背景：上呼吸道和下呼吸道具有不同的环境和反应，这些因素会影响微生物定植。然而，探究它们之间的关系在技术上具有挑战性。本研究旨在确定在儿童时期定植于鼻咽部和气管的菌群之间的关系。
方法：我们使用V4 16S rRNA基因测序来分析从172名20周至18岁受试者收集的鼻咽拭子和气管吸出物样本。这些样本是在2020年的20周内，在受试者接受择期手术前采集的。经过提取、测序和质量控制后，我们研究了剩余的147份鼻咽拭子和95份气管吸出物，包括80对匹配的样本。
结果：测序数据揭示，鼻咽部主要由少数几种高度丰富的菌群定植，而气管吸出物则表现出更高的多样性。鼻咽部定植模式与儿童时期的年龄相关。
结论：我们的数据表明，只有相对较少的物种同时定植于鼻咽部和气管。此外，我们观察到鼻咽部微生物群的组成变化与年龄相关，这提示鼻咽部微生物群在儿童发育过程中可能存在一定的进展模式。
影响：儿童期呼吸道微生物群在呼吸健康和免疫发育中起着重要作用。在本研究中，我们报告了从婴儿到18岁儿童的鼻咽拭子和气管吸出物配对样本。我们发现，上呼吸道和下呼吸道微生物群不太可能共享菌种，且在多样性方面没有相关性。我们展示了上呼吸道微生物群的组成与年龄强烈相关，在儿童和青少年期间存在典型的发育轨迹。我们的结果有助于理解呼吸道微生物群的组装过程，并可用于预测幼儿的呼吸道疾病。
图1：鼻咽拭子和气管吸出物V4 16S rDNA测序结果概述。a) 鼻咽拭子（N=146）和b) 气管吸出物（N=95）中每个样本的门水平丰度。白色条表示未分类到门水平的菌群比例。c) 鼻咽部和气管样本的平均门水平丰度总结。d) 所有样本之间未加权Unifrac距离的主坐标分析（PCoA）。e) 所有样本之间加权Unifrac距离的主坐标分析（PCoA）。f) 在至少10%的鼻咽拭子样本中检测到的菌群热图。g) 在至少10%的气管吸出物样本中检测到的菌群热图。
图2：鼻咽拭子和气管吸出物微生物群的共现网络。a) 从鼻咽拭子样本生成的共现网络。仅包含与最小效应大小为0.05的边相连的节点。b) 从气管吸出物样本生成的共现网络。仅包含与最小效应大小为0.10的边相连的节点。
图3：通过Dirichlet多项式建模识别的鼻咽拭子和气管吸出物微生物群的簇总结。a) 根据分配的簇比较鼻咽拭子的Shannon多样性。鼻咽拭子分为四个簇：NS1（N=68）、NS2（N=29）、NS3（N=29）和NS4（N=21）。b) 鼻咽微生物组之间未加权Unifrac距离的主坐标分析。c) 根据分配的簇比较气管吸出物的Shannon多样性。气管吸出物分为两个簇：TA1（N=58）和TA2（N=37）。d) 气管吸出物微生物组之间未加权Unifrac距离的主坐标分析。Kruskal-Wallis检验用于测试簇是否解释了受试者α多样性的显著变异比例。Wilcoxon检验结合Benjamini-Hochberg错误发现率校正用于识别簇间差异。PERMANOVA用于测试分配的簇是否解释了数据中的显著变异比例。
图4：鼻咽拭子和气管吸出物的相关特征。a) 使用Wilcoxon符号秩检验比较鼻咽拭子（N=147）和气管吸出物（N=95）的Shannon多样性。b) 80个匹配样本中同时出现在鼻咽拭子和气管吸出物中的菌群的共现分析。
图5：鼻咽部微生物群组成与儿童发育期间年龄的相关性。a) 线性回归结果，比较鼻咽拭子微生物组Shannon多样性与受试者的各项特征。b) 绘制鼻咽拭子Shannon多样性与受试者年龄的简单线性回归。c) 使用PERMANOVA分析比较不同受试者之间未加权Unifrac距离与其各项特征。d) 主坐标分析（PCoA）图，显示年龄对受试者之间Unifrac距离的影响。e) 各年龄段鼻咽拭子簇分布的条形图。所有147个鼻咽拭子样本都用于每项分析。
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