棗莊市疾病預防控制中心

Cell Host & Microbe丨王璋團隊等揭示吸道菌群紊亂促進慢性阻塞性肺疾病肺功能下降的分子機制

來源：BioArt 時間：2023-06-06

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慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺、COPD）是全球及我國重大呼吸慢病，病死率居高不下。肺功能快速下降是導致慢阻肺患者疾病進展及死亡的重要原因，慢阻肺患者存在呼吸道菌群紊亂，但其是否參與肺功能快速下降及其機制尚不清楚。?

2023年5月18日，華南師范大學王璋課題組聯合廣州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院-廣州呼吸健康研究院，英國帝國理工學院等多家國內外研究機構，在Cell Host & Microbe雜志發(fā)表了題為Airway dysbiosis accelerates lung function decline in chronic obstructive pulmonary disease（呼吸道菌群紊亂加速慢阻肺的肺功能下降）的研究論文，研究發(fā)現呼吸道菌群紊亂及呼吸道條件致病菌的慢性定植通過其代謝產物加速慢阻肺的肺功能下降的分子機制，并探索了潛在的臨床轉化價值。?

該研究基于英國（COPDMAP和AERIS）與中國廣州的多個慢阻肺隊列，發(fā)現慢阻肺患者基線下呼吸道菌群紊亂與隨訪2年的肺功能快速下降顯著相關。菌群紊亂主要表現為呼吸道多種條件致病菌的慢性定植，其同時與急性加重及隨訪期間肺功能突然下降等導致疾病進展的臨床事件顯著相關。通過基于宏基因組、代謝組、宿主轉錄組的多組學分析，發(fā)現“呼吸道金黃色葡萄球菌（簡稱金葡菌）-同型半胱氨酸-宿主AKT1、S100A8”的多組學關聯與肺功能下降速率顯著正相關。?

為了驗證以上臨床發(fā)現，研究將多種呼吸道條件致病菌低劑量接種至小鼠呼吸道成功形成定植，再通過脂多糖與彈性蛋白酶構建肺氣腫小鼠模型，發(fā)現金葡菌定植的肺氣腫小鼠的肺功能下降、肺組織損傷及中性粒細胞浸潤程度比其他條件致病菌更為顯著，且伴隨呼吸道同型半胱氨酸水平顯著升高。進一步驗證了同型半胱氨酸直接干預肺氣腫小鼠有相似的病理生理表現，并顯著抑制了小鼠呼吸道中性粒細胞凋亡。分別阻斷宿主AKT1和S100A8/A9可減輕同型半胱氨酸的效應，表明同型半胱氨酸通過宿主AKT1-S100A8/A9軸發(fā)生作用。進一步體內及體外實驗表明，同型半胱氨酸通過誘導AKT1磷酸化，促進中性粒細胞從凋亡向NETosis的轉變，表現為中性粒細胞胞外誘捕網的形成、S100A8/A9和其下游炎癥介質的表達。以上研究共同提示，金葡菌定植通過合成同型半胱氨酸激活宿主AKT1促進中性粒細胞增殖導致肺功能下降。為進一步探究該發(fā)現的轉化價值，研究團隊分離得到一株金葡菌噬菌體LJT-1，通過對金葡菌定植的肺氣腫小鼠進行噬菌體氣道干預，發(fā)現其能夠有效減輕金葡菌的定植，減緩小鼠肺功能下降和減輕肺組織損傷。?

綜上，該研究通過多中心人群隊列、多組學分析及機制解析，揭示了呼吸道菌群紊亂促進慢阻肺疾病快速進展的分子機制，并探索了潛在的臨床轉化價值。基于噬菌體定向調控呼吸道菌群是否有潛力應用至慢阻肺等呼吸慢病的防控，值得進一步思考和探討。?

本研究得到了廣州醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院-廣州呼吸健康研究院鐘南山院士（資深作者）、深圳市人民醫(yī)院-深圳呼吸疾病研究所陳榮昌教授及團隊的指導。華南師范大學梁偉杰、廣州醫(yī)科大學楊宇瓊、南方醫(yī)科大學龔神海、華南師范大學魏明遠、深圳先進技術研究院馬迎飛為本文的共同第一作者，華南師范大學王璋為本文的通訊作者。?

圖1.?本研究技術路線?

（來源：BioArt）?