淺析腸道菌群與早發性卵巢功能不全的相關性

曾慧芳，趙志梅

(天津中醫藥大學第一附屬醫院/國家中醫針灸臨床醫學研究中心，天津 300000)

0 引言

由于環境污染、工作壓力以及不健康的飲食生活方式等因素，早發性卵巢功能不全(Premature ovarian insufficiency，POI)已逐漸成為全球關注的熱點問題。POI是一種疾病，定義為40歲前卵巢功能減退，雌激素水平下降，促性腺激素水平升高。病因包括遺傳、免疫、環境等因素。近年來，研究表明炎性衰老與POI密切相關。通過對POI患者的卵巢活檢，發現存在淋巴細胞浸潤和卵巢免疫反應[1]，免疫及炎癥反應在卵巢功能退化過程中產生重要的影響。腸道菌群不僅可調節機體的免疫系統，其代謝紊亂還可導致機體炎癥的發生，越來越受到學者們的關注。諾貝爾醫學獎得主梅契尼科夫指出，人的健康尤其是衰老與腸道菌群有關[2]。卵巢早衰作為器官衰老中的一個特殊例子，是一個產生重要影響的疾病狀態，女性的生殖器官表現出比身體其他系統更快的衰老速率。因此，探討如何防治卵巢早衰以及改善卵巢功能，是目前生殖領域迫切需要解決的難題。目前較少研究報道腸道菌群對卵巢衰老的直接影響，但在對POI和腸道菌群的各自研究中發現，兩者均與免疫、炎癥有著密切關聯，故本文就此做一淺析，通過自身免疫及炎性衰老機制探討POI與腸道菌群的相關性，為POI的進一步研究提供一點參考。

1 POI概述

早發性卵巢功能不全(POI)是一種病因復雜，臨床特征具有高度異質性的生殖內分泌疾病，是造成育齡期女性不孕的主要原因之一。研究表明，在30歲以下的婦女中，POI的發生率為1‰，在40歲以下的婦女發生率約為1%[3]。POI的病因混雜，除了已知的遺傳、免疫及醫源性等因素外，還有大部分原因不明，稱為特發性POI。在免疫因素中自身免疫異常約占4%-30%不等，主要包括免疫性卵巢炎、抗卵巢自身免疫抗體產生及伴發相關自身免疫性疾病。隨著對POI發病機制的不斷探索，有研究表明POI還與炎性衰老有關[4]。POI對患者的身心造成嚴重的損害，影響遠期健康及生活質量，而目前尚無有效的方法恢復卵巢功能，除了常用的激素治療外，還有免疫、干細胞、基因編輯等前沿治療方法，但都尚處于研究階段，臨床難以普及。因此，探求各種有效干預POI的防治方法尤為迫切。

2 腸道菌群概述

腸道菌群是消化道內微生物的總稱(Gastrointestinal tract，GIT)，主要由厚壁菌、擬桿菌、放線菌和變形桿菌4個門類組成，可達1×1013～1014個/g腸內容物，種類達500種以上，是人體最重要和最龐大的微生態系統[5]。腸道微生物除了可以利用消化道食物殘渣為機體提供所需營養物質、分解亞硝酸等有害物質外，還參與維持腸道上皮的完整性、腸道屏障功能、腸道微環境改變、機體的能量代謝、炎癥及免疫反應等。消化道菌群的數量、種類和分布是動態變化的，既受宿主遺傳性的控制，也受外環境的影響，還與飲食密切相關[6]。腸道菌群與機體時刻互動著并產生潛在影響。

3 自身免疫構起的“橋梁”

3.1 腸道菌群與自身免疫

腸道作為微生物與機體免疫系統相互作用的主要場所，其黏膜的完整不僅利于機體新陳代謝，還可抵御外界病原體。腸黏膜局部的免疫功能主要由黏膜內T、B細胞和分泌的SIgA(Secretory immunoglobulin A)等共同完成。機體免疫系統的重要組成部分--黏膜免疫系統，主要由腸粘膜內相關淋巴組織參與完成，是接觸、獲取抗原和最初免疫應答的重要場所。腸道微生態的動態變化，易受內外環境因素的影響，一旦菌群失調及黏膜屏障受損均可影響腸道局部黏膜免疫反應，進一步激活全身免疫系統。這在免疫系統錯誤識別而攻擊自身組織導致的自身免疫性疾病中十分常見[7]。

3.2 POI與自身免疫

自身免疫異常作為POI的病因之一，可導致其單發，也可合并其他自身免疫性疾病。自身免疫異常的女性患者，其體內的自身抗體會錯誤地識別并攻擊卵巢組織中存在的共同抗原，對于出現自身免疫調節紊亂及患有自身免疫性疾病的女性，他們均是POI的高危人群。TGF-β1(Transforming growth factor-β1)作為一種可下調免疫功能的細胞因子，由CD4+CD25+調節性T(Treg)細胞產生分泌，它能通過抑制CD4+和CD8+T細胞的增殖而抑制IFN-γ的分泌表達，最終抑制免疫炎性反應，維持機體免疫耐受、防止自身免疫性疾病的發生[8-9]。相關研究結果顯示POI患者外周血Treg細胞比例與血清免疫抑制因子TGF-β均減少,Treg細胞介導的免疫調節功能減弱，參與了POI疾病的發生發展[10]。

3.3 腸道菌群與免疫性POI

在機體免疫反應中，類固醇合成細胞是自身免疫攻擊的主要對象，研究表明類固醇細胞抗體(StCA)陽性P0I患者的卵巢組織學表現為自身免疫性淋巴細胞性卵巢炎，免疫組化分析提示浸潤的淋巴細胞主要是CD4+T淋巴細胞、CD8+T淋巴細胞和漿細胞[10]。Andrade等[11]發現短鏈脂肪酸(Shortchain fatty acids，SCFAs)可通過降低樹突狀細胞成熟，抑制細胞誘導CD4+T細胞和CD8+T細胞的增殖能力。而SCFAs是腸道菌群的主要代謝產物，由不能被消化酶分解的膳食纖維、抗性淀粉、低聚糖等由結腸細菌發酵而來[12]。因此，可推測腸道菌群的代謝或與卵巢免疫反應有潛在的聯系。目前對于自身免疫性POI的探究中,Tregs 和Foxp3基因表達是研究熱點。Treg在胸腺發育成熟后進入外周淋巴組織，通過下調自身免疫應答而誘導自身免疫耐受及抑制自身免疫疾病的發生.在Kosiewicz 等研究乳酸桿菌與系統性紅斑狼瘡(SLE)之間關系的實驗中，對兩種自發性 SLE 模型小組均給予羅伊乳酸菌。結果顯示小鼠外周血內 Treg 細胞的水平較對照組明顯升高，SLE的病情得到了有效抑制，由此可知羅伊乳酸桿菌可有效調節 T-reg 細胞[13]。此外還有相關的小鼠試驗研究表明腸道菌群能夠影響T細胞分化相關的基因表達，顯著增加Tregs的數量，且腸道菌群代謝的丁酸可促進其分化與成熟[14]。乳酸桿菌屬于益生菌，是腸道菌群的組成部分，丁酸屬于短鏈脂肪酸，是其代謝產物，越來越多的研究證實了腸道菌群與多種免疫性疾病的關系。在POI的發生發展中，自身免疫異常是其重要原因，腸道菌群通過調節免疫反應對POI的發生產生一定影響。

4 炎性衰老機制

近年來研究發現，炎癥與機體衰老的發生有關，在衰老進程中，機體的組織和器官伴隨著一種慢性進行性升高的促炎狀態[15]。C Franceschi等[16]首次將這個現象命名為炎性衰老。其發生的一個重要因素是炎性因子的過度表達，導致機體的高度促炎狀態。在免疫反應和炎癥反應中，NF-κB信號通路調控多種炎性細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6及集落刺激因子等，在促炎性細胞因子作用下該通路被激活，炎性細胞因子如IL-6和IL-8的表達增加，以及抗炎性細胞因子IL-10mRNA水平降低[17]。在系統性炎癥反應中IL-10和TNF-α的主要作用相反,IL-10抑制炎癥反應，而TNF-α則促進局部和系統性炎癥反應。IL-10和TNF-α的正負作用是決定最終炎癥反應的關鍵。因此，TNF-α、IL-6和IL-10等炎癥細胞因子可作為炎性衰老的血清學標志。

4.1 POI中的炎性衰老

大量研究表明，血清炎性細胞因子如IL-6、IL-8、TNF-α和PGE2在衰老器官中明顯升高[18]。卵母細胞的成熟受多種細胞因子的調節，隨著國內外大量研究證實，TNF-α和IL-6可能在卵巢功能中發揮重要作用[19-20]。研究發現在小鼠和人卵巢組織中IL-6的表達呈增齡性的升高，而升高的IL-6是竇前卵泡發育的負調節因子，能導致竇前卵泡發育遲緩，類固醇激素生成受損，阻礙卵母細胞成熟，并促進卵泡閉鎖[21]。TNF-α可直接作用于裸卵，在卵母細胞上存在TNF-α受體，可促進卵母細胞的凋亡[22]，因此炎性細胞因子可能是導致POI的一個重要原因。另有研究表明，滑膜間充質干細胞(SMSCs)對于在卵巢微環境中受損的卵巢可能起恢復作用[23]。在SMSC治療小鼠后，RT-PCR結果表明，其促炎細胞因子如TNF-α、TGF-β、IL-8、IL-6、IL-1和IFN-γ的表達水平與未治療對照組相比明顯降低。當POI發生時，某些炎癥因子的表達水平增加，而當受損的卵巢功能得到修復時，炎性細胞因子的水平則相應降低。研究表明在卵泡發育的高度協調過程中，全身的慢性低度炎癥可以改變這一過程，導致卵泡生長的過早停止和女性不孕的發生[24-25]。這足以提示炎性衰老與POI的密切聯系。

4.2 腸道菌群介導的炎性衰老

在健康成人體內的細菌主要是厚壁菌門和擬桿菌門，厚壁菌門屬于革蘭陽性菌，擬桿菌門屬于革蘭陰性菌。革蘭陰性菌含有脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)。LPS構成了革蘭氏陰性菌外膜的重要部分，是目前研究較為清楚的免疫反應刺激物之一，它能夠引起系統性的炎癥或敗血癥[26]。研究表明腸道菌群能調節血漿中脂多糖(LPS)水平，正常情況下，細菌脂多糖刺激產生Toll樣受體4(Toll-like receptors 4，TLR4)，通過Toll樣受體誘導腸上皮細胞增殖進而加固腸黏膜上皮間的緊密連接 (tightjunction，TJ)。若腸道菌群紊亂，致病菌過度增殖將直接損害腸黏膜上皮間的緊密連接(TJ)，導致通透性增加，細菌及其代謝產物從腸道進入肝循環。進入血液的LPS與結合蛋白(lipopolysaccharide bindingprotein，LBP) 結合后，LBP 將LPS轉運至受體 (CD14 和 TLR4)，激活NF-κB信號通路，啟動了炎癥因子白細胞介素 (IL-1 和 IL-6) 和腫瘤壞死因子 (TNF)的釋放。LPS與TLR4的結合激活了廣泛的細胞信號傳導途徑，誘導細胞因子表達及分泌和促進慢性亞臨床炎癥過程[27]。

4.3 腸道菌群-炎性衰老-POI

在正常月經周期中，卵巢血流在黃體中期達到最高，在黃體成熟過程中血管的密集形成，產生體內所有組織的最大血流速度之一[28]。豐富的血運不僅為卵巢的發育提供營養支持，也必然會帶來其他有害物質的影響。LPS的受體 TLRs 廣泛分布于機體各個組織和細胞，其中包括生殖器官內的細胞。雌性生殖器官所處環境中的LPS來源于兩部分，其一來源于消化道中細菌代謝和死亡產生的LPS，經腸道吸收入血，并通過循環系統輸送到生殖器官周圍，屬于全身低濃度。其二來源于局部高濃度細菌感染[29]。當一定水平的LPS進入生殖系統之后同樣會導致炎癥反應的進行，并逐步對生殖功能造成影響。相關研究顯示LPS誘導的慢性低度炎癥大鼠的血清中E2和AMH水平降低，同時卵巢組織中促炎細胞因子、FSH、LH水平升高，提示了慢性低度炎癥可誘導卵巢炎癥反應，減弱了卵巢產生雌激素的能力[30]。可通過調節腸道菌群代謝而影響炎性通路的激活及炎性細胞因子的釋放，改變全身的炎性狀態，降低組織和器官的炎性衰老。由此，我們可以大膽推測腸道菌群紊亂可導致機體組織及器官的炎性衰老，而卵巢作為衰老速率較快的重要器官，腸道菌群紊亂可能是其衰老進程中的重要影響因素之一。所以在POI疾病的發生發展中調節腸道菌群代謝或可產生重要的影響。

5 總結

本文從自身免疫與炎性衰老的角度，探究腸道菌群與POI的相關性。免疫一直是POI發病過程中的重要影響因素，炎性衰老在影響卵巢功能及POI發病機制探討的研究中也被越來越多的報道。腸道菌群紊亂引起的免疫異常及炎性衰老一直是研究的熱點。故通過兩者的共同作用機制及影響因子來探討其潛在聯系，但目前匱乏腸道菌群與POI疾病相關性的實驗研究，其具體作用機制還有待進一步探索。本文僅從現有的相關研究報道中探尋兩者的相關性，為POI的進一步研究提供一點新思路，以期探尋一種防治POI的新方法。