​原文作者：Libing Yang, MDc; Daniel G. Dunlap, MD; Shulin Qin, MD, PhD; Adam Fitch, MS;Kelvin Li, MS; Carl D. Koch, MD; Mehdi Nouraie, MD, PhD; Rebecca DeSensi, BA;Ken S. Ho, MD, MPH; Jeremy J. Martinson, DPhil; Barbara Methé, PhD; Alison Morris,MD, MS

抗逆转录病毒治疗（ART）提高了艾滋病病毒感染者（PWH）的生存率，但是慢性阻塞性肺疾病（COPD）等肺部疾病在该人群中的发生率和致死率依然居高不下。吸烟是 COPD 最重要的病因之一，但是却不能完全解释 PWH 人群 COPD 的发生。既往研究发现，HIV 感染和吸烟能够改变受试者口腔微生物菌群多样性和组成结构。然而，肺部微生物菌群来源于口腔微生物的微吸入和菌群移位，同时，Segal LN 等人的研究也证实，健康人肺部口腔菌群的富集与宿主炎症反应的激活相关。因此，本研究提出假设，PWH 口腔微生物菌群的改变可能与 COPD 的发生发展相关。此外，多项证据表明，肠道微生物菌群能够调节宿主免疫系统、激活炎症反应以及影响物质代谢，肠道菌群的紊乱与免疫缺陷和慢性炎性疾病的发生密切相关。因此，本研究提出另一个假设，PWH 肠道微生物菌群的改变可能与 COPD 的发生发展相关。

为了探讨 PWH 人群，口腔与肠道微生物菌群与 COPD 发生发展之间的关系，本研究纳入了 75 例 PWH 和 93 例非 HIV 感染者，收集受试者的人口学信息、生命体征、实验室检查以及肺功能信息，同时采集受试者唾液标本以及粪便标本进行 16S rRNA 基因测序，并检测 9 个血浆细胞因子（IL-8, GCSF, INF-γ,MCP1, MIP-1β,TNF-a, IL-6, Scd163, 内皮素-1）。所有数据进行生物统计学分析，所得结果如下：

口腔微生物菌群多样性和组成结构因是否感染 HIV 而异。PWH 组口腔菌群 alpha 多样性明显低于非 HIV 感染组（t 检验，p = 0.00083，图 1A）。此外，PWH 组与非 HIV 感染组口腔菌群组成结构（β多样性）明显不同（PERMANOVA，p = 0.01, R2 = 0.016，图 1B）。相比于非 HIV 感染组，PWH 组受试者口腔菌群中韦荣氏菌属、罗氏菌属和链球菌属相对丰度明显升高，而奈瑟菌属相对丰度明显下降（图 1C-D）。

图 1 A.PWH 组口腔菌群 shannon 指数明显低于非 HIV 感染者。B. 非度量多维尺度分析（NMDS）展示 PWH 组与非 HIV 感染组口腔菌群组成结构明显不同。C. 柱状图展示 PWH 组与非 HIV 感染组口腔菌群优势菌相对丰度。D. 线性判别分析（LEfSe）发现相比于非 HIV 感染组，PWH 组受试者口腔菌群中韦荣氏菌属、罗氏菌属和链球菌属相对丰度明显升高，而奈瑟菌属相对丰度明显下降。

口腔微生物菌群多样性和组成结构因吸烟状态而异。PWH 组和非 HIV 感染组中，吸烟组口腔菌群 alpha 多样性明显低于不吸烟组（t 检验，p = 0.013, 0.06，图 2A）。此外，两组口腔菌群组成结构（β多样性）因吸烟状态的不同而不同（PERMANOVA，p = 0.017, R2 = 0.034；p = 0.022, R2 = 0.0323 图 2B-C）。PWH 组中，与不吸烟受试者相比，吸烟者口腔菌群韦荣氏菌属、链球菌属和乳杆菌属丰度明显升高，而奈瑟菌属、普氏菌属、巴斯德氏菌科和梭杆菌属相对丰度明显下降；非 HIV 感染组中，与不吸烟受试者相比，吸烟者口腔菌群奈瑟菌属相对丰度下降（图 2D-E）。

图 2 A.PWH 组与非 HIV 感染组，吸烟受试者口腔菌群 shannon 指数明显低于不吸烟受试者。B. NMDS 展示 PWH 组口腔菌群组成结构因吸烟状态而异。C. NMDS 展示非 HIV 感染组口腔菌群组成结构因吸烟状态而异。D. 柱状图展示 PWH 组与非 HIV 感染组不同吸烟状态下口腔菌群优势菌相对丰度。E. LEfSe 发现 PWH 组中，与不吸烟受试者相比，吸烟者口腔菌群韦荣氏菌属、链球菌属和乳杆菌属丰度明显升高，而奈瑟菌属、普氏菌属、巴斯德氏菌科和梭杆菌属相对丰度明显下降；非 HIV 感染组中，与不吸烟受试者相比，吸烟者口腔菌群奈瑟菌属相对丰度下降。

PWH 组肺功能异常受试者口腔微生物菌群多样性和组成结构发生改变，而非 HIV 感染组受试者口腔微生物菌群未观察到变化。PWH 组和非 HIV 感染组中，FEV1/FVC 降低者口腔菌群 alpha 多样性与 FEV1/FVC 无降低者相比均无明显差异（t 检验，p>00.05，图 3A）。然而，在 PWH 组中，FEV1/FVC 降低者口腔菌群组成结构（β多样性）与 FEV1/FVC 无降低者明显不同（PERMANOVA，p = 0.0281, R2 = 0.033 图 3B）。在非 HIV 感染组，FEV1/FVC 降低者口腔菌群组成结构无明显改变（图 3C）。在 PWH 组中，DLco 降低者口腔菌群 alpha 多样性明显下降（t 检验，p = 0.033, 图 3D），此外，与 DLco 无降低者相比，DLco 降低者口腔微生物菌群组成结构明显不同（PERMANOVA，p = 0.015, R2 = 0.043 图 3E）。在非 HIV 感染组中，口腔菌群多样性与组成结构未因 DLco 的不同而不同（图 3D,F）。PWH 组中，与肺功能正常受试者相比，肺功能下降者口腔菌群韦荣氏菌属、链球菌属和乳杆菌属丰度明显升高（图 2 H-I）。

图 3 A. PWH 组和非 HIV 感染组中，FEV1/FVC 降低者口腔菌群 alpha 多样性与 FEV1/FVC 无降低者相比均无明显差异。B. NMDS 展现，在 PWH 组中，FEV1/FVC 降低者口腔菌群组成结构与 FEV1/FVC 无降低者明显不同。C. NMDS 展示，在非 HIV 感染组，FEV1/FVC 降低者口腔菌群组成结构无明显改变。D. 在 PWH 组中，DLco 降低者口腔菌群 shannon 指数明显下降，在非 HIV 感染组中，口腔菌群 shannon 指数与 DLco 水平无关。E. NMDS 展现，在 PWH 组中，DLco 降低者口腔菌群组成结构与 DLco 无降低者明显不同。F. NMDS 展示，在非 HIV 感染组，DLco 降低者口腔菌群组成结构无明显改变。G. 柱状图展示 PWH 组与非 HIV 感染组不同肺功能水平下口腔菌群优势菌相对丰度。H. LEfSe 发现 PWH 组中，与 FEV1/FVC 正常受试者相比，FEV1/FVC 下降者口腔菌群乳杆菌属丰度明显升高。I. LEfSe 发现 PWH 组中，与 DLco 正常受试者相比，DLco 下降者口腔菌群韦荣氏菌属、链球菌属相对丰度明显升高。

在 PWH 组中，血浆 TNF-a, 内皮素-1 和 MIP-1β水平与肺功能参数呈负相关。其中，血浆 TNF-a 和 MIP-1β水平与口腔链球菌属和乳杆菌属相对丰度呈正相关，血浆内皮素-1 水平与口腔链球菌属，韦荣氏菌属和乳杆菌属相对丰度呈正相关（图 4）。

图 4 A. 多元线性回归显示血浆 TNF-a,MIP-1β，内皮素-1 水平与口腔链球菌属相对丰度呈正相关。B. 多元线性回归显示血浆 TNF-a, MIP-1β，内皮素-1 水平与口腔韦荣氏菌属相对丰度呈正相关。C. 多元线性回归显示血浆 TNF-a, MIP-1β，内皮素-1 水平与口腔乳杆菌属相对丰度呈正相关。

研究纳入的受试者肠道微生物菌群多样性和组成结构未发现与 HIV 感染状态、吸烟状态以及肺功能水平相关。

结论：口腔微生物菌群多样性和组成结构因是否感染 HIV 和吸烟状态而异。肺功能异常的 PWH 受试者口腔微生物菌群发生了改变，表现为口腔韦荣氏菌属、链球菌属和乳杆菌属相对丰度的上升。在非 HIV 感染组中，口腔微生物菌群与肺功能之间没有显著的相关性。肠道微生物菌群亦未发现与 HIV 感染状态、吸烟状态以及肺功能水平相关。因此，PWH 人群口腔微生物菌群的改变与宿主肺功能下降和炎症反应相关，口腔微生物菌群可以作为预测和评价 HIV 感染患者肺功能状态的生物学指标，口腔菌群的紊乱可能与 COPD 的发病相关。

供稿者对这篇文章的点评：

曹老师：

感谢您分享的这篇文献，读完收获很大。

文章探讨了艾滋病病毒感染患者口腔微生物组和肠道微生物组与肺功能下降之间的关系，研究设计简单，通过纳入 HIV 感染患者与非 HIV 感染患者，收集受试者人口学信息和临床资料，采集受试者唾液和粪便标本进行 16S rRNA 基因测序，并检测受试者的肺功能水平以及血浆细胞因子水平，在得到所有受试者临床数据和微生物组学信息后，进行了生物学统计分析。文章生物信息分析部分采用的统计方法都比较常见，但是分析步骤十分严谨和清晰。文章分别比较了感染 HIV 组与不感染 HIV 组、吸烟组与不吸烟组、肺功能下降组与肺功能正常组口腔及肠道微生物组多样性和组成结构之间的差异性，并通过线性判别分析的方法找到了差异菌属，同时应用多元线性回归将血浆细胞因子水平与差异菌属相对丰度联系到一起。最终得出结论，HIV 感染人群口腔微生物菌群的改变与宿主肺功能下降和炎症反应相关，口腔微生物菌群可以作为预测和评价 HIV 感染患者肺功能状态的生物学指标，口腔菌群的紊乱可能与 COPD 的发病相关。

整个研究设计与生物学统计分析方法都比较简单，但是我觉得文章最大的闪光点在于科学假设的提出。我们可以看到，文章的通讯作者是来自美国匹斯堡大学的研究者 Alison Morris。这位研究者在呼吸道微生物组方面做了大量的工作。Alison Morris 团队依托于一项开始于 2009 年并于 2015 年结束的 Lung HIV Microbiome 计划，对 HIV 感染，吸烟如何影响人体口腔及肺部微生物组进行了深入研究。研究者们发现，HIV 感染能够改变患者肺部微生物组组成结构，相较于 HIV 阴性受试者，HIV 阳性受试者的肺部 Tropheryma whipplei 检出率更高（Lozupone C, et al. Am J Respir Crit Care Med. 2013;187(10):1110-7），此外，吸烟能够改变正常成年人口腔的微生物组组成结构，但未能改变肺部微生物组组成结构（Morris A, et al. Am J Respir Crit Care Med. 2013;187(10):1067-75），后续的研究进一步证实，HIV 感染能够明显改变患者口腔微生物组组成结构，并且使得患者口腔与肺部微生物组组成结构相似性增加（Beck JM, et al. Am J Respir Crit Care Med. 2015;192(11):1335-1344）。因此，Alison Morris 团队总结先前的研究结论，提出假设：HIV 感染和吸烟能够改变受试者口腔微生物菌群多样性和组成结构。然而，肺部微生物菌群来源于口腔微生物的微吸入和菌群移位，同时，结合 Segal LN 等人的研究，健康人肺部口腔菌群的富集与宿主炎症反应的激活相关。所以 HIV 感染人群口腔微生物菌群的改变可能与肺功能的下降相关。研究者们从表浅的生态位点的微生物菌群差异开始探讨，一点点，一步步发现规律，总结经验，最终找到呼吸道微生物组与患者疾病状态之间的相关性，从而指导临床实践，口腔微生物菌群，这种创伤性小，操作简便的检测方式，可以作为预测和评价 HIV 感染患者肺功能状态的生物学指标。这在一定程度上提示我们，呼吸道微生物组领域目前研究可能还不够深入，呼吸道菌群的全貌还未被人们所窥见，想要找到复杂而又神秘的呼吸道菌群与疾病的发生发展之间的关系还需要更加深入的积累和挖掘。

此外，Lung HIV Microbiome 计划虽然已经完成，衍生于该研究的文章多达 20 余篇。并且，本篇文章的研究人群来源于一个历时 30 余年的 HIV 感染人群的队列研究，这使得文章纳入的受试者具有鲜明的代表性，受试者依从性好，临床信息收集完全，标本采集规范系统，同样也是研究获得成功的关键之处。

最后，非常高兴看到这篇文章的第一作者为来自中国的研究者，国外团队对于呼吸道微生物组研究的经验丰富，体系完善，这种与国外优秀团队的交流合作对于中国呼吸道微生物组研究的成熟与发展也非常重要。

杜思思

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