儿茶酚胺影响肺部菌群诱发呼吸机相关性肺炎的作用机制研究

Ventilator-associated pneumonia (VAP), known with high morbidity and high mortality in ICU, is the most commonly seen hospital acquired pneumonia with great clinical importance. The applicant discovered that microbiota disorder appeared in VAP, as supported by the finding that opportunistic pathogen significantly accumulated in some of the catecholamine-treated patients. Out of 104 bacterial strains obtained from bronchoalveolar fluid of patients using culturomics, we selected 2 strains and revealed that catecholamine promoted the proliferation of S.epi, which induced pneumonia in mice. In spite of the high utilization frequency in ICU and proven effect in moderating microbiota, catecholamine’s effect on lung microbiota remained uncharacterized. On the basis of clinical samples, this project aimed to illustrate the following by using metagenome sequencing, immunological assay and mouse pneumonia model: 1). Core microbiome targeted by catecholamine 2). Mechanism of pneumonia induced by immunological reactions due to changes in catecholamine-targeting Core Microbiome. From the perspective of lung microbiota, this project will provide important clues for assessment of potential risk in treating ICU patients with catecholamine, and prevention of VAP.

呼吸机相关性肺炎（VAP）是医院获得性肺炎(HAP)中最主要的类型。在ICU中发病率高，病死率高。申请人前期发现，VAP发病前后，患者肺部菌群紊乱，部分使用过儿茶酚胺的患者，肺部条件致病菌明显增多。利用“培养组”方法从患者肺泡灌洗液分离得到104株菌，选其中2株进行体外培养，发现儿茶酚胺促进表皮葡萄球菌(S.epi)增殖，且此S.epi能诱发小鼠肺炎。结合儿茶酚胺在ICU的高使用频率及其调节菌群的特性，然而其对肺部菌群的影响尚不明确。我们提出科学假说：肺部儿茶酚胺含量变化改变肺部菌群组成从而诱发肺损伤。本项目拟基于临床样本、小鼠肺炎模型，通过宏基因组测序、免疫学指标、肺部通透性指标检测：1.明确肺部“儿茶酚胺作用核心菌群”；2.阐明儿茶酚胺通过“核心菌群”诱发肺损伤的机制。该项目将从肺部菌群角度，给出ICU患者儿茶酚胺用药的潜在风险评估的流程，并为预防VAP感染提供新思路。

人体微生物组的研究正由细菌逐步扩展到病毒和真菌，本研究部分内容稍作调整。本项目：1.原计划大量采集用药后患者的肺部样本，由于新冠疫情，难以实现。我们利用前期采集的ICU病房医护人员的样本，解析了医务人员尤其是ICU医护人员肠道微生物组。结果表明医院特殊环境能重塑医护人员肠道菌群，对其自身和被接触患者的健康带来深远影响（已发表成果1）。此外，我们尝试构建肺部菌群体外培养模型，以代替临床样本。通过多种条件对临床肺部样本的培养，筛选出肺部微生物体外最适培养条件(GAB培养基)。2.利用培养组分离的菌株，通过体内和体外实验验证儿茶酚胺作用核心菌群。此部分，我们利用培养组平台，进行了大规模微生物分离培养。构建起了人体相关菌种库，目前菌株数>5000株，首次发现的全新细菌数>20株，后述几项细菌研究基于此展开。①基于我们建立的人体菌种库，我们发现儿茶酚胺类药物如多巴胺等，可以广泛调节肺部细菌，我们筛选出其中4种受儿茶酚胺调控的细菌重点研究（一株为全新基因组，首次分离于人体肺部样本），后续开展了比较基因组学，细胞和动物水平的功能研究。②胆道样本中分离了 138 个细菌菌落，获得3个全新细菌，我们对其进行了遗传学和功能研究，此工作扩展了相关菌的功能，丰富了临床参比数据库。是培养组学在胆汁系统的首次应用。(已发表成果2)。③对口腔样本进行了培养组研究，对口腔细菌的多样性及适宜培养条件进行了初步探索，丰富了临床口腔细菌数据。(已发表成果10)。3.面对突如其来的新冠病毒疫情，我们发现国际上人体微生物群落中病毒组的研究仍处于起步阶段，国内处于空白状态。由于新技术在病毒病原检测和临床应用的巨大潜力。我们将部分精力转向病毒组领域，最终成功优化出国际一流的病毒组研究流程（已发表成果4，Journal of Advanced Research. 2022），并基于此，完成了多项不同疾病中的口腔、肺部和肠道样本的病毒组学研究（已发表成果5-9，Virus Evolution. 2021: veab022.；iScience.2022；Microbiology Spectrum.2022，两篇；Journal of Advanced Research. 2022）。