Science医学新发现颠覆科学家过往认知

　　

生物通报道  科学家们过去认为肺脏是一种无菌的器官，因为很少从健康肺脏中培养出微生物。然而近日来自斯坦福大学和露西尔‧帕卡德儿童医院的一项新研究惊讶地发现我们的肺脏实际上是不同微生物群落的大本营，而患有囊性纤维化的患者则丧失了这种多样性。这项工作发表在9月26号的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上，对于囊性纤维化及其他肺脏疾病的治疗具有广泛的意义。

论文的作者、露西尔‧帕卡德儿童医院胸肺科医生及斯坦福大学医学院肺医学系儿科学教授
David Cornfield说：“肺脏并不是无菌的器官。尽管数十年来普遍接受的科学观点认为健康肺脏缺乏寄居微生物，科学家们已经开始质疑这一看法。这项研究证实了一个长期以来的怀疑在健康和疾病肺脏中均存在着数不清的微生物。更令人惊讶的是，我们的数据提出了一种观点提供微生物动态平衡的肺脏菌群有可能起到了维持健康的作用。”

Cornfiel说健康肺脏的微生物长期以来被忽视部分原因可能是由于过去的研究都大量集中在肺脏疾病上。在过去的研究中存在的另一个漏洞是偏向于寻找可以在实验室培养的微生物体。斯坦福大学的研究人员在健康肺脏中发现了许多从未在实验室培养过的微生物种类。

与之相反，过去大量的研究表明在囊性纤维化患者的肺脏中有慢性的微生物定居。囊性纤维化是以严重的渐进性的肺部疾病和呼吸衰竭导致死亡为特征的一种遗传性疾病。囊性纤维化患者容易受到铜绿假单胞菌的慢性感染。

新研究采用了来自16名囊性纤维化患者和9名健康对照患者的唾液样本。科学家们还分析了来自7名患者外植肺脏（当患者接受肺移植时切除的器官）的肺组织样本，其中3名接受移植者患有囊性纤维化，4名有其他的肺脏疾病。研究人员从唾液和组织中抽提出DNA，并选择性复制了编码16S核糖体基因序列的基因（只在细菌中被发现）。生成的遗传物质被检测以确定它来自哪些细菌门或家族，每种细菌门对肺脏中总菌群的相对贡献。

在囊性纤维化患者和健康人的细菌群中显示出一些差异。大体上，健康个体的肺脏细菌具有更多的多样性。不同的细菌门在两组中占据优势：拟杆菌门和梭形杆菌门成员在健康个体中更显而易见，而囊性纤维化患者具有更大比例的放线菌。此外，健康人具有更大比例从未在实验室中培养过的细菌。

Cornfield 说：“我认为多样性下降的趋势可以比喻视之为有可能在雨林中发现的同一种现象。当雨林的生态系统被扰乱，一种生物体占优势时，它会破坏掉精心构建的平衡，造成整个生态系统动乱。我认为设想相似的事情可能发生在肺脏微生物组中是合理的，在肺脏中致病菌可能战胜了发挥有益健康作用的生物体。”

这些研究结果为未来的研究开放了许多的疑问。例如从没有人测试过这种想法某些微生物会有益于肺脏健康。Cornfield 说：“我们或许需要考虑一些策略能够使得有利微生物存在而消除致病物种。这一范例如果是真的，将真正地转变肺炎和其他下呼吸道疾病患者的护理。”可以开展进一步的研究测试囊性纤维化或肺炎患者是否有可能从对肺脏的益生菌剂量中受益。

此外，还没有人知道抗生素通常是如何导致囊性纤维化患者改变肺脏中的微生物的。

华盛顿大学医学院过敏、免疫学和肺医学主任Thomas Ferkol博士说：“囊性纤维化成人患者和健康对照之间微生物群显著的组成差异和多样性是非常有趣的。这些差异是否与潜在肺脏疾病相关或只是频繁抗生素使用的结果，这一问题仍尚待解答。”

囊性纤维化患者群内细菌情况的差异产生了更多的问题。在疾病的进程中囊性纤维化患者有很大的不同，即使他们具有相同的致病基因突变。有可能患者的肺脏功能与存在于他们肺脏中的细菌相关。研究小组现在计划调查个别患者的细菌概况是否可以英语预测他们的临床状况。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Quantitative Analysis of the Human Airway Microbial Ecology Reveals a Pervasive Signature for Cystic Fibrosis

Cystic fibrosis (CF) is an autosomal recessive disease caused by mutations in the gene encoding the CF transmembrane conductance regulator. Disruption of electrolyte homeostasis at mucosal surfaces leads to severe lung, pancreatic, intestinal, hepatic, and reproductive abnormalities. Loss of lung function as a result of chronic lung disease is the primary cause of death from CF. Using high-throughput sequencing to survey microbes in the sputum of 16 CF patients and 9 control individuals, we identified diverse microbial communities in the healthy samples, contravening conventional wisdom that healthy airways are not significantly colonized. Comparing these communities with those from the CF patients revealed significant differences in microbial ecology, including differential representation of uncultivated phylotypes. Despite patient-specific differences, our analysis revealed a focal microbial profile characteristic of CF. The profile differentiated case and control groups even when classically recognized CF pathogens were excluded. As a control, lung explant tissues were also processed from a group of patients with pulmonary disease. The findings in lung tissue corroborated the presence of taxa identified in the sputum samples. Comparing the sequencing results with clinical data indicated that diminished microbial diversity is associated with severity of pulmonary inflammation within our adult CF cohort.