陰道微生態在人乳頭瘤病毒導致宮頸癌發生機制中的研究進展

周旭 金洋 賈榮霞 包美靜 林楊

(吉林大學第二醫院 1婦產科，吉林 長春 130041；2醫學研究中心)

宮頸癌在全球范圍而言是最常見的女性惡性腫瘤之一，持續性人乳頭瘤病毒(HPV)感染是導致宮頸癌的主要病因。HPV屬于乳頭瘤病毒科，是一組雙鏈DNA病毒〔1〕。大部分感染HPV的女性可通過自身免疫力將其從體內清除，但仍有5%～10%的女性無法清除，持續HPV感染可導致宮頸癌前病變及宮頸癌〔2〕。研究報道，陰道微生態變化與女性生殖道HPV感染之間存在相關性〔3〕，本研究探討陰道微生態多樣性改變與HPV感染造成的宮頸癌發生機制的相關性。

1 影響陰道微生態動態變化的因素

健康女性陰道菌群與環境、宿主之間是共生共存、互相制約的動態平衡關系〔4〕。健康女性的陰道菌群中可包含50 多種微生物，乳酸桿菌是最重要、數量最多的菌群。Ravel 等〔5〕通過使用高通量測序技術首次發表了陰道菌群的分類，健康女性常見菌群可分為5種，其中常見菌群結構(CST)Ⅰ(卷曲乳桿菌)、Ⅱ(加氏乳桿菌)、Ⅲ(惰性乳桿菌)、Ⅳ(詹氏乳桿菌)的組成以乳酸桿菌為主，通過產生乳酸、過氧化氫(H2O2)、細菌素等機制對陰道提供保護作用。CSTⅣ中則由較多的厭氧菌組成，乳酸桿菌屬較少，陰道pH通常>4.5，與細菌性陰道炎特征相似，被認為與細菌性陰道炎相關〔6〕。其中卷曲乳桿菌和惰性乳桿菌最為常見，加氏乳桿菌和詹氏乳桿菌次之〔7〕。

女性陰道微生態的組成可受到多種因素影響。研究表明〔8〕，女性體內激素的變化對陰道菌群的結構與穩定有重要影響。剛出生的嬰兒由于母體雌激素的作用導致大量乳酸桿菌定植，3～4 w后隨著雌激素的撤退，乳酸桿菌的比例也顯著下降，厭氧菌與腸道菌群的比例明顯增加，這種現象一直持續到青春期，初潮前雌激素與孕激素的分泌使乳酸桿菌數量再次增加〔9〕。在育齡期女性中，陰道微生態的變化受女性雌孕激素的周期性分泌影響，月經期雌激素水平低導致乳酸桿菌數量下降，微生態菌群種類增加。妊娠期女性則由于胎盤分泌雌激素導致乳酸桿菌增加，而產后女性隨著雌激素水平下降增加了陰道微生態多樣性〔10〕。絕經后女性激素水平下降可導致陰道萎縮與乳酸桿菌的減少〔11〕。

種族也是造成陰道微生態差異的一個重要原因，白人女性與亞裔女性乳酸桿菌所占比例較高?？诜写萍に氐谋茉兴帉﹃幍谰阂灿兴绊?，降低了細菌性陰道炎的發病率〔12〕。吸煙、性交、陰道沖洗(尤其是月經后陰道沖洗)都可增加陰道微生態的多樣性，降低乳酸桿菌的比例〔13～15〕。

2 陰道微生態與宮頸病變的關系

近年來，由于對陰道微生態的了解越來越充分，陰道微生態與宮頸病變之間的關系引起了國內外學者廣泛關注，宮頸細胞學異常的女性大多有陰道菌群失調，宮頸病變發生率更高〔16，17〕。一項來自韓國基因組流行病學研究〔18〕通過比較9對絕經前同卵雙胞胎之間HPV的區別發現：這9對雙胞胎女性陰道微生態菌群組成差別很大，感染HPV的女性不僅惰性乳酸桿菌群明顯減少，而且非乳酸桿菌群多樣性明顯增加，即HPV感染與陰道微生態密切相關。Lee等〔18〕還提出纖毛菌屬可作為HPV陽性婦女的微生物標志物。在一項縱向研究中，Brotman等〔19〕對北美32名絕經前的婦女進行了16 w的研究。在收集到的930個樣本中發現：陰道微生態菌群中CSTs Ⅲ和CSTs Ⅳ比例較高的女性HPV陽性率最高，分別為71%和72%。除了研究陰道微生態菌群與HPV陽性之間的關系，Brotman等〔19〕還發現以加氏乳桿菌為主導的CST Ⅱ可能與HPV感染的快速清除有關，加氏乳桿菌可能是維持宮頸健康的潛在治療菌群。具體而言，HPV陽性的女性陰道內的厭氧菌群多樣性增加，而乳桿菌含量減少，尤其是以加氏乳桿菌或惰性乳桿菌為主的優勢菌群。但是，關于陰道微生態與HPV感染之間的研究處于初步階段，許多機制尚不清楚。

陰道微生態不僅與HPV 感染有因果關系，與宮頸上皮內瘤樣病變(CIN)也可能密切相關。Mitra等〔20〕通過比較169例不同級別宮頸病變的患者發現，CIN與微生態多樣性增加和乳酸桿菌屬相對豐度降低有關。隨著宮頸病變嚴重程度的增加，CST Ⅳ菌群比例也逐步增高。此外，與低級別病變相比，高級別病變女性的纖毛菌屬、四聯厭氧球菌屬、厭氧消化道鏈球菌屬菌群數明顯增加，而詹氏乳桿菌的數量較低。Oh等〔21〕通過對照70例CIN患者與50名健康女性陰道菌群，發現以乳酸桿菌為主的菌群失衡可能與CIN密切相關，CIN患者陰道微生態多樣性增加且相對豐度降低。該研究還發現，奇異菌屬，陰道加納德菌屬及惰性乳桿菌與CIN級別成正相關。對CIN患者的研究〔20，21〕均為觀察性研究，并且缺乏縱向數據，因此陰道微生態與CIN的因果關系并不清楚。因此，要明確陰道微生態與宮頸病變之間的相關性，仍需探討宿主，微生物群和致癌作用之間的復雜關系。

3 陰道微生態與宮頸病變的潛在機制

陰道微生態由許多菌群構成，但高度多樣化的陰道菌群往往被認為是一種失調狀態。陰道菌群變化如何介導HPV導致宮頸癌的機制仍需要探討。

作為陰道微生態中的優勢菌群，陰道乳酸桿菌通過分解陰道上皮細胞的糖原產生乳酸，參與陰道酸性環境的形成〔22〕。這種酸性環境不僅可以抑制沙眼衣原體，淋病奈瑟球菌和加德納菌等病原體的生長〔23，24〕，而且為宮頸和陰道的細胞代謝提供了適宜環境〔25〕。Clarke等〔26〕通過對育齡期女性研究發現：隨著陰道pH值的升高，女性HPV感染的概率也明顯升高，這也許與轉化病毒的HPV E5蛋白對低pH環境較敏感有關〔27〕。乳酸桿菌不僅可通過產生較低的pH來維持陰道的平衡，乳酸桿菌自身的化學結構也對陰道HPV感染及CIN的發展有一定的影響。乳酸桿菌分子是由左旋乳酸和右旋乳酸組成的手性化合物〔28〕。乳酸通過抑制組蛋白去乙酰酶(HDAC)的活性從而上調DNA表面組蛋白乙?；瘉泶龠M基因轉錄，從而實現對細胞內基因進行表觀調節。 D-型乳酸對組蛋白的去乙?；?、DNA 的修復能力更強，因此保護陰道穩定性的作用更強。D-型乳酸可控制細胞外基質金屬蛋白酶誘導劑(EMMPRIN)水平從而來調節基質金屬蛋白酶(MMP)-8，避免細胞外基質的分解，并預防細菌通過子宮頸遷移進入子宮，降低女性生殖道炎癥發生的概率〔29〕。卷曲乳桿菌與加氏乳桿菌均可產生L-型和D-型乳酸，惰性乳桿菌只產生L-型乳酸，這可以解釋CSTs Ⅲ和Ⅳ通常與HPV感染和宮頸病變有關〔19，20〕。由于與CSTs Ⅲ和Ⅳ菌群中左旋乳酸比例較高有關，導致MMP-8被激活，破壞了宮頸細胞的完整性，從而促進HPV進入基底細胞并進行病毒的繁殖〔30〕。而CSTs Ⅰ能更好地維持陰道穩態〔31〕，因為卷曲桿菌產生L-型乳酸最多且對其他菌群有較好的抵抗力，導致其pH值較低，感染細菌、單純皰疹病毒(HSV)、人類免疫缺陷病毒(HIV)及HPV的可能性也較小〔32〕。

乳酸桿菌還可通過產生H2O2維持陰道微生態的平衡，促使具有過氧化物酶活性的蛋白抑制劑與過氧化物結合，或是直接通過激發過氧化物作用而抑制另 一種細菌的生長，具有抗菌和抗病毒的作用〔33〕。因此陰道H2O2水平較低的女性，HPV感染和細菌性陰道炎發生的概率更高。由于惰性乳桿菌無法產生H2O2，這也許是HPV陽性及CIN的女性中陰道微生態惰性桿菌所占比例較高的原因〔34，35〕。除了H2O2，乳酸桿菌還可產生細菌素、類細菌素及生物表面活性劑等具有保護性的物質，這些物質由生態系統進化而來，可殺死與細菌密切相關的物種和生物表面活性劑，從而抑制病原體的生長〔36〕。有研究表明，卷曲桿菌可以產生一種黏附因子(LEA)，該化合物可干擾菌毛介導的病原體黏附生殖器黏膜和腸黏膜，從而來阻止陰道加德納菌的附著〔37〕。乳酸桿菌產生的細菌素和生物表面活性劑還可減少病毒的浸潤，但其中的機制及與HPV的相關性仍需要進一步探索。

乳酸桿菌還可進行免疫調節，包括特異性免疫與非特異性免疫。非特異性免疫機制中，陰道上皮細胞表面表達Toll樣受體(TLR)和Nod樣受體〔38〕，激活細胞內信號通路從而釋放具有殺傷作用的細胞因子如防御素、腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8，引起陰道黏膜的炎癥反應，發揮清除病原微生物的作用〔39〕。而Abramov等〔40〕發現除卷曲乳桿菌外，嗜酸乳桿菌和詹氏乳桿菌也可誘導 NF-κB通路，調節免疫反應，但并不引發炎癥反應。乳酸桿菌抑制病原微生物引起的炎癥反應，炎癥因子并無明顯增加，但其機制仍需進一步研究。而氧化應激反應產生的活性氧(ROS)可引起宿主基因組中雙鏈DNA斷裂，從而促進HPV整合并最終形成宮頸病變，而宮頸病變也會對陰道微生態的組成產生影響〔41〕。特異性免疫反應中起關鍵作用的是細胞免疫。當HPV感染基底細胞后，會激發起以細胞免疫為主的免疫機制對其進行清除。所謂的細胞免疫是指機體首次感染HPV 后，受HPV 抗原的刺激，體內的T 細胞將會增殖、分化、轉化為效應 T 細胞，當HPV 再次感染機體時，效應T 細胞對抗原的直接殺傷作用及效應T細胞所釋放的細胞因子協同殺傷作用將會清除外來的病毒抗原〔42〕。其他機制也可能介導陰道微生態與宮頸病變之間的相關性。陰道菌群的改變可破壞生殖上皮的完整性并導致生殖黏膜的破裂，可能促進病毒進入宮頸基底上皮并進行復制〔43〕。Doorbar〔44〕發現加納德菌的唾液酸酶可破壞陰道上皮細胞骨架蛋白，使上皮細胞受損和脫皮，促進HPV感染宮頸鱗柱交界轉化區基底上皮細胞，導致病毒的持續感染。與年齡較大的女性相比，未成熟的宮頸更容易感染HPV，這或許與青春期女性陰道加德納菌比例較高有關，鱗狀上皮化生使宮頸具有較高的易感性，陰道加德納菌則促進了HPV進入基底細胞〔45〕。有研究發現纖毛菌屬與HPV感染、CIN和宮頸癌的發生有關，與妊娠婦女的流產和早產也有一定的聯系〔46〕。纖毛菌屬于梭菌門，可以作用于多種癌癥機制中，它可以通過激活炎癥機制和抑制免疫細胞毒性作用參與消化系統惡性腫瘤的形成。在宮頸癌的發生發展中，高風險HPV E6和E7癌基因通過與特定細胞靶點的相互作用，干擾細胞周期控制，促進癌細胞的形成〔47〕。目前尚不清楚陰道菌群是否參與了HPV與特定靶細胞作用的過程，從而促進宮頸癌的發生。

4 陰道微生態在預防HPV感染及宮頸病變中的作用

陰道微生態在HPV導致宮頸癌發生發展的機制中起著重要的作用。當影響陰道微生態動態平衡的因素存在時，陰道局部免疫力下降，優勢乳桿菌的減少、病菌過度繁殖容易導致各種陰道炎及病毒感染。目前，異常陰道微生態的最新理念是恢復陰道的防御功能，糾正陰道微生態平衡狀態尤其是乳酸桿菌為主的陰道菌群，這也許對預防女性HPV感染及宮頸病變有一定的幫助。有研究發現，加氏乳桿菌與快速清除HPV感染有關，而且與詹氏乳桿菌聯合可抑制癌細胞的生長，而對正常的宮頸細胞卻沒有作影響〔48〕。 Guo等〔49〕發現聯合乳桿菌制劑用藥，對于控制HPV 感染及宮頸病變都有一定的效果。因此，調節陰道微生態平衡有助于清除HPV感染，減少宮頸病變從而預防宮頸癌的發生。益生菌是一類能改善宿主微生態平衡、恢復微生物組穩態的活性有益微生物的總稱〔50〕。它能夠促進乳酸桿菌的生長，并且可以調節微生物群的組成，能夠發揮獨立于微生物群的免疫調節作用〔51〕。目前益生菌在治療HPV感染方面的研究較少，通過補充陰道菌群來預防HPV感染相關宮頸病變的治療尚處于起步階段。因此仍需要更多的數據與實驗來探討益生菌、陰道菌群與HPV之間的關系，關于益生菌通過維持陰道微生態平衡來清除HPV感染的作用機制、作用時間、藥物用量、使用方法與條件仍需進一步的研究。

持續性HPV感染是宮頸癌發生的必要條件，陰道微生態在HPV導致CIN及宮頸癌的發生機制中起了重要的作用。但是仍無法判斷是隨著陰道菌群種類增加，乳酸桿菌減少導致HPV易感性從而造成CIN；抑或被HPV感染的基底細胞引發炎癥反應，改變了陰道微生態的構成，破壞了微生態的平衡。今后的流行病學研究還應進一步評估陰道微生態是否可以作為預測宮頸癌發生的獨立危險因素。關于陰道菌群的組成對宮頸病變的影響仍需要進一步的研究，仍需要分析宿主-微生物相互作用之間的分子機制，從而通過維持陰道微生態的平衡來清除HPV的感染，從而預防宮頸癌的發生。