陰道和宮腔微生物對健康與疾病的影響

舒思楠，葉紅，劉程程，許夢梵，金淑文，蒲桃綜述 葉紅審校

1.三峽大學第一臨床醫學院婦產科，湖北 宜昌 443000；

2.深圳市兒童醫院，廣東 深圳 518038

人體內的微生物與自身細胞數目相當[1]，而人類所包含的微生物數目超過人類基因數，因此微生物具有巨大的潛力來影響人類的健康與疾病。人體中幾乎沒有組織是絕對無菌的，體外和體內的各種微生物群對健康與疾病具有重要作用。研究表明，人體中細菌的數量級達到了1012～1014，此外，盡管數量較少，但人體中還存在許多其他微生物，例如病毒、古生菌、原生動物、真菌、噬菌體等，它們有助于人體微生物群的形成[2]。基于下一代測序(next-generation sequencing，NGS)的應用，可以從人類混合微生物群落中直接大規模提取微生物DNA和RNA序列，還可用于對無法培養的微生物組進行測序，例如16SrRNA基因、宏基因組學或元轉錄組學的應用，為更深入了解微生物群的功能表征及其與人類宿主的相互作用提供可能[3]。微生物群在宿主的穩態、調節整個身體的健康和疾病方面具有重要作用，在女性生殖道微生物中，陰道微生物群的不良成分與不良妊娠結局有關，而宮腔微生物群已顯示與子宮內膜功能改變和不孕癥結局相關[4]。本文就陰道和宮腔微生物對健康和疾病的影響進行綜述。

1 陰道微生物對健康與疾病的影響

1.1 陰道微生物 在了解陰道微生物之前，首先重要的是要了解處于生理狀態的陰道微生物群。在人類微生物組計劃(human microbiome project，HMP)的研究中發現，正常健康志愿者中，分別在陰道口、陰道中點和后穹窿處采集了樣本，乳酸桿菌在所有部位中均占主導地位。同時在第一次采樣后平均219 d(標準差69 d)的另一個時間點對一部分個體進行了采樣發現，樣本隨時間的變化低于樣本間變化，表明微生物組成相對于總體而言隨時間是穩定的[5]。乳酸桿菌通過產生乳酸、過氧化氫、細菌素或通過競爭性排斥其他細菌來幫助預防陰道感染，陰道微生物群產生的乳酸有助于將pH維持在3.5～4.5的較低水平[6]。通過高通量的16SrRNA基因測序研究發現育齡期婦女的陰道細菌種類組成至少有五種主要的陰道微生物群，稱為社區狀態類型(community status type，CST)，這些CST中有四個由乳酸桿菌主導(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ)。其中CSTⅣ不含大量的乳酸桿菌，而是由兼性厭氧菌組成的多菌混合物狀態[3]。不過在女性的一生中，陰道微生物群并不是一直由乳桿菌所主導。在兒童時期，厭氧菌和大腸桿菌占主導地位；青春期后，雌激素升高導致糖原的產生和積累，導致乳酸桿菌的生長和在陰道上皮的定殖，乳桿桿菌在生育年齡段中保持著主導地位；在圍絕經期，由于內源性雌激素的下降，乳酸桿菌的比例再次下降，不過研究表明，圍絕經期接受激素替代療法的女性可以維持乳酸桿菌含量以及較低的陰道pH值[7]。利用16SrRNA進行的研究表明，特定的陰道細菌的相對比例在健康，無癥狀的女性之間有所不同[8]。陰道微生物群通常由一種或兩種乳桿菌屬所控制，最常見的是乳酸桿菌、內生乳桿菌、加氏乳桿菌或詹森乳桿菌[9]。但是，一部分無癥狀，健康的女性，尤其是黑人和西班牙裔女性，在陰道細菌環境中以乳酸桿菌以外的細菌為主導，包括普羅沃氏菌、加德納氏菌、異養霉菌和巨球藻菌等。這提示不同種族的陰道微生物群可能存在不同特點。不過目前導致陰道細菌種族和地理差異的原因尚不清楚，但可能包括衛生習慣、使用避孕藥、性行為、直腸定植或宿主遺傳因素的差異[3，9-10]。

1.2 陰道微生物與相關疾病

1.2.1 細菌性陰道病 細菌性陰道病(bacterial vaginosis，BV)是由厭氧菌過度生長而產生的陰道綜合征，厭氧菌主要是陰道異種桿菌、陰道加德納菌和人支原體等構成。厭氧菌會對乳酸桿菌有不利影響，使pH升高。而且BV與產科并發癥(早期、晚期流產和早產)相關，其機制可能是細菌感染之間的相互作用或陰道微生物群組成的改變[8]。VODSTRCI等[11]對52名澳大利亞年輕女性進行的一項縱向研究發現，在具有性行為的女性中更容易發現加德納菌(P＜0.05)，可見性活動是BV的重要危險因素，而且性行為增加了有或沒有BV的女性的陰道微生物進化的多樣性，增加了其潛在致病性。而且目前的治療方法復發率高(6～12個月內＞50%復發)，可能的機制包括性伴侶或內源性來源的再感染、生物膜的形成以及未能與理想的乳酸桿菌屬細菌重新定殖有關[12]。相關證據表明，性活動在BV的獲得和復發中均起關鍵作用[13]。PLUMMER等[13]通過對BV的雙方配偶的治療研究對陰道和陰莖微生物群的影響發現，有BV病史的女性中，在接受雙重伴侶治療后與常規伴侶發生無保護性行為的女性中，BV復發的發生率較低。但也有認為對男性性伴侶進行抗生素治療并不能成功降低BV復發的風險，不過仍需更多前瞻性研究。而針對厭氧菌感染的BV，CHENOLL等[14]通過補充益生菌鼠李糖乳酸桿菌BPL005在培養的子宮內膜組織中發現，補充益生菌可以產生有機酸和降低pH值，且可以使純乳酸桿菌定植水平恢復，其可能通過增加抗炎分子的水平來降低非乳酸桿菌微生物群產生的促炎細胞因子水平并維持子宮內膜上皮細胞的炎癥穩態的潛在作用。但現有方法未能提供簡單且有效的方法來增強乳桿菌的優勢性[10]。基于藥物的治療失敗率很高，及可能出現抗生素耐藥性，并且復發性非常普遍，利用陰道微生物群開發活體生物治療制劑以調節微生物群、益生菌等治療將需進一步研究。所以針對女性陰道微生物異常引起的疾病的治療是未來一個重要的研究方向。

1.2.2 外陰念珠菌病 外陰念珠菌病(vulvovaginal candidiasis，VVC)是由條件致病念珠菌引起感染的疾病，VVC常見病菌包括白色念珠菌、光滑念珠菌、熱帶念珠菌、副念珠菌和克魯斯念珠菌等，VVC是繼BV之后第二大最常見的陰道炎，據估計，有10%～15%的無癥狀婦女被念珠菌定植，70%～75%的婦女一生中會經歷VVC發作，每年影響約數百萬婦女。VVC好發因素包括懷孕、激素替代治療、糖尿病、免疫抑制劑、抗生素、糖皮質激素的使用和遺傳易感性等，因此易造成機會性念珠菌從普通到致病性的平衡失調，而其致病性是由許多毒力因子介導的，包括黏附、生物膜形成、細胞外水解酶產生、菌絲形成和表型轉換等[15]。

據報道，不同國家的VVC發病率差異很大(23%～49%，平均39%)，而在VVC之后的復發性陰道念珠菌病(recurrent vulvovaginal candidiasis，RVVC)的發病率(14%～28%，平均23%)也是如此，可以說VVC和RVVC都是常見病，并且除造成臨床癥狀外，RVVC還帶來巨大的心理和費用成本，更容易遭受抑郁癥，對生活的總體滿意度較低。同時RVVC還會干擾情緒和正常的性關系[16]。GHADDAR等[17]通過對黎巴嫩258名在妊娠35～37周孕婦研究發現，白色念珠菌引起的VVC與妊娠糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)患者顯著相關(P＜0.05)，克魯斯梭菌或光滑念珠菌在與早產和妊娠并發癥有相關性(P＜0.05)。患有GDM的孕婦易患VVC是由于血糖升高會增加陰道內真菌的黏附和生長，使陰道上皮細胞易于與白色念珠菌結合。此外，血糖為10～11 mmol/L可能削弱宿主的防御機制，高血糖會降低中性粒細胞的無目的遷移并削弱其趨化和吞噬能力，從而提高GDM患者對VVC的敏感性[18]。因此有必要對VVC及RVVC進行更多的干預措施，以減輕女性的負擔。

2 宮腔微生物對健康與疾病的影響

2.1 健康的宮腔微生物

2.1.1 妊娠期宮腔微生物 妊娠期間女性宮腔微生物并不總是與病理相關，一些微生物存在于妊娠組織中，并且具有良好的妊娠結局，并可能提供有益的功能，但妊娠期引起微生物反應的相關機制仍不清楚。妊娠期間通過多種機制提高了對微生物的免疫耐受性，包括上調抗炎介質、誘導內毒素耐受性以及可能通過調節自噬等。妊娠期對微生物的免疫耐受是指特定的微生物不會對宿主引起有害的定向免疫應答。研究發現，當婦女從本地環境移居到新國家時，包括早產在內的妊娠并發癥發生率升高的報道，可能是由于面對不同的微生物環境時，這種耐受能力較不理想[19-20]。LANNON等[21]通過對足月孕婦絨毛膜羊膜和陰道中乳酸桿菌和BV相關細菌DNA測序發現，在正常妊娠期間，細菌和乳酸桿菌的微生物發生了從陰道向子宮內的轉移，這些細菌可能是分娩時絨毛膜上發育的正常微生物群落的一部分。同樣MORENO等[22]通過16SrRNA測序發現，早期妊娠與早期流產相比，細菌群落的豐富度和多樣性較低，而乳酸桿菌的豐度較高。GOLTSMAN等[23]通過妊娠早期到分娩的10名懷孕受試者的陰道、腸道和口腔微生物組發現，從妊娠早期到分娩的總共選擇了292個樣本(101個陰道拭子，101個唾液和90個糞便或直腸拭子)進行shot彈槍的基因組分析表明，與大多數其他陰道群落類型不同，陰道內乳酸桿菌主導的群落的多樣性隨著胎齡的增加而顯著增加，而且身體不同部位的微生物共享噬菌體和質粒。他們通過對妊娠期間微生物組的動態變化，強調了基因組分辨菌株分析對進一步了解人類微生物組的建立和進化的意義。

2.1.2 未孕期宮腔微生物 未孕期宮腔內有抗菌、殺菌作用。其中包括子宮單層柱狀上皮細胞在月經周期的分泌階段增殖形成腺細胞，通過緊密連接形成了強大的屏障；子宮黏膜表面和子宮內膜液含有感染控制成分，稱為抗菌肽(antibacterial peptides，AMPs)，它具有抗病毒和抗真菌特性，并且還可以對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌(如大腸桿菌和金黃色葡萄球菌)起殺菌作用；此外，在黏膜層的子宮內膜淋巴細胞能對抗病原體的侵襲[24]。像正常的陰道微生物群一樣，健康和無癥狀女性的宮腔微生物中通常以乳酸桿菌為主導[10]。但是，已經發現在其他健康且無癥狀的婦女的宮腔微生物中發現了乳酸桿菌缺乏，這表明在沒有病理征象的情況下，非乳酸菌占主導地位的微生物群可以被認為是正常的[8，25]。并且MITCHELL等[25]通過58例因良性疾病行子宮切除發現，上生殖道細菌的檢測與炎性免疫反應無關，且宮腔中的細菌濃度遠低于陰道中的細菌濃度，但子宮中低水平的細菌存在是常見的，而不是病理性的。因此，對于宮腔微生物的認識仍不足，未孕期宮腔微生物的具體狀態及其種類仍需大量的研究。

2.2 宮腔微生物與疾病

2.2.1 慢性子宮內膜炎 宮腔內子宮內膜微生物改變較明確的是慢性子宮內膜炎(chronic endometritis，CE)，CE指的是子宮內膜的持續性炎癥，主要由細菌病原體引起，包括鏈球菌、大腸桿菌、糞球菌、支原體，其他少數病菌還有結核桿菌、病毒等。因為臨床癥狀不典型，所以很少懷疑和診斷CE[26]。CE與不孕癥、子宮內膜異位癥、反復流產、反復種植失敗和產科并發癥相關。在CE中，微生物感染(例如革蘭氏陰性菌)觸發免疫反應，繼而可能導致B細胞進入子宮內膜間質，從而促發多種促炎分子的異常表達。同時CE中的子宮內膜微血管內皮細胞表達了這種B細胞相關的黏附分子和趨化因子，最終引起子宮內膜容受性改變，引起不良妊娠結局[27]。

2.2.2 子宮內膜異位癥 子宮內膜異位癥是一種多因素疾病，主要包括遺傳、炎癥、血管生成、細胞因子/趨化因子表達以及影響類固醇和類固醇受體表達的內分泌改變，因此目前認為子宮內膜異位癥是一種免疫反應異常的炎癥性疾病[28]，主要影響育齡婦女，并伴有慢性盆腔疼痛和盆腔包塊。LIN等[29]通過對79 512例生殖道感染(宮頸、陰道炎性疾病)的患者隊列研究發現，子宮內膜異位的發生率高于對照組(P＜0.001)，生殖道感染是子宮內膜異位的獨立危險因素，生殖道感染患者表現出子宮內膜異位癥的風險大大增加。同時AKIYAMA等[30]通過前瞻性的研究子宮內膜異位癥(n=30)和沒有(n=39)子宮內膜異位癥的女性收集宮頸黏液(間接反映宮腔微生物狀態)樣本發現，對宮頸黏液的NGS分析表明，不論月經周期的各個階段，除了主要的乳酸桿菌屬，子宮內膜異位組宮頸黏液中腸桿菌科和鏈球菌的數量明顯高于對照組(P＜0.05)。但仍需要進一步的研究以闡明這些細菌在子宮內膜異位癥的病理生理中的機制聯系。可能的原因是子宮內膜微生物感染可能損害子宮的收縮性，促進逆行子宮內膜細胞的播種[26]，進而導致了疾病的進程。

2.2.3 其他婦科疾病 其他婦科疾病與微生物的相關性研究較少，在宮腔內環境下，異常微生物的定植尚不清楚與婦科疾病的影響機制。CHEN等[31]通過對95例因疾病而接受手術的女性(子宮肌瘤、子宮腺肌病、子宮內膜異位癥和輸卵管疾病)的陰道及宮腔微生物分析顯示，在子宮內膜樣品中，乳酸桿菌不再占主導地位，細菌如假單胞菌、不動桿菌、陰道球菌構成了微生物群的重要組成部分。研究還發現通過宮頸口采集的樣本中細菌的分布與手術期間打開子宮所采集的樣本的細菌分布高度相似。同時發現子宮肌瘤、子宮腺肌癥和子宮內膜異位與道格拉斯腔中的腹膜液的微生物群組成有關。類似的LI等[2]通過中國育齡婦女的宮頸管和腹膜液中的52個樣本進行了Shot彈槍測序發現，存在于女性生殖道的微生物群落在樣品之間以及在患者之間是高度相關的，這些微生物從陰道轉移到腹膜液中，這也表明在女性生殖道的微生物是連續性的。該研究還提供了一個框架，用于理解女性生殖道不同微生物的組成和功能與健康和疾病的關系。但是微生物與婦科疾病的相關機制仍需進一步研究。

3 女性生殖道微生物對男性微生物的影響

女性生殖道微生物（主要是陰道微生物）對男性微生物的影響仍處于起步階段，特別是兩者的關聯。尤其是細菌的哪些分子過程能夠觸發宿主陽性反應以及宿主哪些防御因子可以抵御微生物，陰道微生物與精液質量下降和明顯的不育男性微生物相互作用都需要進一步研究[4]。M?NDAR等[32]研究精液和陰道分泌物的微生物組(性交前后)發現，伴侶之間存在細菌共享，并且伴侶會影響彼此生殖道微生物的組成，而且還發現女性中BV相關的陰道加德納菌占優勢與男性生殖道炎癥顯著相關。同樣M?NDAR等[33]通過對首次有性生活的男性的研究發現，首次性生活后表現為精液細菌種類增多和總濃度的增加。而VODSTRCIL等[11]通過性活動對年輕女性陰道微生物研究發現，性活動和種族影響了沒有性經驗的女性的陰道微生物的組成。如果乳酸桿菌是占主導地位的菌種，則隨著時間的推移，女性陰道微生物會持續保持一致。性行為并沒有改變微生物群落的一致性，但是增加了有或沒有BV的年輕女性的陰道微生物進化的多樣性，表明可能存在共生和潛在致病進化的性傳播。并且首次出現性行為時的年齡以及性行為的各個方面都有明顯的影響，包括頻率、方式和避孕手段的使用[4]。DEPUYDT等[34]通過對573例不育夫婦的前瞻性研究發現，精液中感染人乳頭瘤病毒(human papilloma virus，HPV)降低了進行宮內人工授精(intrauterine insemination，IUI)夫婦的臨床妊娠率，與HPV檢測陰性組相比，HPV陽性精子授精的女性的臨床妊娠率少4倍。精子中HPV病毒粒子的檢測與IUI陰性有關。這些都支持了女性生殖器微生物群（主要是陰道微生物）可以影響男性微生物以及影響健康的微生物。這些微生物能夠通過直接作用改變精子功能，而無需活性氧和炎性細胞因子的介入，或者通過微生物直接黏附于精子或產生能夠改變精子活力和/或可溶性因子來實現，誘導細胞凋亡[4]。

綜上所述，女性陰道和宮腔微生物對于妊娠，婦科疾病以及產科并發癥等在內的發生發展有關。但目前對女性陰道和宮腔微生物的認識還不足，比較片面。隨著基因組學、轉錄組學、代謝組學和/或蛋白質組學等進展，以及新型測序方法的應用，有利于推進女性陰道和宮腔微生物對健康和疾病的認識，明確微生物對于生殖道疾病發展以及伴侶和后代健康的影響。未來的研究還將進一步研究宿主與生殖道微生物和特定疾病表型之間的關系，對于女性生殖道微生物群及其如何受到遺傳學，免疫反應和其他環境變量影響的研究，仍需要進行進一步的研究。