宮頸微生態對高級別宮頸上皮內瘤變患者錐切術后轉歸的影響分析

王雪琪，羅世城，馬 瑩，李 莉，李立安，李亞里，翟青枝，孟元光

1 解放軍醫學院，北京 100853；2 解放軍總醫院第一醫學中心 婦產科，北京 100853

宮頸癌是世界范圍內女性的第四大常見腫瘤，2020年全球約有60.4萬例新發病例和34.2萬例死亡病例，80%以上發生在發展中國家[1]。高危型人乳頭瘤病毒(high risk-human papilloma virus，HR-HPV)的持續感染已明確為宮頸病變甚至癌變的危險因素[2]。大部分HR-HPV感染女性可通過自身免疫能力將其從體內清除，但仍有5% ～10%的感染女性無法自行清除，從而導致持續性HR-HPV感染[3]。宮頸錐切術是高級別宮頸上皮內瘤變(high-grade squamous intraepithelial lesions，HSIL)的主要治療方式之一，但仍有5% ～ 16%的HSIL患者在進行錐切手術后進展為宮頸癌[4-5]。治療后HR-HPV持續感染是疾病進展的高危因素，但導致持續感染的原因尚未明確。有研究顯示，陰道微生態的變化與宮頸 HR-HPV 持續感染及宮頸病變有一定相關性[6-7]。目前國內陰道微生態相關研究主要集中在形態學檢測，具有較強的主觀性[8]。本研究采用高通量測序，針對16S rRNA V3 + V4區域進行擴增測序，進而更為準確、客觀地反映出陰道微生態的構成，比較HSIL患者術后HR-HPV轉陰組、HR-HPV陽性組和對照組的宮頸菌群組成和多樣性。

對象與方法

1 研究對象 對象概況：經解放軍總醫院倫理委員會同意(S2018-221-01)，簽署知情同意書，入組解放軍總醫院第一醫學中心2020年9月- 2021年9月因HSIL行宮頸錐切手術的患者116例，根據術后3個月復查結果，術后持續感染24例。為避免樣本量差異造成偏差，根據年齡及體質量指數進行1∶1∶1配比，納入術后轉陰的患者及同期門診體檢的健康受試者各24例。術后持續感染組和術后轉陰組的納入標準：1)HR-HPV陽性的HSIL患者；2) 3 d內無性生活或陰道灌洗；3) 1周無抗生素或陰道用藥；4)無宮頸手術史(錐切、LEEP)；5)采樣前1周無異常子宮出血；6) 1周內無性激素使用；7)取材前未行陰道消毒；8)非孕期或哺乳期的育齡女性；9)無急性期的陰道或盆腔炎性疾病。排除標準：1)錐切手術后切緣陽性者；2)錐切病理結果為宮頸癌；3)術后3個月內有性生活但未使用工具避孕；4)惡性腫瘤、免疫性疾病患者。健康組納入標準除HR-HPV陰性外，余標準同上。

2 樣本采集及處理 無菌棉拭子在婦科檢查時留取宮頸分泌物，置于-80℃保存。待臨床結果回報后進行分組。根據Swab Genomic DNA kit試劑盒(康為世紀)說明書對樣本的基因組DNA進行提取。采用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度，用無菌水稀釋樣品至1 ng/μL。用341F(5'-CCTAYGGGRBGCASCAG-3')和806R(5'-GGACTC NNGGGTATCTAAT-3')引物對V3 + V4可變區進行PCR擴增。根據PCR產物濃度進行等濃度混樣，使用Ion Plus Fragment Library Kit 48 rxns建庫試劑盒(Thermofisher)進行文庫構建，構建好的文庫經過Qubit定量和文庫檢測合格后，使用Illumina平臺進行測序。

3 生物信息學分析 對Illumina NovaSeq 測序得到的原始數據進行拼接、質控、過濾，得到可用于后續分析的有效數據。然后基于有效數據進行OTUs聚類和物種分類分析，得到對應的物種信息和基于物種的菌群豐度分布情況。以97%的一致性將序列聚類成為OTUs，共有3 720個OTUs，其中，能夠注釋到數據庫的OTUs數目為3 240(87.10%)，注釋到界水平的比例為87.10%，門水平的比例為62.47%，綱水平的比例為61.94%，目水平的比例為59.09%，科水平的比例為52.28%，屬水平的比例為39.70%。然后對OTUs序列與Silva132數據庫進行物種注釋。根據物種注釋情況，進一步計算α多樣性與β多樣性，并進行組間差異的比較。α多樣性是對單個樣品中物種多樣性的分析，包括Chao1指數、Shannon指數和Simpson指數。Chao1在生態學中常用來估計物種總數，Shannon、Simpson指數用來評估菌群的多樣性，Shannon值越大，多樣性越高， Simpson指數值越大，說明群落多樣性越低，通過α組間差異分析，初步判斷各組間微生物群落結構的組成相似性，根據樣本所屬生態類別進行分析。

4 統計學分析 采用SPSS25.0軟件對數據進行統計分析。本研究數據一般資料為非正態分布的計量資料，以Md(IQR)表示，組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗。使用R Studio，STAMP(v.2.1.3)軟件對于數據進行可視化，微生物含量數據組間比較使用單因素方差分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 三組一般資料比較 對各組受試者的年齡及體質量指數(body mass index，BMI)進行正態分布驗證，顯示為偏態分布，使用Kruskal-Wallis檢驗受試者基礎信息，其差異無統計學意義(P＞0.05，表1)，入組人群具有可比性。

表1 三組受試者一般資料比較[Md(IQR)]Tab. 1 Basic imformation in the three groups (Md[IQR])

2 宮頸菌群分布 對宮頸菌群進行物種分布分析，三組人群宮頸菌群在屬水平均以乳桿菌屬(Lactobacillus)為優勢菌。根據樣本在屬水平的物種注釋及豐度信息，選取豐度前10名的菌屬進行聚類并繪制柱狀圖(圖1)。可看到三組宮頸微生物優勢菌屬存在明顯的差異。乳酸桿菌為豐度最高的菌，在三組內均為高豐度。奇異菌屬(Atopobium)為豐度第2高的菌，該菌屬相對豐度在轉陰組中最高。加德納菌(Gardnerella)為豐度第3高的菌，在陽性組中相對豐度更高。

圖1 三組患者宮頸菌群屬水平物種分布柱狀圖Fig.1 Histogram of species distribution at genus level of cervical microflora in the three groups

3 組間聚類分析 根據樣本屬水平的物種注釋及豐度信息，選取前35名的菌進行聚類分析，繪制熱圖(圖2)。其中可看到三組菌群優勢菌屬存在明顯的差異，除了共有的乳酸桿菌外，陽性組以腸球菌為主，轉陰組以葡萄球菌、棒狀桿菌屬為

圖2 三組宮頸菌群豐度聚類圖Fig.2 Cluster diagram of species abundance of cervical microflora in the three groups

主，對照組則以雙歧桿菌屬、克雷伯氏菌屬為主。

4 α多樣性分析 本研究結果顯示, Chao1指數P均＞0.05，組間物種總數差異無統計學意義，說明三組物種總數相仿。而陽性組與轉陰組對比，Shannon指數差異有統計學意義(P=0.039)，這說明兩組的宮頸菌群多樣性差異有統計學意義，其中陽性組物種分類總數與群落多樣性高于轉陰組。在物種分布的均勻程度(即Simpson指數)的比較中，其中健康對照組的宮頸菌群群落均勻度高于轉陰組，差異有統計學意義(P=0.037)。而健康對照組與陽性組、轉陰組比較，其群落多樣性差異無統計學意義(圖3)。

圖3 三組間宮頸菌群α多樣性指數Fig.3 Alpha diversity index of cervical microflora among the three groups

5 β多樣性分析 β多樣性對不同樣本的微生物群落構成進行比較分析，距離矩陣熱圖顯示三組兩兩對比差異均無統計學意義(圖4)。基于LDA將三組做LEfSe分析對比三組差異菌屬，評估顯著差異菌屬的影響力，篩選出LDA＞4的菌屬，認為是影響力大的菌屬。三組比較，其中轉陰組中影響力較大的為棒狀桿菌屬(圖5A)。兩兩比較中，陽性組與轉陰組對比分析檢測出4個影響力較大的菌(圖5B)，均集中在轉陰組，在目、科、屬、種水平均為棒狀桿菌。陽性組與對照組、轉陰組與對照組均未篩選出LDA＞4的差異菌屬。

圖4 三組間β多樣性指數熱圖Fig.4 Heat map of beta diversity index among the three groups

圖5 LDA值分布圖Fig.5 Histogram of LDA value distribution

取相對豐度前10的菌群，在門水平做UPGMA聚類分析(圖6)，可以看到陽性組與轉陰組較為相似，與對照組差異較大，優勢菌群均以厚壁菌門(Firmcutes)為主。

圖6 三組門水平 Top10菌群UPGMA聚類樹Fig.6 UPGMA clustering tree of the top 10 microflora at phylum level among the three groups

6 差異菌種分析 經Meta Stat分析篩選具有差異的物種(圖7)，在轉陰組與對照組的對比中，單胞菌屬(Stenotrophomonas)差異有統計學意義(P＜0.01)、擬桿菌屬(Bacteroides)差異有統計學意義(P＜0.05)，且均在對照組中相對豐度較高。在陽性組以及轉陰組的對比中，鏈球菌屬(Streptococcus)差異有統計學意義(P＜0.01)，單胞菌屬、擬桿菌屬、韋榮球菌屬(Veillonella)差異有統計學意義(P＜0.05)，以上菌屬在陽性組中豐度更高；而在陽性組與對照組對比中，存在差異的菌屬較多(P＜0.05)，分別為支原體菌屬、漫游球菌屬、依格納季氏菌，且在健康組中相對豐度較高。

圖7 三組屬水平Meta Stat組間差異分析熱圖Fig.7 Heatmap based on MetaStat analysis among the three groups at genus level

討 論

全球大多數女性在其一生中至少感染過一次HR-HPV，80%的感染者在2年內可自然清除。有少部分患者因持續感染發展為宮頸病變、宮頸癌[9]。現有研究已證實，高齡、合并感染、病毒類型、癌基因整合與過度表達、免疫逃逸均為HPV持續感染的危險因素[10]。盡管通過宮頸錐切術的治療，仍有部分患者持續感染HR-HPV，且發生宮頸癌的概率是健康人群的5倍[5]。近年來多項研究表明，陰道微生態會影響HR-HPV的感染或清除[11]。菌群失調是最常見的一種微生態失衡形式，即陰道內的優勢菌屬乳酸桿菌大量減少，乳酸產生減少，陰道的pH值上升，陰道對病原菌的抵抗力降低，進而導致了各種陰道炎的發生，同時也為HR-HPV的侵襲和繁殖提供了便利。解放軍總醫院第一醫學中心統計了2019年1月- 2020年5月行錐切術女性3個月后的HR-HPV和TCT結果，HR-HPV轉陰率為73.04%[12]，明顯高于現有報道的25.8% ～ 73.8%[13]。依據年齡、BMI按1∶1∶1分別配比24例術后轉陰者及健康受試者入組。配比雖然不能直接控制混雜因素，但提高了控制混雜因素的效率，一定程度減少偏倚，增加可比性。

本研究α多樣性提示三組人群均以乳酸桿菌為優勢菌屬，與現有文獻報道相同[14]。國內有研究檢測不同級別宮頸病變女性的陰道微生態，發現隨著宮頸病變級別升高，陰道微生態多樣性也隨之升高[15]。本研究中持續感染組宮頸群落多樣性高于轉陰組，轉陰組宮頸群落多樣性高于對照組，提示宮頸微生態紊亂患者錐切術后易于持續感染。進一步分析其原因可能為其他菌群多樣性增高，病原體大量繁殖并生長，使陰道菌群失調，導致細菌性陰道病、需氧菌陰道炎等。這些致病菌產生的有害物質如亞硝酸銨等增多，干擾陰道局部免疫系統，使機體抗感染能力下降，增加了各種宮頸疾病的患病率[16]。持續感染組中的另一豐度較高的腸球菌有極強的耐藥性[17]。有研究證實腸球菌能產生有害化學物質，破壞DNA，改變一些腸道寄生細菌的生長、分裂方式，甚至還會增強致癌基因的活動，但該菌與HR-HPV持續感染的關系仍需要相關研究證實[18]。轉陰組中的葡萄球菌是條件致病菌，可引起機體的免疫反應，并且該菌分泌的凝固素可使感染局限，促進致病菌的清除。雙歧桿菌作為HR-HPV陰性人群相對豐度較高的菌屬，對人體健康具有生物屏障、營養、抗腫瘤、免疫增強、改善胃腸道功能、抗衰老等多種重要的生理功能。此外，有研究還發現雙歧桿菌可激活機體巨噬細胞的吞噬活性，而有助于抑制腫瘤細胞，同時還可通過誘導腫瘤細胞的凋亡而達到抑制腫瘤生長的作用，被認為是維持宮頸微生態平衡的重要菌群[19]。

β多樣性分析中，三組菌群結構比較，差異無統計學意義，可能與錐切后持續感染病例過少有關，也可能與隨訪時間較短有關[20]。大多數隨訪區間為6個月、6 ～ 12個月、大于12個月，其中持續感染組有一部分人群尚處于HPV清除階段，若延長隨訪時間，轉陰率也許會更高，兩組的菌群差異會更為明顯。本研究為避免術后因性生活帶來的干擾因素，根據錐切術后醫囑，選擇了術后3個月為復查節點。聚類分析樹狀圖中可以看到，術后持續陽性組與術后轉陰組菌群結構較為相似，但與對照組差異較大，提示宮頸微生態在一定程度上受HSIL疾病本身的影響，這與我們前期研究結果相符[21]。聚類分析中，三組門水平上厚壁菌門(Firmcutes)占主導地位，這與既往研究一致[22]。消化鏈球菌是人體口腔、上呼吸道、腸道和女性生殖道的正常菌群，可引起人體各部組織和器官感染，多見與混合感染[23]。該結果提示造成錐切術后預后差異的因素，可能與炎癥反應有關，消化鏈球菌可能成為新的生物標志物。

綜上所述，高級別宮頸上皮內瘤變與宮頸微生態相關，術前宮頸微生態可能是影響術后HRHPV轉歸的重要因素，但由于本研究樣本量較少，仍需要進一步擴大樣本量。宮頸菌群分析中，消化鏈球菌是促進轉陰的重要微生物，但其對機體消除HR-HPV的機制仍需大量基礎實驗進一步研究。在HSIL患者術后應注意糾正陰道微生態平衡，這有利于宮頸癌的防治。