呼吸道微生物群与流感病毒对人类健康的影响

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：先前研究表明，鼻喉微生物组可能在塑造宿主免疫力和改善呼吸道感染的风险中起重要作用。本文旨在量化鼻喉微生物组与流感病毒感染易感性之间的关联。相比之下，对于B型流感感染，前庭链球菌和普雷沃氏菌中的丰度增加了10倍，易感性分别降低63%和83%，流感感染的易感性与暴露时的鼻喉微生物群有关。研究结果表明，微生物组可能是易感性的可用预测指标，意味着如果这些关联具有因果关系，可以通过调节微生物组来降低流感感染的风险。

先前研究表明，鼻喉微生物组可能在塑造宿主免疫力和改善呼吸道感染的风险中起重要作用。本文旨在量化鼻喉微生物组与流感病毒感染易感性之间的关联。在一项家庭传播研究中，对确诊流感病毒感染的原发病例及其家庭接触者进行了9～12天的随访，以识别继发性流感感染。收集志愿者的呼吸拭子，通过高通量测序来鉴定和定量细菌种类。通过基于个人危害的传播模型对数据进行分析，该模型针对年龄、疫苗接种和家庭规模进行了调整。研究人员招募了115例A型（H3N2）或B型流感感染病例，并与436名家庭成员进行了接触。作者估计链球菌属和普雷沃菌的物种丰度增加了10倍，并与对甲型流感（H3N2）感染的易感性较低有关。相比之下，对于B型流感感染，前庭链球菌和普雷沃氏菌中的丰度增加了10倍，易感性分别降低63%和83%，流感感染的易感性与暴露时的鼻喉微生物群有关。寡核苷酸对甲型流感病毒（H3N2）和乙型病毒的敏感性不同。研究结果表明，微生物组可能是易感性的可用预测指标，意味着如果这些关联具有因果关系，可以通过调节微生物组来降低流感感染的风险。

根据已发表的家庭流感传播研究的详细方法，研究人员进行了一次家访，收集初始呼吸样本，并获取人口统计学和症状信息。每2～3天走访每户最多4次，收集呼吸样本和每日症状信息。

样本处理组合的鼻拭子和喉拭子样本在应用生物系统7500快速PCR平台上通过实时RT-PCR检测流感病毒类型（A和B）和亚型（H1N1pdm和H3N2）。样品小份在－70℃下储存，用于评估微生物群特征。微生物群特征研究人员对第一次家访时收集的拭子微生物群进行了鉴定（IlluminaMiseq）。统计模型使用基于个体的危险家庭传播模型来描述在家庭中的传播，包括来自家庭外的感染风险（社区感染）或来自受感染家庭成员的感染风险（二级或三级感染），以估计登记时的鼻喉微生物群与流感易感性之间的关联。在这个模型中，每个接触者的感染风险取决于其他受感染家庭成员的感染性（由症状出现后的时间决定）和来自社区的每日感染风险。假设序列间隔（定义为两个连续情况之间的时间）遵循离散威布尔分布。在传播分析中，调整了年龄（＜18岁与＞18岁）、接种状态（流感季节之前的季节性三价灭活流感疫苗）和家庭规模（＜4人与≥5人）。

研究者在模型中使用了两种不同的鼻喉微生物群测量方法。首先，研究者考虑了如上所述确定的社区类型。其次，研究者使用的寡核苷酸类型占社区类型之间差异的50%以上。对于第二种方法，研究者分两步进行分析。第一步，作者使用模型来拟合每个寡核苷酸类型，分类分别探讨可能与易感性相关的寡核苷酸类型。第二步，研究者使用传播模型将步骤1选择的所有寡核苷酸类型拟合在一起。

研究者分别招募了76名经PCR证实的甲型流感（H3N2）病毒感染者和39名经PCR证实的乙型流感病毒感染者，以及286名和150名家庭接触者（表8-3-1）。甲型流感（H3N2）原发病例中至少有1例继发病例的家庭比例低于乙型流感指数病例。甲型流感（H3N2）感染者与乙型流感（B型）感染者的其他特征相似，甲型流感（H3N2）感染者的家庭接触者比例低于乙型流感（B型）感染者。家庭接触的其他特征在甲型流感（H3N2）和乙型流感家庭之间相似。

表8-3-1　A型流感（H3N2）或B型病毒感染患者及其家庭接触原发病例的特征

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按流感病毒原发病例类型和基线细菌群落类型划分的家庭接触者特征见表8-3-1。与其他社区类型相比，与流感病毒类型无关，4型社区接触家庭的儿童比例较低［A（H3N2）组P＜0.01，B组P＝0.046］。与其他社区类型（14%～22%）相比，4型社区的家庭接触者感染甲型H3N2流感病毒的风险较低。与其他社区类型（17%～28%）相比，1型社区和5型社区的家庭接触者感染乙型流感的风险增加和降低。各基线社区类型中的寡核苷酸类型在家庭接触者中的分布，按原发病例的流感类型分层，总结见表8-3-2。

表8-3-2　按细菌群落类型分列的家庭联系人的特征

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pagenumber_ebook=273,pagenumber_book=269 (www.chuimin.cn)

研究者拟合传播模型，以估计社区类型与流感易感性之间的关联，同时考虑缺失的社区类型（图8-3-1A）。模拟表明，研究者的模型与提供的数据是合理的拟合。根据年龄组、疫苗接种状况和家庭规模进行调整，社区类型4与甲型流感（H3N2）感染的易感性较低（风险比为0.07～0.12）。参考5型社区（黄色显示）与其他4种社区类型相比，对B型流感感染的易感性较低，风险比为0.04～0.10。作为敏感性分析，研究者用症状性流感感染重新构建模型，结果相似。家庭接触者中细菌群落类型与流感感染易感性之间的关系，按家庭传播方式估计的流感类型方形（黑色）、大圆（紫色）、三角形（蓝色）、菱形（红色）和小圆圈（橙色）分别为1～5型。

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图8-3-1　用家庭传播模型估计接触者细菌寡核苷酸类型

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图8-3-2　PCR证实的感染易感性之间的关系

研究者探讨了占群落类型差异的大于50%的寡核苷酸类型对易感性的贡献。第一步传播分析是针对每个寡核苷酸类型进行的模型拟合，并根据年龄、疫苗接种和家庭规模进行调整（图8-3-2A）。研究发现，Streptococcus sp.、Dentisani、Mitis、Oralis、Infantis、Tigurinus、Lactarius、Peroris、Pneumoniae和Prevotellasalivae可能与甲型流感（H3N2）感染的易感性降低有关。第二步传播分析是否在第一步对相同变量进行了调整，将这些寡核苷酸类型组合在一起（图8-3-2B）。研究者估计链球菌、牙本质链球菌、mitis链球菌、oralis链球菌、婴儿链球菌、Tigurinus链球菌、Peroris链球菌、肺炎链球菌、唾液中链球菌和Prevotella的物种丰度增加了10倍，并与对甲型流感（H3N2）感染的易感性较低有关。链球菌Streptococcus sp.、Dentisani、Mitis、Oralis、Infantis、Tigurinus、Lactarius、Peroris、Pneumoniae是4型社区中最丰富的寡核苷酸类型，表明对甲型流感（H3N2）的易感性较低。相比之下，研究者在第一步分析中发现了5种可能与B型流感易感性相关的寡核苷酸类型（图8-3-2A）。包含这5种寡核苷酸类型的多变量模型，研究者发现前庭、唾液的链球菌数量增加10倍与63%的降低相关。普雷沃菌、Veroralis、Fusca、Histicola、Scopos、Melanogenica的丰度增加10倍与更易感染B型流感有关。与群落类型1～4不同，前庭链球菌、唾液链球菌、戈尔多尼链球菌、葡萄球菌和普雷沃菌、Veroralis链球菌、镰刀菌、组织细胞菌、Scopos链球菌、黑色素原菌是群落类型5中数量最多、数量最少的寡核苷酸类型。提示5型社区人群对乙型流感感染的易感性较低可能主要是由这两种寡核苷酸类型引起的。

研究者发现，儿童家庭接触者（＜18岁）比成人接触者（＜18岁）更易感染甲型H3N2和乙型流感，其风险比分别为3.1和9.1（图8-3-3）。研究者估计，流感疫苗可使家庭接触者免受B型流感病毒感染的保护率为85%，但不受A型流感（H3N2）病毒感染的影响（图8-3-3）。与较小家庭相比，居住在5人以上的家庭中A型流感（H3N2）和B型流感病毒感染风险分别降低48%和73%（图8-3-3）。研究者估计，A型流感（H3N2）和B型流感病毒家庭内传播的平均序列间隔分别为2.4天和3.1天（图8-3-4）。

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图8-3-3　根据家庭传播模型估算的年龄组、疫苗接种状况和家庭规模对传播的影响

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图8-3-4　按流感类型估计的传播模式下的连续间隔分布，包括三级感染和来自外部家庭的感染

估计平均丝氨酸、甲型流感（H3N2）和乙型病毒感染间隔时间分别为2.4天（95%CRI：1.1～3.9天）和3.1天（95%CRI：0.9～6.6天）。与使用混合效应回归模型的早期分析相比，目前的传播分析通过在家庭传播环境中提供流感类型特异性关联，加深了研究者对鼻喉微生物群与流感病毒感染风险之间关联的理解。研究者确定了与甲型流感（H3N2）和乙型流感易感性相关的细菌群落类型和寡型，同时调整了年龄、家庭规模和疫苗接种状况。研究者的实验设计框架中允许估算缺失的社区类型，以便在分析中包含更多的家庭，从而提高检测关联的能力。根据传播分析，鼻喉微生物群的群落类型和寡型与甲型H3N2流感和乙型流感的易感性相关，这些相关性在流感亚型之间存在差异。结果表明，链球菌的数量与甲型H3N2流感和乙型流感的低易感性有关。

这与先前的研究一致，即链球菌定植刺激免疫系统可能抑制流感病毒复制。在小鼠模型中，先前的肺炎链球菌感染可防止严重流感病毒感染。在接种减毒活疫苗的健康年轻人中，婴儿链球菌与H1IgA滴度呈正相关。相比之下，普雷沃菌的数量与B型流感易感性的增加有关，但与A型流感（H3N2）无关。普罗沃菌以前与流感、结核病和慢性阻塞性肺疾病的加深程度有关，这是首次发现它与流感易感性的关系。需要更多体内外研究来验证普罗沃菌是否和改变宿主固有免疫或流感病毒特异性免疫应答相关，研究后发现微生物群数据被添加到模型中，影响传播因素的估算是相似的，这表明微生物群与易感性之间的关联与这些因素无关，微生物群与易感性之间的关系可能独立于这些因素。与先前的分析一致，研究者估计了平均感染天数，B型流感病毒为3.1天，比甲型流感（H3N2）病毒估计的2.4天长。此外，儿童A型流感（H3N2）和B型流感病毒的感染率明显高于成人，B型流感的差异明显大于H3N2。可能的解释是，儿童原有免疫水平较低，接触频率较高，因此暴露于流感的风险较高，或流感A和流感B病毒之间的固有传播差异。此外，研究者发现较小的家庭与较高的二次感染率相关，这与研究者之前的报告以及其他研究一致。

研究队列中，甲型流感（H3N2）的疫苗有效性远低于乙型流感，这与2016年发表的一项研究分析一致。其他研究也表明这种差异可能是由于某些宿主的疫苗诱导保护作用较差，或者是由于卵细胞适应而导致疫苗株和循环A（H3N2）株不匹配。

本研究存在几个局限性。原发病例是从卫生中心参与者中招募的，原发病例的登记限制在症状发作后2天以内。他们的流感是通过快速检测发现的，这表明他们比一般流感病例有更严重的症状和更高的传染性。由于患有疾病的成年人往往比儿童更晚到诊所就诊，研究者的研究很可能在儿童原发病例中占了过多的比例。同时，随访时间为招募后9～12天，一些三级感染可能已经错过。然而，由于平均感染间隔约为3天，这种正确的审查的效果应该是最小的。未收集到饮食信息，因此无法探讨饮食对鼻喉微生物群的影响。感染由PCR阳性定义，无培养结果。最后，虽然在研究者的分析中对重要的风险修饰因素进行了调整，但因为可能存在其他重要的未测因素，故但研究者不能确定检测到的关联是具有因果关系的。但本研究的一个主要优势是，不管症状如何，在登记后的9～12天内，从家庭接触者中收集了多达5份呼吸样本，在如此密集的采样下，在连续采集呼吸道样本之间出现病毒脱落高峰而导致感染缺失的可能性应该很小。

（李兆龙）

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