慢性阻塞性肺疾病患者肠道菌群特点及其与炎症指标、肺功能状况的相关性

张军营

(陕西省商洛市中心医院, 陕西 商洛, 726000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)具有呈进行性发展的持续气流受限的特征，疾病严重程度与有毒颗粒或气体对气道和肺脏刺激引起的慢性炎性反应相关[1-2]。目前，COPD病因尚不清楚，疾病危险因素包括吸烟、粉尘吸入等外因及遗传因素、气道反应性增高等内因，主要的临床表现有慢性咳嗽、咳白色黏液或浆液性泡沫痰、喘息和胸闷等症状[3-4]。肠道菌群是人体肠道的正常微生物，能合成多种维生素和必需氨基酸，促进矿物元素的吸收[5-6]。肺功能检查是判断气流受限的主要客观指标。COPD的急性加重常由微生物感染诱发，当合并细菌感染时，炎症指标有明显改变[7-8]。本研究探讨COPD患者肠道菌群特点及其与炎症指标、肺功能状况的相关性，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年6月—2019年6月本院经诊断患有COPD患者104例为观察组，患者及家属均了解研究目的和内容后自愿参加，并签署知情同意书。纳入标准: ① 有咳痰、慢性咳嗽等症状，行肺部X线检查发现明显的肺纹理增粗及肺气肿表现; ② 吸入短效支气管舒张剂后第1秒用力呼气量占用力肺活量比值(FEV1/FVC)<0.7。排除标准: ① 合并导致肺部损伤性疾病者; ② 合并有严重心、肝、肾、内分泌、神经系统疾病者; ③ 恶性肿瘤及血液系统疾病者。观察组男59例，女45例，年龄19～88岁，平均(34.88±18.92)岁。另选取同期体检的80例健康者为对照组，其中男32例，女48例，年龄18～87岁，平均(46.88±18.92)岁。2组患者年龄、性别等一般资料相比，差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2 方法

1.2.1 患者的肠道菌群检测: ① 标本采集: 分别收集观察组与对照组患者的粪便标本，并放置于4 ℃冰箱中保存。12 h内标本需转移至-80 ℃实验室冰箱中保存待用。取部分标本送检, 30 min内完成称量、稀释、接种过程。分别将标本接种于普通血平板、厌氧菌血平板、真菌等培养基中，每种2份。在37℃培养箱内进行厌氧及需氧培养, 25 ℃培养箱内培养真菌。需氧菌培养48 h, 厌氧菌培养72 h, 真菌培养2周，观察培养结果。取2个平板的菌群平均值乘以稀释倍数即为细菌总数。根据菌落形态特征、革兰氏染色、镜下菌体形态及生化反应识别菌落种类。② 通过FISH实验检测粪便中双歧杆菌和乳杆菌的含量，同时通过16SrRNA/DNA荧光定量PCR技术进一步明确观察组双歧杆菌、大肠埃希菌和乳杆菌的数量。将细菌总数换算成对数log 10n/g表示。

1.2.2 炎症指标检查: 全体研究对象在清晨空腹时采静脉血6 mL, 离心后置入-70 ℃下冰箱中保存待检。采用免疫比浊法检测超敏C反应蛋白(hs-CRP)，采用ELISA法检测血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-6(IL-6)水平。

1.2.3 肺功能检查: 测定第1秒用力呼气容积占预计值百分比(FEV1%)以及第1秒用力呼气量占用力肺活量比值(FEV1/FVC)。患者吸入支气管扩张剂后，若测得FEVl/FVC<0.7, 则确定为不能完全可逆的气流受限。

1.3 观察指标

观察2组患者的肠道菌群数及分布特点，分析歧杆菌属、乳酸杆菌属数量差异。比较2组血清hs-CRP、TNF-α、IL-6的差异。比较2组患者FEV1/FVC、FEV1%。采用Pearson相关性分析来分析COPD患者肠道菌群特点及其与炎症指标、肺功能状况的相关性。

1.4 统计学分析

2 结 果

2.1 2组患者肠道菌群种类比较

与对照组比较，观察组需氧菌种类无明显变化，厌氧菌中梭状杆菌数显著多于对照组(P<0.05)。观察组真菌株数多于对照组。见表1。

表1 2组患者肠道菌群种类比较 株

2.2 2组患者肠道菌群数量比较

观察组定植在肠道内的双歧杆菌属、乳酸杆菌属数量(粪便)低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 2组患者肠道菌群数量比较

与对照组比较, *P<0.05。

2.3 2组患者炎性指标比较

观察组血清hs-CRP、TNF-α、IL-6水平高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 2组患者炎症指标比较

hs-CRP: 超敏C反应蛋白; TNF-α: 肿瘤坏死因子-α; IL-6: 白介素-6。

与对照组比较, *P<0.05。

2.4 2组患者肺功能状况分析

观察组FEV1/FVC及FEV1%均低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 2组患者肺功能状况分析比较

FEV1/FVC: 第1秒用力呼气量占用力肺活量比值;FEV1%: 第1秒用力呼气容积占预计值百分比。

与对照组比较, *P<0.05。

2.5 Pearson相关分析

Pearson相关分析结果显示，观察组双歧杆菌属与FEV1/FVC、FEV1%、hs-CRP、TNF-α、IL-6呈显著负相关(r=-0.524、-0.498、-0.477、-0.512、-0.508,P均<0.05), 乳酸杆菌属与FEV1/FVC、FEV1%、hs-CRP、TNF-α、IL-6也呈显著负相关(r=-0.576、-0.466、-0.442、-0.523、-0.439,P均<0.05)。

3 讨 论

胃肠道的肠道菌群及其他物质共同构成了胃肠道的微生态系统，对机体的免疫调控起着重要的作用。肠道细菌菌群分为3大类，即共生性细菌、机会性细菌、致病性细菌，其中绝大多数为共生性细菌，如肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等，发挥着保护肠黏膜、生物屏障功能以及调理和促进免疫等一系列重要的功能[9-11]。

机体肠道内的一些肠道菌群属在正常状况下能够激活人体免疫系统，进而提高抗感染的能力。通常认为正常的原籍菌可参与到免疫反应中(如乳酸杆菌、双歧杆菌等)，细菌及其裂解产物通过激活淋巴细胞和促进分泌淋巴细胞因子，增强免疫系统抗感染能力。COPD患者常伴有细胞免疫功能的低下，感染不能控制[12-14]。本研究通过对COPD患者和正常人群的大便标本进行检测对比，结果提示COPD患者肠道菌群中需氧菌种类无明显变化，观察组厌氧菌中梭状杆菌数明显升高。将肠道双歧杆菌、乳酸杆菌基因组提取DNA, 进行实时荧光定量PCR发现, COPD患者肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌数量较正常人明显较少。由于这些细菌参与机体的免疫调节, COPD患者的免疫功能低下、炎症指标水平上升可能与之有关。

TNF-α是机体重要的免疫介质，但异常升高又会引起机体损伤，具有双重的生物学作用。TNF-α由单核巨噬细胞生生，可放大炎症反应，刺激CRP等合成。IL-6是由活化巨噬细胞等合成的多功能细胞因子，可直接参与炎症损伤，是引起COPD气道炎症的主要炎症因子之一。TNF-α和IL-6可触发级联反应，引起血清中其他炎症因子水平显著升高。hs-CRP是机体受到微生物入侵或组织损伤等炎症性刺激时肝细胞合成的急性相蛋白，当机体发生炎症时浓度迅速升高，且早于体温及外周白细胞计数的变化。CRP可减少一氧化氮的合成，影响内皮细胞功能, COPD患者血清hs-CRP的异常升高可损伤气道上皮细胞的功能，引起肺功能下降[15]。本研究通过Pearson相关分析发现hs-CRP、TNF-α和IL-6等炎症指标水平与肠道菌群呈负相关。肠道菌群的改变可能影响COPD的免疫调节，使患者体内炎症因子发生变化。hs-CRP、TNF-α和IL-6等炎症指标的升高也可能进一步破坏患者肠道微生态的平衡，造成COPD患者部分肠道菌群属数量的下降。

肺功能是判断气流受限的主要客观指标，对COPD的诊断、严重程度评价、疾病进展、预后及治疗评估有重要意义。FEV1/FVC是评价气流受限的一项敏感指标, FEV1%是评估COPD严重程度的良好指标，具有变异性小、易于操作的优点。本研究结果显示，肠道菌群中双歧杆菌、乳酸杆菌数量明显下降，与FEV1/FVC、FEV1%呈负相关，提示肠道菌群与COPD肺损伤和疾病严重程度有关。