史慶豐+姜晨彥+蔣露芳

肺炎是全球傳染性疾病最主要的死因之一，每年導(dǎo)致全球數(shù)百萬人死亡，在5歲以下兒童和60歲以上老年人中具有更高的發(fā)病率和死亡率。在中國每年約有250萬新發(fā)肺炎病例，研究估算約有5%的患者死于肺炎相關(guān)疾病[1]。盡管目前已有疫苗接種和抗生素治療等措施，由肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌以及流感嗜血桿菌等導(dǎo)致的細菌性肺炎仍是社區(qū)獲得性肺炎的主要病因之一，而流感病毒感染引起的繼發(fā)細菌性肺炎出現(xiàn)抗生素治療有限、病情加重、預(yù)后差等特點，引起了廣泛重視和研究。相關(guān)研究表明，流感病毒感染能通過多種途徑抑制機體的先天性免疫應(yīng)答，并為呼吸道正常定植細菌向肺部侵襲提供多種條件。本文就近年來流感病毒感染引起的繼發(fā)細菌感染的易感機制進行綜述。

1 流行病學(xué)研究

1.1 既往流行情況

流行性感冒（流感）繼發(fā)細菌感染最早報告于18世紀(jì)初，隨后法國內(nèi)科醫(yī)生René T. H. Laennec通過臨床觀察和一系列尸檢研究證實流感的流行能顯著增加人群細菌性肺炎的發(fā)病率[2]。在此之后大量研究表明，流感病毒可通過抗原變異和基因重組完成進化，導(dǎo)致新型病毒的出現(xiàn)甚至大流行。不同亞型的流感病毒感染均可增加細菌感染的易感性，在大流行期間尤為顯著。

1918年H1N1流感大流行期間，全球約有一半人口被感染，患病人數(shù)高達5億，死亡人數(shù)約有4 000萬～5 000萬。受當(dāng)時科學(xué)技術(shù)所限，無法有效分離出致病原，但Morens等[3]對58例1918年流感死亡患者尸檢進行重新鑒定，并回顧109篇8 398例尸檢結(jié)果，證實絕大多數(shù)死亡病例合并細菌感染，以肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌、化膿性鏈球菌及金黃色葡萄球菌的合并感染最為常見。Brundage[4]對同期美國軍營回顧性研究發(fā)現(xiàn)，流感流行期間37個軍營的平均發(fā)病率為23%（四分位間距15%～28%），16%的人進一步發(fā)展為肺炎（四分位間距10%～20%），并最終有34%肺炎患者死亡（四分位間距22%～41%）。肺炎病人痰培養(yǎng)結(jié)果顯示：26%～65%的病人肺炎鏈球菌培養(yǎng)陽性，1.3%～50%金黃色葡萄球菌培養(yǎng)陽性，2.5%～22%流感嗜血桿菌培養(yǎng)陽性。此外，Brundage的研究還發(fā)現(xiàn)，1918年流感流行期間流感發(fā)病人數(shù)、肺炎發(fā)病人數(shù)以及相關(guān)死亡人數(shù)具有相似的流行趨勢，但三者之間存在7～10 d的延遲。

與1918年流行不同，抗生素的發(fā)明和使用大大降低人群細菌性肺炎的發(fā)病率，肺炎鏈球菌病人的病死率也從30%降至5%，但仍有100萬～400萬人在1957年H2N2大流行期間死亡。除流感病毒表面糖基化位點增多導(dǎo)致致病力增強外，細菌的繼發(fā)感染也是非常重要的原因，并且一些非典型肺炎病原體，如軍團桿菌、衣原體、支原體同期檢出率明顯增高。Hers[5]對同期荷蘭158例流感致死病例進行了調(diào)查，其中59%的尸檢者肺部金黃色葡萄球菌陽性，15%肺部肺炎鏈球菌陽性。進入21世紀(jì)后，流感的流行和疫情進入了低發(fā)水平狀態(tài)，相關(guān)疫苗接種以及醫(yī)療條件的提升使流感繼發(fā)細菌感染的病例下降。但2009年新甲型流感爆發(fā)期間，一項研究發(fā)現(xiàn)838名流感病毒陽性患兒中274人臨床確診合并細菌性肺炎，其中183人細菌培養(yǎng)陽性[6]。Rice[7]對美國35個重癥監(jiān)護室的683名新甲型H1N1重癥患者進行隊列研究發(fā)現(xiàn)，207人在入院后的72 h出現(xiàn)細菌感染癥狀，平均起病時間為5.2 d（0.3～10.1 d）。154人細菌培養(yǎng)陽性，以金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌和化膿性鏈球菌感染為主，并且31%的死亡率也明顯高于無細菌繼發(fā)感染的患者。

1.2 流行現(xiàn)狀

由于流感能引起多種并發(fā)癥，而且其他呼吸道病毒也能繼發(fā)引起細菌性肺炎，目前尚無法精確獲得流感合并細菌感染的流行情況，但據(jù)美國病毒監(jiān)測系統(tǒng)估計1976—2009年平均每年有66 324人死于共感染（45 030～91 871人/年），以65歲以上老年人死亡率最高[8]。但另一項研究認(rèn)為，只有0.5%的健康青年患者容易合并細菌感染，在老年人和患有慢性基礎(chǔ)性疾病患者中這個比例也只有2.5%[9]，這可能與研究人群早期使用奧司他韋和扎那米韋等抗病毒藥物有關(guān)。在發(fā)達國家，據(jù)估算約有22%的社區(qū)獲得性肺炎患者是由流感感染引起，39%的患者則由細菌和其他病毒雙重感染引起。在發(fā)展中國家，由于缺乏有效的監(jiān)測系統(tǒng)和完善的醫(yī)療條件，流感合并細菌感染的造成的死亡率很難估算，一般認(rèn)為要高于發(fā)達國家水平，在經(jīng)濟落后的地區(qū)可能為估計值的數(shù)倍至數(shù)十倍。

我國目前尚未有流感合并細菌感染的詳細報道，但鄭南紅[10]對2009年72例新甲型流感重癥確診病例研究發(fā)現(xiàn)，22例患者中性粒細胞百分比升高，推測其合并細菌感染。鄧華[11]對138例甲型流感患者的C反應(yīng)蛋白的值進行檢驗，并估算出約20%～50%的甲型流感患者合并細菌感染。由于我國5歲以下兒童和65歲以上老年人口眾多，對流感和細菌普遍易感，發(fā)生流感繼發(fā)細菌性肺炎的風(fēng)險較高，需積極采取應(yīng)對和預(yù)防措施。

2 流感致細菌感染的易感機制

多種致病菌，如肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球菌、流感嗜血桿菌、化膿鏈球菌等均是人上呼吸道正常定植菌群，在呼吸道黏膜免疫屏障作用下多數(shù)人呈無癥狀感染或攜帶。通過體外細胞實驗和構(gòu)建多種動物感染模型，發(fā)現(xiàn)流感病毒可通過多種途徑和方式來削弱或抑制宿主的先天性免疫應(yīng)答，增加細菌向下呼吸道侵襲的易感性并加快細菌性肺炎進展。

2.1 呼吸道物理性功能缺失

呼吸道纖毛擺動和黏液分泌構(gòu)成呼吸道清除病原體的首道屏障。流感病毒在上呼吸道的復(fù)制能降低纖毛擺動頻率，減緩呼吸道黏膜分泌液流動速率，進而導(dǎo)致上呼吸道物理性清除細菌能力大大下降，呼吸道分泌物在細支氣管內(nèi)的潴留也為細菌的侵襲提供良好的結(jié)合位點和營養(yǎng)環(huán)境。此外流感病毒能導(dǎo)致呼吸道小氣管分泌釋放纖維蛋白和黏蛋白，引起局部黏膜充血和水腫，并阻塞呼吸道。受感染的呼吸道黏膜發(fā)生變形、脫落和壞死，又進一步影響下呼吸道黏液和纖毛的功能，促進下呼吸道細菌繁殖[12]。此外，流感病毒還能破壞肺泡壁上皮細胞和毛細血管內(nèi)皮細胞，導(dǎo)致肺泡間隔增厚并影響正常氣體交換，肺生理功能的缺失進一步降低其清菌能力。

2.1. 細菌黏附受體的增加

流感病毒可通過表面蛋白——血凝素（hemagglutinin，HA）與呼吸道上皮細胞結(jié)合，在內(nèi)吞作用下進入細胞并大量復(fù)制，在另一種表面蛋白——神經(jīng)氨酸酶（neuraminidase，NA）作用下裂解細胞表面唾液酸，出芽并完成復(fù)制周期。在這個過程中，HA蛋白和NA蛋白能夠改變受感染細胞的表面蛋白受體，為細菌的黏附提供結(jié)合位點；部分受感染的呼吸道纖毛細胞發(fā)生脫落和死亡，上皮細胞和基底細胞層功能受損并被破壞，導(dǎo)致多種細菌結(jié)合位點發(fā)生暴露。細菌通過表達多種毒力因子與基底細胞黏附位點或細胞外纖連蛋白結(jié)合，造成呼吸道細菌的大量繁殖。

此外，流感還通過其它3種機制增加細菌黏附受體：第1種，流感NA蛋白具有酶活性，除了裂解細胞表面唾液酸糖基部分增加細菌黏附受體外，還能破壞具有細菌誘餌受體功能的唾液酸黏蛋白。體外細胞實驗發(fā)現(xiàn)將流感病毒與人類上皮細胞系A(chǔ)549共同孵育30 min后，細胞表面細菌黏附性明顯增強；應(yīng)用胰蛋白酶處理后，A549細胞表面蛋白明顯減少，細菌黏附性也大大降低[13]。第2種，在流感免疫應(yīng)答中，機體產(chǎn)生并上調(diào)包括血小板活化因子受體（Platelet activating factor receptor，PAF-R）在內(nèi)的多種細菌黏附受體。Sluijs[14]研究證實，PAF-R的缺失雖然不影響小鼠肺內(nèi)病毒的清除，但肺內(nèi)細菌繼發(fā)感染量大大降低，生存率也顯著提高，表明PAF-R在細菌繼發(fā)感染過重中起著重要的受體結(jié)合作用。第3種，呼吸道恢復(fù)期的愈合部位也能為細菌的黏附提供結(jié)合位點。損傷修復(fù)的細胞和處于不同分化狀態(tài)的細胞可表達包括唾液酸多糖和α5β1整合素在內(nèi)的多種頂端受體，處于上皮細胞愈合期的基底細胞膜能夠表達層粘連蛋白和膠原蛋白，這些因素共同作用為細菌的侵襲和黏附提供了便利條件。

2.2免疫細胞功能失調(diào)

由肺泡巨噬細胞（AM）、中性粒細胞（PMN）、自然殺傷細胞（NK）和樹突細胞（DCs）等免疫細胞構(gòu)成了人體抵抗細菌侵襲的第二道防線，它們通過吞噬、趨化反應(yīng)以及胞內(nèi)殺傷等作用來清除病原體，并同時招募多種細胞因子和趨化因子來加強清除。

AM是肺內(nèi)識別和應(yīng)答侵襲性細菌的重要免疫細胞，流感病毒的初始感染通過多種途徑干擾AM對細菌的識別和殺傷能力。Sun[15]在2008年研究發(fā)現(xiàn)，流感病毒感染小鼠5 d后AM的數(shù)量并沒有發(fā)生變化，但熒光顯微鏡下可見其吞噬能力發(fā)生障礙，而此時抗病毒產(chǎn)生的干擾素γ（IFN-γ）含量相應(yīng)增加。進一步研究發(fā)現(xiàn)IFN-γ通過下調(diào)巨噬細胞表面清道夫受體（alveolar macrophage scavenger receptor，MARCO）使AM抗菌能力下降，而使用IFN-γ特異性中和抗體能有效抑制小鼠肺內(nèi)細菌含量。Chen[16]通過研究發(fā)現(xiàn)流感病毒對AM分化也有一定影響，流感應(yīng)答產(chǎn)生的白介素4（IL-4）和IL-13可誘導(dǎo)選擇性激活巨噬細胞（Alternatively activated macrophages，AAM）相關(guān)基因表達，分化形成的AAM殺菌能力大大降低，說明流感病毒引起的正?？共《久庖咄瑫r影響了AM的正?？咕鷻C制。此外，尚有研究發(fā)現(xiàn)流感病毒通過抑制AM對細菌Toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）的識別來減少感染部位免疫細胞的招募，但其機制仍需進一步研究。

PMN是肺部清除細胞外細菌的另一種免疫細胞，流感病毒的復(fù)制也能抑制PMN功能。McNamee[17]研究發(fā)現(xiàn)小鼠流感感染3 d后肺炎鏈球菌并不易感，但6 d后易感性顯著增加，12 h和24 h后的肺炎鏈球菌含量分別提高485.5和194.4倍；PMN缺失的小鼠反而在流感感染的第3天對肺炎鏈球菌易感，但6 d易感性無明顯變化。進一步研究顯示，流感病毒通過抑制PMN細菌吞噬能力和細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生來改變PMN正常生理功能。然而Karlstrom[18]研究發(fā)現(xiàn)，對共感染的小鼠使用抗生素治療雖然能使繼發(fā)感染的肺炎鏈球菌裂解，但大量PMN在小鼠肺部的浸潤反而造成嚴(yán)重損傷，死亡率也明顯抬升。另有一些研究也發(fā)現(xiàn)，流感感染后細菌的繼發(fā)感染雖然能招募大量PMN，但PMN抗菌吞噬能力已大大降低，釋放產(chǎn)生的大量炎癥介質(zhì)反而具有損傷器官作用。因此，PMN在繼發(fā)感染過程中可能起著抗菌和損傷的雙重作用，其具體作用機制仍需進一步研究。

NK細胞在病毒感染早期階段通過殺傷受感染細胞和產(chǎn)生細胞因子來起到抗病毒作用，流感的感染也可抑制NK細胞的正常免疫應(yīng)答，降低腫瘤壞死因子α（TNF-α）的產(chǎn)生，并間接抑制AM的抗菌能力[19]。盡管之前有研究認(rèn)為NK細胞可通過上調(diào)IFN-γ和IL-10來增加肺炎鏈球菌繼發(fā)感染的易感性，但在金黃色葡萄球菌和流感共感染的小鼠體內(nèi)未觀察到該現(xiàn)象，這很可能與流感后不同細菌具有不同的易感途徑有關(guān)。

DCs在免疫應(yīng)答程度過程中能夠誘導(dǎo)效應(yīng)T細胞和B細胞克隆與分化，并同時產(chǎn)生多種促炎細胞因子、趨化因子和I型干擾素。但目前研究對于DCs在先天性抗細菌和抗病毒免疫中的作用存在爭論，仍需更多的研究來進一步確認(rèn)。

2.3病原識別受體通路的改變

正常情況下，宿主免疫系統(tǒng)可通過識別病原體表面的模式識別受體（Pattern recognition receptors，PRRs）來介導(dǎo)免疫應(yīng)答，TLRs途徑是宿主識別流感和細菌的共同免疫通路。流感病毒主要激活宿主TLR3、TLR7、TLR9途徑，而細菌則通過TLR2、TLR4、TLR5、TLR9等途徑被宿主識別[2]。調(diào)節(jié)分子MyD88在TLRs作用下活化NF-κB通路或絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated kinase，MAPK）通路來招募和分泌多種細胞因子、趨化因子以及粘附分子來清除致病菌。在繼發(fā)感染過程中，由于流感和細菌免疫激活通路和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子非常相似，因而有研究認(rèn)為流感的初始感染能導(dǎo)致細菌PRRs持續(xù)性的脫敏，正常的細菌識別功能和免疫應(yīng)答持續(xù)性抑制數(shù)周或數(shù)月，繼而增加細菌繼發(fā)感染的風(fēng)險。

2.4 其它易感機制

近年來研究發(fā)現(xiàn)，流感病毒感染過程中激活產(chǎn)生的細胞因子和趨化因子是免疫過程中的重要中間遞質(zhì)，具有增加細菌粘附受體、激活或抑制免疫細胞功能，并可以上調(diào)或抑制相關(guān)免疫調(diào)節(jié)通路，成為研究的熱點。動物實驗已經(jīng)證實流感病毒的初始感染會增加肺內(nèi)TNF-α、IL-6、IL-1β等促炎因子分泌，導(dǎo)致肺內(nèi)PMN大量聚集、肺泡上皮細胞損傷以及肺部水腫，為細菌的繼發(fā)感染提供侵襲環(huán)境。Li[20]研究發(fā)現(xiàn)，流感病毒NA蛋白能夠活化免疫調(diào)節(jié)分子——轉(zhuǎn)化生長因子β（Transforming growth factor β，TGF-β），激活Smad信號通路，繼而上調(diào)細菌粘附附因子，使用TGF-β抑制劑能有效阻止A組鏈球菌的黏附。抑炎因子IL-10是細菌繼發(fā)感染繁榮另一種重要調(diào)節(jié)因子，Sluijs[21]研究發(fā)現(xiàn)流感恢復(fù)期的小鼠IL-10含量是正常小鼠的的50倍，使用IL-10抗體顯著降低小鼠肺內(nèi)肺炎鏈球菌定植量，繼發(fā)感染的致死率也大大降低。由于繼發(fā)感染過程中多種免疫細胞主要通過細胞因子和趨化因子來互相調(diào)節(jié)、平衡，整個炎癥反應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的交互作用，因而使用單個細胞因子抗體并不能完全阻止細菌繼發(fā)感染的發(fā)生。Jamieson[22]實驗結(jié)果也顯示，TNF-α、caspase-1、MyD88、TLR2/4、Nos2基因缺失的小鼠在流感病毒和噬肺性軍團桿菌共同感染下，生存率并沒有顯著提高，提示我們可能還存在其它的易感途徑。

3 未來研究展望

在過去的數(shù)年中，新穎的流感病毒增加細菌性肺炎的易感機制不斷出現(xiàn)。一些研究認(rèn)為，流感的感染會造成抗原呈遞細胞（Antigen presenting cell，APC）的脫敏，形成細菌繼發(fā)感染的易感窗口期。另有一些研究發(fā)現(xiàn)，接種細菌疫苗并不能很好的降低流感后細菌性肺炎的發(fā)生[23]，接種流感疫苗反而顯著降低兒童急性中耳炎發(fā)病率，并降低老年人肺炎入院率、侵襲性肺炎感染以及死亡率[24]。這些結(jié)果表明有效的切斷流感病毒對免疫系統(tǒng)的影響，依然是治療和控制繼發(fā)細菌性肺炎的重要手段。然而遺憾的是，迄今為止針流感對免疫調(diào)節(jié)方面的作用并沒有得到統(tǒng)一的結(jié)論，造成該結(jié)果的可能原因有：① 流感病毒類型、感染劑量以及細菌類型均會影響宿主的免疫應(yīng)答，仍需收集不同的實驗條件下的不同研究結(jié)論。② 流感感染過程中的免疫調(diào)節(jié)是多因素共同作用的，抑制單個因素?zé)o法完全控制細菌性肺炎的發(fā)生。③ 免疫過程是一個復(fù)制的動態(tài)變化過程，相關(guān)免疫細胞作用和免疫通路仍需進一步研究。

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【作者簡介】史慶豐（1986—），男，博士 （收稿日期：2016-04-07）

[通訊作者] 蔣露芳，Email：jianglufang@fudan.edu.cn