肺炎患者肺部微生物群的特征研究:一项针对ICU和非ICU患者的初步研究

时间:2026年2月25日
来源:Journal of Anesthesia, Analgesia and Critical Care

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肺炎患者肺微生物组差异研究,单中心纳入33例(ICU患者11例、非ICU患者11例、尸检对照11例),发现≥65岁患者Bacteroidota和Verrucomicrobiota丰度显著高于对照组,Massilia timonae丰度降低,可能增加感染风险,老年患者微生物多样性更高。

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摘要

目的

旨在确定肺炎患者与对照组相比,在临床严重程度、年龄和性别方面肺微生物群的潜在差异。

设计

初步研究。

研究地点

意大利卡坦扎罗的Dulbecco大学医院。

患者

共33名参与者——11名需要侵入性机械通气的ICU患者,11名非ICU患者,以及11名无肺部疾病的尸体对照组。

干预措施

通过微生物培养和宏基因组测序方法收集和分析支气管肺泡灌洗样本。

测量结果与主要发现

在年龄≥65岁的ICU和非ICU患者中,Bacteroidota和Verrucomicrobiota门类比对照组更为丰富。Massilia timonae在病例组中的相对丰度显著较低,这可能增加感染风险。老年患者的微生物群多样性更高。

结论

观察到肺炎患者的肺微生物群组成存在变化,这些差异在老年患者中更为明显。微生物群表型分析可能为肺炎的病理生理学和肺部菌群失调提供新的见解。

目的

旨在确定肺炎患者与对照组相比,在临床严重程度、年龄和性别方面肺微生物群的潜在差异。

设计

初步研究。

研究地点

意大利卡坦扎罗的Dulbecco大学医院。

患者

共33名参与者——11名需要侵入性机械通气的ICU患者,11名非ICU患者,以及11名无肺部疾病的尸体对照组。

干预措施

通过微生物培养和宏基因组测序方法收集和分析支气管肺泡灌洗样本。

测量结果与主要发现

在年龄≥65岁的ICU和非ICU患者中,Bacteroidota和Verrucomicrobiota门类比对照组更为丰富。Massilia timonae在病例组中的相对丰度显著较低,这可能增加感染风险。老年患者的微生物群多样性更高。

结论

观察到肺炎患者的肺微生物群组成存在变化,这些差异在老年患者中更为明显。微生物群表型分析可能为肺炎的病理生理学和肺部菌群失调提供新的见解。

人类微生物群被定义为一个复杂的微生物社区,包括细菌、真菌和病毒[1],在免疫调节、消化、维生素生成和疾病预防中发挥着重要作用[1]。根据最新研究,肺部栖息着不同的微生物群落,而在慢性肺病患者中这些群落发生了显著变化[2]。具体来说,健康志愿者的肺微生物群以(主要是)为主,而在肺部疾病中较为普遍[2]。事实上,在重症患者中,菌群失调是一种常见的现象,这是由于严重的微生物失衡造成的,它会影响疾病严重程度,阻碍愈合过程,并对临床结果产生负面影响[2]。然而,关于肺炎患者肺微生物群的数据仍然有限,而对于慢性呼吸系统疾病(如肺纤维化)则已有更多证据[1, 3]。基于这些发现,本初步研究在意大利卡坦扎罗的Dulbecco大学医院进行(协议批准编号113,2023年4月20日),招募了肺炎成年患者[4),并排除了住院时间少于24小时的ICU患者(2名)、孕妇(1名)、原发性或继发性免疫抑制患者(0名)以及近期服用过益生菌的患者(0名,时间不超过1年)。主要目的是确定肺炎患者与对照组(即无肺部疾病的尸体,因创伤或心脏骤停突然死亡)在肺微生物群组成上的潜在差异。在尸体组中,生物样本是在死亡后1小时内收集的),然后根据年龄(<65岁或≥65岁)和性别进行分类。根据当前的支气管镜检查程序建议[5, 6]并在临床怀疑后的48小时内[7收集支气管肺泡灌洗(BAL)样本,通过微生物培养和宏基因组测序进行分析(如表1所述)。鉴于关于肺炎患者肺微生物群的数据有限,需要进行探索性研究以提出初步假设。由于缺乏关于肺炎患者肺微生物群的数据,且本研究具有探索性质,因此每个组至少需要10名受试者的样本量被认为是合适的。统计分析使用了Microbiome Analyst和R软件;同时,根据图1 [8, 9]的方法调查了肺微生物群的alpha多样性和beta多样性。

表1 基线特征
图1
图1

考虑患者类别(即ICU患者和非ICU患者)和年龄的alpha多样性和beta多样性。Alpha多样性由观察到的物种总数(物种丰富度)和物种的丰度(Shannon指数和Simpson指数)来描述所研究社区的多样性(使用phyloseq包)。关于相对丰度和alpha多样性的数据首先进行了正态性测试(Shapiro检验)和方差同质性测试(Levene检验),然后使用单参数非参数检验(对“观察到的”参数进行排列检验)和Kruskal–Wallis检验来分析门类的相对丰度以及Shannon指数和Simpson指数。Beta多样性描述了所研究微生物群之间的多样性(使用phyloseq包的PERMANOVA)。正如预期的那样,两种多样性都是使用观察到的、Shannon指数和Simpson指数来测量的,并以箱线图表示。每个箱线图代表了样本类型类别内的不同分布:A 观察到的物种(p值0.020);B Shannon指数(p值0.455);C Simpson指数(p值0.596);D 通过Bray–Curtis距离方法对不同样本的距离进行PCoA比较。缩写: ICU:重症监护室;PCoA:主坐标分析

共有33名参与者,包括11名(33%)ICU患者,11名(33%)非ICU患者,以及11名(33%)健康对照组。队列中男性21名(63%),女性12名(37%),平均年龄为60.8±20.3岁。基线特征详见表1,结果显示ICU患者的呼吸和血液动力学参数比非ICU患者更差。对标准化和缩放后的相对丰度数据进行了LEfSe分析。从BAL中分离出以下病原体:i) 革兰氏阴性细菌(即Acinetobacter baumannii>、E. coli>、Pseudomonas aeruginosa>、Stenothrophomonas maltophilia>和产生碳青霉烯酶的Klebsiella pneumoniae)(ICU患者10个BAL样本,非ICU患者7个BAL样本);ii) 革兰氏阳性病原体(即Enterococcus faecalis>、Staphylococcus aureus>、Streptococcus属)(非ICU患者3个BAL样本);iii) Aspergillus fumigatus从一名ICU患者和一名非ICU患者中分离出来。

关于肺微生物群,门类和物种的完整描述见表1。具体来说,BacillotaPseudomonadota在病例组和对照组中最为普遍,组间无差异(p值分别为0.742和0.474)(表1);而Bacteroidota和Verrucomicrobiota在65岁以上的ICU和非ICU患者中比对照组和年轻病例更多(p值分别为0.050和0.030)(表1

在物种层面,还发现了一些额外的差异。实际上,不仅Bacteroides sp.(属于Bacteroidota)和Akkermanansia sp.(属于Verrucomicrobiota),Blautia sp.(属于Bacillota)和Klebsiella sp.(属于Pseudomonadota)在老年患者中更为丰富,无论性别和临床严重程度如何(表1)。

相反,Gemella haemolysans(属于Bacillota)、Oxalobacteraceae(属于Proteobacteria)和Veillonella dispar(属于Firmicutes)在老年ICU和非ICU患者中较少(p值分别为0.034、0.047、0.017和0.012);而Massilia timonae(属于Pseudomonadota)在ICU患者中减少,无论年龄和性别如何(p值仅为0.026)(表1

按疾病严重程度和年龄分层的微生物群alpha多样性和beta多样性见图1。如上所述,65岁以上的ICU和非ICU患者的观察到的物种平均数量高于年龄匹配的对照组和年轻病例(p值0.020)。

据我们所知,关于肺炎患者的肺微生物群知之甚少。我们的结果证实了最近的研究发现,即肺部并非无菌环境,而是拥有自己的微生物群[2。这种存在似乎归因于液体和空气在口腔中的持续流动,从而产生生物学上重要的气溶胶,这些气溶胶会进入患者的气道[7, 10

在我们的研究中,主要的门类是Bacillota和Pseudomonadota,这与之前在健康志愿者中进行的研究结果一致[1, 2, 10;而Bacteroidota和Verrucomicrobiota在老年ICU和非ICU病例中更为丰富,证实了肺炎患者存在显著的菌群失调,尤其是在老年患者中差异更为明显。

有趣的是,Massilia timonae是一种需氧、非发酵的革兰氏阴性细菌,1998年首次在健康肺部被描述[10),它是唯一一种在组水平上显示出较低相对丰度的物种,无论临床严重程度如何。事实上,M. timonae的低表达之前已被认为与之前使用针对革兰氏阴性细菌的抗生素有关[10。因此,我们研究中新发现的M. timonae低水平可能增加患者对肺部感染的易感性,并有助于了解宿主状况和重症监护干预如何影响肺微生物群。

尽管有这些有希望的结果,但仍需指出一些局限性。首先,相对较小的样本量和单中心研究可能限制了检测潜在的组内和组间差异的能力。其次,“对照组”由尸体组成,他们相对较年轻,不一定能与年龄匹配的健康志愿者相比。然而,所有样本都是在死亡后1小时内收集的,以尽量减少死亡后下呼吸道微生物群的潜在显著变化。此外,没有选择健康志愿者作为对照组,因为在这些患者中进行BAL在伦理上是不合理的。第三,众所周知,抗生素、营养、质子泵抑制剂的使用和选择性消毒等因素会影响微生物群。然而,由于研究纳入的患者数量有限,无法调查这些因素与微生物群的潜在关联。第五,如表1所示,男性患者多于女性患者,反映了典型的ICU患者群体特征。然而,这种不平衡的分布可能会影响数据解释。

第四,根据我们的方法,只分析了一些物种和门类。因此,我们不能排除肺微生物群中存在其他相关物种或门类的可能性。

总之,我们的研究表明肺炎会对肺微生物群产生负面影响,尤其是在老年患者中(与年轻病例相比),而这种影响在临床严重程度和性别方面的差异较小。实际上,微生物群表型分析可能为肺炎的病理生理学和肺部菌群失调提供新的见解。

这项研究具有探索性的设计,因此存在固有的局限性。样本量小和单中心研究限制了统计功效,因此对研究结果的解读应谨慎进行,并应将其视为假设生成的依据。观察到个体间的高度变异性,这是微生物组数据的特征,尤其是在像肺部这样的低生物量环境中。尽管应用了非参数统计方法和LEfSe分析来减轻非正态分布的影响,但变异性仍可能影响结果。

对照组由较年轻的尸体组成;支气管肺泡样本在死亡后一小时内收集,以尽量减少死亡后的微生物变化,但无法完全排除与年龄相关的和死亡后的早期影响。此外,由于伦理原因,没有选择健康志愿者作为对照组。第三,众所周知,抗生素、营养、质子泵抑制剂的使用和选择性消毒等因素会影响微生物群。然而,由于研究纳入的患者数量有限,无法调查这些因素与微生物群的潜在关联。第五,如表1所示,男性患者多于女性患者,这反映了典型的ICU患者群体特征。然而,这种不平衡的分布可能会影响数据解释。

第四,根据我们的方法,只分析了一些物种和门类。因此,我们不能排除肺微生物群中存在其他相关物种或门类的可能性。

总之,我们的研究表明肺炎会对肺微生物群产生负面影响,尤其是在老年患者中(与年轻病例相比),而这种影响在临床严重程度和性别方面的差异较小。实际上,微生物群表型分析可能为肺炎的病理生理学和肺部菌群失调提供新的见解。

这项研究具有探索性的设计,因此存在固有的局限性。样本量小和单中心研究限制了统计功效,因此应对研究结果持谨慎态度,并将其视为假设生成的依据。观察到个体间的高度变异性,这是微生物组数据的常见特征,特别是在像肺部这样的低生物量环境中。尽管应用了非参数统计方法和LEfSe分析来减轻非正态分布的影响,但变异性仍可能影响结果。

对照组由较年轻的尸体组成;支气管肺泡样本在死亡后一小时内收集,以尽量减少死亡后的微生物变化,但无法完全排除与年龄相关的和死亡后的早期影响。此外,由于无法在BAL收集前详细分层抗生素暴露情况,这可能是一个潜在的混杂因素,尤其是在ICU患者中。需要更大规模的多中心研究和全面的临床元数据来验证和扩展这些观察结果。

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