支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)是早产儿呼吸系统常见疾病，远期预后欠佳。肠道与肺部之间存在菌群等介导的双向通讯，称为肠-肺轴。近年来，已有许多证据表明，肠道菌群与许多肺部疾病的发病机制密切相关，肠-肺轴通过菌群易位及调控免疫途径等方式影响BPD的发生发展。目前，肠-肺轴与BPD的关系仍处于研究阶段，而深入了解两者的潜在关联，可能有助于探索BPD的早期预警标志物及新疗法。该文就肠-肺轴和BPD的相互关系进行综述，以期为防治BPD开拓新的思路。Advances in relationship between the gut-lung axis and bronchopulmonary dysplasiaBronchopulmonary dysplasia(BPD), a common respiratory disease in premature infants, leads to poor long-term prognosis.The crosstalk between the gut and lung which can be mediated by microbiota is known as the gut-lung axis.Recently, an increasing amount of evidence has indicated that the gut microbiota is closely related to the pathogenesis of many respiratory diseases.The gut-lung axis affects the occurrence and development of BPD through microbiota translocation and regulation of immune pathways.At present, the relationship between the gut-lung axis and BPD is still in the research stage and exploring the potential association may help to search early markers and new therapies for BPD.In order to provide insights into preventing and treating BPD, this review describes the relationship between the gut-lung axis and BPD.支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)的发病机制尚未完全阐明。既往观点认为BPD主要与肺发育不成熟、高氧暴露、炎症反应等因素相关，近年研究则发现，BPD与肠道菌群及呼吸道菌群也存在密切关联，肠-肺轴在BPD的发生发展过程中起重要作用。肠-肺轴是指微生物组介导下消化和呼吸两个系统之间的相互作用，影响着机体健康与疾病的平衡，肠道微生物及其代谢物可通过免疫途径等参与肺部的疾病进程[1]；同时，疾病状态下人体微生态失衡，肠道菌群亦会发生相应变化[2]。现就肠-肺轴与BPD关系的研究进展进行综述。肺、气管、呼吸道上皮与肠道在胚胎组织的发生上具有同源性，呼吸道黏膜和消化道黏膜属于黏膜免疫系统，均由上皮和固有层组成，且均能产生分泌型免疫球蛋白A。二者在结构、微生态及免疫调节机制上的许多相似之处，构成了肠-肺轴双向通讯的生物学基础[1]。肺部疾病可伴发胃肠道疾病，使肠道黏膜的结构和功能发生改变，而许多无呼吸道疾病史的慢性胃肠道疾病患者亦存在肺部受累，两个系统在生理及病理状态下相互作用，即肠-肺轴的双向通讯，而菌群是联系肠-肺轴的基础之一，但其机制尚未完全阐明[3]。越来越多证据表明，新生儿在出生时甚至在宫内即存在肠道及肺部菌群定植，在胎龄10~18周的人类胎儿中，多种肺部菌群与肠道菌群存在重叠[4]。研究表明，肠道与肺部可通过淋巴液实现两个器官间的细菌易位，肠道菌群代谢产物也可通过免疫途径等影响肺部健康[5]。随着产前管理的加强及围生医学技术的提高，早产儿的存活率显著上升，BPD的发病率亦随之升高。我国几项多中心研究表明，超低出生体重儿或超未成熟儿的BPD发病率由48.1%显著上升至72.2%[6]。BPD是由多因素相互作用引起的发育障碍，发病机制复杂，可能导致远期呼吸系统疾病、肺动脉高压、生长发育落后、神经发育不良、代谢性骨病等风险增加，虽然通过多学科协作管理有望改善BPD早产儿生存质量和预后，但目前尚缺乏早期防治BPD的明确措施[7]。因此，研究BPD的发病机制，进而探索其早期预警标志物，可能对降低BPD发生率，改善BPD早产儿的远期预后有一定帮助。微生物群落是指寄居于人体中的所有微生物(包括共生菌和致病菌)，在宿主免疫系统的发育及代谢稳态中起关键作用，有益菌群的减少或其他菌群丰度的改变称为菌群紊乱。研究表明，重度BPD患儿的呼吸道菌群纵向变化更为明显，生后早期葡萄球菌定植较少，解脲脲原体定植较多；随着BPD的进展，变形菌门、厚壁菌门和乳酸杆菌的水平发生变化[8]。鉴于早产儿生后早期呼吸道菌群宏基因组的改变，以及由此产生的代谢组学变化可能与BPD的严重程度相关，提示检测菌群及其代谢物具有早期预警BPD的潜在价值[9]。除呼吸道菌群紊乱外，BPD患儿同时存在肠道菌群紊乱。病例对照研究显示，BPD患儿生后28 d时肠道菌群的操作分类单位、相对丰度和Shannon多样性指数降低[10]。由于早产、分娩方式等多因素均可影响肠道菌群，Lal等[9]通过检测经阴道分娩早产儿的肠道菌群，以进一步研究BPD与肠道菌群紊乱的相关性，结果显示BPD患儿肠道菌群中大肠埃希菌和志贺菌相对丰度增加，而克雷伯菌和沙门菌则有所下降。BPD患儿存在呼吸道及肠道菌群紊乱，与此同时，菌群紊乱也可通过下调免疫相关基因的表达，引起全身和肺内的炎症反应，从而影响BPD的发展[11]。在小鼠BPD模型中，围生期母体抗生素暴露通过破坏肠道共生菌定植，导致了更严重的BPD表型，其特征是肺纤维化、血管重塑、肺泡炎症和病死率增加，提示肠-肺轴在BPD的发生中发挥关键作用[12]。肠道菌群紊乱通过肠-肺轴促进BPD的发展，其机制可能包括以下几点：(1)肠道菌群紊乱损害肠道屏障，增加肠道通透性，使细菌直接转移到肺部；菌群紊乱还可能产生由免疫细胞识别的代谢产物，导致局部或全身性炎症反应及代谢障碍[13]。(2)肠道菌群紊乱可促进肺部炎症反应，加剧肺损伤。研究表明，Toll样受体可识别肠道菌群代谢物脂多糖，导致白细胞介素(interleukin，IL)-1β表达增高，进而激活核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)并造成炎症级联反应，加剧肺损伤[14]。(3)肠道菌群紊乱还可能通过代谢途径影响BPD的发展。受体小鼠接受高脂高糖喂养小鼠的粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)后出现糖代谢紊乱，提示肠道菌群调节葡萄糖代谢，而磷酸戊糖途径表达增强导致高氧暴露的新生小鼠肺血管发育异常，提示糖代谢紊乱参与了BPD的进展，但二者相关性仍有待进一步研究[10]。(4)肠道菌群紊乱与早产儿生长受限及BPD具有较强的相关性。极低出生体重儿的肠道菌群在宫外生长发育中起重要作用，而营养支持是BPD的重要保护因素[15]，这提示通过调节肠道菌群改善早产儿营养状态，可能降低BPD的发生风险。作为早产儿最常见的并发症，胎龄<29周的早产儿中约有45%被诊断为BPD，这与早产及随后诸多高危因素所致的菌群紊乱关系密切[16]。与足月儿相比，早产儿的肠道微生物群落多样性降低，且高氧暴露、抗生素暴露及院内感染等因素进一步破坏了微生物稳态，损害肠道屏障，引发炎症反应、代谢紊乱和营养不良，通过肠-肺轴进一步影响肺组织的修复，最终加速BPD的进展[8]。3.1 肠道菌群及其代谢物通过肠-肺轴介导肺部免疫反应新生儿免疫应答包括固有免疫和适应性免疫，早产儿生后免疫系统尚不成熟，气道、肠道菌群在机体免疫系统的发育中起重要作用。一方面，肠道菌群代谢产物通过体循环进入肺循环，刺激肺免疫细胞[如树突状细胞(dendritic cell，DC)、巨噬细胞、T细胞和中性粒细胞]激活炎症反应并引发肺损伤[17]；"黏膜反应理论"则从另一方面阐释了肠-肺轴对BPD的可能影响：肠道DC摄取肠道菌群，在信号分子的作用下DC表型改变，迁移到肠系膜淋巴结，刺激细胞因子如IL-10、转化生长因子-β、干扰素-γ和IL-6的产生，并将细菌来源的抗原递呈给T细胞诱导其活化，活化的T细胞可以迁移到呼吸道黏膜，激活肺部免疫反应[18]。此外，肠道菌群代谢物、短链脂肪酸等还可通过血液进入骨髓，促进造血，刺激造血干细胞分化产生抗炎环境，并迁移至呼吸道，与上述机制共同调节肺部炎症反应[19]。3.2 肠-肺轴中由固有淋巴细胞(innate lymphoid cells，ILC)介导的黏膜免疫调节机制除了由菌群介导的免疫调节外，肠-肺轴还存在由ILC介导的黏膜免疫调节机制。ILC在肠道及呼吸道黏膜广泛分布，通过分泌细胞因子调节机体免疫和黏膜屏障稳态，肠道中的ILC可通过肠系膜淋巴系统进入血液循环，并迁移至肺部，参与上皮细胞的修复和再生[20]。研究表明，ILC可能通过促进M2型巨噬细胞极化，调节BPD发展过程中的免疫反应，其中ILC3的发育与芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor，AHR)密切相关[21,22]。肺发育不成熟、急性肺损伤以及损伤后的异常修复是引起BPD的关键环节，而菌群及ILC通过肠-肺轴介导肺部的免疫反应，调节肺部炎性损伤，并参与损伤后的修复。因此，寻找肠-肺轴的关键节点以调控肺部免疫反应，可能对治疗BPD具有帮助。AHR在微生物-肠-脑轴中发挥了重要作用，在肠道菌群的调控下，小鼠盲肠内容物和人类粪便中的色氨酸代谢物能激活AHR，通过免疫途径参与中枢神经系统稳态的调节[23]。值得关注的是，AHR亦可通过免疫调节和调控肺发育过程中基因表达等方式，保护人肺微血管内皮细胞和新生小鼠免受高氧损伤，进而在BPD的发展中发挥保护作用[24]。肠道菌群产生的色氨酸代谢物是AHR的天然配体，AHR在配体作用下可通过产生IL-22促进调节T细胞的发育，进而促进肠道、中枢神经系统和肺部健康[25]。已有研究表明，阿奇霉素可显著降低极早产儿BPD的发生风险，这可能与应用阿奇霉素后支气管肺泡灌洗液中色氨酸代谢物水平升高，从而减少促炎性细胞因子生成相关[26]。上述研究提示AHR可能也是肠-肺轴的关键因子之一，但仍需进一步研究以明确其作用机制。4.1 靶向操控肠道菌群可能具有治疗BPD等肺部疾病的潜力肠道微生态与肺部微生态组成密切相关，动物实验表明，大鼠FMT会引起肺部菌群结构的改变[27]。尽管胃食管内容物吸入及吞咽气道分泌物可部分解释肠道与肺部微生态的联系，针对肠-肺轴的深入研究表明，肠道和肺部微生态亦可通过宿主免疫调节等机制相互影响[13]。肠系膜淋巴系统是肠-肺轴的重要通道之一，肠道菌群及其代谢物可通过肠系膜淋巴系统跨越肠屏障，进入体循环，直接影响肺免疫稳态[13]。因此，靶向操控肠道菌群可能具有治疗肺部疾病的潜力。研究表明，母乳喂养可能协助早产儿建立肠道微生态，同时对肺部菌群结构产生影响，降低早产儿BPD的发生风险[10]。另外，由于母体微生态与早产儿微生态的建立密切相关，通过调控母体微生物稳态以促进胎儿健康也是未来的研究方向之一[12]。益生菌是指给予一定数量的、能够对宿主健康产生有益作用的活性微生物，主要通过减少病原微生物的定植和入侵，激活免疫细胞，调节细胞因子，强化非特异性免疫反应，改善机体肠屏障功能，调节宿主的免疫功能而发挥有益作用[28]。益生菌可能是通过平衡肠道微生物群组成、恢复紊乱的肠-肺轴、抗炎和抗氧化以及促进营养来改善BPD的潜在治疗方式[11]。研究表明，随着BPD的进展，变形菌门和厚壁菌门的相对丰度发生改变，乳酸杆菌减少，而对无菌小鼠肺部注射乳酸杆菌则可改善肺泡发育[29]，且益生菌的肠内给药会影响气道菌群[11]。但是，目前尚无将补充益生菌对早产儿BPD发展的影响作为主要结局的研究，未来通过探索益生菌改善肺泡发育的具体机制，有望进一步优化BPD的治疗策略。研究表明，FMT通过调节肠道菌群，抑制免疫反应，减少体内炎症标志物的产生和分泌，进而可减轻肺泡上皮细胞的损伤，促进急性肺损伤大鼠的肺组织修复[10]。除了直接调节肠道菌群以外，补充菌群代谢物，如由肠道菌群产生的乙酸盐，可减轻BPD发展过程中的炎症反应和肺损伤，提示肠道菌群的代谢物也可能是预防新生儿BPD的有效药物[30]。4.3 粪便中挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)可能有助于BPD的早期预测粪便中VOC是一类由肠道菌群发酵多糖产生的代谢产物，VOC通过改变肺表面活性物质的气-液界面特性、刺激促炎因子的产生和加剧氧化应激来影响肺功能，可能与BPD的发展密切相关[10,31]。研究表明，粪便VOC的变化与BPD的严重程度相关，且VOC可在生后2周时协助早期诊断和预测BPD的发生[32,33]。由于VOC可通过无创方式进行采样，这使得该技术在早产儿BPD预测中更具推广潜力。肠-肺轴是肠道与肺部之间的双向通讯，BPD患儿肠道菌群及呼吸道菌群紊乱，肠-肺轴可通过菌群易位、菌群及ILC介导的免疫调节途径等方式，改善肺泡发育，参与上皮细胞的修复，调控肺免疫稳态，影响BPD的发生发展。在动物模型和人体中的一些研究表明，补充益生菌或益生元、FMT等可能是改善肺部炎症，减轻高氧应激的有效治疗策略，分析BPD患儿的菌群组成及代谢物差异可能有助于辅助BPD的诊断及预后预测。
