探秘肯尼亚母婴群体：新冠奥密克戎毒株与 HIV 感染下的鼻咽微生物组动态变化及其意义

这篇研究聚焦肯尼亚女性及其子女，探究 SARS-CoV-2 奥密克戎变异株和 HIV 感染对鼻咽微生物组的影响。通过纵向研究发现，母婴鼻咽微生物组组成和细菌载量不同，但二者的微生物组在感染前后均无显著变化，凸显其对感染的耐受性。

　　

研究背景

鼻咽（NP）微生物组在整体呼吸健康和黏膜稳态中发挥着重要作用。微生物组的相互作用和扰动与呼吸道感染易感性增加有关，例如流感。成熟成人鼻咽部定植着关键共生微生物，如孪生球菌属（Dolosigranulum spp.）、莫拉菌属（Moraxella spp.）和棒状杆菌属（Corynebacterium spp.），也有传统致病微生物，如嗜血杆菌属（Haemophilus spp.）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）。健康婴儿的鼻咽微生物组与成熟成人不同，且婴儿鼻咽微生物组在生命第一年高度动态变化，受宿主和环境因素影响。婴儿和成人鼻咽微生物组的失调都可能导致严重下呼吸道感染易感性增加。

SARS-CoV-2 是 2019 冠状病毒病（COVID-19）大流行的病原体，自 2019 年出现以来已进化出多种值得关注的变异株（VOCs）。奥密克戎变异株于 2021 年 11 月在肯尼亚首次被观察到，并迅速取代德尔塔成为主要变异株。不同变异株感染导致的疾病严重程度不同，可能对人体健康的其他方面，包括微生物组，产生不同影响。目前，微生物组与 SARS-CoV-2 之间的关系尚不明确，关于 SARS-CoV-2 感染与鼻咽微生物组的关系研究结果不一，且多数研究并非纵向研究。此外，HIV 感染和抗逆转录病毒疗法的使用也与微生物组失调有关，因此需要进一步研究 SARS-CoV-2 对鼻咽微生物组的影响。

研究设计

研究对肯尼亚内罗毕的前瞻性队列中的肯尼亚女性及其子女进行研究，这些参与者同意进行 SARS-CoV-2 检测。研究纳入 74 对母婴，包括 42 名感染 HIV 的女性（WLHIV）、32 名未感染 HIV 的女性，以及她们的 74 名子女（42 名 HIV 暴露未感染（HEU）儿童和 32 名 HIV 未暴露未感染（HUU）儿童）。从 2021 年 9 月至 2022 年 3 月，每周采集鼻咽拭子进行 COVID-19 检测，共收集到 148 名个体的 1262 份独特拭子。其中，20 名个体 SARS-CoV-2 检测呈阳性，6 名 SARS-CoV-2 检测阴性但有呼吸道症状的儿童作为症状组，34 名 SARS-CoV-2 检测始终为阴性的个体作为对照组。通过全基因组测序确定 SARS-CoV-2 变异株，构建系统发育树和进行序列网络传播分析。同时，对样本进行微生物组提取和测序，分析鼻咽微生物组的群落状态、多样性、丰富度等特征。

研究结果

1. SARS-CoV-2 感染情况及变异株分析：20 名个体 SARS-CoV-2 检测呈阳性，其中 15 人感染奥密克戎变异株，1 人感染德尔塔变异株，4 人因基因组覆盖不足无法确定变异株。系统发育树显示，部分母婴同时感染的是同一特定 SARS-CoV-2 毒株，但也有部分母婴传播不一致。序列网络传播分析表明，研究队列中的感染情况与肯尼亚全国的流行病学情况相符，内罗毕地区可能是 SARS-CoV-2 传入的主要地点，并传播到周边地区。
2. 鼻咽微生物组群落状态：通过 k-means 方法对鼻咽细菌微生物组丰度进行聚类，得到六个群落状态簇。不同簇中优势细菌种类不同，如簇 II 中表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）和盲肠肠球菌（Enterococcus cecorum）相对丰度较高，簇 I、III、IV 中多杀巴斯德菌（Dolosigranulum pigrum）相对丰度较高等。多项逻辑回归表明，群落状态主要与母婴身份有关，与 HIV 状态、时间点、感染或抗生素使用无关。
3. 微生物组多样性和丰富度：女性和儿童的鼻咽微生物组在个体内和个体间存在差异。儿童的细菌生物量显著高于女性，而女性的丰富度和香农多样性指数显著高于儿童，且这些差异随时间稳定。
4. HIV 对鼻咽微生物组的影响：HIV 未感染女性的香农多样性指数略高于 WLHIV，但差异不显著。PCoA 分析显示，女性的鼻咽微生物组未根据 HIV 状态聚类，WLHIV 和 HIV 未感染女性的细菌生物量也无差异。在儿童中，HEU 和 HUU 儿童的香农多样性指数、细菌生物量无差异，且 PCoA 未显示出根据 HIV 暴露状态的聚类。这表明接受优化抗逆转录病毒治疗的 HIV 感染或暴露对母婴鼻咽微生物组的分类特征没有影响。
5. SARS-CoV-2 对鼻咽微生物组的影响：在 6 个月的样本收集期内，分析鼻咽微生物组的香农多样性指数、丰富度和 Bray-Curtis 相异度的时间变化，发现母婴的这些指标在观察期内均稳定，不受 SARS-CoV-2 感染、母亲 HIV 状态、儿童 HIV 暴露或抗生素使用的影响。比较 SARS-CoV-2 感染前、感染期间和感染后的时间点，发现母婴的香农多样性指数、细菌载量均无显著差异，PCoA 分析也未显示出聚类差异。这表明 SARS-CoV-2 感染对鼻咽微生物组的分类特征没有持久影响，鼻咽微生物组具有弹性。
6. 区分母婴鼻咽微生物组的特定细菌种类：通过多变量分析和机器学习方法，确定了 197 种基于母婴身份有显著差异的细菌种类，如莫拉菌属（Moraxella nonliquefaciens）、卡他莫拉菌（Moraxella catarrhalis）等在儿童中更常见，表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等在母亲中更常见。还确定了 84 种与 SARS-CoV-2 感染状态相关的细菌家族分类群，表明 SARS-CoV-2 可能通过在家族分类群水平上的较小组成变化影响鼻咽微生物组。

研究讨论

本研究调查了 SARS-CoV-2 对肯尼亚感染 HIV 和未感染 HIV 女性及其子女鼻咽细菌微生物组的影响。发现母婴的鼻咽微生物组在 SARS-CoV-2 感染期间具有弹性，且母婴的微生物组组成、多样性和丰富度存在差异。

在 SARS-CoV-2 感染方面，研究队列中多数感染发生在 2021 年 12 月，与肯尼亚报告的 SARS-CoV-2 病例和死亡数最多的月份一致，且感染与奥密克戎变异株在全国的快速传播有关。关于鼻咽微生物组，发现成人和儿童的微生物组组成存在明显差异，婴儿鼻咽微生物组主要由多杀巴斯德菌（Dolosigranulum pigrum）、非液化莫拉菌（Moraxella nonliquefaciens）和流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）主导，成人女性则主要由表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）、节段棒状杆菌（Corynebacterium segmentosum）和近平棒状杆菌（Corynebacterium propinquum）主导。

本研究还发现，接受抗逆转录病毒治疗的 HIV 感染女性和 HEU 儿童的鼻咽微生物组未受影响。与其他研究相比，本研究的独特之处在于对健康儿童仍在发育的鼻咽微生物组进行了采样和稳定性特征分析，且研究对象大多无症状。虽然多数研究发现 SARS-CoV-2 感染与鼻咽微生物组失调有关，但本研究中研究对象症状轻微或无症状，这可能是观察到微生物组稳定性的原因。

本研究的优势在于对感染 HIV 和未感染 HIV、感染 SARS-CoV-2 和健康个体进行了强大的纵向和横断面采样，有助于研究 SARS-CoV-2 和 HIV 在鼻咽微生物组中的相互作用。然而，研究也存在一些局限性，如感染到恢复的时间窗口差异较大、样本量较小、无法准确确定抗生素暴露时间、部分 HIV 特异性变量不可用、无法匹配对照组年龄等。

总之，鼻咽微生物组是人类整体微生物组中常被忽视且研究不足的部分，其在呼吸道感染时的弹性对人类健康具有积极意义。未来需要进一步研究来明确其在疾病发生发展中的作用机制，以及如何通过调节鼻咽微生物组来改善呼吸道健康。