微生物群定植抵抗力抗感染研究进展

闵 彦，胡成进

人体被各种各样的微生物所定植，这些微生物的总和被称为微生物群（microbiota）［1］。在出生之后，人体就被大量的微生物所定植，其中包括古生菌、细菌、真菌以及微小真核生物。这种多样的微生物群体以及它们所占据的环境被称为微生物组（microbiome）［2］。居住在人体内的微生物群参与宿主很多生理活动，包括免疫调节、破坏复杂的碳水化合物以获得完整的营养，参与药物以及其他外来物质的代谢等。该文综述了微生物群在预防感染性疾病以及抵抗耐药菌方面起到的重要作用，对其中涉及的机制也做了一定探讨。

1 微生物群定植抵抗力预防感染

微生物群可以阻止病原体的定植和入侵，入侵的非自身微生物必须克服这种屏障作用才能形成感染［3］。一些影响人体微生物群构成和功能的因素，比如抗生素的使用，可能会破坏人体微生物群的定植抵抗力，有利于病原体的定植和生长［4］。

1.1 肠道菌群的抗感染研究肠道菌群所介导的定植抵抗力在对抗肠道感染的过程中起到重要作用。这种定植抵抗力包括分泌抗菌肽，营养位点的竞争等机制［5，6］。小鼠模型及人体研究表明，抗生素的注射可以改变肠道的正常菌群，主要体现在大量细菌种类的消失。艰难梭菌是最常见的院内感染肠道病原菌，可以引起严重的伪膜性结肠炎，经常发生在微生物群受损的人群中。完整的肠道微生物群对艰难梭菌具有定植抵抗力。在使用抗生素后，艰难梭菌感染的高复发率主要是由于微生物群的持续性损害。粪便微生物组的移植在治疗艰难梭菌感染的复发过程中非常有效［7-9］。由于粪菌组成的复杂性，也给移植带来一些不确定因素。有研究使用稀释法确认了在粪菌移植中治疗艰难梭菌起作用的微生物群。在小鼠体模型中，使用这些微生物群可抑制艰难梭菌的复发［10］。除了艰难梭菌，其他肠道致病菌，如伤寒沙门菌、大肠埃希菌、福氏志贺菌等，都需要通过某种致病机制克服肠道菌群的定植抵抗力来感染宿主［5］。

1.2 生殖道菌群的抗感染研究在妇女的生殖道菌群中，微生物菌群与宿主状态的改变可以导致感染性疾病易感性的变化。健康生殖道微生物菌群结构多样性比较低，主要是乳酸杆菌。生殖道微生物菌群失调主要特点是乳酸杆菌下调，严格厌氧菌增多，呈高度多样性，包括普氏菌、小杆菌属、阿托波氏菌属、加德纳菌、巨球型菌属以及纤毛菌属。这种细菌的多样性与临床细菌性阴道炎有关，与获得性性传播疾病，如HIV、淋病奈瑟菌、沙眼衣原体以及HPV发生率上升有关［11］。但也有文献表明，乳酸杆菌不一定代表一种健康的微生物群。同一种微生物群对不同个体可能有不同意义，这与不同个体的生活方式、所处文化、基因背景有关［12］。

1.3 肺部菌群的抗感染研究Bassis和同事对口部、鼻部、肺部以及胃部微生物菌群进行研究，发现在肺部以及口腔的群体具有一致性。其中包括普氏菌，链球菌，巴斯德菌属以及梭菌属［13，14］。研究人员认为口腔微生物群体可以定植下呼吸道。从口腔移植到肺部的微生物菌群中，包括厌氧菌普雷沃菌属以及韦荣球菌属。这两种菌属的富集与辅助性T细胞（T helper cell 17，Th17）的增高有关，Th17升高可抑制病原体的清除［15，16］。缺血再灌注经常发生于ICU患者，这些患者肺部显示了肠道微生物组菌群的特征，比如拟杆菌属及肠杆菌科细菌，这种菌群的迁移导致了炎症反应因子浓度的上升，免疫系统的激活以及内皮细胞的损伤。以菌群为目标的治疗可能有助于ICU中对重症患者的救治［17］。

2 微生物群对医院耐药菌的抗感染研究

最近中国疾病预防控制中心（CDC）列出了最有威胁性抗生素耐药菌，其中包括产碳青霉烯酶的肺 炎 克 雷 伯 菌［18］、耐 万 古 霉 素 的 肠 球 菌［19］、耐 甲 氧西林的金黄色葡萄球菌［20］。大量使用抗生素，会破坏人体微生物菌群的多样性和丰度，从而破坏定植抵抗力。大量使用抗生素还会对病原菌造成选择性压力，诱导耐药菌的形成。研究人员建议，在使用广谱抗生素后，对微生物群进行重建，恢复微生物群的定植抵抗力，从而拮抗耐药菌，应成为医疗行为的一部分［21］。

2.1 粪肠球菌和屎肠球菌粪肠球菌及屎肠球菌是定居在人类肠道的主要肠球菌，在胃肠道是非致病性的。但是，这两种肠球菌一旦入血，会引起严重感染。由于耐药情况的出现，这种情况变得具有挑战性。耐万古霉素屎肠球菌（vancomycin-resistant E.faecium，VRE）在侵入血流感染前，取代正常肠道菌群，成为肠道中的主要菌群。抗生素杀灭肠道专性厌氧菌，预示着患者的肠道将被VRE所定植。在一项对VRE感染儿童的随机实验中，口服鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus GG）可以减少VRE在肠道中的定植［22］。在新生儿重症病房中，GG可以去除VRE在新生儿肠道中的定植。GG和VRE在序列上具有相似性，通过竞争结合肠黏膜受体来实现对VRE的抑制［23，24］。粪菌微生物组具有生物多样性，粪菌移植 （fecal microbiota transplantation，FMT）也可以去除VRE的定植［25］。

2.2 肠杆菌科作为兼性厌氧菌，肠杆菌科细菌居住在整个肠道中，从口腔到厌氧的结肠环境。肠杆菌科定植密度非常低，很少超过肠道菌群的1%。但是，在抗生素使用之后，这些微生物能够在肠道中扩增，在某些情况下，能超过下消化道90%的菌量。小鼠通过双歧杆菌产生醋酸盐，可以抵御肠道病原菌大肠埃希菌（E.coli）的感染［26］。拟杆菌属所产生的定植抵抗力可以抑制肺炎克雷伯菌在宿主之间通过肠道的传播［27］。粪菌移植可以去除产碳青霉烯酶肠杆菌科细菌在肠道的定植［28］。在同种异体血细胞移植的过程中，受者肠道菌群受到损害，呈现出菌群多样性消失和单一菌群的特征［29］。纠正抗生素处理后微生物群的损伤以及恢复患者的共生菌代表了一种合理的治疗步骤。在干细胞成功移植后，重新移植自身肠道菌群的患者，感染碳青霉烯酶耐药菌的概率下降，生存期延长［30］。

3 微生物之间的竞争机制

3.1 微生物分泌抗菌物质细菌素的产生可以介导肠道内粪肠球菌之间的竞争。注射产生细菌素的肠球菌对肠道正常菌群的组成只有非常微小的影响。携带含有细菌素基因质粒的粪肠球菌可以代替原住肠球菌，并打败不翻译细菌素的粪肠球菌。这表明细菌素或产生细菌素的菌株可以限制病原菌的感染［31，32］。正常菌群来源的羊毛硫抗生素的富集，可以抑制小鼠肠道VRE的定植［33］。

在上呼吸道以及皮肤表面，非致病性葡萄球菌分泌抗菌复合物可以成功减少金黄色葡萄球菌的定植。鼻腔中的路登葡萄球菌产生抗菌分子路登素，具有很好的抗金黄色葡萄球菌的作用。除了分泌抗菌肽，一些定植葡萄球菌可通过干扰信息交流分子来抑制金黄色葡萄球菌的定植［34，35］。微生物群分泌的代谢产物，如短链脂肪酸，对其他病原菌也具有抑制作用。这些研究提示，微生物群中的菌株，可通过抗菌分子产生的定植抵抗力来对抗病原菌。

3.2 接触性杀伤脆弱拟杆菌是定植于肠道的拟杆菌门中的G-定植菌。很多脆弱拟杆菌具有免疫调节作用，对宿主有利，有些脆弱拟杆菌分泌肠毒素，危害宿主生命。VI分泌系统（type VI secretion system，T6SS）是一种细胞接触依赖性的多组件跨膜通道，在细菌致病机制及细菌间拮抗作用中扮演着重要作用。脆弱拟杆菌具有鞭毛T6SS基因，T6SS可以介导非毒性以及毒性脆弱拟杆菌之间的竞争。非毒性脆弱拟杆菌可通过T6SS机制在小鼠小肠内作为益生菌来代替产毒性的脆弱拟杆菌［36］。接触性杀伤机制可以介导细菌之间的竞争，塑造更有益的微生物组。

3.3 对资源竞争在小鼠感染或者非感染的肠炎中，肠杆菌科细菌竞争碳资源以及铁离子等营养性物质。E.coli与柠檬酸杆菌的生长都需要碳水化合物，E.coli对碳水化合物的利用，可以抑制柠檬酸杆菌的生长。在炎症性肠道内，益生菌E.coli.Nissle 1917与病原菌竞争铁，是其发挥有益作用的机制之一［37，38］。

4 小结

微生物群对临床抗感染的作用及应用是近年来的研究热点。抗生素长时间使用，常使很多患者上呼吸道菌群失调。是否可以用喷雾的方式来恢复患者上呼吸道的正常菌群，以恢复其定植抵抗力？对于ICU患者，肛拭子核酸检测可以非常有效地预警血流感染。是否可以用微生态调节剂或者粪菌移植的方法，恢复患者的正常菌群，来抑制耐药菌的感染以及相关的血流感染？这些实际存在的问题都值得我们很好的研究和探索。