传染病的跨学科观点

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传染病的跨学科观点/2021/文章

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体积 2021 |文章的ID 6655380 | https://doi.org/10.1155/2021/6655380

Imane Allali, Youssef Bakri, Saaïd Amzazi, Hassan Ghazal COVID-19的肠肺轴",传染病的跨学科观点 卷。2021 文章的ID6655380 6 页面 2021 https://doi.org/10.1155/2021/6655380

COVID-19的肠肺轴

学术编辑器:玛丽·e·Marquart
收到了 2020年12月21日
修改后的 2021年2月22日
接受 2021年3月02
发表 2021年3月12

摘要

COVID-19是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引起的呼吸系统大流行感染。在包括粪便在内的COVID-19患者的许多部位都发现了病毒核糖核酸(RNA),这表明它可能与宿主的肠道微生物群相互作用。肠道微生物群在免疫和炎症中也起着重要作用。它还通过肠肺轴影响肺功能。最近有关于宿主微生物群在感染和致病性中的重要性的报道。对肠道和肺部微生物群的了解将为新的治疗方法打开大门。

1.简介

世界正面临由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引起的名为“COVID-19”的呼吸系统大流行感染[1].2019年12月首次在中国武汉爆发,截至2021年3月1日,疫情已在全球蔓延,影响到213多个国家,全球确诊病例超过1100万例。在21世纪,以前曾发生过两次冠状病毒疫情,即SARS-CoV和中东呼吸综合征(MERS)-CoV,其临床症状与SARS-CoV-2几乎相同[2- - - - - -5].SARS-CoV和SARS-CoV-2病毒附着在血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体上,该受体被认为是进入宿主细胞的切入点。这种ACE2受体在不同的器官中表达,如肺、胃肠道、心脏和肾脏,这些器官都是冠状病毒的目标[6].首先,SARS-CoV-2感染呼吸道,可导致严重的呼吸道感染。然而,在COVID-19患者的粪便中检测到冠状病毒RNA,也可导致胃肠道感染[7- - - - - -11].这些结果提示,考虑微生物组和肠肺轴对更好地理解COVID-19感染特征和发病机制的重要性[12- - - - - -15].

在过去十年中,几项研究表明微生物群,特别是肠道微生物群在健康和疾病中的关键作用[1617].直到最近,呼吸道中也发现了许多微生物(细菌、病毒和真菌),这使得肺中存在这些微生物的概念在病理学上完全错误[18].与肠道、皮肤和泌尿生殖道相比,肺部微生物组的研究仍然较少。这是由于许多困难,如侵入性采样(支气管肺泡灌洗)和口咽污染。鉴于呼吸系统疾病或感染的个案数目不断增加[19- - - - - -21,更多的研究人员正在研究肺部微生物群以及肠道和肺部之间的相互作用在这些疾病的发病机制中的作用。

在这项研究中,我们强调了微生物组的主要作用,考虑到肠道和肺部微生物群落之间的相互作用,以及在COVID-19背景下,肠道-肺轴在免疫反应中的重要性。最后,我们指出了益生菌的使用所提供的潜在的新的治疗方法。

2.肺部微生物

多年来,肺一直被认为是无菌和无菌的器官。最近,由于下一代测序(NGS)技术的发展,我们知道情况并非如此,微生物栖息在肺中,形成其局部菌群,就像肠道菌群一样[1822].尽管在肺中发现的微生物数量没有在肠道或口腔中那么多,但肺微生物组现在被认为是一个特定的生态系统,其中组成它的不同微生物的多样性对每个个体来说都是独特的[2324].肺微生物群是一个更加动态和短暂的生态系统;它的微生物主要来自口腔球,也来自吸入的空气和消化道(通过微吸入)。肺菌群组成中最常见的门是变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门,而在属水平上,假单胞菌链球菌普氏菌FusobacteriaPorphyromonas,韦永氏球菌属是最主要的根据不同的研究25- - - - - -27].

随着肺微生物组研究的出现,许多研究集中在健康人群肺部细菌群落与哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、囊性纤维化、纤维化特发性肺疾病、肺癌等慢性肺部疾病患者肺部细菌群落的比较[1920.27- - - - - -29].不同的研究报告了肺部微生物组组成与哮喘之间的关系[2930.].两项针对大量儿童群体的主要研究表明,儿童环境和生长累积的肺部微生物组组成紊乱对患哮喘风险的影响[3132].而且,病毒感染,尤其是与鼻病毒,可能在哮喘的发生中起作用[3334].此外,还观察到哮喘儿童和健康儿童之间细菌群落的差异。变形菌门和葡萄球菌在哮喘儿童中过多,而拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门在健康儿童中较多[2930.].最近的研究表明,肺部菌群的多样性越高,患哮喘的风险越低[34].相反,特定细菌的定植会增加哮喘的发生[33].

近年来,肺部微生物群与COPD之间的关系一直是一些研究的主题。一项比较9名COPD患者和9名健康受试者的微生物组的研究显示,两组之间的细菌群落存在差异[35].另一项研究调查了鼻病毒肺部菌群感染[36],其中慢性阻塞性肺病受试者和健康对照个体感染鼻病毒并在不同时间点对它们的微生物群进行分析。本研究结果显示,在健康受试者中,细菌多样性下降,而在COPD患者中,细菌多样性增加流感嗜血杆菌已经在他们的肺部微生物群中发现了。这些发现解释了病毒感染对呼吸道微生物组的影响及其在继发细菌感染中的潜在意义[36].

此外,肺菌群与肠道菌群一样,在调节免疫反应方面发挥着作用[3738].事实上,肺部微生物组多样性的丧失将导致免疫内稳态失衡,从而可能影响慢性炎症性呼吸道疾病的发生[1924].目前,肺菌群与几种呼吸系统疾病之间的关系已被证实,但对呼吸道菌群的作用仍知之甚少。

3.Gut-Lung轴

在过去的几年里,许多研究揭示了肠道微生物群组成在我们的健康中起着至关重要的作用[1617].肠道菌群的重要生理作用被认为是“被忽视的器官”,对保存和了解其对健康和疾病的影响至关重要[39].我们肠道微生物群的失衡是许多疾病的原因,包括代谢性疾病[40,神经退行性疾病[41]、非传染性疾病[42],以及传染病[43].然而,由于肠道微生物组组成的复杂性,微生物组在这些疾病病因学中的影响仍未阐明。人在出生时,胃肠道就被一个快速发展的微生物生态系统定植。虽然微生物群是在生命早期形成的,但在其存在过程中会发生变化,其变化与年龄、饮食、地理位置、抗生素消费和其他环境影响有关[44- - - - - -46].微生物群落无疑在人类发育、生理、免疫和营养方面发挥着重要作用[1720.4546].

众所周知,肠道微生物群在启动、适应和调节免疫反应方面发挥着重要作用[4748].肠道菌群产生一定数量的代谢物,如短链脂肪酸[49].短链脂肪酸是结肠中厌氧细菌发酵碳水化合物的产物。具有诱导细胞凋亡、抑制肿瘤细胞周期、保护粘膜屏障防止内毒素浸润等抗炎作用[50].由于大多数免疫细胞存在于肠道中,因此肠道微生物群在肠道的免疫以及其他器官的免疫反应中发挥着重要作用。如今,越来越多的证据表明,肠道微生物群与大脑、肝脏、心脏和肺等其他器官之间存在重要联系[1351- - - - - -54].新出现的研究强调了肠道和肺微生物群之间的相互作用的证据,即肠-肺轴[13].肠道微生物组组成的变化与呼吸系统疾病易感性的增加以及免疫反应和肺部内稳态的改变有关[55].

事实上,许多研究表明,患有炎症性肠病(IBD)等慢性胃肠疾病的患者,肺部疾病的患病率也更高[56- - - - - -58].此外,最近的一项研究报告了婴儿粪便菌群与毛细支气管炎的关系,作者确定了四种不同的粪便菌群剖面(埃希氏杆菌属双歧杆菌属肠杆菌属/韦永氏球菌属,拟杆菌)是优势类群,也是拟杆菌患毛细支气管炎的可能性较高[59].此外,一些研究已经将早期使用抗生素的影响与肠道微生物群紊乱和哮喘风险增加联系起来[6061].藤村等人显示了较低的相对丰度双歧杆菌属Akkermansia,Faecalibacterium在人类新生儿肠道微生物群中,与儿童过敏性和哮喘风险增加有关[47].最近一项对小鼠的研究显示,甲型流感病毒引起的肠道微生物组紊乱增强了继发性细菌感染,并突出了SCFAs在宿主肺部防御细菌感染方面的重要性[62].此外,Wang等人发现呼吸道流感感染引起肠道损伤,改变了肠道微生物组组成,肠杆菌科(Enterobacteriaceae)增加,肠杆菌科(Enterobacteriaceae)减少乳酸菌而且Lactococcus63].肠道和肺之间的相互作用已经建立,但肠道影响肺或反过来影响肺的机制尚不清楚,且仍处于起步阶段。

4.肠道菌群在COVID-19中的重要性

由于肠道微生物群与许多呼吸道疾病相关,并在免疫方面发挥着重要作用,因此需要更好地了解这种新型冠状病毒感染。COVID-19主要是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)引起的呼吸系统感染[1].这些冠状病毒是来自冠状病毒科的病毒;它们对人类和动物具有致病性,并引起呼吸道感染,其症状从普通感冒到更严重的疾病不等。然而,冠状病毒也会导致胃肠道感染,这使得肠道无法幸免于COVID-19 [764].

事实上,许多COVID-19患者还会出现腹泻和恶心等胃肠道疾病,这可能会在呼吸道疾病出现之前出现[79].根据中国的一项研究,Pan等人分析了204名患者的实验室、影像学和历史数据,发现几乎一半的患者报告有消化症状,主要是腹泻、呕吐和腹痛[7].此外,一些研究显示,在患者的粪便中检测到病毒RNA,甚至存在活病毒[81065].由于冠状病毒是在粪便样本中发现的,因此可能通过粪-口途径传播[66].此外,另一项研究的作者分析了COVID-19患者的肠道微生物群,发现双歧杆菌属乳酸菌,真细菌而致病菌如棒状杆菌属(放线菌)和Ruthenibacterium(厚壁菌门)明显增加[67].最近的一项研究表明,肠道微生物群可能是健康个体感染COVID-19的易感性基础。他们首先分析了COVID-19患者的血液蛋白质组学数据,根据预测COVID-19进展的蛋白质组学风险评分(PRS),发现20个蛋白质组学生物标志物可能与疾病的严重程度有关[14].通过机器学习模型,他们还将肠道菌群与COVID-19的严重程度联系起来,并发现了与炎症相关的细菌核心,如瘤胃球菌属而且Blautia它们是正相关的拟杆菌而且梭菌属的是负相关的。所有这些研究揭示了肠道微生物组在SARS-CoV-2感染中的意义,以及它在更好地理解COVID-19的特征和机制方面的重要性。此外,众所周知,随着年龄的增长,肠道和肺部微生物群落的多样性减少,导致免疫系统更弱和不平衡[68].这两个因素可能与老年人病例数量的增加和该年龄组COVID-19的严重程度有关。

否则,考虑到我们对肺部微生物群及其与呼吸道疾病(包括COVID-19)中的肠道微生物群的关系的了解,这可能会开辟新的潜在治疗方法,这要感谢益生菌的使用[15].因此,给药的特定菌株如乳酸菌呼吸道和/或消化道中的sp可对某些疾病如囊性纤维化或院内肺炎发挥保护作用[69].Liu等人最近证明了重组乳杆菌在动物模型的肠道上皮细胞中含有对抗冠状病毒感染的抗病毒作用[70].许多研究报告了……的好处乳杆菌GG在维持肠道和肺屏障稳态、减少凋亡、增加调节性T细胞、减少肠道和肺的促炎细胞因子中的作用[7172].另一项研究支持在COVID-19中使用益生菌,因为人们对这种疾病知之甚少,有大量文献表明益生菌具有抗病毒作用[必威249073].然而,益生菌在降低COVID-19死亡率和严重程度方面的作用仍未得到证实[74].益生菌和益生元对COVID-19的影响应该进行更多的研究。

5.结论和观点

在COVID-19的全球情况下,科学研究人员致力于寻找了解、预防和治疗病毒感染的有效方法,这可能有助于克服SARS-CoV-2的致病性。尽管COVID-19主要是呼吸道感染,但它也会影响胃肠道[911].有大量文献表明,大多数慢性疾病,如肥胖、糖尿病、高血压和心脏病都与肠道菌群失调有关[404975以及COVID-19并发症[1014],使肠道微生物群成为理解COVID-19的一个重要组成部分。在过去的几年里,微生物组的研究,多亏了NGS技术,使我们能够更好地理解肠道、口腔、泌尿生殖系统和肺部微生物组在健康和疾病中的作用[173748].如今,主要的挑战之一是破译这些微生物对我们免疫系统的影响。然而,与细菌群落相比,对病毒的研究较少,这使得我们对微生物群落的理解不够全面,因为缺乏对其组成部分之一的特征描述。此外,人类病毒群仍然被低估,但它可以更好地解释微生物群系的动态。特别是,一些研究表明,病毒与COVID-19等疾病之间存在关联。随着几十年来人类造成的主要环境紊乱,我们现在更加意识到这些微生物随时可能变得极具致病性。考虑到所有这些因素,需要更多的微生物组研究来分析细菌和病毒群落,以证明微生物群落、病毒群和疾病之间的潜在联系。

在2019冠状病毒病的背景下,采用综合方法结合组学数据来理解这种生物系统的复杂性将是有趣的。应研究来自COVID-19患者不同感染阶段(无症状、轻微或严重症状)的鼻咽部、口腔和肠道等不同身体部位的综合微生物组数据。所有这些数据将使我们能够确定COVID-19患者的微生物组特征,这些特征可被视为能够预测疾病发生及其演变的潜在分类生物标志物。此外,一些研究建议使用益生菌来平衡肠道微生物组组成,形成更多样化的生态系统,从而加强我们的免疫系统,调节炎症,这是COVID-19的首批症状之一。对肠-肺轴的更多研究将有助于更深入地了解宿主、肠道和呼吸道疾病或感染中的肺部微生物群落之间的相互作用,从而找到新的治疗方法。

数据可用性

没有数据用于支持这项研究。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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