Real-time near-infrared imaging distinguishes nasopharyngeal colonization from aspiration of Streptococcus pneumoniae and identifies aspiration as a trigger of severe disease

肺炎是一种常见的威胁，对老年人而言尤其如此，然而导致该病的细菌通常在人体内静静生存而不造成伤害。一种被称为“肺炎链球菌”（Streptococcus pneumoniae）的常见细菌类型，经常定居在被称为鼻咽部的咽喉上部和鼻子部位。在这个位置，这些细菌可以无害地停留多年，仅仅与宿主共存。然而，如果这种相同的微生物移动到身体更深处，侵入肺部并引发严重感染，它就可能变得致命。长期以来，科学家们已经了解到，这种从无害居民到致命入侵者的转变是危险的，但触发这一变化的准确时刻和机制一直尚不明确。核心问题在于，细菌最初着陆的位置是否决定了感染的结果。细菌是需要立即被吞入肺部才会造成麻烦，还是可以先从鼻子开始，稍后再向下移动？理解这一区别至关重要，因为它可能会改变我们预防严重疾病的思考方式，即从仅仅计数细菌的数量转向理解它们的去向。

为了回答这个问题，研究人员开发了一种新的实时观察细菌移动的方法，该方法不需要改变细菌的遗传密码。他们用一种名为吲哚菁绿（indocyanine green）的特殊染料为细菌进行了标记，这种染料在近红外光下会发光，这是一种人类肉眼看不见但能被灵敏摄像机检测到的光。这种染料仅通过将其与细菌混合即可添加，这一过程让细菌在体温下保持健康且正常生长。随后，团队将这些发光的细菌引入小鼠体内，并使用高速摄像机记录了感染发生后的前十分钟。这段连续的视频揭示了细菌可能采取的两条截然不同的路径。在某些情况下，细菌局限于上呼吸道，研究人员将这种状态鉴定为“定植”。而在其他情况下，细菌被立即吸入下呼吸道，这一过程被称为“误吸”。这项技术使科学家能够观察到这些事件发生的实时过程，从而区分出那些留在原地的细菌与那些在数秒内被吸入肺部的细菌。

这两条不同路径带来的后果是显著且直接的。研究人员对小鼠进行了为期数天的追踪，发现那些细菌被误吸入肺部的小鼠，与那些细菌停留在鼻子的组别相比，面临着更高的死亡风险。这种差异如此显著，以至于发生误吸的小鼠死亡风险高出近八倍，这一结果在年轻和年老的小鼠中均成立。由于年老小鼠被给予的细菌数量比年轻小鼠少十倍，却在发生误吸时仍遭受了同样高的死亡率，这一事实表明，细菌所在的位置是一个比细菌单纯数量更为关键的因素。这些组别的死亡始于第三天，标志着一旦细菌进入下呼吸道，病情便开始迅速恶化。

为了理解为什么误吸会导致如此严重的后果，团队在感染24小时后检查了小鼠的身体。通过分析血液，他们发现误吸了细菌的小鼠体内防御系统出现了大规模激活。它们的血液中含有触发炎症和产生新免疫细胞的高水平信号。此外，血液显示出有助于血液凝固和对抗入侵者的系统活动增强。这些发现表明，误吸行为本身引发了体内的连锁反应，激活了强大的免疫途径，这些途径虽然旨在提供保护，但似乎也导致了疾病的严重程度。该研究证实，细菌从鼻子向肺部的物理移动是严重疾病的关键诱因，并引入了一种新的成像工具，可以观察这一关键时刻的展开，将细菌的早期行为与身体的全身性反应直接联系起来。