环境污染暴露通过改变呼吸道菌群影响呼吸健康

环境污染暴露通过改变呼吸道菌群影响呼吸健康

环境污染暴露影响呼吸健康，导致肺功能下降与呼吸系统疾病的发生，是对公众健康的主要威胁。尽管有证据表明暴露会改变呼吸道微生物群，但关于呼吸道微生物群如何与暴露和呼吸健康相互作用的知识缺乏。一项发表在《Nature Medicine》上的研究《The airway microbiome mediates the interaction between environmental exposure and respiratory health in humans》通过对中国广东省家庭成员的诱导痰进行了基于人群的细菌和真菌分类群和宏基因组调查，发现吸烟和较高的PM2.5浓度分别通过细菌和真菌群落的中介与肺功能损害相关，并且这些暴露与慢性阻塞性肺病相似的领域间微生物相互作用增强有关。

呼吸道菌群的地域差异

通过对诱导痰样本进行了严格的质控及微生物组分析，总共获取了呼吸道细菌16S rRNA基因扩增子1,651例、真菌ITS扩增719例、宏基因组1,128例。发现在所有的环境和宿主因素中，地理区域显著贡献了呼吸道微生物群落的变化，提示呼吸道菌群的地域差异可能同地域相关的环境及人口学因素有关。

图1 呼吸道菌群概况及地域差异[1]。

呼吸道菌群介导环境污染暴露对肺功能及呼吸道症状的影响

1393个菌群特征与环境暴露因素（吸烟、二手烟、PM2.5浓度、职业暴露、生物燃料暴露）、肺功能以及呼吸道症状之间具有显著关联。作者建立污染暴露、呼吸道菌群和呼吸健康指标的双向中介效应模型，发现呼吸道菌群具在环境污染暴露与呼吸健康指标中具有显著的中介效应。

图2 呼吸道微生物组在暴露和健康结果之间的中介作用[1]。

微生物组与健康结果相关的暴露相互作用

作者对呼吸道菌群、环境污染暴露和呼吸健康指数之间建立交互式统计模型，发现呼吸道菌群、职业污染暴露与呼吸道症状评分之间具有显著相互作用。结果提示，呼吸道菌群中Neisseria富集的人群，在职业暴露污染的影响下，具有导致呼吸道症状的更高风险，且呼吸道真菌菌群的改变在其中发挥了潜在作用。

图3 职业污染与呼吸道症状之间微生物组的相互作用[1]。

表明呼吸健康的微生物组指数

作者对肠道菌群健康指数的算法进行了修正，以同时纳入呼吸道细菌与真菌的菌群特征，据此测算了个体化的呼吸道菌群健康指数（AMHI）。发现AMHI随着污染暴露、呼吸道症状及呼吸疾病同步发生变化。其中污染暴露史中的因素种类越多，AMHI下降越显著。

图4 气道微生物组健康指数及其与暴露、健康结果和疾病的关系[1]。

呼吸道细菌-真菌互作可能指示早期慢阻肺发生发展

在此研究中，190名居民可通过肺功能诊断为慢阻肺（COPD），通过多元网络分析发现呼吸道细菌-真菌的交互作用从健康人群、慢阻肺风险人群、到慢阻肺患者中显著增强，且在COPD中发生了细菌与真菌（包括Aspergillus和Penicillium）互作模块的融合。据此作者提出，环境污染暴露可能影响呼吸道菌群跨界互作，其可能进一步导致早期慢阻肺菌群功能失调。

图5 健康、COPD 前期和 COPD 个体之间的微生物相互作用组[1]。

结论

综上所述，该研究揭示了呼吸道菌群在污染暴露、呼吸道症状与呼吸健康中的关键作用。“环境暴露-呼吸道菌群-健康指标”的交互作用可为环境污染暴露对人体呼吸健康的影响提供潜在的菌群风险因子。呼吸道菌群可能影响环境污染暴露的个体健康效应，为基于呼吸道菌群的环境污染暴露风险分层，及靶向呼吸道菌群的风险预防提供科学依据。

参考资料：
[1] Lin L, Yi X, Liu H, et al. The airway microbiome mediates the interaction between environmental exposure and respiratory health in humans. Nat Med. 2023;29(7):1750-1759. doi:10.1038/s41591-023-02424-2