肠道微生物组的差异与COVID-19呼吸衰竭患者的死亡风险有关

2020年初，芝加哥医科大学的肺部和重症监护专家巴克蒂·帕特尔医学博士和当时的重症监护研究员马修·斯图茨医学博士对一个研究项目有了一个想法。他们想研究ICU住院患者的肠道微生物群，看看这是否能帮助他们理解为什么一些患者出院后康复并恢复得很好，而另一些患者继续遭受使人衰弱的并发症。医生在ICU中使用的许多常见干预措施，如镇静、抗生素、让患者使用呼吸机或长时间不活动，可能会产生意想不到的后果，造成持久的伤害，即使这些措施最终有助于患者从最初导致他们入院的最初伤害或疾病中恢复过来。

医学助理教授帕特尔说:“我们试图将一些因素联系起来，这些因素可能有助于从生物学上解释为什么患者在ICU住院后会残疾，而不仅仅是我们所做的可能会出现并发症的事情。”但是，正如在此期间构思的许多其他项目一样，帕特尔说:“然后COVID来了。”

大流行把一切都打乱了卫生保健尤其是重症监护室的肺部专科医生。帕特尔一边照顾着拥挤不堪的病人，一边继续工作创新的头盔通风系统这有助于防止危重患者使用呼吸机。与此同时，她和目前在芝加哥斯特罗格医院工作的Stutz将他们的项目转向了一个了解微生物组在严重COVID-19感染中的作用的机会。

这项工作的结果，发表在自然通讯2022年11月的研究表明，肠道微生物群的组成及其产生的代谢物可以预测严重COVID-19患者的呼吸功能和死亡轨迹。这表明肠道微生物组与肺部健康有重要联系，并提供了预防最坏结果的机会。

“还有别的事情在发生”

帕特尔说，大流行期间最令人不安的事情之一是，看到相对健康的患者进入ICU，结果完全不同。一些人死亡，一些人最终康复，许多人康复了，但留下了持久的并发症。“这告诉我还有其他事情在发生，这项研究表明，他们的微生物群健康和他们如何从感染中恢复之间存在一些相互作用。”

2020年9月至2021年5月，护士收集粪便样本来自71名COVID-19患者，他们被收治到芝加哥大学医学院的医疗ICU;这些患者中有39人存活，32人后来死亡。为了分析样本，医生们求助于芝加哥大学Duchossois家庭研究所(DFI)的科学家，他们拥有广泛的校园专业知识和技术基础设施，可以研究微生物样本的组成，包括代谢物和其他物质化合物肠道中的微生物消耗和产生的物质。

Donald F. Steiner医学教授兼DFI主任Eric Pamer医学博士说，仔细收集样本的时间是至关重要的，因为它使Stutz和Patel能够在患有类似严重程度的COVID-19患者之间进行有意义的比较，但这些患者要么从感染中恢复，要么发展为进进性呼吸衰竭。这使他们能够询问感染的进展是否受到微生物群及其产生的代谢物的影响，特别是在ICU环境中。

他说:“调查患有相似感染的患者群体，可以提供非常丰富的信息，这些患者莫名其妙地遵循不同的临床疗程，要么病情好转，要么越来越严重。”“由肺危重症护理团队领导的这项研究让我们有机会了解恢复或恶化的患者的微生物群是否存在差异。”

DFI的核心设施检测到这些患者中微生物组和代谢产物的组成有几个显著差异。患有进行性肺衰竭并死亡的患者体内有更多一种叫做变形菌门比康复的病人多。这些患者的二级胆汁酸水平也较低，一种被称为去氨酪氨酸的代谢物水平也较低。相反，改善的患者有更高水平的二级胆汁酸和更多的去氨酪氨酸。

帕默说，这些发现令人兴奋，因为初步研究表明，二级胆汁酸有助于缓和免疫反应，而去氨酪氨酸与改善抗病毒免疫防御有关。但它提出了一个先有鸡还是先有蛋的问题:幸存下来的患者是带着保护性微生物组进入ICU的，还是严重感染破坏了那些死亡患者的微生物组?

现在下结论还为时过早，但帕默说，这项研究中细致的样本收集时间揭示了患者在病情恶化或恢复之前的差异，这表明微生物组和代谢物有助于严重呼吸道感染的恢复。这可能为给患者提供益生菌治疗打开了一扇窗，这些益生菌含有产生保护性代谢物的正确菌株。分析他们的微生物群还可以识别出可能发展为进行性疾病的患者，为临床医生提供先发制人干预的机会。DFI目前正在建造一个经过认证的生产此类治疗的设施，例如含有活细菌的胶囊，可以帮助重建患者的微生物群。

基于系统的干预

帕特尔说，在校园里有一个像DFI这样的资源，对她的工作是一个福音，她试图为离开ICU的病人创造最好的结果。“作为一名床边服务人员，我已经可以判断出病人的状态是否不好。我不一定需要粪便样本，”她说。“但它能让我问更多的问题，比如考虑到他们入院时的所有医疗问题，这个病人有多虚弱?这将如何与他们现在的感染相互作用?我们如何补充微生物群来建立这种弹性，以避免，例如，使用呼吸机?”

“这是与DFI团队合作令人兴奋的事情，”她继续说道。“这一关于代谢物产生及其与免疫反应相互作用的发现代表了微生物组研究的范式转变。利用DFI提供的技术，我们可以测量微生物组在几个小时内发挥作用，并利用这段时间定制干预措施，使患者恢复到更健康的状态。我认为这只是我们可以一起讲述的许多故事的开始。”

这项研究的题目是“免疫调节性粪便代谢物与COVID-19呼吸衰竭患者的死亡率相关”。其他作者还包括Nicholas P. Dylla、Steven D. Pearson、Paola Lecompte-Osorio、Ravi Nayak、Maryam Khalid、Emerald Adler、Jaye Boissiere、林怀英、William Leiter、Jessica Little、Amber Rose、David Moran、Michael W. Mullowney、Krysta S. Wolfe、Christopher Lehmann、Matthew Odenwald、Mark De La Cruz、Mihai Giurcanu、Anne S. Pohlman、Jesse B. Hall、Jean-Luc Chaubard、Anitha Sundararajan、Ashley Sidebottom和来自芝加哥大学的John P. Kress。