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气道黏膜从鼻孔到肺泡的末端具有连续性,上、下气道在解剖学和组织学上具有相似性,因此上下气道疾病经常是共存的。过敏性鼻炎（allergic rhinitis,AR）与过敏性哮喘（allergic asthma,AA）,被形容为“同一气道,同一疾病”,统称为过敏性气道炎症（Allergic Airway Inflammation,AAI）是特应性个体接触变应原后由免疫球蛋白E（Ig E）介导的Ⅰ型超敏反应性疾病。AAI严重影响病人的生活质量和社会生活,并产生大量的经济成本,是一个全球性的主要健康问题,造成了个人和社会重大的负担。因此,研究AAI的发病机制对于控制疾病的发生和发展是至关重要的。人类的生活环境与过敏性疾病发病密不可分,气道上正常定植的菌群对气道有不同程度的保护作用,但菌群紊乱会诱发炎症反应并且增加对过敏性疾病的易感性。研究发现,大量的微生物群落存在于整个气道中,但微生物群落组成在气道的不同位置存在丰富度和多样性差异,这可能对AAI的发生发展具有一定的作用。上气道具有不同的上皮细胞类型,且暴露于各种环境因素,在过敏原刺激下,上气道微生物群可能发生异常变化。同时,上气道炎症可以向下气道传播。因此,探索AAI的上气道微生物群对于阐明AAI的发病机制具有重要的意义。基于以上背景,本研究利用微生物组学与代谢组学方法,比较过敏性鼻炎病人与正常个体之间的上气道菌群和代谢物的差异,通过体内和体外实验研究葡萄球菌在过敏性气道炎症中的作用及机制。为了解菌群在过敏性气道炎症发生中的作用提供新的实验数据,为临床治疗过敏性气道炎症提供新的策略。一、过敏性鼻炎病人气道微生物组学及血清代谢组学研究方法:以过敏性鼻炎（AR）病人以及健康志愿者（HC）为研究对象,（1）使用16S r RNA高通量测序技术分析鼻拭子样本中呼吸道菌群的丰富度和多样性,研究微生物群的结构和组成;（2）通过超高效液相-高分辨质谱联用技术,对血清样本进行代谢组学分析。结果:（1）发现AR组与HC组的物种Beta多样性差异显著（p＜0.01）。在门水平,变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidete）在上呼吸道微生物中最丰富。在属水平,窄食单胞菌属（Stenotrophomona）、鞘脂单胞菌属（Sphingomona）和费氏杆菌属（Faecalibacterium）在上呼吸道微生物中最丰富。与HC组相比,AR组中葡萄球菌等8个微生物丰度较高,而嗜糖假单胞菌属丰度较低;（2）基于构建的OPLS-DA模型,鉴定了26种差异代谢物和16条相关的代谢通路,其中亚油酸代谢、花生四烯酸代谢和咖啡因代谢是排名前三的代谢途径,其中花生四烯酸（arachidonic acid,AA）代谢过程会产生重要的炎症介质,这些介质被认为是多种炎症相关疾病的标志,包括过敏性哮喘。二、金黄色葡萄球菌在OVA诱导的过敏性气道炎症小鼠中的作用方法:通过构建S.aureus感染OVA诱导的AAI小鼠模型,（1）观察Control组、SA组、OVA组和OVA+SA组小鼠的行为及体重变化;（2）ELISA法检测小鼠总Ig E与OV特异性Ig E（OVA-s Ig E）的含量;（3）使用小动物呼吸肺功能仪的气道阻力和肺顺应性检测系统（RC系统）检测各组小鼠的气道高反应性;（4）小鼠鼻黏膜HE染色;（5）小鼠肺组织HE染色和PAS染色;（6）血清、肺组织和鼻黏膜的代谢组学分析。结果:（1）Control组小鼠活动正常,体重呈增长的趋势。SA组小鼠出现挠鼻行为,活跃程度降低,体重呈降低的趋势。OVA组与OVA+SA组小鼠经常出现抓眼、挠鼻和打喷嚏等行为,日常活动减少,体重呈降低的趋势,OVA+SA组小鼠体重降低更明显;（2）与Control组及SA组相比,OVA组小鼠Ig E水平显著增加（p＜0.05）。与OVA组相比,OVA+SA组小鼠Ig E水平显著增加（p＜0.05）;（3）与Control组相比,SA组、OVA组和OVA+SA组小鼠的气道阻力均上升。与OVA组相比,OVA+SA组小鼠的气道阻力显著增加（p＜0.05）且肺顺应性极显著减少（p＜0.01）,表现出气道高反应性;（4）与OVA组相比,OVA+SA组小鼠鼻黏膜上皮细胞损伤、表皮细胞脱落明显、出现水肿加重、固有层结构出现紊乱、血管明显扩张充血、腺体增生且有炎性细胞大量浸润;（5）与OVA组相比,OVA+SA组小鼠肺组织中支气管厚度增加、伴有明显的灶性萎陷、黏膜上皮更加不完整、肺泡隔明显增厚、黏液分泌增多且管壁各层炎性细胞大量浸润;（6）与OVA组相比,OVA+SA组9,10-环氧十八烯酸和12,13-Ep OME含量均减少,而亚油酸含量在血清中减少但在肺组织中含量增加。此外,OVA+SA组小鼠鼻黏膜中发现戊糖磷酸途径相关的代谢物含量增加。三、金黄色葡萄球菌加重过敏性气道炎症的作用机制研究方法:构建S.aureus感染AAI小鼠模型和DNP-Ig E/HSA诱导的RBL-2H3细胞脱颗粒模型,（1）流式细胞仪检测小鼠BALF中免疫细胞的数量;（2）ELISA法检测小鼠体内细胞因子的含量;（3）Western blot法检测NF-κB和MAPK信号通路相关蛋白的表达;（4）显微镜下观察各组甲苯胺蓝染色的细胞形态;（5）荧光显微镜下观察各组鬼笔环肽染色的细胞膜骨架F-actin;（6）实时荧光定量PCR法检测各组细胞中细胞因子及TLR2的表达水平;（7）检测TLR2的抑制剂C29处理S.aureus感染RBL-2H3细胞脱颗粒模型的β-HEX的释放率。结果:（1）与OVA组相比,OVA+SA组小鼠的BALF中总细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞数量显著增高（p＜0.05）;（2）与OVA组相比,OVA+SA组小鼠的血清中IL-4、IL-5、IL-9和IL-13的含量均显著增加（p＜0.05）;（3）与OVA组相比,OVA+SA组小鼠肺组织中p-p65/p65及p-p38/p38的比例显著升高（p＜0.05）;（4）S.aureus导致大量紫色颗粒被释放到RBL-2H3细胞外,细胞膜变圆不规则;（5）S.aureus导致RBL-2H3细胞骨架发生重构并明显松散;（6）TLR2的抑制剂C29可以显著降低（p＜0.01）S.aureus感染RBL-2H3细胞脱颗粒模型的β-HEX释放率。结论:1.过敏性鼻炎病人上呼吸道菌群发生紊乱,其中葡萄球菌属等8个差异菌属的丰度显著增加,全身代谢特征发生改变,发现了前列腺素H2和前列腺素D2等26个差异代谢物以及亚油酸和花生四烯酸代谢等16条相关代谢通路。2.金黄色葡萄球菌通过促进气道高反应性以及鼻腔和肺组织炎症浸润,增加体内Ig E水平,促进了过敏性气道炎症的发展,并通过调节亚油酸代谢和戊糖磷酸途径等10条代谢通路改变过敏性气道炎症小鼠的全身及局部代谢模式。3.过敏性气道炎症发生时,金黄色葡萄球菌通过TLR2影响RBL-2H3细胞脱颗粒加重过敏反应,其机制可能与NF-κB和MAPK信号通路有关。