引用本文： 劉明, 郭潔, 趙丹, 張萱. 過敏性哮喘患者腸道菌群特征分析. 中國呼吸與危重監護雜志, 2024, 23(1): 1-6. doi: 10.7507/1671-6205.202304057 復制
支氣管哮喘是一種慢性氣道炎癥性疾病，以氣道高反應性為主要病理生理改變，臨床表現主要為咳嗽和胸悶，該病在兒童和成人群體中都是以過敏性哮喘為主[1]。多種免疫細胞參與了過敏性哮喘的發病，主要有肥大細胞、嗜酸性粒細胞和T淋巴細胞。外部環境因素在過敏性哮喘的發病過程中起著重要的作用。隨著人們認識到感染性暴露可介導過敏易感性，我們對微生物如何影響特應性疾病易感性的理解大大提高。20世紀80年代的“衛生假說”認為在新生兒時期，由于環境中缺失接觸傳染源、共生微生物與寄生蟲，從而限制了免疫系統的發展，這種情況增加了過敏性疾病發病的可能性[2]。后續研究表明人體腸道菌群的正常定植相比特定菌群的感染對免疫耐受的形成和發展的作用更大，形成了“微生物剝奪假說”[3]。菌群定植在過敏性哮喘的發病過程中發揮著重要的作用。研究表明過敏性哮喘患者腸道菌群的結構組成與正常人不同，剖腹產嬰兒或者在嬰兒期使用過大量抗生素的嬰兒容易罹患過敏性哮喘等過敏性疾病[4]。也有研究發現當兒童在分娩過程中經過產道時，母體產道中的微生物會定植道新生兒的呼吸道中，產生免疫耐受，這在一定程度上降低了新生兒過敏性哮喘發生的概率[5]。隨著高通量測序技術的迅速發展，越來越多的研究證據表明腸道菌群與肺部疾病的發生存在著密切的關系[6]。腸道菌群將膳食纖維降解后產生短鏈脂肪酸，后者在多種疾病的發生發展過程中扮演著關鍵的角色。本研究將過敏性哮喘患者的腸道菌群結構與正常對照進行對比分析，旨在為過敏性哮喘的診斷和治療提供新的證據支持。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究納入了2021年1月—2021年12月就診于河北省中醫院的過敏性哮喘患者（14例）和同期健康體檢人群（15例）。入組患者及健康對照成員了解本研究的相關內容并已經簽署了知情同意書。本研究已經通過河北省中醫院醫學倫理委員會的審核批準（倫理批號：HBZY2019-KY-166-01）。
1.2 方法
1.2.1 基線資料收集
收集哮喘患者和健康對照組的年齡、性別、體重指數（body mass index，BMI）、吸煙史、哮喘病程、肺功能指標第1秒用力呼氣容積占預計值百分比（forced expiratory volume in the first second in percent predicted value，FEV1%pred），以及合并其他過敏性疾病（過敏性鼻炎、結膜炎、濕疹、藥物過敏、食物過敏等）情況。
1.2.2 糞便樣本的收集和處理
采集入組成員的糞便標本，使用腸道菌群檢測專用糞便收集器進行收集。標本收集完成后液氮速凍，及時轉運至–80 ℃進行凍存。本研究在實驗過程中使用糞便菌群DNA提取試劑盒對糞便標本進行菌群DNA的提取。采用瓊脂糖凝膠電泳法觀察提取DNA的完整性。紫外分光光度計檢測提取DNA的濃度及純度。
1.2.3 PCR擴增及高通量測序
使用細菌擴增通用引物341F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'）進行對細菌的V3、V4可變區進行PCR擴增實驗。使用Illumina MiSeq測序儀進行基因測序。
1.2.4 生物信息學分析
本研究涉及到的生物信息學分析主要包括微生物群落結構分析、α多樣性分析、β多樣性分析及細菌物種差異分析。群落結構是指在一個生物環境內存在直接或間接關系的所有生物，在微生物的群落結構中，各個種群之間相互作用，并且這種作用關系有規律可循，使用Heatmap圖進行分析群落結構。α多樣性能夠反映一個特定生態系統內的物種多樣性水平。有多個評價α多樣性的指數，比較常用的主要有Chao 1指數、Observed指數、Simpson指數、Shannon指數等。β多樣性能夠反映某一個生態系統內的生物多樣性程度。有多種描述β多樣性的方法，本研究使用非度量多維尺度分析（non-metric multidimensional scaling，NMDS）分析描述β多樣性。
1.3 統計學方法
本研究采用SPSS 20.0進行統計學分析。呈正態分布的計量資料以均數±標準差（
±s）表示。采用Student t 檢驗進行比較。計數資料以例（%）表示，采用χ2檢驗進行比較。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 基線資料比較
本研究共納入29例參與者，其中包括過敏性哮喘患者14例和對照15例。統計學分析結果顯示，過敏性哮喘組和對照組的年齡、性別、BMI及吸煙史差異均無統計學意義 （均P>0.05）。過敏性哮喘組中，哮喘病程為（5.36±1.74）年，FEV1%pred≥60%的12例，FEV1%pred<60%的2例；合并其他過敏性疾病：過敏性鼻炎7例，結膜炎2例，濕疹3例，藥物過敏3例，食物過敏2例。結果見表1。
表1
基線資料［例/（
）］
2.2 菌群群落結構分析
應用Heatmap圖分析群落結構，圖1表示在門水平和在屬水平下，各個樣本內TOP30的物種豐度。
圖1
基于相對豐度的Heatmap圖
a. 門水平；b. 屬水平。左側聚類樹代表物種的聚類，上側聚類樹代表樣本的聚類。紅色表示物種相對豐度較高，藍色表示物種相對豐度較低。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
2.3 α多樣性分析
本研究中兩組間α多樣性比較結果如圖2所示，過敏性哮喘組和對照組多樣性指數中，Chao 1指數（圖2a）有顯著差異，說明兩組菌群豐富度存在顯著差異，與對照組比較，過敏性哮喘組的腸道菌群豐富度顯著降低；兩組的Observed指數（圖2b）、Shannon指數（圖2c）和Simpson指數（圖3d）無顯著差異，說明兩組腸道菌群的多樣性程度在統計學上無顯著差異。
圖2
多樣性指數組間比較Violinplot圖
a. Chao 1指數；b. Observed指數；c. Shannon指數；d. Simpson指數。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。與NG組比較，***
圖3
NMDS分析
圖中的每一個點都代表一個樣本，不同的顏色代表不同的分組，在同一組中，各樣本之間的距離越近，且與其他分組距離越遠，說明區分效果越好。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
2.4 β多樣性分析
采用NMDS分析描述β多樣性，結果如圖3所示，結果提示過敏性哮喘組與對照組的菌群結構組成存在顯著差異。
2.5 差異菌群分析
門綱目科屬種各個水平上做統計分析（T檢驗），對過敏性哮喘組和對照組進行腸道差異菌群分析。兩組在門水平和屬水平的差異菌分別如圖4所示，圖中橫向為樣品信息，縱向是樣本的物種注釋信息，圖中左側的聚類樹是物種聚類樹，圖中上面的聚類分支Group代表樣本分屬于不同的分組。圖中紅色表示物種相對豐度較高，藍色表示物種相對豐度較低。如圖4a所示，過敏性哮喘組的擬桿菌門（Bacteroidetes）豐度顯著高于對照組，對照組中綠彎菌門（Chloroflexi）豐度顯著高于過敏性哮喘組。圖4b展示了兩組在屬水平的差異菌群，主要是糞桿菌屬（Faecalibacterium）、羅氏菌屬（Roseburia）、另枝菌屬（Alistipes）、鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas）、多爾氏菌屬（Dorea）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae_UCG-002）、鏈霉菌屬（Streptomyces）、凸腹真桿菌屬（[Eubacterium]_ventriosum_group）、丁酸球菌屬（Butyricicoccus）和無桿菌（Agathobacter）。
圖4
差異菌群分析
a. 門水平；b. 屬水平。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
3 討論
在微生物學發展的早期，以巴斯德為代表的科學家們就已經認識到了細菌在生命發展過程中的重要作用。我們目前對宿主與微生物群落相互作用的大部分理解來自對腸道內微生物的研究，腸道是人體內最大的細菌生態系統。在宏基因組技術的幫助下，我們對腸道微生物群的正常發育和功能有了更多的了解。雖然腸道微生物群的結構在個體之間存在很大差異[7]，但對嬰兒早期至成年期健康人群的采樣分析揭示了“正常”腸道微生物群有許多共同特征。在嬰兒早期，母乳是主要的膳食成分，腸道微生物群的結構是高度可變的，并且含有數量有限的微生物，主要以雙歧桿菌為主[8]。在幼兒期，微生物群的復雜性逐漸增加，到大約3歲時達到成人樣形態[9]。雖然腸道微生物群具有高度個體變異性，但我們現在認識到功能正常的腸道微生物群具有許多重要的功能，這些功能包括協助消化、刺激黏膜免疫功能、排除病原體和調控有益代謝物的產生[10-14]。同樣，不能發揮這些功能的腸道微生物群落與炎癥性腸病、肥胖、營養不良和抗生素相關性腹瀉有因果關系[15-19]。除了在胃腸道內的重要性外，宏基因組學方法還幫助人們認識到微生物群落影響胃腸道外的宿主生理功能。我們現在知道許多其他上皮表面，如呼吸道、泌尿生殖道和人體表皮擁有不同的微生物群落，這些群落決定了各自黏膜表面的功能。此外，研究已證明微生物群落能夠影響遠端部位的組織，例如腸道微生物群對多發性硬化和動脈粥樣硬化性心血管疾病的有影響[20-21]。
目前的研究表明微生物群在哮喘發病機制中發揮著重要的作用，微生物群是免疫、代謝和細胞功能的關鍵調節劑，對與哮喘相關的炎癥信號做出反應，并可能介導哮喘的易感性、嚴重性和表型。這些研究對我們理解微生物群對哮喘發病的影響和潛在的臨床價值都具有變革性。氣道微生物調節哮喘的潛力很容易被理解，因為呼吸道微生物群落和過敏性炎癥的位置非常接近。近期一項研究通過對155對母嬰樣本的檢測和隨訪，發現產前母體自身的免疫狀態、新生兒表觀遺傳學的改變及上呼吸道微生物結構組成之間存在著密切的關聯關系，這種關聯影響著兒童罹患哮喘的風險[22]。盡管腸道微生物在解剖學上與呼吸道是分離的，但現在的研究已經證明腸道微生物群可以影響包括肺在內的多個遠端器官的生理功能[23]。腸和肺之間的這種關系被稱為腸–肺軸，它強調腸和肺功能之間的相互聯系。雖然尚未對腸–肺軸的機制有全面的了解，但腸道微生物群被認為在改變肺功能方面起著重要作用[24-25]。一項致力于研究兒童哮喘中腸道微生物組和代謝組與喘息頻率關系的研究，通過對哮喘兒童腸道菌群結構及相關代謝產物分析，揭示了與兒童哮喘群體潛在相關的腸道特定菌種及代謝產物[26]。研究共納入了110例哮喘患兒，在3周歲時收集患者的糞便樣本進行腸道菌群和代謝組學檢測，隨訪至患兒5周歲，結果發現在喘息比例較高的兒童腸道中，韋榮球菌屬和組氨酸途徑代謝產物富集，梭狀芽胞桿菌UCG-014豐度增加；顫螺菌科UCG-005、毛螺菌科和Holdemanella的豐度與喘息呈負相關；韋榮球菌屬和顫螺菌科UCG-005與多數的糞便代謝物存在關聯[26]。該研究為進一步深入研究腸道菌群與哮喘的相互關系提供了新的研究思路。
本研究結果表明，過敏性哮喘組與對照組的腸道菌群豐富度存在顯著差異，過敏性哮喘組的腸道菌群豐度顯著降低。該研究結果與以往報道具有一致性，以往研究結果標明，降低的微生物多樣性破壞了腸–肺軸的雙向交流，導致對呼吸道和食物過敏原的過敏和過度反應[27]。β多樣性分析結果提示過敏性哮喘組與對照組的菌群結構組成存在顯著差異，利用菌群分析的方法，可以將過敏性哮喘疾病組與對照組進行有效的區分。與對照組相比，過敏性哮喘組的羅氏菌屬（Roseburia）、凸腹真桿菌屬（[Eubacterium]_ventriosum_group）、多爾氏菌屬（Dorea）、丁酸球菌屬（Butyricicoccus）和無桿菌（Agathobacter）的豐度顯著降低；過敏性哮喘組的另枝菌屬（Alistipes）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae_UCG-002）的豐度顯著增高。
羅氏菌屬是人體共生菌，主要產生以丁酸為主的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），具有抗炎的特性。羅氏菌屬與腸道健康之間存在密切聯系，包括炎癥性腸病、腸易激綜合征和結腸癌。關于炎癥性腸病，研究較多的是羅氏菌屬與潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）或克羅恩病之間的關聯，在UC中，產丁酸的細菌豐度降低[28-30]。Kumari等[28]觀察發現，與對照組相比，UC糞便樣品中丁酸鹽、異丁酸鹽和乙酸鹽的濃度顯著降低。真桿菌屬是在健康人結腸中發現的一種重要的腸道細菌，是人體腸道菌群中的核心菌屬之一，是腸道菌群中產丁酸鹽的重要菌屬，其產生的丁酸可抑制結直腸癌和動脈硬化；真桿菌通過產生短鏈脂肪酸緩解宿主腸道炎癥、2型糖尿病和肥胖癥狀；真桿菌通過轉化膽固醇預防心血管疾病，并可通過調節膽汁酸代謝促進腸道和肝臟健康[31]。針對帕金森氏病與腸道菌群的相關性研究表明，較低的凸腹真桿菌屬的豐度與較高的淀粉樣蛋白陽性率密切相關[32]。現有研究表明，腸道菌群通過SCFAs參與過敏性哮喘的發病。過敏性哮喘的病理過程與SCFAs參與的G蛋白耦聯受體表達下降相關，GPR41或GPR43表達的下調更容易導致過敏性哮喘的發生[33]。我們的研究結果與以往研究結果一致，過敏性哮喘組產丁酸的羅氏菌屬和真桿菌屬豐度顯著降低，這種多樣性的改變可能導致細菌代謝產物SCFAs的種類及含量隨之改變，使氣道上皮屏障遭到破壞，引發過敏性哮喘氣道高反應的發生。
綜上所述，本研究證實了過敏性哮喘患者與正常人的腸道菌群存在差異，其具體機制需要進一步研究。本研究尚存在一定的局限性，研究納入的樣本量較小，后續的研究需要進一步擴大樣本量。需要建立過敏性哮喘動物模型，對研究結果進行驗證。同時，有必要進行宏基因組學研究，深入了解過敏性哮喘患者腸道微生物群落的代謝途徑、基因表達和功能，從而深入研究微生物與宿主之間的相互作用。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。
支氣管哮喘是一種慢性氣道炎癥性疾病，以氣道高反應性為主要病理生理改變，臨床表現主要為咳嗽和胸悶，該病在兒童和成人群體中都是以過敏性哮喘為主[1]。多種免疫細胞參與了過敏性哮喘的發病，主要有肥大細胞、嗜酸性粒細胞和T淋巴細胞。外部環境因素在過敏性哮喘的發病過程中起著重要的作用。隨著人們認識到感染性暴露可介導過敏易感性，我們對微生物如何影響特應性疾病易感性的理解大大提高。20世紀80年代的“衛生假說”認為在新生兒時期，由于環境中缺失接觸傳染源、共生微生物與寄生蟲，從而限制了免疫系統的發展，這種情況增加了過敏性疾病發病的可能性[2]。后續研究表明人體腸道菌群的正常定植相比特定菌群的感染對免疫耐受的形成和發展的作用更大，形成了“微生物剝奪假說”[3]。菌群定植在過敏性哮喘的發病過程中發揮著重要的作用。研究表明過敏性哮喘患者腸道菌群的結構組成與正常人不同，剖腹產嬰兒或者在嬰兒期使用過大量抗生素的嬰兒容易罹患過敏性哮喘等過敏性疾病[4]。也有研究發現當兒童在分娩過程中經過產道時，母體產道中的微生物會定植道新生兒的呼吸道中，產生免疫耐受，這在一定程度上降低了新生兒過敏性哮喘發生的概率[5]。隨著高通量測序技術的迅速發展，越來越多的研究證據表明腸道菌群與肺部疾病的發生存在著密切的關系[6]。腸道菌群將膳食纖維降解后產生短鏈脂肪酸，后者在多種疾病的發生發展過程中扮演著關鍵的角色。本研究將過敏性哮喘患者的腸道菌群結構與正常對照進行對比分析，旨在為過敏性哮喘的診斷和治療提供新的證據支持。
1 資料與方法
1.1 臨床資料
本研究納入了2021年1月—2021年12月就診于河北省中醫院的過敏性哮喘患者（14例）和同期健康體檢人群（15例）。入組患者及健康對照成員了解本研究的相關內容并已經簽署了知情同意書。本研究已經通過河北省中醫院醫學倫理委員會的審核批準（倫理批號：HBZY2019-KY-166-01）。
1.2 方法
1.2.1 基線資料收集
收集哮喘患者和健康對照組的年齡、性別、體重指數（body mass index，BMI）、吸煙史、哮喘病程、肺功能指標第1秒用力呼氣容積占預計值百分比（forced expiratory volume in the first second in percent predicted value，FEV1%pred），以及合并其他過敏性疾病（過敏性鼻炎、結膜炎、濕疹、藥物過敏、食物過敏等）情況。
1.2.2 糞便樣本的收集和處理
采集入組成員的糞便標本，使用腸道菌群檢測專用糞便收集器進行收集。標本收集完成后液氮速凍，及時轉運至–80 ℃進行凍存。本研究在實驗過程中使用糞便菌群DNA提取試劑盒對糞便標本進行菌群DNA的提取。采用瓊脂糖凝膠電泳法觀察提取DNA的完整性。紫外分光光度計檢測提取DNA的濃度及純度。
1.2.3 PCR擴增及高通量測序
使用細菌擴增通用引物341F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'）進行對細菌的V3、V4可變區進行PCR擴增實驗。使用Illumina MiSeq測序儀進行基因測序。
1.2.4 生物信息學分析
本研究涉及到的生物信息學分析主要包括微生物群落結構分析、α多樣性分析、β多樣性分析及細菌物種差異分析。群落結構是指在一個生物環境內存在直接或間接關系的所有生物，在微生物的群落結構中，各個種群之間相互作用，并且這種作用關系有規律可循，使用Heatmap圖進行分析群落結構。α多樣性能夠反映一個特定生態系統內的物種多樣性水平。有多個評價α多樣性的指數，比較常用的主要有Chao 1指數、Observed指數、Simpson指數、Shannon指數等。β多樣性能夠反映某一個生態系統內的生物多樣性程度。有多種描述β多樣性的方法，本研究使用非度量多維尺度分析（non-metric multidimensional scaling，NMDS）分析描述β多樣性。
1.3 統計學方法
本研究采用SPSS 20.0進行統計學分析。呈正態分布的計量資料以均數±標準差（±s）表示。采用Student t 檢驗進行比較。計數資料以例（%）表示，采用χ2檢驗進行比較。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 基線資料比較
本研究共納入29例參與者，其中包括過敏性哮喘患者14例和對照15例。統計學分析結果顯示，過敏性哮喘組和對照組的年齡、性別、BMI及吸煙史差異均無統計學意義 （均P>0.05）。過敏性哮喘組中，哮喘病程為（5.36±1.74）年，FEV1%pred≥60%的12例，FEV1%pred<60%的2例；合并其他過敏性疾病：過敏性鼻炎7例，結膜炎2例，濕疹3例，藥物過敏3例，食物過敏2例。結果見表1。
表1
基線資料［例/（）］
2.2 菌群群落結構分析
應用Heatmap圖分析群落結構，圖1表示在門水平和在屬水平下，各個樣本內TOP30的物種豐度。
圖1
基于相對豐度的Heatmap圖
a. 門水平；b. 屬水平。左側聚類樹代表物種的聚類，上側聚類樹代表樣本的聚類。紅色表示物種相對豐度較高，藍色表示物種相對豐度較低。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
2.3 α多樣性分析
本研究中兩組間α多樣性比較結果如圖2所示，過敏性哮喘組和對照組多樣性指數中，Chao 1指數（圖2a）有顯著差異，說明兩組菌群豐富度存在顯著差異，與對照組比較，過敏性哮喘組的腸道菌群豐富度顯著降低；兩組的Observed指數（圖2b）、Shannon指數（圖2c）和Simpson指數（圖3d）無顯著差異，說明兩組腸道菌群的多樣性程度在統計學上無顯著差異。
圖2
多樣性指數組間比較Violinplot圖
a. Chao 1指數；b. Observed指數；c. Shannon指數；d. Simpson指數。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。與NG組比較，***
圖3
NMDS分析
圖中的每一個點都代表一個樣本，不同的顏色代表不同的分組，在同一組中，各樣本之間的距離越近，且與其他分組距離越遠，說明區分效果越好。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
2.4 β多樣性分析
采用NMDS分析描述β多樣性，結果如圖3所示，結果提示過敏性哮喘組與對照組的菌群結構組成存在顯著差異。
2.5 差異菌群分析
門綱目科屬種各個水平上做統計分析（T檢驗），對過敏性哮喘組和對照組進行腸道差異菌群分析。兩組在門水平和屬水平的差異菌分別如圖4所示，圖中橫向為樣品信息，縱向是樣本的物種注釋信息，圖中左側的聚類樹是物種聚類樹，圖中上面的聚類分支Group代表樣本分屬于不同的分組。圖中紅色表示物種相對豐度較高，藍色表示物種相對豐度較低。如圖4a所示，過敏性哮喘組的擬桿菌門（Bacteroidetes）豐度顯著高于對照組，對照組中綠彎菌門（Chloroflexi）豐度顯著高于過敏性哮喘組。圖4b展示了兩組在屬水平的差異菌群，主要是糞桿菌屬（Faecalibacterium）、羅氏菌屬（Roseburia）、另枝菌屬（Alistipes）、鞘脂單胞菌屬（Sphingomonas）、多爾氏菌屬（Dorea）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae_UCG-002）、鏈霉菌屬（Streptomyces）、凸腹真桿菌屬（[Eubacterium]_ventriosum_group）、丁酸球菌屬（Butyricicoccus）和無桿菌（Agathobacter）。
圖4
差異菌群分析
a. 門水平；b. 屬水平。AG：過敏性哮喘組（allergic asthma group），NG：對照組（normal group）。
3 討論
在微生物學發展的早期，以巴斯德為代表的科學家們就已經認識到了細菌在生命發展過程中的重要作用。我們目前對宿主與微生物群落相互作用的大部分理解來自對腸道內微生物的研究，腸道是人體內最大的細菌生態系統。在宏基因組技術的幫助下，我們對腸道微生物群的正常發育和功能有了更多的了解。雖然腸道微生物群的結構在個體之間存在很大差異[7]，但對嬰兒早期至成年期健康人群的采樣分析揭示了“正常”腸道微生物群有許多共同特征。在嬰兒早期，母乳是主要的膳食成分，腸道微生物群的結構是高度可變的，并且含有數量有限的微生物，主要以雙歧桿菌為主[8]。在幼兒期，微生物群的復雜性逐漸增加，到大約3歲時達到成人樣形態[9]。雖然腸道微生物群具有高度個體變異性，但我們現在認識到功能正常的腸道微生物群具有許多重要的功能，這些功能包括協助消化、刺激黏膜免疫功能、排除病原體和調控有益代謝物的產生[10-14]。同樣，不能發揮這些功能的腸道微生物群落與炎癥性腸病、肥胖、營養不良和抗生素相關性腹瀉有因果關系[15-19]。除了在胃腸道內的重要性外，宏基因組學方法還幫助人們認識到微生物群落影響胃腸道外的宿主生理功能。我們現在知道許多其他上皮表面，如呼吸道、泌尿生殖道和人體表皮擁有不同的微生物群落，這些群落決定了各自黏膜表面的功能。此外，研究已證明微生物群落能夠影響遠端部位的組織，例如腸道微生物群對多發性硬化和動脈粥樣硬化性心血管疾病的有影響[20-21]。
目前的研究表明微生物群在哮喘發病機制中發揮著重要的作用，微生物群是免疫、代謝和細胞功能的關鍵調節劑，對與哮喘相關的炎癥信號做出反應，并可能介導哮喘的易感性、嚴重性和表型。這些研究對我們理解微生物群對哮喘發病的影響和潛在的臨床價值都具有變革性。氣道微生物調節哮喘的潛力很容易被理解，因為呼吸道微生物群落和過敏性炎癥的位置非常接近。近期一項研究通過對155對母嬰樣本的檢測和隨訪，發現產前母體自身的免疫狀態、新生兒表觀遺傳學的改變及上呼吸道微生物結構組成之間存在著密切的關聯關系，這種關聯影響著兒童罹患哮喘的風險[22]。盡管腸道微生物在解剖學上與呼吸道是分離的，但現在的研究已經證明腸道微生物群可以影響包括肺在內的多個遠端器官的生理功能[23]。腸和肺之間的這種關系被稱為腸–肺軸，它強調腸和肺功能之間的相互聯系。雖然尚未對腸–肺軸的機制有全面的了解，但腸道微生物群被認為在改變肺功能方面起著重要作用[24-25]。一項致力于研究兒童哮喘中腸道微生物組和代謝組與喘息頻率關系的研究，通過對哮喘兒童腸道菌群結構及相關代謝產物分析，揭示了與兒童哮喘群體潛在相關的腸道特定菌種及代謝產物[26]。研究共納入了110例哮喘患兒，在3周歲時收集患者的糞便樣本進行腸道菌群和代謝組學檢測，隨訪至患兒5周歲，結果發現在喘息比例較高的兒童腸道中，韋榮球菌屬和組氨酸途徑代謝產物富集，梭狀芽胞桿菌UCG-014豐度增加；顫螺菌科UCG-005、毛螺菌科和Holdemanella的豐度與喘息呈負相關；韋榮球菌屬和顫螺菌科UCG-005與多數的糞便代謝物存在關聯[26]。該研究為進一步深入研究腸道菌群與哮喘的相互關系提供了新的研究思路。
本研究結果表明，過敏性哮喘組與對照組的腸道菌群豐富度存在顯著差異，過敏性哮喘組的腸道菌群豐度顯著降低。該研究結果與以往報道具有一致性，以往研究結果標明，降低的微生物多樣性破壞了腸–肺軸的雙向交流，導致對呼吸道和食物過敏原的過敏和過度反應[27]。β多樣性分析結果提示過敏性哮喘組與對照組的菌群結構組成存在顯著差異，利用菌群分析的方法，可以將過敏性哮喘疾病組與對照組進行有效的區分。與對照組相比，過敏性哮喘組的羅氏菌屬（Roseburia）、凸腹真桿菌屬（[Eubacterium]_ventriosum_group）、多爾氏菌屬（Dorea）、丁酸球菌屬（Butyricicoccus）和無桿菌（Agathobacter）的豐度顯著降低；過敏性哮喘組的另枝菌屬（Alistipes）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae_UCG-002）的豐度顯著增高。
羅氏菌屬是人體共生菌，主要產生以丁酸為主的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），具有抗炎的特性。羅氏菌屬與腸道健康之間存在密切聯系，包括炎癥性腸病、腸易激綜合征和結腸癌。關于炎癥性腸病，研究較多的是羅氏菌屬與潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）或克羅恩病之間的關聯，在UC中，產丁酸的細菌豐度降低[28-30]。Kumari等[28]觀察發現，與對照組相比，UC糞便樣品中丁酸鹽、異丁酸鹽和乙酸鹽的濃度顯著降低。真桿菌屬是在健康人結腸中發現的一種重要的腸道細菌，是人體腸道菌群中的核心菌屬之一，是腸道菌群中產丁酸鹽的重要菌屬，其產生的丁酸可抑制結直腸癌和動脈硬化；真桿菌通過產生短鏈脂肪酸緩解宿主腸道炎癥、2型糖尿病和肥胖癥狀；真桿菌通過轉化膽固醇預防心血管疾病，并可通過調節膽汁酸代謝促進腸道和肝臟健康[31]。針對帕金森氏病與腸道菌群的相關性研究表明，較低的凸腹真桿菌屬的豐度與較高的淀粉樣蛋白陽性率密切相關[32]。現有研究表明，腸道菌群通過SCFAs參與過敏性哮喘的發病。過敏性哮喘的病理過程與SCFAs參與的G蛋白耦聯受體表達下降相關，GPR41或GPR43表達的下調更容易導致過敏性哮喘的發生[33]。我們的研究結果與以往研究結果一致，過敏性哮喘組產丁酸的羅氏菌屬和真桿菌屬豐度顯著降低，這種多樣性的改變可能導致細菌代謝產物SCFAs的種類及含量隨之改變，使氣道上皮屏障遭到破壞，引發過敏性哮喘氣道高反應的發生。
綜上所述，本研究證實了過敏性哮喘患者與正常人的腸道菌群存在差異，其具體機制需要進一步研究。本研究尚存在一定的局限性，研究納入的樣本量較小，后續的研究需要進一步擴大樣本量。需要建立過敏性哮喘動物模型，對研究結果進行驗證。同時，有必要進行宏基因組學研究，深入了解過敏性哮喘患者腸道微生物群落的代謝途徑、基因表達和功能，從而深入研究微生物與宿主之間的相互作用。
利益沖突：本研究不涉及任何利益沖突。
