陰道微生物群與子宮內膜癌發(fā)病關系的研究進展

夏玉婷 王哲 張三元

子宮內膜癌(endometrial carcinoma)是婦科三大惡性腫瘤之一,據美國癌癥協(xié)會數據顯示,2020年美國子宮內膜癌新發(fā)病例65 620例,死亡12 590例,僅次于卵巢癌[1]。子宮內膜癌公認的危險因素包括長期的雌激素刺激、基因突變、肥胖、高血壓、糖尿病、不孕和炎性等,但具體發(fā)病機制仍未完全闡明?，F在微生物與人體的關系日益受到關注,已經有越來越多的微生物被證明與人類疾病狀態(tài)有關,甚至可引起癌癥或加速其發(fā)展。陰道是一個與外界相通的、有菌的器官,健康狀態(tài)下陰道微生物群處于動態(tài)平衡狀態(tài),陰道微生物群的構成及量的改變與多種婦科疾病有關。現綜述陰道微生物群與子宮內膜癌的關系,并總結其相關機制,為防治子宮內膜癌提供新的切入點。

1 陰道微生物群

1.1 陰道微生物群的特征 Ravel等[2]將陰道微生物分成5種菌群類型(community state type,CST):CSTⅠ～Ⅴ。CSTⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ分別是以卷曲乳桿菌、加氏乳桿菌、惰性乳桿菌及詹氏乳桿菌占優(yōu)勢,而CST Ⅳ則為一大型異質性菌群,以厭氧菌為主,主要包括了加德納菌、普氏菌和巨型球菌等,只含有少量的乳桿菌,CST Ⅳ型與細菌性陰道病和陰道炎性的發(fā)病有關[3],該分類方法在之后的研究中被普遍應用。

生理情況下,女性陰道中乳桿菌屬占據主導地位,乳桿菌通過產生乳酸使陰道pH值維持在正常范圍內(3.8～4.5),并能通過產生過氧化氫(H2O2)、細菌素類化合物、激活免疫系統(tǒng)、誘導癌細胞株凋亡和抑制增殖發(fā)揮抗炎、抗腫瘤的作用[4]。

隨著測序吞吐量的快速提高和測序成本的降低,陰道微生物群的研究變得越來越可行。通過多組學推動陰道微生物群與健康之間相關性的特征已經成為未來研究的趨勢。目前已經有學者構建了人類陰道非冗余基因目錄(VIRGO),可使確定的基因進一步聚集成陰道直系同源群(VOGs),提供了陰道微生物群常見的功能蛋白家族目錄[8]。VIRGO提供了超過95%的人類陰道微生物群覆蓋率,適用于北美、非洲和亞洲的人群,目的通過大數據來描述個體群落中物種的多樣性,從而解釋陰道微生物群同女性健康的關聯(lián)。

2 陰道微生物群對女性生殖生理的維持和維護作用

2.1 陰道微生物群對女性的正常生理平衡起著支持作用 長期以來,陰道微生物在女性健康和疾病中起著重要作用。產生乳酸的微生物在維護陰道微生態(tài)方面具有重要作用,并可防止陰道感染。以乳桿菌為主的陰道微生物群對宿主有益,而由厭氧菌組成的益生菌性陰道微生物群與許多婦科正常生理有關,同時還和一些婦科疾病相關[9]。陰道微生物群可以調節(jié)雌激素水平,從而影響雌激素介導的女性生理過程,可能決定一些婦科疾病的誘發(fā)因素,并最終影響生活質量[10]。陰道微生物群的變化更有可能在月經期發(fā)生。月經期的各種變化,包括血液的存在、衛(wèi)生棉條的使用、衛(wèi)生和性活動的變化以及雌激素和孕激素的波動,都可能導致這些陰道微生物的改變[9,10]。α多樣性、乳桿菌的相對豐度和群落穩(wěn)定性與月經周期中雌二醇水平的變化相關,當雌二醇水平最低時,陰道微生物群的多樣性與波動性也最大,而血清雌二醇水平達峰值時陰道微生物群結構也最穩(wěn)定,這可能是因為雌激素促使鱗狀上皮細胞增殖,產生更多的糖原以促進乳桿菌的生長[11]。

2.2 陰道微生物群對女性生殖及胎兒的保護作用 盡管普遍認為胚胎環(huán)境中沒有可培養(yǎng)的陰道微生物群,但最近的研究表明,子宮和輸卵管并非無菌的,微生物可能對胎兒健康起作用[5]。

乳桿菌水平的升高,是16周后早產的一個風險因素[5]。陰道微生物轉移到羊水中與胎膜早破有關,這表明陰道微生態(tài)的完整性會影響宮內環(huán)境[12]。此外,接受陰道孕酮治療以調節(jié)早產風險因素的女性陰道微生物群落組成沒有改變[12]。早產胎膜破裂伴隨的陰道微生物群狀態(tài)需要進行定期檢查,以推斷這些變化發(fā)生的原因和方式,以及它們在早產中的作用。

2.3 陰道微生物群對更年期女性的健康支持作用 隨著女性進入圍絕經期,雌激素水平的降低可導致陰道分泌物減少、外陰陰道萎縮、老年性陰道炎等癥狀,在絕經后女性中普遍觀察到陰道pH值升高、乳桿菌水平下降、陰道微生物群種類增加。在中國絕經后健康女性的陰道微生物群中,乳桿菌仍然很突出[6]。因此,健康絕經后女性血清雌激素、陰道糖原、乳桿菌水平和泌尿生殖系統(tǒng)癥狀之間的相關性可能不一致,但乳桿菌的總體水平同絕經后女性的健康相關。

3 陰道微生物群維持女性健康的相關機制

3.1 陰道微生物群維持正常陰道pH值,抑制病原菌 育齡女性的陰道上皮細胞在雌激素和孕激素的作用下會發(fā)生增殖、剝落和修復的周期性變化,在這個過程中產生的游離糖原為乳桿菌的生長提供物質和能量,乳桿菌通過分解糖原產生有機酸,維持陰道酸性環(huán)境[13],抵抗病原菌入侵,抑制病原菌生長。此外,陰道的酸性環(huán)境有利于保持細菌素和H2O2的活性[14]。

3.2 陰道微生物群分泌各種代謝產物,維持健康 乳桿菌可分泌胞外多糖、磷酸化多糖和肽聚糖等,抑制惡性腫瘤增殖,可通過產生細菌素和表面活性成分抑制致癌物質的產生和有害微生物的生長[15]。另外,乳桿菌可通過產生乳酸、過氧化氫、防御素和營養(yǎng)競爭,使病原菌無法定植[16]。

3.4 陰道微生物群誘導癌細胞株凋亡,抑制增殖 Tukenmez等[20]發(fā)現乳桿菌產生的細胞外多糖能夠以時間依賴的方式抑制直腸癌細胞增殖,并可通過增加半胱天冬酶的表達誘導直腸癌細胞凋亡。有研究通過評估植物乳桿菌對不同癌細胞株的半數抑制濃度,發(fā)現植物乳桿菌也具有確切的抗癌效果,且無毒副作用,未來或許可用于腫瘤的補充治療[21]。

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4 陰道微生物群與子宮內膜癌發(fā)生的相關機制

4.1 介導炎性反應 據估計,大約25%的癌癥病例是由慢性感染和炎性引起的,盆腔炎患者發(fā)生子宮內膜癌的風險比健康人群增加了1.79倍[22],炎性反應會重塑子宮內膜周期并參與子宮內膜黏膜的變化,進而導致癌癥的發(fā)生。炎性會釋放促進腫瘤的介質,如生長因子、細胞因子[尤其是白細胞介素6(interleukin-6,IL-6)和IL-8]、趨化因子、自由基、活性氧和前列腺素等,它們可以產生許多遺傳和表觀遺傳改變,包括腫瘤抑制基因內的點突變、DNA甲基化模式的改變以及翻譯后水平的修飾。這些改變可能通過影響細胞內穩(wěn)態(tài)所必需的途徑而導致癌癥的發(fā)生和進展[23]。

4.1.1 促進細胞因子釋放:Caselli等[24]將陰道阿托波菌屬、卟啉單胞菌屬、乳桿菌屬與人子宮內膜腺癌細胞株HEC-1A共培養(yǎng)24 h,發(fā)現乳桿菌只誘導IL-8產生,而陰道阿托波菌屬和卟啉單胞菌屬不誘導IL-8產生,而是促進IL-1α、IL-1β、IL-17α和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的釋放。在生殖道中,陰道微生物產生的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)作為在體內介導炎性反應的重要刺激因子,可與Toll樣受體(toll like receptor,TLR)結合,激活涉及核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的細胞內信號,進而促進下游許多炎性介質的產生,促進子宮內膜癌的發(fā)生和發(fā)展[25]。

4.1.2 激活環(huán)氧合酶2-前列腺素E2-前列腺素E2受體信號通路(cyclooxygenase-2-prostaglandin E2- prostaglandin E2 receptors,COX-2-PGE2-EPs) 陰道微生物群失調激活COX-2-PGE2-EPs信號通路,該通路在免疫調節(jié)、細胞增殖、細胞凋亡和腫瘤生長中發(fā)揮重要作用[26]。COX-2過表達促進了血管生成、遷移、侵襲和腫瘤免疫抑制,并阻止了細胞凋亡[27]。Deng等[28]的研究表明血清中COX-2的濃度對子宮內膜癌的預后具有良好的預測性(RR:9.617,95%CI:1.162～79.622,P=0.036)。實驗室研究和臨床研究均表明,COX-2抑制劑塞來昔布可有效預防及治療直腸癌、乳腺癌、前列腺癌和頭頸部鱗狀細胞癌[29]。COX-2的衍生物PGs亦有助于癌癥進展和轉移,被視為惡性腫瘤的預后因素[27]。此外,EP1介導腫瘤細胞遷移、侵襲和適應缺氧環(huán)境;EP2誘導血管生成,抑制抗腫瘤免疫應答;EP4可以介導腫瘤細胞遷移、轉移以及促進異常DNA甲基化[27]。目前的證據表明COX-2-PGE2-EPs信號通路在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了至關重要的作用,有效進行抗炎治療可預防及抑制腫瘤的進展。

4.2 影響基因表達 研究發(fā)現乳桿菌的代謝產物可通過下調ErbB-2和ErbB-3基因來抑制癌細胞的生長[30]。另有研究證明乳桿菌可誘導Wnt/β-catenin途徑中CTNNB1和CCND1基因下調,對癌細胞產生顯著的抗增殖效應[31]。β-catenin進入細胞核后,促進Wnt靶基因的轉錄,這些基因在刺激腫瘤增殖、轉移、遷移和血管生成方面發(fā)揮獨特的作用。在結直腸癌、乳腺癌和肝癌等多種癌癥中,β-catenin的核定位與腫瘤發(fā)生及癌細胞的增殖和存活有關,CTNNB1和CCND1基因下調可減少β-catenin的積聚,進而發(fā)揮抗腫瘤效應[32]。

4.3 與子宮內膜癌危險因素相互作用 絕經、肥胖、糖尿病、高血壓是子宮內膜癌的高危因素已經成為共識,其發(fā)病機制與內源性雌激素代謝紊亂有關。Walsh等[33]發(fā)現絕經、肥胖(BMI≥30)均顯著增加陰道微生物群的多樣性,其中厭氧球菌屬,嗜胨菌屬和卟啉單胞菌屬三種菌屬在絕經女性中顯著富集;另外作者也發(fā)現在子宮內膜癌患者中有兩種乳桿菌屬缺失?？诜茉兴幨墙档妥訉m內膜癌風險的方式之一。有研究發(fā)現與使用其他避孕方法的女性相比,規(guī)律服用避孕藥女性陰道有更多乳桿菌屬定植,然而口服避孕藥導致陰道菌群的變化是否與降低子宮內膜癌風險有關尚不清楚。目前關于女性激素、生殖道微生物和子宮內膜癌之間的相關性研究仍很少。但目前的各項研究均表明,健康的陰道微生物群多樣性較低,且由乳桿菌主導,因此陰道微生物群多樣性增加可視為生殖道健康的危險因素[34],但具體作用機制需要進一步的驗證。

4.4 影響子宮內膜 子宮內膜息肉、子宮內膜炎、子宮內膜異位癥等常見子宮良性疾病均與生殖道微生物群失調有關[27,28]。Walsh等[33]發(fā)現子宮內膜癌患者陰道微生物群與子宮內膜微生物群具有相關性(P=0.01),提示陰道微生物群可作為子宮內膜微生物群的替代物。Walther-António等[35]對子宮內膜癌、子宮內膜增生和健康女性(健康對照組)的生殖道微生物群進行16S rDNA測序,發(fā)現子宮內膜中擬桿菌屬和糞便桿菌屬的存在與子宮內膜癌的發(fā)生高度相關;此外健康女性的陰道中寡養(yǎng)單胞菌屬和志賀氏桿菌多見,而子宮內膜癌女性陰道中卟啉單胞菌屬則更多見。值得注意的是,陰道分泌物檢測中同時出現卟啉單胞菌屬、阿托波菌屬、pH值>5的情況下,診斷子宮內膜癌的靈敏度可高達100%。子宮內膜微生物群的研究主要有兩種方法,一種是經陰道、宮頸采集,這就帶來了下生殖道微生物群污染的風險,另一種方法是從全子宮切除的樣本直接采集,但存在樣本量少,取材困難,且樣本多患有女性生殖道疾病,影響對健康人群子宮內膜微生物群的研究等問題,因此,未來子宮內膜微生物群的研究仍任重道遠。

4.5 改變陰道pH值 Walsh等[33]的研究發(fā)現陰道pH值升高增加子宮內膜癌的發(fā)生風險。有學者同樣發(fā)現子宮內膜癌患者的陰道pH值明顯更高[35],但考慮到將近95%的絕經后女性陰道pH值升高,陰道pH值與子宮內膜癌之間的關系尚不能將年齡的影響排除在外,需要在未來進行更深入的研究。

4.6 破壞乳桿菌保護層,產生細胞毒效應 陰道微生物群失調常導致陰道炎,其中細菌性陰道病(bacterial vaginosis,BV)是最常見的一種。細菌性陰道病具體表現為各種乳桿菌減少,而加德納菌、普雷沃菌、紫丹胞菌、類桿菌等其他菌屬大量繁殖。在體外共培養(yǎng)實驗中,Castro等[36]觀察到陰道加德納菌取代黏附在宮頸癌Hela細胞株上的乳桿菌,破壞乳桿菌產生的保護層,產生細胞毒效應。在基于HEC--1A人子宮內膜癌細胞株建立的3D子宮內膜上皮細胞模型中也觀察到了陰道加德納菌對子宮內膜上皮的粘附性[37],這些實驗表明陰道微生物群可通過直接黏附于生殖道上皮細胞,對生殖道腫瘤的發(fā)生產生影響。

5 陰道微生物群可作為子宮內膜癌的預測因子

Walther-António等[35]對子宮內膜和陰道的樣本進行獨立分析發(fā)現子宮和陰道的微生物群與子宮內膜癌的診斷有關,陰道阿托波菌屬和卟啉單胞菌屬聯(lián)合診斷子宮內膜癌的敏感性為73%～93%,特異性為67%～90%。

Walsh等[33]通過繪制受試者工作特征(ROC)曲線來研究卟啉單胞菌屬診斷子宮內膜癌的價值。結果表明,卟啉單胞菌屬診斷子宮內膜癌的曲線下面積(AUC)為0.767,患者基線特征(月經、肥胖、陰道pH值)診斷子宮內膜癌的AUC為0.844,當卟啉單胞菌屬與患者基線特征結合,診斷子宮內膜癌的AUC為0.886,表明陰道微生物群檢測對子宮內膜癌的診斷有一定的價值。陰道微生物群檢測具有無創(chuàng)、易操作等優(yōu)勢,若能應用于臨床實踐,將會提高子宮內膜癌的早期診斷率。

6 微生物群在腫瘤治療中的應用

腸道微生物群可抑制腸道吸收伊立替康和降低伊立替康激活酶羧酸酯酶的活性,從而影響伊立替康的化療效果[38]。腸道微生物群可增加腫瘤部位的T細胞啟動和積聚進而調節(jié)宿主免疫系統(tǒng),影響腫瘤免疫治療的療效[39]。在多個臨床試驗中觀察到微生物群的組成和數量影響腫瘤(黑色素瘤、肺癌、腎癌)化療和免疫治療的療效。Routy等[40]將免疫治療應答患者的腸道微生物群移植到黑色素瘤小鼠模型中,提高了小鼠對免疫治療的療效;而將免疫治療無應答患者的腸道微生物群移植到腫瘤小鼠模型中則未觀察到療效的改變,表明免疫治療前接受抗生素治療的小鼠免疫治療療效下降,表明微生物群的組成及數量直接影響癌癥免疫治療的療效。另外,研究人員從應答者的糞便樣本中發(fā)現了特定的細菌定植,如嗜黏蛋白阿克曼菌、長雙歧桿菌和瘤胃球菌。研究表明通過給腫瘤小鼠口服補充嗜黏蛋白阿克曼菌[40]、長雙歧桿菌[41]同樣可增加黑色素瘤小鼠的免疫治療療效,表明微生物群在抗腫瘤治療中的潛能。

放化療是癌癥的主要治療方法,但放化療可引起全身的嚴重不良反應。在接受順鉑和卡鉑化療藥物治療的患者中,腸道雙歧桿菌和乳桿菌的減少以及大腸桿菌和葡萄球菌的增加與腹瀉、胃腸道疼痛和出血等胃腸道癥狀有關,通過補充乳桿菌可減少致病菌的豐度并減輕相關癥狀[42]。接受盆腔外照射和內照射治療的女性經常出現陰道干燥、瘙癢等不適癥狀,這主要與放療引起細胞損傷,導致陰道壁變薄以及陰道乳桿菌減少而加德納菌、普雷沃菌等致病菌增加有關[43]。目前陰道微生物群移植用于治療難治性細菌性陰道病的臨床試驗已經開展并取得了不錯的效果[44],但尚缺乏在婦科腫瘤中的研究。

7 結語

宮腔鏡檢查及分段診刮術的應用使子宮內膜癌的臨床診治率提高,但其為一項有創(chuàng)性檢查,且有一定的延誤性。陰道分泌物檢查是一項無創(chuàng)、可重復的檢驗,探索子宮內膜癌的陰道微生物群變化、具體致病微生物及調控機制,開辟子宮內膜癌臨床診療新思路,有助于子宮內膜癌的早診早治。