COVID-19等呼吸道感染期間，腸道菌群在塑造系統(tǒng)性免疫和調(diào)控腸道與肺部之間的雙向通訊（即腸-肺軸）方面扮演核心角色。SARS-CoV-2感染會(huì)破壞腸道微生物組成，但其對(duì)微生物代謝和宿主免疫反應(yīng)的下游功能影響尚不完全清楚。本研究利用K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠，探究了SARS-CoV-2變異株（原始WA株和奧密克戎Omi株）對(duì)腸道菌群和宿主免疫的影響，并評(píng)估了益生菌Akkermansia muciniphila的預(yù)防性治療潛力。

腸道微生物群是一個(gè)動(dòng)態(tài)多樣的生態(tài)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、維持上皮屏障完整性和確保代謝穩(wěn)態(tài)對(duì)宿主健康至關(guān)重要。其在腸-肺軸中的作用尤為關(guān)鍵，這是通過微生物代謝物、免疫細(xì)胞遷移和全身信號(hào)通路連接胃腸道與呼吸系統(tǒng)的雙向通訊途徑。在COVID-19背景下，腸-肺軸作為疾病嚴(yán)重程度和恢復(fù)的關(guān)鍵決定因素受到越來越多的關(guān)注。已知SARS-CoV-2會(huì)深刻破壞腸道菌群組成，導(dǎo)致微生物多樣性下降、有益菌群耗竭以及促炎或機(jī)會(huì)性病原體富集。這種失調(diào)會(huì)損害腸道屏障完整性，加劇全身炎癥。為了深入理解這種相互作用，本研究采用了能夠再現(xiàn)人類COVID-19關(guān)鍵病理特征的K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠模型。

研究使用8-10周齡的雄性K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠。分別用SARS-CoV-2原始株（WA）和奧密克戎變異株（Omi）經(jīng)鼻感染小鼠。為評(píng)估A. muciniphila的作用，在感染前，先用廣譜抗生素混合物處理小鼠以耗竭腸道菌群，然后通過口服灌胃給予活的A. muciniphila（1 × 10⁸CFU）進(jìn)行預(yù)防性治療。通過收集糞便進(jìn)行16S rRNA測(cè)序分析腸道菌群變化。通過監(jiān)測(cè)體重、體溫，進(jìn)行肺組織病理學(xué)分析、免疫細(xì)胞表型流式分析、細(xì)胞因子檢測(cè)以及免疫組化等手段，全面評(píng)估感染結(jié)果和免疫反應(yīng)。

研究發(fā)現(xiàn)，兩種變異株對(duì)腸道微生物動(dòng)態(tài)有不同的影響。WA感染導(dǎo)致物種豐富度（observed features）和香農(nóng)多樣性指數(shù)（Shannon index）顯著且持續(xù)下降，而Omi感染僅引起短暫下降，隨后恢復(fù)。β多樣性分析表明，WA感染導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)在感染后第5天（5 dpi）發(fā)生顯著且持久的失調(diào)，而Omi感染組的菌群結(jié)構(gòu)則相對(duì)穩(wěn)定。分類學(xué)分析顯示，粘液降解菌Akkermansia muciniphila在兩種感染中均富集，但在WA感染小鼠中其相對(duì)豐度顯著更高，主導(dǎo)了微生物群落。Maaslin2分析進(jìn)一步鑒定了WA感染組富集的其他分類單元。這些發(fā)現(xiàn)突顯了WA感染對(duì)腸道菌群組成的影響比Omi更深刻和持久。

通過分析年輕和年老小鼠，研究發(fā)現(xiàn)WA感染后，兩組小鼠的Akkermansia豐度均顯著增加。ALDEx2配對(duì)分析揭示了WA感染后Akkermansia和Emergencia等菌的顯著富集，而Christensenellales目則明顯減少。利用PICRUSt2預(yù)測(cè)微生物代謝通路發(fā)現(xiàn)，感染后預(yù)測(cè)的功能譜發(fā)生分離。其中，糖胺聚糖降解（與Akkermansia等粘液降解菌功能相關(guān)）通路顯著增加。此外，包括類胡蘿卜素生物合成、甾體生物合成、鞘脂代謝在內(nèi)的幾種脂質(zhì)相關(guān)通路的預(yù)測(cè)豐度也顯著富集，這與SARS-CoV-2病毒顆粒的脂質(zhì)包膜特性及感染患者的脂質(zhì)代謝改變報(bào)道相符。

通過關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，Akkermansiaceae（A. muciniphila）和Eubacterium fissicatena group的成員與感染后的體重減輕和體溫下降呈顯著正相關(guān)，提示其擴(kuò)增可能與感染引起的生理衰退有關(guān)。對(duì)多個(gè)獨(dú)立人類COVID-19隊(duì)列數(shù)據(jù)的分析顯示，與健康對(duì)照相比，A. muciniphila在患者中的檢出頻率和相對(duì)豐度一致更高。按疾病嚴(yán)重程度分層，輕度患者（嚴(yán)重程度I）的A. muciniphila水平顯著高于對(duì)照，而中重度患者（嚴(yán)重程度II和III）則顯示出更大的個(gè)體間變異和豐度降低趨勢(shì)。這表明A. muciniphila的擴(kuò)增可能代表了宿主對(duì)SARS-CoV-2感染的補(bǔ)償性或保護(hù)性反應(yīng)。

為了直接驗(yàn)證A. muciniphila的免疫調(diào)節(jié)作用，研究采用了抗生素預(yù)處理后單一定植A. muciniphila的偽無菌小鼠模型。與載體對(duì)照相比，A. muciniphila預(yù)處理顯著減輕了感染后的體重和體溫?fù)p失。肺組織分析顯示，定植小鼠肺內(nèi)SARS-CoV-2核衣殼蛋白陽性細(xì)胞減少，盡管病毒滴度未變，表明A. muciniphila限制了局部病毒擴(kuò)散而不影響總復(fù)制水平。組織病理學(xué)評(píng)估顯示，兩組間肺部炎癥、水腫或毛細(xì)血管擴(kuò)張無顯著差異。免疫學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，A. muciniphila處理選擇性增強(qiáng)了肺部局部而非全身的細(xì)胞因子反應(yīng)：Th2相關(guān)細(xì)胞因子（IL-4、IL-5、IL-13）和Th17相關(guān)細(xì)胞因子（IL-1β、IL-17A、IL-17F、IL-22、MIP-3α）在肺勻漿中顯著上調(diào)。流式細(xì)胞術(shù)和組織學(xué)分析進(jìn)一步顯示，定植小鼠肺組織中駐留的CD4⁺T細(xì)胞、CD8⁺T細(xì)胞和B細(xì)胞頻率增加，同時(shí)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞也增多，并伴有類似可誘導(dǎo)性支氣管相關(guān)淋巴組織（iBALT）的淋巴聚集物形成。

UMAP分析揭示了肺組織中多樣的免疫細(xì)胞群。A. muciniphila預(yù)處理顯著增加了肺內(nèi)T細(xì)胞豐度，同時(shí)降低了B細(xì)胞比例，并伴有總免疫細(xì)胞數(shù)量的增加。聚焦CD4⁺T細(xì)胞亞群，發(fā)現(xiàn)效應(yīng)性CD4⁺T細(xì)胞（CD44⁺CD62L^-）比例顯著增加，且這種變化是肺部特異性的。通過SARS-CoV-2四聚體分析抗原特異性CD8⁺T細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，A. muciniphila預(yù)處理顯著增加了表達(dá)CD69⁺和/或CD103⁺標(biāo)志的活化組織駐留記憶T（T_RM）細(xì)胞在抗原特異性CD8⁺T細(xì)胞中的比例。重要的是，SARS-CoV-2特異性CD69⁺CD103⁺T_RM細(xì)胞的豐度與感染期間的體溫?fù)p失呈負(fù)相關(guān)，提示其功能相關(guān)性。

功能分析顯示，A. muciniphila處理顯著增強(qiáng)了肺駐留T細(xì)胞而非非T細(xì)胞的細(xì)胞因子分泌譜。多功能指數(shù)（反映單個(gè)T細(xì)胞同時(shí)分泌多種細(xì)胞因子的能力）在處理組小鼠中顯著升高。具體而言，CD4⁺T細(xì)胞和CD8⁺T細(xì)胞中TNF-α和IFN-γ的分泌均顯著上調(diào)，凸顯了這些細(xì)胞抗病毒功能的增強(qiáng)。

本研究為腸-肺軸提供了新見解，揭示了SARS-CoV-2感染如何改變腸道菌群組成和功能，并塑造呼吸系統(tǒng)免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，WA和Omicron變異株對(duì)腸道菌群有不同的影響，其中WA感染導(dǎo)致Akkermansia muciniphila顯著富集，并預(yù)測(cè)了粘液降解和脂質(zhì)代謝相關(guān)通路的功能富集。重要的是，A. muciniphila治療通過增強(qiáng)肺部特異性免疫反應(yīng)，包括細(xì)胞因子產(chǎn)生、iBALT形成以及T細(xì)胞（包括T_RM細(xì)胞）的活化和擴(kuò)增，來發(fā)揮保護(hù)作用。

A. muciniphila在SARS-CoV-2病理生理中的作用具有背景依賴性。作為粘液降解菌，它可能通過破壞粘液屏障加劇腸道炎癥，但同時(shí)也在促進(jìn)細(xì)胞因子（如IL-17A和IL-22）產(chǎn)生方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這對(duì)于粘膜組織修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)至關(guān)重要。本研究中觀察到的Th2和Th17反應(yīng)上調(diào)，伴隨著體重減輕的減少和肺病理的改善，而非組織損傷。這種細(xì)胞因子譜可能通過促進(jìn)iBALT形成和通過IL-22支持上皮修復(fù)，有利于保護(hù)性反應(yīng)。

iBALT的形成是本研究的另一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。這是一種有組織的淋巴結(jié)構(gòu)，促進(jìn)肺部的抗原呈遞和免疫協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)局部抗病毒反應(yīng)。機(jī)制上，A. muciniphila可能通過其磷脂觸發(fā)非經(jīng)典TLR2–TLR1信號(hào)通路來增強(qiáng)T細(xì)胞啟動(dòng)和活化。此外，A. muciniphila特異性濾泡輔助性T（Tfh）細(xì)胞可能支持B細(xì)胞反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)iBALT發(fā)育。本研究結(jié)果還提示，在SARS-CoV-2感染期間，在腸道相關(guān)淋巴組織（GALT）中活化的腸道來源T細(xì)胞可能遷移至肺部，這可能是由肺組織中黏附分子（如MAdCAM-1和VCAM-1）的上調(diào)所促進(jìn)，從而促進(jìn)T_RM細(xì)胞的建立和iBALT的形成。

值得注意的是，A. muciniphila驅(qū)動(dòng)的免疫調(diào)節(jié)可能通過多種分子機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括其獨(dú)特的外膜蛋白（如Amuc_1434、Amuc_1100）下調(diào)上皮細(xì)胞PD-L1表達(dá)以促進(jìn)CD8⁺T細(xì)胞活化，其分泌的特有生物活性脂質(zhì)（如a15:0-i15:0 PE）通過TLR2–TLR1軸激活樹突狀細(xì)胞，以及其調(diào)節(jié)色氨酸代謝產(chǎn)生芳基烴受體（AhR）配體吲哚丙酸，從而影響粘膜修復(fù)和IL-22產(chǎn)生。

然而，本研究也存在一些局限性，包括K18-hACE2小鼠模型不能完全復(fù)現(xiàn)人類反應(yīng)，抗生素預(yù)處理模型的局限性，以及A. muciniphila驅(qū)動(dòng)免疫的具體分子細(xì)胞機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

總之，本研究提供了有力證據(jù)，表明Akkermansia muciniphila在SARS-CoV-2感染期間通過腸-肺軸調(diào)節(jié)粘膜免疫中扮演關(guān)鍵角色。其在感染小鼠和患者中一致的富集提示這可能是一種宿主固有的適應(yīng)性反應(yīng)，旨在通過腸-肺軸調(diào)節(jié)來增強(qiáng)呼吸系統(tǒng)免疫防線。研究證明，A. muciniphila定植通過促進(jìn)局部細(xì)胞因子產(chǎn)生、富集T_RM細(xì)胞和誘導(dǎo)iBALT形成來增強(qiáng)肺部特異性免疫反應(yīng)，從而減輕疾病嚴(yán)重程度，改善病毒的免疫控制，且不引發(fā)全身炎癥。因此，A. muciniphila代表了一種有前景的、源于微生物組的干預(yù)策略，不僅適用于急性COVID-19，也可能對(duì)與菌群失調(diào)和慢性免疫失調(diào)相關(guān)的長期新冠（Long COVID）具有治療潛力。未來的工作應(yīng)側(cè)重于解析宿主-微生物信號(hào)通路的機(jī)制，并推進(jìn)臨床試驗(yàn)以評(píng)估A. muciniphila療法在不同患者群體中的安全性、有效性和可轉(zhuǎn)化性。