前言：
呼吸系统由几种细菌和病毒组成，它们之间以及与宿主之间建立了复杂的相互关系。与健康对照组相比，慢性阻塞性肺病(COPD)气道显示出更高水平的炎症，这是疾病进展的原因。
在稳定期COPD患者和急性加重期，肺部微生物群改变其组成，并在疾病进展期间保持变化。
由于COPD免疫系统中细胞数量和功能的改变，病毒和细菌可能呈现不同的致病性，它们与COPD呼吸系统的相互作用是加重的主要原因，并可能放大稳定期COPD的慢性炎症。
慢性阻塞性肺疾病急性加重与较高的死亡率相关，因为可能会降低肺功能。它们可以持续数周，并通过加速肺功能衰退的速度来增加疾病的严重性。
炎症过程、氧化应激和细菌/病毒定居和/或感染气道，在气流恶化和疾病表现中起着重要作用。小气道重塑和肺气肿很可能是对吸入的异生物质的慢性炎症反应的结果。
而在慢性阻塞性肺病患者中，小气道和实质中的细胞流行模式是明确的，需要更多的数据来更好地了解不同COPD表型中肺部炎症和免疫反应的模式，以及与微生物群的相互作用。
一、慢性阻塞性肺疾病中的细菌和病毒
1.稳定期慢性阻塞性肺疾病中的细菌
直到非培养方法(即定量聚合酶链反应，qPCR)的发展，健康个体的下呼吸道被认为是一个几乎无菌的环境。微生物生态系统可以像胃肠道一样寄居在肺部，这是一个不寻常的想法，主要是因为培养技术对肺驻留微生物的研究比较困难。
其中可能的限制是样本可能被污染，下呼吸道中存在的细菌数量相对较少，不可能培养出ca。70%的细菌，qPCR技术的应用已经表明健康个体的肺被广谱细菌建群，并且与健康个体相比，细菌种类的不同组合影响COPD患者的肺。
在慢性阻塞性肺病下呼吸道分离的主要物种有流感嗜血杆菌, 肺炎链球菌, 卡他莫拉菌和铜绿假单胞菌。
COPD气道中的细菌总数和微生物群组成与炎症相关。事实上，使用痰培养和qPCR，已经报道了气道细菌负荷和支气管炎症之间的正相关性。特别是粘膜炎, 流感, 南肺炎和气道炎症密切相关。
在树突细胞(DCs)中，常见的呼吸道致病菌如嗜血杆菌和莫拉克斯氏菌属，与共生的革兰氏阳性菌如相比，能有效刺激3-5倍的IL-10、IL-12p70和IL-23的分泌放线菌。在发展中国家，普雷沃泰拉物种能够减少约50%的IL-12p70分泌。
假设像在肠道中一样，细菌能够调节对病原体的免疫反应(例如嗜血杆菌)，帮助主人将它们从气道中清除。最有可能的是，革兰氏阴性菌和脂多糖诱导特定细胞因子的产生，这些细胞因子刺激先天免疫系统的成分和Toll样受体4 (TLR4)介导的炎症反应。
微生物群的组成也可能有利于疾病的发展。在肺功能正常的吸烟者的支气管肺泡灌洗(BAL)中，与健康个体相比，微生物群落种类减少。他们假设相对多样性的减少可能是持续的，也可能是影响肺部炎症，或者部分原因疾病的发作和发展。
这种宏生物群的改变会诱发进一步的肺部炎症并使疾病恶化。在严重的慢性阻塞性肺病中，微生物变异相对增加变形菌和放线菌，并减少了厚壁菌门。与此同时，CD4+还发现具有肺气肿和支气管炎症程度的细胞。
有证据表明，微生物群落多样性和丰富性的降低与肺气肿加重和肺组织中免疫细胞浸润有关。在通过CT扫描检测到不同肺部改变的患者中，观察到微生物群组成的差异。
细菌还可以通过增加病毒的致病性来改变宿主环境，从而恶化支气管炎症。H。流感可通过增强呼吸道上皮细胞中细胞间粘附分子-1 (ICAM-1)的表达来促进鼻病毒(RV)感染，该细胞间粘附分子-1可被呼吸道病毒用于结合和侵入靶细胞。
在一个在试管内模型中，来自呼吸道共生细菌的蛋白酶可以通过切割流感病毒的血凝素并促进靶细胞的内吞作用来增强流感病毒的致病性。
细菌与适应性和先天免疫系统相互作用。它们改变环境，并通过产生能够抑制或促进不同物种生长的物质来相互竞争养分和空间。
根据上述数据，选择的细菌种类可以降低稳定的COPD气道中的细菌致病性和炎症。这可能不仅仅是一个工作假说，因为肺部微生物群知识的进展可以促进对微生物群和COPD临床表型之间关系的理解(图1)。
图1 慢性阻塞性肺疾病患者微生物群和炎症变化示意图
2.COPD急性加重期的细菌
COPD加重与气道微生物群和气道炎症的改变有关。对118项研究的荟萃分析显示，近50%的COPD急性加重患者分离到细菌，其中包括超过83%的基于培养的分离方法。
新菌株的分离，流感, 粘膜炎或者南肺炎与病情恶化的可能性显著增加有关。事实上，经历恶化的COPD患者有很高的可能性发展为肺生态失调，尤其是那些经常恶化的患者，微生物群的变化可以区分不同病因的不同类型的恶化。
COPD亚组具有高γ原生细菌/厚壁菌门在急性加重期痰标本中发现的比率，与FEV密切相关1炎症标记物的减少和增加。一个可能的原因是变形菌是革兰氏阴性菌的一个主要门，包括假单胞菌, 不动细菌属, 嗜血杆菌和莫拉克斯氏菌属，这可能会增加肺部炎症的水平。
此外，具有高γ原生细菌/厚壁菌门从抗生素治疗中获益的比例厚壁菌门/γ原生菌比例或与平衡的γ原生细菌/厚壁菌门比率，即使在恶化期间也能够维持更稳定的肺部细菌种群。
有趣的是，非典型性肺炎导致的恶化风险嗜血杆菌与冬季相关，表明非典型肺炎之间可能存在相关性嗜血杆菌和人鼻病毒(HRV)感染。
最近的研究观察到一些致病细菌肺炎克雷伯氏菌增加气道炎症，诱发坏死性下垂。此外，细菌产生的毒素南奥里斯, 南肺炎和粘质沙雷氏菌，也能诱发坏死性下垂。
这些毒素对免疫细胞(嗜中性粒细胞、T细胞和巨噬细胞)的极端作用可通过减少免疫调节细胞的数量并最终增加气道炎症水平来调节免疫反应 (图2)。
图二 坏死下垂和火下垂细胞功能示意图
目前，没有急性加重严重程度的分级，这使得选择COPD表型的识别更加困难。与COPD严重程度相关的恶化分类将有助于更好地确定微生物群在COPD疾病状态中的作用。关于抗生素和类固醇在影响肺部微生物群组成方面的长期作用，几乎没有可用的数据。
3。处于稳定状态的慢性阻塞性肺疾病病毒
qPCR的发展允许在稳定的COPD患者下呼吸道观察到病毒群落。在所有病毒中，RSV是最常见的(占样品的27。5%)。
在接受肺癌手术的稳定期COPD患者的肺组织中也证实了病毒，即流感病毒A和冠状病毒的存在。作者报道了炎症细胞的存在和总病毒载量之间的直接关系。
在腺病毒潜伏感染的动物模型中，观察到急性暴露于香烟烟雾后炎症反应增加，慢性烟雾暴露后肺气肿程度更高。使用在试管内模型中，有证据表明E1A腺病毒蛋白可通过诱导ICAM 1的表达和上调气道细胞表面IL-8的产生，经由NF-kB加重COPD中的炎症。
这些在试管内肺泡上皮细胞中腺病毒蛋白的表达，与肺气肿患者的肺破坏程度正相关的证据证实了在肺组织中的发现。
尚不清楚这些疱疹病毒的存在是否会增加气道炎症，或者与使用类固醇相关的局部免疫系统的改变(可能随着疾病的进展而发生)是否会导致气道中病毒的存在增加。
此外，尽管稳定期COPD气道中病毒的存在已被充分证明，百分比变化很大，范围在6.25% 和79.7%之间。
这种可变性可能取决于类固醇等药物的使用、疾病的严重程度和样本的收集时间等因素。其他可能的解释可能是某些慢性阻塞性肺病患者群体对病毒感染缺乏敏感性，以及病毒在呼吸道中的持续存在。
最近对慢性阻塞性肺病气道中最常见病毒的病毒载量进行了量化。在至少6个月没有恶化并且一个月没有使用口服或吸入皮质类固醇的患者中，在大支气管环和肺实质中的总病毒载量在轻/中度COPD和肺功能正常的对照吸烟者中是相似的。
这一发现与来自大气道和肺实质的组织标本中相对高水平的病毒相关标记物相关，表明这些患者的支气管粘膜处于“致敏”状态。这些数据表明，在研究COPD患者的病毒载量和相关炎症反应时，患者的临床状况是强制性的，应该明确定义。
噬菌体，感染原核细胞的病毒，是病毒群落的另一个基本组成部分。通过感染病原菌，这些微生物可以携带和传播种间抗生素抗性和毒力基因，有利于抗生素抗性细菌的呼吸道感染和慢性感染。
作为间接支持，一些噬菌体，当存在于人类和动物模型的感染伤口中时，可能恶化感染，触发宿主的抗病毒免疫并降低感染损伤的细菌的清除。
可以假设稳定期COPD患者气道中的噬菌体具有相同的作用，其中病毒的存在与较高程度的炎症和较低水平的呼吸功能有关。然而，噬菌体在调节细菌-病毒感染和相关炎症中的作用需要进一步研究。
图3 凋亡细胞或细菌的流出细胞示意图
二、慢性阻塞性肺疾病患者对细菌和病毒的免疫应答改变
巨噬细胞可能通过释放促炎介质(包括蛋白酶、细胞因子、趋化因子和氧化应激相关分子)在协调COPD的炎症过程中发挥重要作用。
在慢性阻塞性肺疾病中，这些细胞显示出吞噬活性降低，这可能会增加炎症过程的持久性，并损害细菌和病毒病原体的清除。与对照组相比，轻度/中度和重度/非常重度COPD患者的支气管粘膜中CD68+细胞(巨噬细胞)增加。
据报道，与轻度疾病和对照组相比，属于分泌更多MMP9的M2型巨噬细胞的CD163+、CD204+和CD206+ AMs的数量和百分比在重度/非常重度COPD中增加[引用126]，而是它们的吞噬能力。
流行性感冒，粘膜炎和南肺炎减少，这可以通过观察到暴露于香烟烟雾和空气污染物会削弱吞噬细胞的AM活性来解释。
巨噬细胞传出细胞增多症(图3)，一种清除凋亡的嗜中性粒细胞和结构细胞并在此过程中阻止促炎细胞内分子释放的功能，在COPD患者中也受到损害，尤其是在暴露于香烟烟雾后。
AM吞噬作用/传出细胞作用的另一个削弱机制是激酶信号的改变和ROS细胞内产生的减少(图3)。巨噬细胞功能的这些改变可能有助于增加稳定期COPD气道中的细菌负荷和改变微生物群组成。
此外，在病毒感染期间，稳定期COPD中巨噬细胞功能的损害可能进一步恶化，导致细菌过度生长并有利于细菌恶化。
树突状细胞是有效的抗原呈递细胞，在免疫反应的调节中起着关键作用。它们也在激活记忆T细胞反应中发挥作用。
树突状细胞主要分为髓样细胞和浆细胞样细胞，它们在功能和解剖位置上有所不同。与对照组相比，稳定期COPD患者痰中成熟CD83+树突状细胞减少。
与对照组相比，COPD患者的支气管上皮和固有层中的树突状细胞减少，而趋化因子受体CCR5(参与微生物抗原的摄取并在髓样树突状细胞上表达)减少，这些数据支持COPD患者DC功能受损的观点。
然而，最近报道了针对肺上皮细胞的NK细胞毒性增加，主要是通过IL-15和IL-15Rα介导的肺DC启动。
此外，在多色流式细胞术中，循环浆细胞样树突状细胞在慢性阻塞性肺疾病患者中表现出增强的活化模式，导致产生IFNγ和IL-17的CD8增加+t细胞。病毒和细菌改变DC细胞的功能，旨在逃避免疫反应系统。
与对照组相比，COPD患者的痰液、BAL、支气管活检和外周气道中的中性粒细胞数量增加。同时，刺激嗜中性粒细胞迁移和活化的分子也增加了。
与轻度COPD和对照组吸烟者相比，重度COPD患者支气管上皮中巨噬细胞炎性蛋白-1 (MIP-1α)增加。对嗜中性前趋化因子的分析显示，与对照组非吸烟者相比，重度稳定期COPD患者的支气管活检组织中RANTES (CCL5)和NAP-2 (CXCL7)水平较高。
还存在CD44的中性粒细胞表达增加，涉及中性粒细胞对细胞外基质的粘附性增加，或活化受体CD11b的中性粒细胞表达增加，特别是与对照受试者相比，在来自严重COPD的中性粒细胞中。
这些特征可能有助于增加这些细胞在重度COPD患者支气管组织中的持久性。此外，稳定状态下定居于COPD气道的细菌和病毒刺激促炎细胞因子的分泌。这可能有利于COPD患者气道中中性粒细胞的募集，即使在稳定状态下。
最近描述的释放蚊帐是一种能够捕获病原体的重要免疫机制。过多的净形成损伤上皮，并可能导致肺组织损伤，慢性阻塞性肺病患者中也存在这种情况。
在呼吸道病毒感染期间，NETs分泌增加，这可能导致附加的组织损伤引用119]。病原体对蚊帐的逃避可能会增加对杀微生物蚊帐成分的耐药性，从而增加慢性阻塞性肺病患者呼吸道感染的风险。
淋巴细胞，主要是CD8+，在患有轻/中度疾病的COPD患者的支气管活检中被分离，而它们的数量随着疾病的进展而减少。
与从非COPD患者中采集的淋巴细胞相比，从COPD患者外周血中采集的淋巴细胞显示出更高的凋亡倾向。在COPD患者的气道中，相对于正常受试者，具有降低的脱颗粒细胞毒性蛋白能力的T细胞淋巴细胞的百分比更高。
后者能够在肿瘤或病毒感染的细胞中诱导凋亡，表现出由于慢性抗原刺激导致的功能衰竭的信号，如程序性细胞死亡蛋白(PD)-1的表达。同时，在COPD患者气道中观察到的功能抑制性调节性T细胞的增殖进一步导致了CD8活性的降低+细胞对细菌和病毒的反应。
在慢性阻塞性肺病频繁恶化者的血液中也报道了类似的发现。作者假设CD4的改变+和CD8+COPD中的淋巴细胞群经常恶化，这是由于来自存在于他们气道中的细菌和病毒的高负荷持久性抗原的慢性刺激。
根据作者的研究，这种淋巴细胞群在协调针对已经被免疫系统识别的病原体的免疫反应中起着关键作用，其减少有利于频繁恶化的发生。
应更好地了解患者体内炎症细胞的变化，无论疾病的严重程度如何，这些患者似乎更容易恶化。它将允许基于炎症反应的个性化定制治疗的发展。此外，免疫系统的改变如何影响对细菌和病毒等各种病原体的反应，也应该深入研究。
结语
最近对COPD患者的研究阐明了微生物群在炎症和肺部恶化中的作用。这些微生物，加上长期吸入香烟烟雾和氧化应激标记物，可以影响COPD患者肺部的先天和适应性免疫系统的反应。
已经发表的有希望的数据显示了病毒和细菌建群之间的密切关系，以及这些成分的失衡对COPD肺部炎症状态的影响。
了解COPD患者在不同临床条件、不同治疗和不同表型(例如，流行性气道疾病与流行性肺气肿、频繁恶化与非频繁恶化、用类固醇、抗生素或β2激动剂治疗)下与细菌/病毒定植相关的这些炎症和结构变化的动力学，将提高我们对COPD潜在病理和分子机制的认识。