专栏名称: 南山呼吸

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Nat Med | 王璋/林立丰/关伟杰/孙九峰揭示环境污染暴露通过呼吸道菌群紊乱影响呼吸健康指标

南山呼吸 · 公众号 · · 2023-06-23 14:03

正文

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，对全球公共卫生造成重大威胁。健康人体下呼吸道存在微生物群落（呼吸道菌群），其可受环境污染暴露发生改变，并对人体呼吸健康产生影响。下呼吸道样本采集的困难性为大规模人群的呼吸道菌群研究带来挑战。呼吸道菌群在环境污染暴露与呼吸健康中所发挥的作用尚不清楚。

2023年6月22日，华南师范大学王璋团队，广东省疾控中心林立丰、孙九峰团队，广州医科大学附属第一医院—广州呼吸健康研究院关伟杰团队合作，在Nature Medicine杂志以长文（Article）发表了题为The airway microbiome mediates the interaction between environmental exposure and respiratory health in humans（人体呼吸道菌群介导环境污染暴露与呼吸健康的相互作用）的研究论文，通过大规模人群呼吸道菌群多组学分析，揭示了环境污染暴露、呼吸道菌群与呼吸健康的关系（图1）。

该研究依托2019年广东省居民慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺）流行病学调查项目，对广东省6个城市/地区，18个社区，36个居委会，共3,800余居民进行了问卷调查、肺功能检查、身体测量、并进行了诱导痰样本的采集。对诱导痰样本进行了严格的质控及微生物组分析，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。研究首先通过建立污染暴露（吸烟、二手烟、空气污染、生物燃料暴露、职业暴露）、呼吸道菌群（细菌、真菌、宏基因组功能模块、抗生素抗性基因、细菌毒力因子）、呼吸健康指标（肺功能、呼吸道症状评分）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。同时，不同的污染暴露因素通过不同的细菌或真菌群落发挥作用。吸烟主要影响细菌群落，大气细颗粒物（PM_2.5）主要影响真菌群落。通过进一步交互式统计模型分析，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。其中，基于呼吸道奈瑟菌（Neisseria）将人群分为两个亚组，其呼吸道症状评分与职业污染暴露之间的关联具有显著差异。相对于Neisseria-low亚组人群，在职业污染暴露影响下，Neisseria-high亚组人群呼吸道症状风险增加2.25倍，且职业污染暴露可能通过真菌菌群中曲霉（Aspergillus）丰度的增加发挥作用。该结果提示可能基于呼吸道菌群进行环境污染暴露的风险分层与评估。

基于呼吸道细菌与真菌菌群特征，研究测算了个体化的呼吸道菌群健康指数（Airway Microbiome Health Index，AMHI），发现其随着污染暴露、呼吸道症状及呼吸疾病同步发生变化，提示该指数可能指示个体受污染暴露所导致的潜在呼吸健康风险。将AMHI评分应用至全球公共呼吸道菌群数据，发现其在不同公共数据的疾病人群相对健康人群具有统一下降趋势，提示该评分具有一定的普适性。环境污染暴露是早期慢阻肺发生的重要风险因子。通过多元网络分析，研究发现环境污染暴露可促进呼吸道“细菌-真菌”的交互作用，该互作模式从健康人群、慢阻肺风险人群、到慢阻肺患者中显著增强，且该互作模式的细菌驱动者同时显著贡献了从健康人群到慢阻肺患者中的菌群功能变化。基于呼吸道细菌和真菌的个体化健康指数和互作网络可能为早期慢阻肺的发生提供潜在新型标识物。

综上，该研究通过大规模人群呼吸道菌群分析，揭示了环境污染暴露通过呼吸道菌群影响呼吸健康的可能方式。“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。

图1. 本研究主要设计与技术路线

华南师范大学王璋、广东省疾控中心林立丰、郑雪燕、孙九峰、广州医科大学附属第一医院—广州呼吸健康研究院关伟杰为本文的共同通讯作者。广东省疾控中心林立丰、华南师范大学易歆竹、厦门大学附属第一医院刘海月、广东省疾控中心孟瑞琳为本文的共同第一作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41591-023-02424-2

本文转载自“BioArt微信公众号”

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