差异蛋白（DEPs）鉴定，以及非靶向代谢组学的变量重要性投影（VIP）筛选。

**研究结果**
**2.1 asLRTIs呈现独特的微生物群落与宿主免疫系统相互作用**
研究人员通过mNGS分析发现，asLRTIs患者的LRTM组成与对照组显著不同（ANOSIM R=0.3803，p=0.036），且α多样性指数（如Shannon和Simpson指数）显著降低（p<0.05）。病原菌如鲍曼不动杆菌、纹带棒状杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌明显扩增。RNA-seq显示asLRTIs中有1413个上调基因和380个下调基因，富集于抗微生物免疫反应和中性粒细胞相关通路。蛋白质组学验证了中性粒细胞浸润表型，急性期反应蛋白（如CRP、SAA1）升高。代谢组学分析发现α-酮异己酸（α-KIC）在asLRTIs中显著升高（p=0.0105，FC=2.7），提示高炎症状态。

**2.2 与asLRTIs预后相关的特征**
根据100天预后将患者分为不良预后（PP）和良好预后（GP）组，发现LRTM分布存在显著差异（ANOSIM R=0.3273，p=0.048）。PP组中肠杆菌属、痤疮丙酸杆菌、棒状杆菌属和衣原体属扩增，而GP组中奈瑟菌属、乳酸杆菌属、克雷伯菌属和柠檬酸杆菌属扩增。代谢物分析显示10-硝基亚油酸在PP组中显著升高。免疫分析显示，PP组中适应性免疫反应相关通路富集显著降低，且淋巴细胞计数降低（p=0.0023）。

**2.3 asLRTI中LRTM特征的聚类分析**
基于Bray-Curtis距离进行层次聚类，将LRTM样本分为五个聚类（C1-C5）。C3以病毒相对丰度升高为特征，C5则与古菌丰度较高相关。细菌α多样性在C1-C4中显著降低。C1以鲍曼不动杆菌扩增为主，C2以铜绿假单胞菌为主，C3以纹带棒状杆菌为主，C4以肺炎克雷伯菌为主，C5类似对照且含有共生菌群。

**2.4 聚类定义的asLRTIs临床表型**
C3患者具有最高的不良预后比例，100天生存概率显著降低（C3 vs. C5，p=0.0022）。多变量Cox回归调整年龄、PSI和合并症后，C3仍为独立危险因素（调整HR=4.182，95% CI：1.318-13.27，p=0.0152）。研究发现纹带棒状杆菌与病毒丰度正相关（Pearson r=0.7867，p<0.0001），Peploviricota噬菌体在C3中扩增，但其预后作用未达统计学显著。

**2.5 asLRTI聚类中的局部宿主免疫反应**
BALF转录组分析显示，C1中IL17信号通路、NOD样受体信号通路和细胞因子-细胞因子受体相互作用显著富集，C3中系统性红斑狼疮通路富集，提示干扰素刺激。C5中免疫相关通路富集，如细胞因子活性。C1中上调细胞因子包括IL6、IL1B、CXCL8等，C5中包括IL7、TSLP等，提示不同LRTM状态对应不同免疫模式。

**2.6 asLRTI聚类中的局部蛋白质组学**
DIA蛋白组学分析显示，C1中角蛋白化、表皮分化通路富集，C2中单核细胞活化，C3中纤维蛋白溶解，C5中吞噬作用和自然杀伤细胞分化。C1中CX3CL1上调，C5中CXCL10和CCL18升高，提示局部免疫微环境差异。

**2.7 鲍曼不动杆菌-asLRTI以IL17信号通路为特征**
C1中鲍曼不动杆菌扩增，PPI分析显示IL17信号通路显著富集，hub基因如IL6、IL1B、CXCL8等表达上调，且与鲍曼不动杆菌丰度正相关。蛋白水平上IL1B和CXCL8也升高，表明IL17通路激活与特定病原体相关。

**讨论与结论**
研究人员总结认为，LRTM组成与asLRTIs临床预后密切相关，且不同聚类代表不同的群落状态，涉及病原体、代谢物和免疫反应的差异。C3与病毒扩增和不良预后相关，C1与IL17通路激活相关。研究局限性包括样本量较小、对照组数量不平衡、代谢组学覆盖有限等，但结果提示LRTM分析可作为mNGS的补充工具用于asLRTIs诊断和预后分层。结论强调，LRTM失调是asLRTIs的重要特征，其与宿主免疫的相互作用值得进一步探索。