微生物失衡與妊娠并發癥的研究進展

葉櫻琳 張 燁 蔣榮珍

人體生活在一個復雜的生態環境中，與寄生在身體的微生物形成一個整體，互利共生、協同進化，共同維持多部位微生態平衡。微生物多樣性、菌群比例或外界病原體的入侵，均可能會導致局部微生物失衡，從而引起機體局部環境改變。相關研究表示孕婦胎盤與蛻膜面亦存在微生態平衡，微生物失衡與不良妊娠結局關系密切，探究兩者的關聯性有助于進一步揭示妊娠并發癥的微生物學病因，為妊娠相關并發癥的微生物治療提供新的思路與靶點。

一、胎盤正常微生物群落

除與不良妊娠結局相關的病理感染外，子宮內環境通常被認為是無菌的。隨著近年來新的檢測技術不斷出現，有研究發現正常子宮(包括妊娠期胎盤)有獨特的微生物構成比。Aagaard等[1]研究發現胎盤存在一群獨特的低載量非致病性微生物群包括厚壁菌門、軟壁菌門、變形菌門、擬桿菌門和梭桿菌門，它們形成了妊娠胎盤微生物群的主要種類，同時發現胎盤微生物與非妊娠口腔微生物組成相似。Lal等[2]發現不同分娩方式(經陰道分娩和經剖宮產)的新生兒的氣道微生物組成相似，極低體重兒和足月出生兒肺部微生物組也相似，以厚壁菌和變形菌為主，提示新生兒氣道內的微生物可能是在分娩前經胎盤途徑獲得的。以此推論，胎盤微生物之所以與呼吸道微生物相似，可能是由于孕婦口腔微生物經血液轉移到胎盤，之后微生物經絨毛間隙破損處轉移給胎兒，胎兒可能在子宮中通過吞咽羊水獲得母源性微生物，或通過胎盤血液循環獲得最初的微生物，以確保胎兒早期呼吸道微生物群的建立，并在分娩前建立并啟動呼吸道先天免疫，對抗娩出后外界呼吸道病原體的入侵。

二、微生物失衡與子癇前期

子癇前期(preeclampsia，PE)是一種妊娠并發癥，包括高血壓和蛋白尿在內的多種癥狀，伴或不伴有病理性水腫。其病因可能涉及母體、胎盤和胎兒等多種因素，包括滋養細胞侵襲異常、免疫調節功能異常、內皮細胞損傷、遺傳因素和營養因素等，越來越多關于子癇前期胎盤微生物組的研究，支持了細菌在子癇前期多因素病因中的作用。

1.微生物失衡誘發胎盤部位免疫異常，降低滋養細胞侵入活力:有研究者對PE孕產婦胎盤組織樣本進行測序發現，構成PE胎盤的細菌主要是蠟樣芽胞桿菌、李斯特菌、 沙門菌、埃希菌；肺炎克雷伯桿菌、厭氧芽胞桿菌；貪噬菌、沙希普雷沃菌、 卟啉單胞菌、小桿菌和卟啉單胞菌、乳酸桿菌，以桿菌為主[3]。在這些細菌中，蠟樣芽胞桿菌、李斯特菌、 沙門菌和埃希菌通常與胃腸道感染有關；肺炎克雷伯桿菌、厭氧芽胞桿菌與呼吸道感染有關；貪噬菌、沙希普雷沃菌、 卟啉單胞菌、小桿菌與牙周炎感染有關。這些與PE相關的微生物主要來源于厚壁菌門(蠟樣芽胞桿菌、李斯特菌、厭氧芽胞桿菌、乳酸桿菌)，變形菌門(沙門菌、埃希菌、肺炎克雷伯桿菌)、擬桿菌門(沙希普雷沃菌、卟啉單胞菌)，這些細菌所在的門都與正常胎盤細菌群屬于相同的微生物學分類，但是菌群構成比發生了改變，與感染性疾病相關的菌群大量增殖：牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)可與TLR-2受體結合，使胎盤釋放前Th1細胞因子增加，如TNF-α、IFN-γ、IL-1、IL-12和IL-17等，擾亂Th1/Th2平衡，誘導炎性因子如IL-6或IL-8合成與釋放增加，胎盤部位免疫異常，使內皮細胞受損，滋養細胞侵入功能障礙，從而參與子癇前期的發病過程[4]。

2.微生物失衡與妊娠免疫時鐘有關：妊娠免疫時鐘，是通過對正常足月妊娠母體外周血免疫細胞進行定時定量分析，建立的不同妊娠時期免疫變化的參照表[5]。研究發現患有妊娠期高血壓疾病的孕婦，胎盤中可檢出與牙周病有關的牙齦卟啉單胞菌和齒垢密螺旋體 (Treponema denticola，Td)，牙周病致病菌可通過脂多糖與TLR-4、TLR-2等結合，促進促炎因子(IL-6、IL-8等)的合成與釋放，引發胎盤著床部位免疫反應，損傷內皮細胞，參與妊娠期高血壓疾病的發生與發展。妊娠早期，TLR-4表達降低，妊娠27周時，胎盤中Pg感染率最高，這可能與妊娠初期TLR-4介導的免疫應答降低有關，之后隨著孕齡的增加，母體固有免疫系統應答顯著增強，中性粒細胞數量有所增加，同時這些細胞對多種刺激(例如脂多糖、IFN- α、IL-2)的免疫應答反應也有所增強，Pg感染率也逐漸下降，Pg表現出的變化可能與不同時期母體免疫變化有關[5]。

3.微生物對滋養細胞和內皮細胞的影響:滋養細胞侵入子宮螺旋動脈異常、血管內皮細胞功能障礙與PE發病密切相關。子癇前期患者血清中幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，HP)，尤其是攜帶CagA基因的菌株，能誘導機體免疫細胞產生抗CagA型菌株的抗體，該抗體可以識別胎盤滋養層細胞中的β-肌動蛋白，發生免疫反應，降低滋養層細胞的侵襲能力，同時激活NF-κB途徑和降低ERK活化來降低細胞活力。肺炎衣原體(Chlamydia pneumoniae，Cpn)能夠直接感染人絨毛外滋養細胞，這種感染能夠降低滋養細胞活力和侵襲能力。PE發病過程與HP(變形菌門)間接作用于滋養細胞，或Cpn直接感染滋養細胞降低滋養細胞活力和侵襲能力有關。有研究發現，43.7%的子癇前期患者存在解脲支原體(Ureaplasma urealyticum，UU)(厚壁菌門)感染，UU作用于血管內皮細胞后，使細胞皺縮，胞內鐵、鈣離子濃度顯著升高，熱休克蛋白(HSP70)表達降低，可能誘發血管內皮細胞凋亡，血管內皮細胞損傷引起sEng、VCAM等釋放增加，從而在胎盤局部或母體循環中參與PE的發病過程，引起蛋白尿、高血壓等典型PE臨床癥狀。

三、微生物失衡與流產

流產是指妊娠不足28周、胎兒體重不足1000g而終止妊娠者。流產與遺傳、環境、母體、胎盤和免疫等因素有關，是一種多因素導致的妊娠并發癥。妊娠初期母體適應性免疫應答普遍降低，主要表現為細胞免疫降低和T輔助細胞(Th) 1應答降低，這種免疫抑制狀態可以防止母體對胎兒的排斥反應，但也增加了母體對某些微生物的易感性。胎盤中高度表達的吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)，該酶通過阻滯G0/G1期細胞周期而抑制T細胞的增殖，在母胎免疫耐受中起重要作用。而在妊娠早期和晚期胎盤中，人類巨細胞病毒(human cytomegalovirus，HCMV)感染可降低胎盤組織的IDO表達及活性，從而誘導母胎免疫排斥反應。另一方面，HCMV可削弱CXCL12誘導的絨毛外滋養細胞的遷移和侵襲，即HCMV可能通過影響多種信號途徑來損害胎盤形成，這可能導致流產和早產。自然流產和早產都與感染密切相關，胎盤感染及胎兒感染的病原菌主要來源于3個方面，即蛻膜和蛻膜基底部、母體絨毛間循環、下部泌尿生殖道[6]。

1.蛻膜及蛻膜基底部微生物與流產發病的相關機制:子宮通過陰道與外界環境相通，有著特定的菌群組成，妊娠時胎盤著床部位與子宮蛻膜相互滲透，共同形成母胎界面，對于妊娠的建立和維持具有重要作用。當胎盤微生物失衡時，致病性微生物可能通過不同的途徑導致流產。

病原體可能以滋養細胞為攻擊目標。胎盤滋養層巨細胞對流產布魯菌具有吞噬作用，布魯菌需要在酸性環境下表達毒力因子，此時滋養細胞吞噬體中的酸性環境不僅對布魯菌沒有殺傷作用，反而成為其生長繁殖有利的環境因素，熱休克同源蛋白70與IFN-γ能加強滋養層巨細胞對布魯菌的吞噬作用，因此布魯菌能在滋養細胞中繼續繁殖，表達毒力因子，抑制滋養細胞功能和活力，參與流產、早產。妊娠過程中滋養細胞產生的IL-10具有抑制吞噬體成熟的作用，導致細菌在細胞內大量增殖，傷寒沙門菌是一種吞噬體病原體，在IL-10的作用下可在胎盤滋養細胞中大量增殖，抑制滋養細胞正常功能，導致流產和嚴重的母體疾病。病原體也可以滋養細胞之外的其他細胞為攻擊目標，如沙眼衣原體(Chlamydia trachomatis，C. trachomatis)主要存在于子宮內膜腺上皮細胞，在復發性流產患者中發現C.trachomatis主要通過上調環氧合酶Cox-2增強基質金屬蛋白酶MMP2/9的表達，抑制基質金屬蛋白酶組織抑制劑TIMP1/3的表達，導致子宮內膜基質過度降解，從而引起流產[7]。

流產與胎盤正常微生物多樣性改變密切相關，同時與衣原體、病毒等不屬于正常胎盤菌群種類的微生物也關聯密切，這可能是由于子宮內環境不是一個封閉的環境，外界病原菌可能入侵子宮內膜及基底部，在母體免疫力降低時攻擊滋養細胞或腺上皮細胞引起流產。由此可見，妊娠時母體免疫功能降低一方面是誘導母胎免疫耐受的有利條件，一方面又是引起微生物失衡從而導致流產的不利條件。

2.母體絨毛間循環微生物與流產發病的相關機制：母體絨毛間微生物來源于母體血液循環，母體絨毛間微生物失衡可導致流產發生。Pg DNA在有流產史的女性絨毛膜絨毛組織和宮頸陰道分泌物樣本中普遍存在，Pg與生殖道感染和復發性流產的發生有關，提示流產可能與牙周病感染有關。患有牙周病感染的孕婦，牙周炎相關病原體可能通過母體血液循環到達母體絨毛間循環，在母體適應性免疫普遍降低時大量增殖，通過LPS誘導炎性因子IL-6/IL-8生成增多，從而引起胎盤局部免疫反應誘發流產[8]。

3.下部泌尿生殖道微生物逆行感染與流產發病的相關機制：Soni等[9]對胎盤和陰道組織提取出來的人型李斯特菌的毒性和基因型進行分析，發現胎盤和陰道拭子的人型李斯特菌菌株不同，此不同表明了不同組織細菌基因型存在差異。子宮借由陰道與外界相通，解剖結構上與直腸、膀胱相鄰，病原菌可能通過生殖道遷移至子宮，細菌在向不同生態位遷移時可能發生了基因重排，經過與環境的共同選擇，菌群適應了所定植的解剖環境，而少數與流產相關的毒力型李斯特菌可能通過表達內化素、入侵相關蛋白、磷脂酰肌醇磷脂酶C(PI-PLC)等參與流產發生。

四、微生物失衡與絨毛膜羊膜炎

絨毛膜羊膜炎是指胎盤膜(絨毛膜、羊膜)和連接組織(如胎兒血管和臍帶)的炎癥，通常是由上行感染引起的膜破裂，其發生率大概為1%～4%，常伴胎膜早破、早產，其中早產發生率最高，可達40%～70%。

1.大腸桿菌、鏈球菌與絨毛膜羊膜炎發病相關：嚴重絨毛膜羊膜炎患者胎膜中軟壁菌和梭菌較無絨毛膜羊膜炎患者胎膜細菌負荷大，大部分菌群起源于陰道而不是來自于口腔，細菌負荷較高、菌群物種豐富度降低，提示少數幾種病原菌可能在局部微生態環境中占據優勢，誘發絨毛膜羊膜炎[10]。Wolf等[11]通過對1133個胎盤、羊膜培養發現，E.coli是絨毛膜羊膜炎中最常見的病原菌，B群鏈球菌(Group B streptococcus，GBS)占11.3%。另一項研究發現，絨毛膜羊膜炎患者胎盤微生物與娩出胎兒微生物的分離株是相同的，主要是鏈球菌和大腸桿菌[12]。綜上所述，E.coli和GBS可能在絨毛膜羊膜炎發病過程中占據優勢，且能夠傳播給胎兒。

胎膜感染E.coli的最初幾小時內Hsp70增加，24h后，IL-1β的釋放增加[13]。NF-κβ是Hsp-70/IL-1β細胞內信號轉導的重要調節因子，TLR2、TLR4和TLR9可識別與E.coli相關的抗原分子，誘導細胞內NF-κβ和相關蛋白激酶的激活，促使IL-6、IL-8和TNF-α等炎性因子的釋放，因此胎膜Hsp-70/IL-1β的特異性分泌可以作為預測E.coli感染的指標。Horvath等[14]發現宮腔中最常見的微生物是GBS，GBS菌膜囊泡可以獨立參與母胎界面免疫，導致絨毛膜羊膜炎和胎膜損傷從而導致早產或胎兒死亡。另一方面，有研究者認為滅活的GBS能誘導絨毛膜羊膜炎中IL-1β/CXCL1/MMP-10軸的激活[15]。同時，胎盤巨噬細胞功能也被發現在絨毛膜羊膜炎中受損[16]。大腸桿菌和鏈球菌分別激活不同的病原識別受體如TLR2、TLR4等，但最終都可能通過IL-1β的分泌導致共同的炎性通路，IL-1β是絨毛膜羊膜炎的關鍵分子，因此IL-1阻斷劑可能在預防絨毛膜羊膜炎的發病過程中具有重要的臨床意義。

2.其他病原體與絨毛膜羊膜炎 ：Kikhney等[17]結合熒光原位免疫雜交和廣譜16SrRNA基因測序兩種方法，分析絨毛膜羊膜炎的胎膜胎盤樣本，發現脲原體屬含量最高。脲原體抗原的變異與人胎盤體內外炎癥嚴重程度有關；脲原體越早發現，變異可能發生越少，從而炎癥程度越輕，預后較好，提示脲原體的早期發現對于及時預防炎癥的發生具有重要作用[18]。金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，S.aureus)感染時能在絨毛膜蛻膜表面形成一層生物被膜，可能通過介導胎膜產生細胞因子促進子宮收縮，誘導金屬蛋白酶升高，加速子宮內膜損傷，最終導致胎膜早破和早產[19]。而在另外1例由S. aureus引起的急性絨毛膜羊膜炎剖宮產中，細菌在無胎膜破裂的情況下也能引起絨毛膜羊膜炎，提示病原菌可能是血源性的，而不是上行感染引起的[20]。這提示金黃色葡萄球菌可通過不同的途經誘導流產。

五、微生物失衡與妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus，GDM)

GDM孕婦炎性因子CRP、IL-6和TNF-α增高，提示GDM可能存在炎性狀態，IL-6和TNF-α可干擾胰島素信號轉導，與胰島素抵抗有關，微生物失衡可能引起炎性因子釋放從而影響胰島素敏感度，持續增高的IL-6和TNF-α可能干擾葡萄糖代謝，最終導致糖耐受不良。有研究者發現，GDM孕婦胎盤中存在著一種獨特的微生物群落，假單胞菌、變形菌和不動桿菌所占比例降低，厚壁菌相對增加[21]。不動桿菌的降低可能誘使胎盤抗炎因子IL-10低表達，IL-10是一種在免疫耐受中起關鍵作用的抗炎因子，IL-10降低可能會影響妊娠母胎免疫耐受，這提示GDM孕婦胎盤微生物失衡可能影響妊娠免疫耐受狀態。GDM孕婦血清中能檢出H.poli，H.poli能提高促炎因子和活性氧的含量，損傷胰島素受體結構，干擾胰島素與胰島素受體的結合，從而抑制胰島素發揮作用[22]。因此微生物失衡可能通過誘導母體產生產生炎性因子激化胰島素抵抗，對業已存在的糖耐受不良造成“二次打擊”，加快GDM的發病進程。Boyle等[23]研究發現，GDM孕婦骨骼肌細胞內AMPK通路磷酸化降低，與鈣調通道相關的α1-syntrophin和annexin A4蛋白有所降低，導致鈣調節紊亂，鈣穩態紊亂可能導致炎癥，誘使微生物失衡，加速胰島素抵抗和能量底物代謝改變。

妊娠時由于胎盤-胎兒單位的需求和糖原儲存的快速消耗，幾乎所有孕婦都表現出代謝的轉變，由糖代謝增加到對代謝底物脂質的依賴，這稱為加速饑餓，總體還是由于胰島素分泌相對不足，同時機體微生物失衡對胰島素造成“二次打擊”，削弱免疫耐受，孕婦易于感染多種病原微生物，這些因素共同損傷了胰島素初始分泌細胞，從而發揮直接或間接的促妊娠期糖尿病的作用。

六、展 望

胎盤作為妊娠獨有的組織結構，有其獨特的微生物組成。妊娠初期，免疫耐受可能使胎盤菌落繁殖加快，這些細菌可直接入侵滋養細胞，降低其侵蝕能力，有些細菌在繁殖中突變，產生毒力因子間接增強胎盤免疫反應，同時外界病原體可趁機入侵人體，影響胎盤形成。每種微生物都有著自己獨特的代謝方式，定居在最適宜生存的部位，隨妊娠進展，母體固有免疫增強及內分泌變化，可造成微生物移位和失衡，又反過來對母體和胎兒的代謝造成影響。因此微生物失衡可能在不同時期影響滋養細胞侵襲能力，對胎盤成熟造成影響，并在病理進程中造成不同的妊娠并發癥。

針對可能引起微生物失衡的途徑，可以通過調節腸道菌群譜，增加腸道內SCFA含量，從而通過母血絨毛間隙調節胎盤菌群；同時研究正常陰道菌群譜進而可以通過使用陰道益生菌栓控制陰道途徑所致的微生物失衡；最后加強對可能造成不良妊娠結局的病原體的口腔、外周血篩查，研發特異性抗體疫苗預防其感染。從微生物和免疫角度發現和控制妊娠并發癥的病因，從而為臨床孕產婦早期妊娠微生物感染預防和治療提供相應的理論支持。