Gut-Lung轴COVID-19

文摘

COVID-19大流行性流感感染的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒引起的呼吸系统2 (SARS-CoV-2)。病毒核糖核酸(RNA)被发现的许多地方COVID-19病人包括大便,暗示可能与宿主肠道微生物组的交互。肠道微生物组还在免疫和炎症中扮演主要角色。它还影响肺功能通过gut-lung轴。有最近的报告主持人的重要性在感染和致病性微生物。肠道的理解和肺部微生物将敞开大门的新的治疗方法。

1。介绍

世界正面临着一场新的大流行中呼吸系统感染引起的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)命名为“COVID-19”[1]。开始第一次在武汉2019年12月,中国,和影响扩散至全球超过213个国家与世界各地的超过1100万个确诊病例,3月1日,2021年。在二十一世纪,前两个冠状病毒疫情发生冠状和中东呼吸系统综合症即浸SARS-CoV-2的几乎相同的临床症状(2- - - - - -5]。冠和SARS-CoV-2病毒附着在血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体,这被认为是一个入口点到宿主细胞。这个ACE2受体表达在不同的器官如肺、胃肠道、心脏和肾脏,使他们所有的目标冠状病毒(6]。首先,SARS-CoV-2感染呼吸道,可引起严重的呼吸道感染。然而,冠状病毒病毒RNA COVID-19患者的粪便中发现,也会导致胃肠感染(7- - - - - -11]。这些发现说明考虑到微生物的重要性和gut-lung轴以更好地理解的特点和机制COVID-19感染和发病机理(12- - - - - -15]。

在过去的十年里,几项研究表明微生物的关键作用,特别是肠道微生物在健康和疾病16,17]。直到最近,许多微生物(细菌、病毒和真菌)呼吸道中标识也被渲染的概念存在的这些微生物在肺部病理完全错误的(18]。肺部微生物研究仍很低,相比于肠道,皮肤,和尿道。这是由于许多困难,比如访问入侵抽样(支气管肺泡灌洗)和口咽的污染。考虑到增加呼吸道疾病或感染的病例数(19- - - - - -21),更多的研究人员正在调查肺部微生物的作用和肠道之间的串扰和肺在这些疾病的发病机理。

在这项研究中,我们强调了微生物的主要角色考虑之间的交互的肺部和肠道微生物群落也gut-lung轴的重要性在免疫反应COVID-19的上下文。最后,我们指出了潜在的新治疗方法的使用提供的益生菌。

2。肺部微生物

多年来,肺被认为是无菌和无菌器官。最近,由于下一代测序(上天)技术的发展,我们知道事实并非如此,微生物生活在肺癌和形式其本地微生物像肠道微生物组18,22]。尽管肺中发现的微生物的数量不是高达在小肠或口腔,肺部微生物现在认为是一个特定的生态系统中不同微生物组成的多样性为每个单独的(这是独一无二的23,24]。肺部微生物是一个更动态和瞬态的生态系统;其微生物主要来自口腔领域也从吸入空气和消化道(通过microaspiration)。最常见的门发现肺部微生物群组成变形菌门,厚壁菌门和拟杆菌门,在属的水平,假单胞菌,链球菌,普氏菌,Fusobacteria,Porphyromonas,韦永氏球菌属是最主要的根据不同的研究[25- - - - - -27]。

与肺部微生物研究的出现,许多研究集中在细菌之间的比较社区健康受试者和肺部的慢性肺部疾病患者如哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD),囊性纤维化,特发性肺纤维化疾病,肺癌(19,20.,27- - - - - -29日]。肺部微生物组成和哮喘之间的关系在不同的研究已报告(29日,30.]。两个主要研究在大群的孩子展示了孩子的影响环境和干扰growth-accumulating肺部微生物组成的患哮喘的风险(31日,32]。此外,病毒感染,特别是鼻病毒,可能在哮喘的起源中扮演一个角色33,34]。此外,这些菌落观察差异哮喘和健康的孩子。变形菌门和葡萄球菌过多在儿童哮喘,而拟杆菌门,厚壁菌门和放线菌更健康的孩子(29日,30.]。最近的研究表明,更多样的肺部微生物群,患哮喘的风险越低(34]。相反,由特定的细菌殖民化会增加哮喘的发生(33]。

近年来,肺部微生物之间的关联和慢性阻塞性肺病几项研究的主题。比较9的微生物研究慢性阻塞性肺病患者和9健康受试者显示细菌社区两组之间的差异(35]。另一项研究调查的影响鼻病毒感染肺部微生物(36),主题与慢性阻塞性肺病和健康控制个人被感染鼻病毒和他们的微生物组在不同时间点进行了分析。这项研究的结果显示,健康受试者细菌多样性的减少,而在COPD患者中,增加了流感嗜血杆菌已经存在于他们的肺部微生物已被观察到。这些发现解释了影响呼吸道病毒感染的微生物及其潜在含义在继发性细菌感染36]。

此外,肺部微生物发挥作用在调节免疫反应像肠道微生物组37,38]。的确,肺部微生物的多样性的丧失将导致免疫内稳态失衡可能影响慢性炎性呼吸道疾病的起源(19,24]。如今,肺部微生物之间的关联和一些呼吸道疾病已被证明,但呼吸道微生物群的作用仍知之甚少。

3所示。Gut-Lung轴

在过去的几年中,许多研究发现肠道微生物组成的至关重要的作用在我们的健康16,17]。肠道微生物群的重要生理作用是公认的点被认为是“被忽视的器官”,但这个是至关重要的保护和理解它对健康和疾病的影响39]。不平衡在我们的肠道微生物组是许多疾病的原因,包括代谢疾病(40),神经退行性疾病(41),非传染性疾病(42),和传染病43]。然而,微生物的影响在这些疾病的病因仍未阐明,因为肠道微生物组成的复杂性。出生时,人类胃肠道微生物生态系统由快速发展殖民。虽然微生物群在生命早期形成的,它可以改变它的存在期间,与年龄有关的变化,饮食、地理位置、抗生素消费,和其他环境影响(44- - - - - -46]。微生物群落无疑扮演着重要的角色在人类发展,生理学、免疫力和营养(17,20.,45,46]。

众所周知,肠道微生物在启动中起着重要作用,适应,调节免疫反应(47,48]。肠道微生物产生一定数量的代谢物,如短链脂肪酸(SCFAs) (49]。SCFAs是由厌氧细菌发酵的碳水化合物的产品出现在结肠。他们有抗炎作用,如诱导细胞凋亡,抑制肿瘤细胞的细胞周期,保护黏膜内毒素渗透障碍(50]。因为大多数的免疫细胞在肠道,肠道微生物在肠道的免疫中发挥着重要作用以及其他器官的免疫反应。如今,越来越多的证据表明肠道微生物之间的重要环节和其他器官如脑、肝脏、心脏和肺13,51- - - - - -54]。新兴的研究强调了证据之间的串扰的肺部和肠道微生物组是指gut-lung轴(13]。肠道微生物组成的变化与对呼吸系统疾病的易感性的增加和修改的免疫反应和稳态肺(55]。

事实上,很多研究表明,慢性胃肠疾病患者,如炎症性肠病(IBD)也有肺部疾病的患病率更高(56- - - - - -58]。此外,最近的一项研究报告协会粪便微生物群与婴儿毛细支气管炎,作者确定了四个不同粪便微生物群概要文件(埃希氏杆菌属,双歧杆菌属,肠杆菌属/韦永氏球菌属,拟杆菌)作为主要类群和协会拟杆菌毛细支气管炎的可能性更大(59]。此外,一些研究抗生素使用的影响与干扰在生命早期肠道微生物和哮喘的风险增加60,61年]。》等人显示的相对丰度较低双歧杆菌属,Akkermansia,Faecalibacterium在人类新生儿肠道微生物,都与童年特异反应性和哮喘的风险增加(47]。最近对老鼠的研究显示,干扰引起的肠道微生物组甲型流感病毒增强继发性细菌感染和强调的重要性SCFAs主机的肺防御细菌感染(62年]。此外,王等人发现,引起的呼吸道流感感染肠道损伤和改变肠道微生物组成与肠杆菌科的增加和减少乳酸菌和Lactococcus(63年]。肠道和肺之间的串扰,但肠道的机制影响肺反之亦然尚未理解和仍在他们的开端。

4所示。COVID-19肠道微生物的重要性

因为肠道微生物与许多呼吸道疾病,在免疫中起着重要作用,更好地理解新冠状病毒感染是必要的。COVID-19主要是呼吸系统的感染引起的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2) [1]。这些冠状病毒病毒Coronaviridae家庭;他们可以在人类和动物致病,引起呼吸道感染的表现范围从普通感冒到更严重的疾病。然而,冠状病毒也会导致胃肠感染使肠道没有免于COVID-19 [7,64年]。

事实上,许多COVID-19患者还患有胃肠疾病如腹泻和恶心,之前可能发生呼吸道条件(7,9]。根据中国的一项研究中,潘等人分析实验室,成像,和历史数据的204名患者,发现近一半的患者消化系统症状,主要是腹泻,呕吐,腹痛(7]。此外,一些研究显示病毒RNA中检测出病人的粪便,甚至活病毒的存在(8,10,65年]。冠状病毒在粪便样本被发现以来,一个潜在的主要通过粪-口途径传播,可以建议(66年]。此外,另一项研究的作者分析了COVID-19患者的肠道微生物,发现双歧杆菌属,乳酸菌,真细菌显著降低,而致病菌如棒状杆菌属(放线菌)和Ruthenibacterium(壁厚菌门)是影响患者显著增加(67年]。最近的一项研究表明,肠道微生物可能构成COVID-19健康个体的易感性。他们首先从COVID-19病人血液蛋白质组学数据分析,发现20蛋白质生物标记物可能与疾病的严重程度基于蛋白质组学的风险评分(PRS)预测COVID-19[的进展14]。使用机器学习模型,他们也与肠道微生物群COVID-19严重性,发现一个核心与炎症相关的细菌,如瘤胃球菌属和Blautia,而呈正相关拟杆菌和梭菌属的是负相关的。所有这些研究揭示SARS-CoV-2感染的肠道微生物组的含义及其重要性在更好的理解COVID-19的特点和机制。此外,它已众所周知,肠道和肺部微生物的多样性随着年龄增长而减少导致弱和不平衡的免疫系统68年]。这两个因素可能与老年人的病例数增加,在这个年龄类别COVID-19的严重程度。

否则,考虑我们的知识的肺部微生物及其与肠道微生物协会在呼吸道疾病,包括COVID-19,这可能会打开新的潜在的治疗方法,由于使用益生菌(15]。因此,特定菌株的管理等乳酸菌种虫害的呼吸道或消化道可能发挥保护作用对囊性纤维化等病理或院内肺炎(69年]。刘等人最近表明,重组乳杆菌含有抗病毒效应对冠状病毒感染肠的上皮细胞在动物模型(70年]。许多研究报告的好处乳杆菌GG在维护肠道、肺屏障体内平衡,减少细胞凋亡,增加调节性T细胞,减少促炎细胞因子在肠道和肺71年,72年]。另一项研究支持使用益生菌COVID-19以来很少知道疾病,和良好的文档记录,益生菌抗病毒效果(73年]。然而,益生菌的影响在减少死亡率和COVID-19的严重程度还没有证明(74年]。更多的研究的影响益生菌和益生元COVID-19应该进行。

5。结论和观点

在这个全球COVID-19情况、科学研究人员正在致力于寻找有效的方法来理解,预防和治疗病毒感染,这可能有助于克服SARS-CoV-2致病性。尽管COVID-19主要是呼吸道感染,也会影响胃肠道的9,11]。众所周知,大多数慢性疾病,如肥胖、糖尿病、高血压和心脏病都与肠道失调(40,49,75年)和COVID-19并发症(10,14),使肠道微生物在理解COVID-19需要考虑的一个重要组成部分。在过去的几年里,微生物研究,由于门店技术,使我们能够更好地理解肠道的作用,口、泌尿生殖、肺部微生物在健康和疾病17,37,48]。现在的主要挑战之一是破译这些微生物的影响在我们的免疫系统。然而,病毒不太研究细菌社区相比,这使得我们对微生物群落的理解全球因为缺少它的一个组件的描述。此外,人类virome仍被低估,但它可以解释更多的微生物的动态。特别是,一些研究表明病毒和疾病之间的关系如COVID-19的情况。与主要的环境障碍,人类产生了几十年期间,我们现在更conscient这些微生物可以在任何时候变得极其致病性。关于所有这些因素,更多的微生物研究在分析细菌和病毒社区展示潜在的微生物群落之间的关联,virome,疾病是必要的。

COVID-19的上下文中,这将是有趣的执行相结合的综合疗法组学数据理解生物系统的复杂性。身体结合微生物数据从不同的网站包括鼻咽、口、和肠道COVID-19病人在感染的不同阶段(无症状,轻度或严重症状)应该被研究。所有这些数据将使我们能够定义COVID-19患者肠道菌群签名,可以视为潜在分类生物标志物能够预测疾病的发生及其演化。此外,一些研究建议使用益生菌平衡肠道微生物组成朝着更为多样性的生态系统,可以加强我们的免疫系统,调节炎症是第一COVID-19的症状之一。gut-lung轴上更多的研究将允许更深入地理解宿主之间的相互作用,肠道和呼吸道疾病或感染的肺部微生物群落的新治疗方法。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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