吸烟对下呼吸道微生物菌群结构的影响研究

摘要

背景 随着高通量测序技术的发展,研究者们发现下呼吸道有大量微生物菌群定植.研究显示,吸烟对下呼吸道微生物菌群结构及组成有显著影响,且其变化可能与肺部疾病有关,但其具体机制尚不清楚.目的 通过痰液微生物高通量测序技术分析吸烟对下呼吸道微生物菌群结构的影响,以预测其对机体生命活动的影响.方法 选取2018年10月至2019年10月于内蒙古自治区人民医院健康体检中心招募的志愿者55例为研究对象.按照吸烟情况,将研究对象分为吸烟组(22例)和不吸烟组(33例).采用高通量测序技术分析痰液微生物,分析吸烟对微生物丰度与菌群结构组成的影响、吸烟对微生物菌群结构的影响、差异微生物间的相关性及预测差异微生物的功能.结果 吸烟组Shannon指数高于不吸烟组,Simpson指数低于不吸烟组(P<0.05).Adonis检验及主成分分析(PCA)结果显示,吸烟组与不吸烟组β多样性指数比较,差异有统计学意义(P<0.05).韦恩图分析结果显示,吸烟组和不吸烟组共有菌群1146个,不吸烟组独有菌群1080个,吸烟组独有菌群841个.在纲水平上,按照菌群相对丰度降序排列,差异菌群前5位分别是芽孢杆菌纲(Bacilli)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、梭杆菌纲(Fusobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria).纲水平微生物在吸烟组中的优势菌群为:Bacilli、Bacteroidia、Fusobacteriia.在属水平上,按照菌群相对丰度降序排列,差异菌群前5位分别是链球菌属(Streptococcus)、普雷沃氏菌属(Prevotella)、卟啉单胞菌属(Porphyromonas)、拟普雷沃氏菌属(Alloprevotella)、奈瑟菌属(Neisseria).属水平微生物在吸烟组中的优势菌群为:Streptococcus、Prevotella、Porphyromonas.吸烟组和不吸烟组下呼吸道共有1纲、2目、1科、8属及8种差异微生物.其中吸烟组增加的菌群为Selenomonadales目、巨球型菌属(Megasphaera)、Faucicola属、Sphaerochaeta属、Shuttleworthia属、Anaeroglobus属、 巨球形菌(Megasphaera micronuciformis)、Spirochaeta canine oral taxon 379、未分类的普氏菌(Uncultured Prevotella)、Prevotella sp.oral clone FW035;不吸烟组增加的菌群为鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)、鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)、噬几丁质科(Chitinophagaceae)、伯克霍尔德菌(Burkholderia)、弧菌属(Vibrionimonas)、罗尔斯通氏菌属(Ralstonia)、真口腔普雷沃氏菌(Prevotella veroralis)、Catonella sp.oral clone FL037、噬淀粉密螺旋体(Treponema amylovorum)、咽峡炎链球菌(Streptococcus anginosus).吸烟组和不吸烟组的差异微生物(属水平)间均呈正相关(r≥0.6).吸烟组和不吸烟组主要在物质合成、降解和运输相关通路上存在差异.吸烟组功能富集的生命活动包括:安沙霉素类生物合成、赖氨酸生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、泛酸盐和辅酶A生物合成、蛋白运输等;不吸烟组主要富集的生命活动包括:甲苯降解、霍乱弧菌致病循环、柠檬烯和蒎烯降解、光合作用、二噁英降解等.结论 吸烟能够增加下呼吸道微生物菌群相对丰度,影响微生物菌群结构组成,改变相关物质合成、降解和运输通路,吸烟暴露下下呼吸道微生物组的功能改变可能会影响宿主的内环境稳态,打破体内免疫系统的平衡,从而引发肺部疾病.