新冠肺炎是一種由新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引起的呼吸道疾病，截至2020年5月1日，全球已有330多萬人感染，致病和死亡率高，人類生命受到了極大威脅。近日，來自香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院Siew C. NG教授及其團(tuán)隊在國際頂級期刊《Gastroenterology》發(fā)表的一篇題為：Alterations in Gut Microbiota of Patients With COVID-19 During Time of Hospitalization （COVID-19患者住院期間的腸道菌群變化），揭示了COVID-19患者住院期間的腸道菌群特征，及其與疾病程度和糞便病毒載量的關(guān)聯(lián)。雖然此項研究樣本量有限，而且只包括中/重度疾病的住院患者，但是研究人員認(rèn)為這些發(fā)現(xiàn)表明個體的腸道微生物組結(jié)構(gòu)可能會影響宿主對SARS-CoV-2感染的敏感性和反應(yīng)。這些數(shù)據(jù)突出了一個新的概念，即新穎和有針對性的腸道菌群調(diào)節(jié)方法可能代表著新冠肺炎及其共病的一條治療途徑。

摘要

雖然知道SARS-CoV-2可以感染胃腸道組織，但關(guān)于腸道微生物對感染SARS-CoV-2的易感性和感染嚴(yán)重程度的作用卻知之甚少。

在本文中，研究人員對15名新冠肺炎患者的糞便樣本進(jìn)行了宏基因組測序分析，并比較了6名社區(qū)獲得性肺炎患者和15名健康對照的微生物數(shù)據(jù)，用以調(diào)查新冠肺炎患者住院期間的糞便微生物群的變化以及感染嚴(yán)重程度與病毒的糞便排出之間的關(guān)聯(lián)。

研究人員發(fā)現(xiàn)15名新冠肺炎患者與對照組相比，新冠肺炎患者在入院時和住院期間各時間點的糞便微生物群均有明顯變化，主要表現(xiàn)為條件致病菌增多，有益共生菌減少。即使清除了SARS-CoV-2(通過咽拭子確定)和呼吸道癥狀緩解后，耗竭的共生菌和腸道菌群失調(diào)仍然存在。就結(jié)果而言，糞便微生物群的改變與糞便中SARS-CoV-2的含量和新冠肺炎的嚴(yán)重程度相關(guān)。疾病程度與基線時的糞芽孢菌屬、多枝梭菌、哈氏梭菌豐度正相關(guān)，與普氏糞桿菌負(fù)相關(guān)；改變腸道菌群的策略可能會降低疾病的嚴(yán)重程度。

背景

來自武漢的早期報告顯示，2-10%的新冠肺炎患者有胃腸道(GI)癥狀，包括腹瀉，但最近的一項Meta分析報告稱，高達(dá)20%的患者有胃腸道癥狀。研究發(fā)現(xiàn)，在近50%的新冠肺炎患者的肛拭子和糞便樣本中都檢測到了SARS-CoV-2病毒，這表明消化道可能是病毒復(fù)制和活動的肺外部位。此外，有研究證明SARS-CoV-2利用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)受體進(jìn)入宿主，該受體在呼吸道和胃腸道都高度表達(dá)。ACE2在控制腸道炎癥和腸道微生物生態(tài)中起重要作用。腸道中的共生微生物生態(tài)系統(tǒng)是動態(tài)的，可以受入侵的病毒調(diào)節(jié)以促進(jìn)刺激或抑制反應(yīng)。

研究表明，呼吸道病毒感染可能與腸道微生物群改變有關(guān)，這使患者容易受到繼發(fā)性細(xì)菌感染。最近對支氣管肺泡灌洗液的宏轉(zhuǎn)錄組測序顯示，SARS-CoV-2感染患者的微生物群以病原菌或口腔和上呼吸道共生菌為主。了解SARS-CoV-2感染背后的宿主微生物擾動，這可能會影響對感染的應(yīng)對和未來各種免疫干預(yù)措施（如疫苗）的有效性。

實驗設(shè)計

1.受試者篩選

研究涉及15名經(jīng)實驗室確診感染SARS-CoV-2并因此住院的新冠肺炎患者和6名社區(qū)獲得性肺炎住院患者（肺炎對照）以及15名健康人（健康對照）。

其中：

新冠肺炎患者是指對RdRp基因的不同區(qū)域進(jìn)行連續(xù)兩次RT-PCR檢測確認(rèn)。肺炎對照是指在兩份呼吸道樣本中SARS-CoV-2的PCR檢測結(jié)果均為陰性。健康對照是指在過去3個月中沒有病史或抗生素攝入史的個體，且SARS-CoV-2的PCR檢測結(jié)果為陰性。

2.糞便樣本采集

新冠肺炎患者每周連續(xù)采集糞便標(biāo)本2~3次，直至出院。

“Cov”指新冠肺炎患者；“D0”表示住院后收集第一次大便的基線日期，以下以“D”開始的時間點表示自基線收集糞便后的天數(shù)；“+ve throat swab”表示鼻咽/咽喉/混合拭子檢測中首次出現(xiàn)SARS-CoV-2病毒陽性結(jié)果；“-ve throat swab”表示在連續(xù)兩次鼻咽/咽喉/混合拭子檢測中首次出現(xiàn)SARS-CoV-2病毒陰性結(jié)果，患者隨后出院。“Symptom onset”表示首次出現(xiàn)癥狀；

3.樣本分析手段

利用RT-PCR檢測技術(shù)對糞便樣品中的SARS-CoV-2定量。再利用宏基因組測序技術(shù)對糞便樣品進(jìn)行微生物分析。

主要結(jié)果

1. 新冠肺炎患者腸道菌群變化及病程縱向變化。新冠肺炎患者腸道菌群的特點是條件致病菌富集，而有益共生菌減少。并且這種菌群失調(diào)在新冠肺炎病程中持續(xù)存在，即便是在SARS-CoV-2清除/恢復(fù)之后。

15名新冠肺炎患者中，7名未使用抗生素藥物[COVID-19(abx-)]，8名在基線（定義為入院后第一次糞便采集之日）接受經(jīng)驗性抗生素使用[COVID-19(abx+)]

A).通過PERMANOVA檢驗確定脂肪肝、年齡、性別、糖尿病、抗生素使用、高脂血癥在腸道菌群組成中的影響大小。結(jié)果表示新冠肺炎感染對腸道菌群組成的影響最大（P=0.002，** p<0.01，* p<0.05）

B). 基于Bray-Curtis相異度的NMDS(非度量多維尺度)圖觀察COVID-19微生物群落的變化。從整個微生物群落水平看，健康對照組和COVID-19(abx-)的糞便微生物群各自聚集，且COVID-19(abx-)的微生物群落更具異質(zhì)性。新冠肺炎患者伴隨著抗生素的使用，其微生物群落組成與健康對照組差異越來越大。

C).新冠肺炎患者在病程中的腸道菌群與健康對照組的不同。Bray-Curtis計算?；疑珔^(qū)域表示健康對照者腸道菌群的Bray-Curtis差異范圍，黑色實線表示健康個體之間的中位數(shù)差異?！皥A點”表示使用了抗生素，“三角形”表示未使用抗生素?？傮w而言，所有新冠肺炎患者的腸道菌群都保持著穩(wěn)定，但無論是在疾病進(jìn)展中還是在SARS-CoV-2清除后，其腸道菌群都與健康對照組明顯不同。值得注意的是，患者CoV4在第5天出院，但他在第22天的腸道微生物群與健康人還是持續(xù)不同。

上圖所示5名新冠肺炎患者的微生物群(CoV1，4，7，11，15)隨著時間的推移顯示出與健康微生物群更接近，而患者CoV3，5，8，10和12的微生物群隨著時間的推移與健康微生物群變得更加不同

2.腸道菌群與新冠肺炎病情嚴(yán)重程度的相關(guān)性。腸道厚壁菌門細(xì)菌與COVID-19嚴(yán)重程度的相關(guān)性突出表明，細(xì)菌成員在調(diào)節(jié)人類對SARS-CoV2感染的反應(yīng)和感染嚴(yán)重程度方面具有潛在作用。

總共發(fā)現(xiàn)23個細(xì)菌分類群與新冠肺炎病的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，其中大部分(15個)來自厚壁菌門。與新冠肺炎疾病嚴(yán)重程度最具正相關(guān)的細(xì)菌有三種，分別為來自厚壁菌門的Coprobacillus菌屬，Clostridium

ramosum和Clostridium hathewayi菌種，且Coprobacillus菌已被證明能顯著上調(diào)ACE2在小鼠結(jié)腸中的表達(dá)。與此相反，兩種最常見的益菌Alistipes onderdonkii和Faecalibacterium

prausnitzii，它們與新冠肺炎的疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)?！癱orrelation coefficient

Rho”表示Spearman相關(guān)系數(shù)。

3.擬桿菌物種可能通過阻礙SARS-CoV-2通過ACE2進(jìn)入宿主，而在抗擊SARS-CoV-2感染方面具有潛在的保護(hù)作用。腸道Erysipelotrichaceae科可能在增強(qiáng)宿主腸道感染SARS-CoV-2方面發(fā)揮作用。

A). 新冠肺炎患者糞便中SARS-CoV-2病毒含量的縱向變化。15名患者中有11名患者住院期間在糞便中檢測到SARS-CoV-2核酸，其中5名患者體內(nèi)的SARS-CoV-2病毒隨著時間的推移被清除了。

B).病程期間細(xì)菌與糞便病毒含量的Spearman相關(guān)分析。在所有糞便樣本中，共有14種細(xì)菌與糞便中的SARS-CoV-2病毒含量顯著相關(guān)。4種擬桿菌種包括Bacteroides dorei、Bacteroides thetaiotaomicron , Bacteroides massiliensis和Bacteroides ovatus，與糞便中SARS-CoV-2含量呈顯著呈負(fù)相關(guān)。值得一提的是，這4種物種都與小鼠結(jié)腸中的ACE2表達(dá)下調(diào)有關(guān)。Erysipelotrichaceae bacterium

2_2_44A菌種與糞便中SARS-CoV-2含量呈顯著正相關(guān)。一些研究表明Erysipelotrichaceae科與胃腸道炎癥疾病有關(guān)。

結(jié)論

綜上所述，研究發(fā)現(xiàn)盡管清除了SARS-CoV-2病毒，但大多數(shù)患者仍然在COVID-19中損失了有益的物種，這表明接觸SARS-CoV-2感染和/或住院治療可能對腸道微生物群有更持久的有害影響。在新冠肺炎患者腸道中發(fā)現(xiàn)的致病菌中，Clostridium hathewayi的基線豐度越高，新冠肺炎病情越重。而以帶有能夠抑制結(jié)腸ACE2表達(dá)的幾種擬桿菌與SARS-CoV-2糞便病毒含量呈負(fù)相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明個體的腸道微生物組結(jié)構(gòu)可能會影響宿主對SARS-CoV-2感染的敏感性和反應(yīng)。但此項研究仍具有局限性，研究人員認(rèn)為最主要的問題是樣本量有限，且由于實驗設(shè)計中只包括中/重度疾病的住院患者，這些發(fā)現(xiàn)可能并不適用于所有的新冠肺炎病例，包括輕度或無癥狀的新冠肺炎。而利用住院后收集的糞便樣本進(jìn)行的微生物群分析并不能代表新冠肺炎發(fā)病時真實的基線微生物群，也不能代表發(fā)病前的基線微生物群。但研究人員表示他們的研究提供了新冠肺炎會導(dǎo)致長期腸道菌群失調(diào)的證據(jù)及其與糞便中SARS-CoV-2病毒含量和疾病嚴(yán)重程度的關(guān)系。這些數(shù)據(jù)突出了一個新的概念，即新穎和有針對性的腸道菌群調(diào)節(jié)方法可能代表著新冠肺炎及其共病的一條治療途徑。

TIPs：

輕度，如果沒有肺炎的影像學(xué)證據(jù)

中度，如果肺炎伴隨發(fā)燒和呼吸道癥狀出現(xiàn)

嚴(yán)重，如果呼吸頻率≥30次/分鐘，呼吸環(huán)境空氣時血氧飽和度≤93%，或動脈血氧分壓/氧體積分?jǐn)?shù)≤300mmHg（1mmHg=0.133kPa）

危重，如果休克或呼吸衰竭需要機(jī)械通氣或器官衰竭需要重癥監(jiān)護(hù)。