综述 | 微生物在肺部疾病发生机制中的探讨
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肺含有各种各样的微生物，其动态组成受宿主和环境因素的影响。到目前为止，大多数研究已经描述了健康或患病的肺的微生物组成，并提供了呼吸道内陆形位置之间差异的概述。然而，对宿主微生物作用机制的深入了解、相互作用以及它们如何驱动肺部健康和疾病是有限的。这篇综述提供了目前对微生物、与组织间的交互以及其参与呼吸系统疾病的机制的概述。
论文ID
原名：Mechanistic insight into the function of the microbiome in lung diseases
译名：微生物在肺部疾病发生机制中的探讨
期刊：Eur Respir J
IF：12.242
发表时间：2017年9月
通信作者：Niki D.J.Ubags
通信作者单位：Faculty of Biology and Medicine, University of Lausanne, Service de Pneumologie, CHUV,Lausanne, Switzerland
综述内容
背景
每次呼吸时，肺部都会暴露在一系列环境污染物、颗粒物以及致病性和非致病性微生物的环境中。然而，呼吸道在历史上一直被视为“无菌环境”。在过去的几年里，多项研究，使用非培养的分子方法，对定义健康个体的各种肺部微生物群落做出了贡献。变形菌门（Proteobacteria）, 厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是人类呼吸道中最普遍的门，这是由健康成人的支气管肺泡灌洗样品确定的 [1,2]。在这三个门中，假单胞菌属、嗜血杆菌属 (变形菌门)，链球菌属和Veilonella (厚壁菌门)、普雷沃菌属和卟啉单胞菌属(拟杆菌门)这几个菌属是在健康个体的气道中以较高的频率出现的，以及梭杆菌属(梭杆菌门) [1-4]。
评估肺微生物群落有几个挑战。其中之一是细菌群落密度低，特别是在健康个体(102-103个细菌每毫升) [5,6]。此外，在取样过程中，由于上呼吸道携带，下呼吸道样本存在交叉污染的风险。健康成人的下呼吸道中发现的微生物群落，与口咽中发现的菌群结构非常相似，而不是鼻咽部或吸入空气等其他来源的菌群 [2,4,7,8]。然而，它们在支气管肺泡灌洗(BAL)样本中的相对丰度通常与口腔样本不同 [4,5]，这提示了选择过程。
婴儿气道微生物组的发展及其确切时间尚不清楚，部分原因是很难从健康人群中获得下呼吸道样本。传统上认为子宫内环境在生理上是无菌的。虽然还需要进一步的研究，但是由于在通过剖腹产分娩的婴儿的脐血样品[9]、早产婴儿的胎粪[10]和胎盘[11]中检测到细菌存在，因此在妊娠期间可能存在低水平的细菌定植。早期肺部微生物组的建立可能受到几个产后因素的影响，在此之后，以环境和生活方式为代表的一生中所建立的肺部微生物组受到选择性压力的影响。在这篇综述中，我们将总结目前对肺微生物的发展和功能、它在肺健康和疾病中的作用的理解，从而突出需要进一步研究的重要研究问题。
1. 呼吸道微生物群的研究进展及其对免疫系统的影响
健康婴儿的上气道微生物群落组成与嗜血杆菌、链球菌和莫拉克菌的丰度增加以及异源球菌和棒状杆菌的丰度降低有关。大多数确定气道微生物组在出生后第一年发展的研究都使用了鼻咽样本。虽然鼻咽部被认为是与急性呼吸道感染相关的微生物的蓄水池，但其微生物组成主要类似于上气道[13]，因此不能作为下气道的替代物。婴儿上呼吸道微生物群可受多种产后因素影响(表1)，包括分娩方式[14,15]、母乳喂养与配方奶喂养[16]、抗生素使用[12]。此外，它还受到环境和生活方式因素(如饮食)的直接或间接影响[17,18]。益生菌的使用已被证明会影响过敏性气道炎症后的肺免疫反应[19-21]；然而，这是否会影响肺微生物群还有待确定。事实上，仍有必要研究益生菌对呼吸系统疾病的作用机制。由于获取样本的伦理和技术限制，目前确定健康婴儿出生后不久和生命最初几年的下呼吸道微生物群的调查受到限制。然而，数据可以从小鼠研究中得到。小鼠肺微生物组在出生后的第一天内发育，随后肺部微生物负荷和多样性增加。在出生后的第一天，小鼠的下呼吸道主要被厚壁菌门和变形菌门占据，随后在断奶(14-21天)和成年[22]之前，拟杆菌门增加。利用无菌小鼠(完全没有微生物组的小鼠)进行的研究表明，微生物组对于宿主免疫反应的发展和发育至 关重要，特别是在过敏[23]环境下。具体地说，在无菌小鼠中缺少微生物组，会导致它们对模型过敏原的反应过度，如果将无特定病原体小鼠的肠道菌群移植到无菌小鼠，其对模型过敏原的反应就可以恢复正常。REMOT et al.[24]等人最近的一份报告显示，新生儿小鼠暴露于最初从气道分离出来的特定菌株细菌中，可以保护或增强小鼠对气道炎症的敏感性。这些数据引出了一个诱人的假设，即在生命早期接触某些微生物，可能是决定一个人走向或远离疾病的关键。
肺泡巨噬细胞是肺宿主防御的中心，而粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子驱动胎儿肺单核细胞向肺泡巨噬细胞[25]的分化，至少部分原因可能是由于微生物早期在气道的定植。肺泡巨噬细胞的成熟，其他的肺CD11c+细胞，已经被证明是由新生小鼠暴露于微生物提取混合物引发的[26]。新生儿肠道微生物暴露对肺内不变的自然杀伤T (iNKT)细胞的持续积累起重要作用。在早期(而非成年)，用传统的肠道微生物群对无细菌小鼠进行再定植，通过诱导CXCL16消除了小鼠肺部的iNKT细胞积累，从而保护小鼠不受严重的过敏性气道炎症[27]的影响。在小鼠出生后2周内，CD11b+常规树突状细胞在小鼠肺中的频率增加，而微生物菌落通过在这些CD11b+树突状细胞[22]上短暂表达程序性死亡配体-1 (PD-L1)，促进了调节性T (Treg)细胞的诱导。此外，在出生后2周内对PD-L1的阻断导致室内尘螨提取物暴露后气道过敏性炎症反应加重，一直维持到成年[22]。有迹象表明，在子宫中发生了微生物的暴露，然而，这是否意味着实际的定植和稳定微生物群的形成还需要进一步的研究。然而，有证据表明，在羊水[28]中发现了微生物产物，KRAMER等人报道，羊水内毒素暴露加速了早产绵羊肺中单核细胞的成熟和向巨噬细胞样细胞的分化。
因此，早期暴露于微生物及其产物中对长期肺部健康很重要，而且已经证明，老鼠的“机会之窗”位于生命的头2-3周内，在此期间，对过敏原的反应能力会降低。虽然有很多在对婴儿下呼吸道进行采样时，技术和伦理上的限制，目前从动物研究中收集到的分子见解应该在临床环境中得到证实，以推进可能的治疗或诊断策略。
2. 肠-肺交互作用（肠-肺轴）
对健康个体中“正常”微生物群落的分析揭示了不同身体单元之间微生物组成的深刻差异，突出了组织栖息地是决定定植的关键因素。在过去的几年中，微生物群落在人体不同部位之间的相互作用对健康和疾病的重要性得到了越来越多的认识。呼吸系统疾病不仅与肺部微生物失调有关，而且肠道微生物群也与肺部健康和疾病有关(图1)。
图1 呼吸系统疾病中的肠-肺交互作用。呼吸系统疾病(哮喘、慢性阻塞性肺疾病、囊性纤维化和病毒感染)伴有肠道疾病的表现，可能由全身炎症引起。呼吸道流感病毒感染可引起肠道损伤，通过淋巴细胞从呼吸道迁移到肠粘膜[33]介导。抗生素使用或大量营养素摄入(如低纤维或高脂肪摄入)引起的肠道微生物组成(代谢失调)改变会增加肠道通透性，改变肠道代谢产物，从而增加患呼吸道疾病的风险，或加重已存在的肺部疾病。在严重疾病，如败血症、急性呼吸窘迫综合征或卒中后感染中，已经观察到肠道细菌向肺部的易位[41,42]。这是被认为是由受损屏障完整性所导致的。
越来越明显的是，不仅肠道疾病有肺部的[30]表现，反之亦然。呼吸系统疾病，包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、囊性纤维化和病毒性呼吸道感染均伴有肠道疾病的表现 [30-35]。另一方面，有研究表明，婴儿期肠道微生物多样性低与儿童[36]期间哮喘表型相关，提示肠道微生物组在哮喘发病中的作用。对于肠道微生物多样性与健康正相关这一普遍结论的一个特别需要注意的是，母乳喂养的儿童肠道微生物多样性低于配方奶粉喂养的婴儿[37]，而母乳喂养被认为可以降低过敏风险[38,39]。因此，我们可以推断，肠道微生物群对有益微生物的过度表达可能对健康足矣，而高度多样化的微生物群可能反映出潜在有害微生物的“稀释”。
王等[33]证实呼吸道流感感染后肠损伤不是由流感直接感染引起的，因为鼻内感染后小肠中没有检测到病毒，而通过经胃注入病毒，直接到达肠道，并没有导致肠道免疫损伤。事实上，在感染过程中，通过CCL25-CCR9轴，淋巴细胞从呼吸道迁移到肠粘膜可以介导损伤[33]。
囊性纤维化患者的肠道微生物群存在显著差异，然而，这些变化尚未与疾病的严重程度相关。此外，众所周知，由于胃胆汁中和作用不当，CFTR基因本身的功能障碍导致消化功能低下，从而改变肠道的生态环境[40]。有趣的是，最近的一项研究显示，在脓毒症和急性呼吸窘迫综合征患者中，来自胃肠道的细菌可以转移到肺部，这很可能是由受损的屏障完整性介导的[41]。此外，脑卒中后患者的感染很可能是由来自肠道微生物群的选择性细菌菌株的传播引起的；实际上，是脑卒中后小鼠肺部细菌的来源已被证明是小肠[42]。这些研究表明肠-肺轴在危重疾病中起着重要作用，并强调了对肠屏障完整性的需要。
抗生素应用
在出生后早期，抗生素诱导肠道微生物群的改变已经被证明在当成年后，接触过敏源会加剧实验性过敏性气道疾病[43-45]。在Th2致过敏性气道炎症的卵清蛋白模型中，万古霉素治疗新生儿而非成人显示可加重肺[43]的过敏性炎症反应。万古霉素治疗并没有减少肠道内的细菌负荷，但导致肠道微生物组成发生了巨大的变化，其特征是几乎完全耗尽拟杆菌门，取而代之的是过度生长乳酸杆菌。免疫方面，这与肠Treg细胞[43]的减少有关。有趣的是，链霉素被证明会加重Th1/TH17引起的炎症性肺病和过敏性肺炎，而万古霉素不会加重这类疾病[44]。虽然链霉素治疗后肠道微生物组成仅有细微变化，但链霉素治疗小鼠肠道中最丰富的拟杆菌门与超敏性肺炎严重程度[44]相关性最强。这些研究表明，肠道微生物组成的变化可能对免疫特异性疾病模型产生深远影响。有趣的是，用广谱抗生素（包括氨苄西林、新霉素、甲硝唑和万古霉素）治疗小鼠，其肠道菌群大量减少已被证实可削弱肺对肺炎链球菌感染的宿主防御能力，这可能是由肠道微生物介导肺泡巨噬细胞[46]代谢状态的改变引起的。
膳食成分
摄入膳食纤维已被证明通过改变厚壁菌门与拟杆菌门的比率来改变肠道和肺微生物的组成[17,18]。高纤维饮食，或直接服用SCFAs，增加了循环和肠道中短链脂肪酸(SCFA)的水平，可保护小鼠不患哮喘[17,18]。这种保护是通过树突细胞造血和功能的变化来介导的，这是一种肠-骨髓-肺轴[18]。与这些结果一致，肠道蠕虫感染已被报道改变肠道微生物组成，从而增加SCFA的产量，从而导致室内螨诱导的过敏性气道炎症[47]的减弱。值得注意的是，膳食中脂肪摄入的增加导致肠道中厚壁菌门与拟杆菌门比值[48]和循环中SCFA水平[49]发生相反的变化。这些改变是否会影响肺微生物组成和肺免疫反应还没有完全阐明，但显然是进一步研究的重要途径，因为肥胖是特异和非特异性哮喘[50]发展的危险因素。
3. 微生物组对肺部疾病发生发展的影响
早期肺部的微生物定植是一个高度动态的过程，可以受到外部因素的影响，从而增加了发生早期肺部疾病的易感性。此外，环境暴露和生活方式因素可能会影响肺微生物的组成，从而导致成年后更易患肺部疾病。这些因素也可能导致疾病恶化和慢性化。在这里，我们将讨论细菌肺微生物群如何影响早期发病和成人肺部疾病的发生和进展(图2)。
图2 在呼吸道疾病中宿主-微生物的相互作用 宿主-微生物相互作用在各种呼吸道疾病的发病机制中起着基础性作用。a)微生物的存在在哮喘的发生过程中非常重要。缺乏微生物菌落(无菌环境)的特点是早期从单核细胞到肺泡巨噬细胞的分化和成熟延迟，成年时树突状细胞和肺泡巨噬细胞(AM)的存在减少。在无菌小鼠中诱导过敏性气道炎症导致过度的过敏性炎症，这可能是由肺免疫细胞[23]的延迟成熟介导的。b)稳定性慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者气道微生物多样性降低。慢性阻塞性肺病急性发作可导致某种细菌扩增(如橙色显示的流感嗜血杆菌)，在慢性阻塞性肺病稳定状态[59]时，肺内已经存在少量这种细菌。c)囊性纤维化肺的特征是黏膜纤毛清除受损，导致黏液积聚，从而为某些类型的细菌的生长和扩增创造了理想的环境。误吸是囊性纤维化(和其他慢性肺病)患者的常见症状，可增加肺内胆汁酸水平。胆汁酸水平的提高会导致生物膜的形成，从而增加抗生素耐受性，从而导致微生物进一步扩增[74]。此外，CFTR缺陷巨噬细胞能有效摄取铜绿假单胞菌(如图橙色所示)。然而，这些巨噬细胞对这种微生物的杀灭能力有限，从而导致细菌的外生生长[64]。d)异体肺移植的微生物组成来源于不同的微生物群来源。肺移植患者肺泡巨噬细胞的免疫学特征与特定的微生物特征(促炎(红色)、中间(蓝色)和促重构(绿色)有关。促炎症反应与厚壁菌门和变形菌门的代谢失调有关，而由拟杆菌引起的代谢失调则与促重组活化有关。中间剖面反映了一个更加平衡的环境[72]。e)特发性肺纤维化(IPF)患者与病情稳定者相比，病情严重、预后差的患者细菌载量增加。在急性IPF加重期间，微生物多样性降低，而总细菌载量和变形菌门(绿色)的丰度增加。
哮喘
微生物的存在已被证明是哮喘发展中的关键因素，因为对无菌小鼠的研究表明，在暴露于过敏原之前缺乏微生物定植会增加过敏性气道炎症，并且重新定植能够挽救这种表型[23]。早期微生物暴露对于后期诱导对变应原的耐受很重要，而且可以通过出生后使用抗生素而改变[43]。STEIN等人[51]最近报道说，在阿米希族人中，富含微生物的室内环境，以高内毒素水平为特征，保护儿童免受哮喘病的发展。此外，研究还表明，这些儿童外周血白细胞中涉及对微生物先天免疫应答的基因表达上调。此外，将小鼠暴露于从阿米什家庭室内环境收集的尘埃提取物会减弱卵白蛋白诱导的气道高反应性。这种保护作用被证明依赖于MyD88 –Trif通路〔51〕。综上所述，这些数据表明，儿童先天免疫刺激在防止哮喘发展中可能是至关重要的。
第一个对哮喘患者气道微生物群特征的研究报道显示与健康对照组比较，变形菌门丰度增加，而类杆菌属相对不足[2，52]。哮喘患者吸入皮质类固醇治疗显示气道细菌多样性增加，这与气道高反应性[52]和气流阻塞[53]增加相关：对微生物多样性总是有益的概念的另一个警告。此外，有人提出，副流感嗜血杆菌，通过增加TAK1/MAPK活化来抑制肺泡巨噬细胞对皮质类固醇的反应，而被认为在皮质类固醇抵抗性哮喘患者亚群的气道中扩增 [6]。然而，这种建议的作用机制是否可以外推到其他与皮质类固醇抵抗相关的细菌物种中还有待阐明。
虽然一些早期生命和环境因素与气道定植和哮喘发展的改变有关，但我们对气道微生物组成与哮喘严重程度之间的关系的了解仍处于探索阶段。最近的哮喘表型分类有助于改善哮喘治疗方案[54]。然而，这些表型是否能够与呼吸道中的不同微生物组成联系起来还有待确定。
慢性阻塞性肺疾病
慢性阻塞性肺病是一种肺部疾病，特征是气流严重不可逆的慢性阻塞，影响正常呼吸。病程以间歇性加重为特征[55]。莫拉氏菌属、嗜血杆菌属和放线杆菌属在COPD患者的肺中过度表达[1, 2]。在肺功能严重受损的COPD患者和病情恶化期间，观察到了微生物多样性的丧失，这与假单胞菌[1，56，57]的优势尤其相关。值得注意的是，在具有更多中性粒细胞巨增表型的COPD患者中发现较高丰度的莫拉氏菌属[56]，这表明在特定亚群患者急性加重期间对微生物改变的敏感性增加。当观察宿主-微生物的相互作用时，痰中CXCL8/IL-8水平与特定微生物群有显著相关性，提示这可能是监测肺部微生物组成的生物标志物[56]。最近，来自COPD小鼠模型中得到的机制支持了肺微生物在COPD中的重要作用，即通过诱导IL-17A介导的炎症反应和自身抗体的产生[58]。值得注意的是，Melynoux等人的研究 [59]对慢性阻塞性肺病（COPD）患者、无症状吸烟者及健康对照者诱导痰中鼻病毒感染前后的气道微生物进行分析。慢性阻塞性肺疾病急性加重期患者的流感嗜血杆菌显著增加。有趣的是，在COPD患者中，在基础水平，已经存在低丰度流感嗜血杆菌[59]。这些数据表明，在病情恶化之后，细菌的扩增来自现有的细菌群落，而不是通过获取新的细菌物种。
嚢性肺纤维化
囊性纤维化是一种多器官疾病，其肺部表现是其发病和死亡的主要原因[60,61]。囊性纤维化患者的肺环境，其特征是气道表面液体层耗尽，导致纤毛运动障碍和粘膜纤毛清除受损，是微生物聚集的理想条件[62]。在儿科和成人囊性纤维化患者的痰中都发现了小部分的核心菌群。老年患者肺功能和微生物多样性较低，以假单胞菌或伯克霍尔德菌为主的样本比例较高，链球菌比例较低[63]。囊性纤维化患者巨噬细胞的CFTR缺乏可影响这些吞噬细胞暴露于铜绿假单胞菌时的杀菌功能，这在一定程度上解释了囊性纤维化过程中出现的假单胞菌增多[64]。此外，囊性纤维化患者在很小的时候就观察到金黄色葡萄球菌的增加[65-68]，而带有金黄色葡萄球菌的呼吸定植的增加与呼吸预后不良有关。在健康婴儿[69,70]和囊性纤维化婴儿[68]中都观察到金黄色葡萄球菌的存在，减少了与其他潜在病原体(包括肺炎链球菌和流感嗜血杆菌)的共生。有趣的是，囊性纤维化患者的棒状杆菌科(一种潜在的有益细菌)的丰度明显较低[67,68]，提示巨噬细胞表型在囊性纤维化发病过程中发生转移[71]，但肺微生物组成分的改变是否可作为是这种表型转换的基础，如肺移植后观察到的[72]，仍有待研究。
对感染的急性反应导致的病情恶化是大多数肺损伤和囊性纤维化病情加重的基础。生后6个月使用抗生素会导致微生物组成发生显著变化，从而增加革兰氏阴性菌[68]。侵袭性抗生素治疗和成人肺囊性纤维化的慢性定植有助于耐抗生素的生物的出现，包括耐多药的绿脓杆菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌[73]。在抗生素治疗后观察到的主要高丰度的棒状杆菌和Dolosigranulum的减少可能有重要的治疗意义，因为这些属也被发现与呼吸菌群稳定和减少呼吸道感染[16]的风险有关。有趣的是，胆汁酸(嚢性纤维化患者误吸后肺部胆汁酸增加)已被证明能够增强绿脓杆菌生物膜的形成，并能够增加抗生素耐药性[74]，这表明胆汁酸水平的分析可能是一个疾病的预后和发展的潜在指标。综上所述，这些发现指出了不同细菌在囊性纤维化中的相互作用，并表明调节气道微生物群允许有益的微生物竞争，可以减少炎症并改善呼吸健康。
肺移植
肺移植是晚期肺病患者越来越普遍的选择，其中大多数患有COPD、特发性肺纤维化（IPF）或囊性纤维化[75]。移植的肺部为微生物提供了特殊的生态条件；特别值得注意的是长期使用抗生素和免疫抑制疗法，这可能塑造移植受体的肺部微生物群。囊性纤维化受体中存在的肺部感染，如洋葱伯克霍尔德菌复合体感染，已被证明是移植后死亡率增加的危险因素[76，77]。虽然囊性纤维化患者通常接受双侧移植，但上呼吸道和鼻窦仍可作为细菌的贮存器，并可重新填充供肺。移植患者的丰富度和多样性降低[78]，这种多样性减少可能与感染期间优势生物的出现有关。据报道，在患有毛细支气管炎闭塞综合征（BOS）的移植患者中，厚壁菌门细菌占优势，而没有BOS的患者的肺中主要发现变形菌门细菌。此外，BOS与肺微生物群随时间的变异性增加有关[79 ]。然而，移植前感染是否与移植后不良结局有关，仍有待阐明。
最近的一项研究通过描述来自移植患者BAL液的主要肺泡巨噬细胞的免疫学特征并将其与它们各自的微生物特征联系起来，提供了关于移植肺中宿主-微生物相互作用的第一种机制。根据细胞激活情况划分了三个样本组：1）促炎症，2）中间体和3）促重塑[72]。发现炎症在移植后3-4个月达到高峰，随后在稍后的时间点重塑激活幅度增加。反映平衡具有“中间”细胞活化状态的样本组中，平衡微生物群最普遍。有趣的是，与厚壁菌门和变形菌门相关的生物障碍主要与炎性基因表达谱相关，并且与支气管肺泡灌洗液（BAL）液中低肺泡巨噬细胞和高中性粒细胞百分比相对应。相比之下拟杆菌驱动的生物失衡更频繁地与促重塑细胞激活、高肺泡巨噬细胞和低中性粒细胞百分率相关[72]。这表明，肺移植患者气道的动态变化似乎反映在细胞活化概况和微生物组成。然而，移植后特定时间点的细胞活化情况是否可预测BOS的发展甚至死亡率仍有待确定。
特发性肺纤维化IPF是一种慢性、进行性和致死性肺部疾病。尽管IPF的病因仍有争议，但IPF中的活动性感染与高发病率和死亡率有关[80]。病毒可能有助于疾病的开始和进展[81，82]，虽然IPF恶化通常被认为是非感染性病因，但病毒感染有参与疾病恶化的潜力[83]。近年来，我们对细菌在疾病发生和发展中的作用的认识有限。MOLYNEAUX等[84]报道了IPF患者BAL样本中细菌负荷增加和微生物多样性降低。有趣的是，与细菌负荷低的受试者相比，在IPF诊断时细菌负荷高的受试者的死亡风险增加。然而，没有发现特定微生物与疾病进展之间的相关性[84]，而来自COMET-队列的BAL样本中肺部微生物的回顾性分析表明，存在特定的链球菌操作分类单元(OTU)或葡萄球菌OTU与预后较差的IPF相关联[85]。这些数据表明， IPF患者BAL微生物群（嗜血杆菌、奈瑟菌、链球菌和韦荣球菌种增加）与健康受试者相比有明显差异，细菌负荷影响这些患者的存活[84]。IPF患者的死亡率和发病率与急性加重显著相关，BAL细菌负荷的增加与IPF急性加重和疾病状态相关[86]。在IPF急性加重期患者体内，变形菌门的细菌的丰度增加，其中以嗜麦芽寡言单胞菌和弯曲杆菌更为突出。
最近的两项研究通过研究外周血单个核细胞（PBMC）转录谱学与肺部微生物群落在IPF诊断中的关联性，描述了IPF患者群中的宿主-微生物相互作用。MOLYNEAUX等[87]研究表明，IPF患者体内改变或增加的微生物群落与宿主防御反应相关基因的过度表达有关，而宿主防御反应与预后差相关。纵向分析显示在IPF患者稳定和进展期之间，平行的基因表达发生变化；然而，发现基因表达水平的大小取决于疾病的性质[87]。HUANG等人[88]证明了PBMCs中的免疫通路可以被微生物下调，表现出丰度的增加和群落多样性的减少，而这与这些受试者较差的无进展生存有关。这些研究的结果可能为IPF患者预后和生存预测的生物标志物开发铺平道路。然而,由于基因表达的变化与肺部微生物群落之间的相关性并不确定因果关系，在存在和不存在抗菌治疗（评估宿主和微生物相互作用）的情况下，进行额外的介入研究是至关重要的。
4. 展望
尽管全球都在努力评估健康肺部和患病肺部的微生物组成，但这些研究主要是描述性的。因此，当务之急应当是进一步集中于全面了解所观察到的肺部微生物组成变化的机制及其对呼吸道疾病发病的贡献。研究宿主与微生物的相互作用将有助于发展这种额外的机制理解。此外，在呼吸道[89，90]中描述了微生物群的病毒和真菌成分，并且与疾病状态有关[91-93]。然而，确定病毒体和真菌体改变对肺健康和疾病的功能影响的机制研究很少。必须扩大我们对病毒和真菌成分在肺部疾病发病和进展中的功能影响的理解。此外，将重点放在评估真菌和病毒群落的改变参与细菌微生物群和随后的宿主反应的重塑方面将是重要的。
未来的微生物学机制研究的重点应当是理解宿主和微生物之间的相互作用，不仅使用宏基因组学，而且使用代谢组学和宏转录组学，这可以使用基于网络的方法集成。这将允许我们扩展我们的知识，关于哪些副产物（代谢物）形成（代谢组学）和哪些微生物基因在疾病恶化期间差异表达。这种方法的一个重要挑战是确定信号是由宿主产生的还是由微生物本身产生的。为了描绘这些特定的效果，细胞研究可能起作用。从呼吸道分离出感兴趣的细菌菌株，并随后与感兴趣的细胞（或基质）共培养，可能有助于分离与特定宿主-微生物相互作用有关的细胞机制。然而，当将细胞研究的结果外推到临床情况时，建议谨慎，因为体外/离体研究降低了诸如细胞-细胞和细胞-基质相互作用的环境的复杂性。