揭秘慢阻肺进展：肺部微生物组、表观遗传学与吸烟的复杂关联

为探究吸烟与慢阻肺（COPD）关系，研究人员分析患者微生物组数据，发现多种关联，为治疗提供新方向。

　　慢性阻塞性肺疾病（Chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是全球范围内的重要健康威胁，严重影响着人们的生活质量和寿命。想象一下，许多患者在日常生活中被呼吸困难等症状困扰，每一次呼吸都如同沉重的负担。而吸烟，作为 COPD 的主要诱因，其危害不容小觑。据估计，约 80% 的 COPD 相关死亡都与吸烟有关。尽管戒烟能在一定程度上缓解病情，但吸烟导致的表观遗传修饰却可能引发一些持续的不良变化。与此同时，肺部微生物组的研究逐渐兴起，人们发现肺部并非无菌，且微生物变化与多种慢性呼吸道疾病密切相关。然而，目前对于吸烟状态、肺部微生物组失衡以及吸烟的长期影响之间的关系，仍存在许多未知。为了深入探索这些复杂的关系，来自多个研究机构的研究人员开展了相关研究，该研究成果发表在《Heliyon》杂志上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，使用了 16S rRNA 分析技术，对 112 例 COPD 患者的痰液样本进行检测，这些样本来自之前的研究，由英属哥伦比亚大学临床研究伦理委员会提供。其次，借助模糊逻辑和机器学习技术，从大量数据中筛选出相关特征，以区分不同的吸烟状态。此外，还运用了多种统计分析方法，如 Kruskal-Wallis 检验、Cox 回归分析、log-rank 检验等，来评估各种因素之间的关系。

研究结果如下：

1. 预处理总结：对样本进行预处理后，分析了微生物群落的多样性。通过计算香农指数（Shannon index）和 faith_pd 等指标，发现性别对细菌多样性影响不显著，但生存情况与细菌种类存在显著关联。同时，样本的测序深度足够，能准确反映微生物多样性12。
2. 分类群丰度：研究发现 13 个属代表的 5 个门的细菌种群发生了显著变化。其中，有益细菌（如乳酸杆菌^{Lactobacillus}和双歧杆菌^{Bifidobacterium}）与累积病原体的丰度呈正相关，且有益和致病功能也存在正相关，表明微生物组在维持有益和致病活动的平衡2。
3. 属性选择：通过特征选择方法，从 1781 个分类单元中筛选出最相关的属性。相关性分析确定了韦荣球菌^Veillonella和葡萄球菌^{Staphylococcus}为与 COPD 患者相关的关键微生物属，前者可能具有保护作用，后者则可能是风险因素3。
4. 分类：使用多层感知器（Multilayer Perceptron，MLP）和支持向量机（Support Vector Machine，LIBSVM）两种分类器对患者进行分类，结果表明两者都能成功区分当前吸烟者和 former smokers，但 MLP 在区分能力上表现更优4。
5. Cox 回归分析：该分析显示细菌种群的变化（韦荣球菌减少和葡萄球菌增加）与 COPD 预后密切相关。例如，放线菌^Actinomyces的存在会显著降低患者的生存时间，而葡萄球菌的存在增加了死亡风险，韦荣球菌则与降低风险相关5。
6. 生存分析测试：log-rank 测试结果表明，former smokers 和 current smokers 的平均生存时间没有显著差异，这意味着吸烟相关的上皮变化可能在戒烟后仍然存在6。
7. 微生物相互作用网络：通过代谢建模和通量平衡分析，发现了细菌之间的多种相互作用，这些相互作用可能影响 COPD 患者中细菌的流行程度7。
8. 微生物组对表观基因组的影响：微生物会影响宿主的表观遗传修饰，包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰等。不同细菌通过产生代谢物，对宿主的表观遗传产生不同影响，进而影响 COPD 的发展8。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了肺部微生物组、吸烟和表观遗传修饰之间的复杂关系。吸烟会导致肺部微生物组和宿主表观遗传学的持久变化，这可能会增加 COPD 患者的死亡率。其中，韦荣球菌的缺失和葡萄球菌的存在对死亡率风险有显著影响。此外，微生物代谢物可以通过表观遗传变化调节炎症和免疫反应，短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids，SCFAs）在调节肺部免疫和 COPD 发展中起着关键作用。同时，研究还发现 MLP 分类器在区分当前吸烟者和 former smokers 方面表现更优。然而，该研究也存在一定的局限性，如样本主要为 AECOPD 的吸烟者、样本量相对较小且主要集中于白人种族，这可能影响研究结果的普遍性。未来的研究需要更大、更多样化的队列来进一步验证这些发现。总体而言，该研究为 COPD 的治疗和管理提供了新的视角和潜在的干预方向，有助于推动个性化治疗的发展，改善患者的预后。