婦女尿微生物組與尿失禁、下尿路疾病之間的關系研究進展

彭 彪，李天杰，周 杭，田道明，柯坤彬，李 松，申吉泓

(昆明醫科大學第一附屬醫院泌尿外科，中華醫學會云南省女性盆底疾病培訓基地，云南昆明 650032)

目前，人們對于尿失禁(urinary incontinence，UI)及相關下尿路疾病的治療效果不甚滿意(急迫性尿失禁和膀胱過度活動癥患者對抗膽堿能藥物治療無反應，反復發生的尿路感染使用抗生素治療無效，壓力性尿失禁患者手術后復發等)，迫切需要一種新的有效的治療方式。最新研究表明，尿微生物群與UI及相關下尿路疾病相關。微生物群是包括細菌、真菌和病毒在內的微生物群落，微生物組是指人類微生物群的全部集體基因組，而正常微生物組對維護人類健康至關重要[1]，其不僅影響致病菌感染的風險，而且還可能與免疫介導的疾病和致癌作用有關[2-6]。故研究尿微生物組與尿失禁、相關下尿路疾病之間的關系十分重要，本文將為尿失禁以及相關下尿路疾病的病因、機制和治療決策提供思路和可能的解決方案。

1 尿失禁與下尿路疾病

尿失禁包括壓力性尿失禁(stress urinary incontinence,SUI)、急迫性尿失禁(urgency urinary incontinence,UUI)和混合性尿失禁(mixed urinary incontinence,MUI)。SUI是指因作用力或體力活動(如體育活動)、打噴嚏或咳嗽而導致尿液同步不自主流出；UUI是指與尿急相關的尿液不自主流出，伴有排尿欲望強烈、難以忍受；將壓力性尿失禁和急迫性尿失禁并存的尿失禁定義為MUI[7]。

下尿路疾病主要包括尿路感染(urinary tract infection,UTI)、膀胱過度活動癥(overactive bladder,OAB)、間質性膀胱炎/膀胱疼痛綜合征(interstitial cystitis/bladder painful syndrome,IC/BPS)。尿路感染的科學爭端是發現明顯的細菌尿和膿尿的微生物學證據，通常會伴有如膀胱感覺增加、尿頻、尿急、尿痛、急迫性尿失禁和(或)下尿路疼痛等癥狀[7]。OAB是一種包含尿急癥狀的綜合征，通常伴有尿頻和夜尿癥，伴或不伴有UUI，無UTI或其他明顯的病理情況[7]。IC/BPS是指與膀胱有關的恥骨上或恥骨后疼痛、壓迫感或不適，通常隨著膀胱充盈而癥狀加重，排尿后可能會持續存在或緩解，病史大于6周，排除感染和其他疾病[8]。

2 尿液的收集及尿微生物組和尿微生物群的檢測

尿微生物組研究需要采用正確的尿液收集方法，包括：①清潔皮膚后收集的中段尿；②經導尿管留取尿液；③經恥骨上膀胱抽吸取樣。尿微生物組的發現和確認主要是通過2種輔助測定法進行：①16S rRNA基因測序(16S rRNA gene sequencing)，可檢測細菌的DNA證據；②增強的尿培養方案，例如質譜法擴大定量尿培養(expanded quantitative urine culture，EQUC)，當常規臨床尿培養陰性且尿道癥狀持續存在無法解釋時，建議使用質譜法EQUC[9]。

3 UI亞類型和相關下尿路疾病的微生物組特征

使用16S rRNA基因測序的尿液微生物組研究顯示，與無癥狀個體相比較，UI亞型和相關下尿路疾病(OAB、IC/BPS和UTI)的尿微生物組存在差異。

3.1 UUI一項使用16S rRNA分析的病例對照研究顯示，UUI組和無癥狀對照組的尿液中都有微生物群落。但是，對照組和UUI組之間14種細菌的相對豐富度明顯不同。另外，UUI癥狀嚴重程度的增加與微生物多樣性的減少有中等程度的相關性[10]。另一項研究發現，與無癥狀婦女相比，UUI婦女的尿微生物組加德納菌屬(Gardnerella)豐富度增加，而乳酸桿菌屬(Lactobacillus)的豐富度減少。此外，通過EQUC對培養的菌群進行比較，發現在UUI中更經常檢測到加氏乳酸桿菌，而在無癥狀對照組中卷曲乳酸桿菌更為常見，盡管其生物學機制尚不明確，但是提示加氏乳酸桿菌和卷曲乳酸桿菌在維持健康的泌尿環境中的不同作用[11]?？赡艿脑蚴桥cUI相關的暴露引起卷曲乳酸桿菌和其他乳酸桿菌減少而導致加氏乳酸桿菌過度生長。有研究顯示，與加氏乳酸桿菌相比，卷曲乳酸桿菌的上皮定植更容易受到泌尿生殖原蟲病原體的破壞[12]。

3.2 SUI在一項針對接受SUI手術的女性患者研究中，從UTI陰性患者中收集了尿液樣本，并通過16S rRNA基因測序進行了分析。盡管86%的樣本可檢測到細菌DNA，但細菌多樣性與SUI癥狀之間未發現關聯[13]。最近，一項SUI合并盆腔器官脫垂患者的導尿管尿液顯示2種細菌Atopobium vaginae(A.vaginae)和Finegoldia magna，其與術前尿路癥狀嚴重程度有關[14]。值得注意的是，A.vaginae是細菌性陰道病(陰道微生物群紊亂綜合征)的微生物組特征之一，可能與這些婦女排尿困難癥狀有關[15]。

3.3 MUITHOMAS-WHITE等[13]使用排尿和導尿管的尿液樣本的研究表明，患有SUI的女性同時伴有UUI癥狀，與乳酸桿菌優勢的喪失有關。然而，一項僅使用導尿管尿液樣本的研究顯示，MUI病例和無癥狀對照組的總體乳酸桿菌優勢差異無統計學意義[16]。

3.4 OABCURTISS等[17]進行一項病例對照研究，對患有OAB的婦女(其中68%患者合并UUI)，進行中段尿液分析顯示，與無癥狀對照組相比，患有OAB的女性乳酸桿菌DNA濃度更低，變形桿菌DNA濃度更高，后者是一種常見的泌尿系統致病菌。

3.5 IC/BPSABERNETHY等[8]最新研究表明微生物組可能在IC中起作用。在這項研究中，對40全IC女性導尿管尿液的微生物組進行16S rRNA基因測序分析，與對照組相比，IC組的尿微生物組多樣性較低，其中乳酸桿菌的水平較低，并且與促炎細胞因子水平較高相關。ABERNETHY等[8]還表明嗜酸乳酸桿菌與IC癥狀指數的嚴重程度評分較低相關，提示嗜酸乳酸桿菌對減輕IC癥狀有幫助，可能與嗜酸乳酸桿菌可減輕炎癥相關，嗜酸乳酸桿菌主要通過促進轉化因子-β(transforming growth factor Beta，TGF-β)反應增強宿主的保護性免疫和通過抑制細菌誘導的細胞核因子-jB(nuclear factor-jB，NF-jB)激活及降低Smad 7的表達來發揮其抗炎作用[18]。但MERIWETHER等[19]最近的研究顯示，患有IC/BPS女性與無IC/BPS的女性相比，未發現尿液和陰道微生物組顯著不同。BRESLER等[20]使用16S rRNA基因測序和EQUC進行細菌鑒定，結果表明IC/PBS癥狀可能與泌尿菌群的差異無關，至少與細菌成分無關，需要進一步的研究來證實這一初步發現。

3.6 UTIKOW等[21]研究表明UI會提高患者患UTI的風險。最近使用導尿管尿液的研究表明，UUI婦女的UTI相關細菌豐富度明顯增加[10，22]，UUI患者的細菌種類增加了9種[10]，其中放線菌、氣球菌、小球藻和嗜熱桿菌屬細菌都與UTI相關[23-25]，且從UUI婦女中培養的比率比對照組高[22]。

4 尿微生物組與抗膽堿能藥物治療UUI和OAB療效差異的關系及可能的生物學機制

UUI的發生經常與OAB相關，盡管進行了廣泛的研究，但對這2種情況的了解仍很少，通常歸因于膀胱逼尿肌神經肌肉功能或信號異常?？诜鼓憠A能藥物是治療UUI和OAB的主要方法[26]，其對膀胱的作用主要是針對膀胱平滑肌的M3毒蕈堿受體，以減少平滑肌(膀胱逼尿肌)收縮，緩解尿急、尿頻和尿失禁癥狀[27]，但有些患者對抗膽堿能藥物治療無反應[28]。闡明對抗膽堿能藥物治療無反應的生物學機制可能有助于改善UUI和OAB的治療策略，尿微生物組的差異可能導致患者對抗膽堿能藥物治療的反應不同[29]。THOMAS-WHITE等[29]對74例UUI患者給予為期12周的索利那新治療，通過治療后癥狀評分將患者分為3個響應組：無反應者、5 mg反應者、10 mg反應者。隨后檢測UUI患者抗膽堿能治療后導尿管尿液的微生物組特征，發現與治療前相比，所有患者治療后尿液中乳酸桿菌的水平增加，而與10 mg反應者及無反應者相比，5 mg反應者中乳酸桿菌占主導的尿液比例更高，說明某些乳酸桿菌對維持健康的膀胱環境起到了重要作用。對尿液進行培養時，研究者發現細菌的多樣性存在差異，其中5 mg反應者的細菌多樣性低于10 mg反應者和無反應者，放線菌屬在10 mg反應者和無反應者中培養更常見，鏈球菌于10 mg反應者中更常見，棒狀桿菌于無反應者中更常見。這些發現表明尿液的微生物組成，尤其是細菌多樣性可能在抗膽堿能治療反應中起作用。有研究發現，大腸桿菌和陰道加德納菌可增加細胞外三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的量進而誘導鈣離子流入和肌肉收縮，而乳酸桿菌通常僅限于糖酵解和發酵途徑，與通過其他細菌使用的呼吸途徑相比，其產生的ATP 少得多；并且某些乳酸桿菌似乎通過利用細胞外ATP或產生抑制性化合物(鈣離子通道阻滯劑)減輕鈣離子流入和肌肉收縮[30]，這可能會影響抗膽堿能藥物對UUI和OAB的治療。

5 通過生物療法恢復泌尿道健康

關于腸道與泌尿道菌群關系的證據不一。最近，對進行糞便微生物群移植(fecal microbiota transplant，FMT)的患者進行觀察，FMT 1年后，復發性UTI的數量從4次降至1次，而沒有FMT的對照組中，每年復發性UTI的數量沒有變化[31]，表明腸道菌群與膀胱微生物群落之間可能存在關系。然而，近期對微生物組的比較分析表明，健康女性的膀胱與胃腸道微生物群基因組蛋白質編碼功能明顯不同，相互之間沒有聯系[32]，但由于是同一個體的2個解剖部位(腸道和尿道)，因此在特定的患者群體中(例如復發性尿失禁、神經系統疾病或老年患者)進行配對比較微生物組分析非常重要，這項研究的主要局限性是未對分析的樣品進行配對。類似于成功實施FMT治療某些胃腸道疾病，未來可能采用尿微生物菌群移植方式來治療患有慢性或持續性尿道疾病(例如復發性UTI、難治性UUI和IC)的女性患者。

KOMESU等[33]研究顯示，陰道和泌尿道菌群有明確的聯系，乳酸桿菌在尿液和陰道中都非常豐富，與陰道和尿液中其他細菌的存在也高度相關；THOMAS-WHITE等[32]的研究也顯示女性陰道與膀胱微生物群高度相似。由乳酸桿菌組成的益生菌已成功廣泛用于促進婦女的陰道健康，一項研究顯示陰道益生菌乳酸桿菌的應用對復發性尿路感染有預防作用[34]。乳酸桿菌可代謝葡萄糖，從而產生過氧化氫來控制陰道病原體的生長；乳酸桿菌還可降低陰道的堿性，從而減少糞便菌群和其他病原體在陰道中定植[35]。有研究顯示，益生菌嗜酸乳酸桿菌可通過促進TGF-β反應增強宿主對腸細菌病原體的保護性免疫，通過抑制細菌誘導的細胞核因子-jB(nuclear factor JB,NF-jB)激活及降低Smad 7的表達來發揮其抗炎作用[18]。故未來恢復健康尿微生物組的生物治療方法將可能是引入特定的單一益生菌菌株或菌株的選定混合物。SCHWENGER等[36]最近對Cochrane數據庫的綜述顯示安慰劑和益生菌在減少復發性UTI方面無差異，但由于納入研究數量有限(n=9)，僅涉及735例參與者，無法確定該綜述的可靠作用。

此外，不能忽略噬菌體(感染細菌的病毒)對尿微生物組的貢獻。噬菌體主要包括裂解性噬菌體和溶原性噬菌體，裂解性噬菌體完全是掠食性的，會殺死其宿主細胞；溶原性噬菌體有2種生活方式選擇：它們可以立即裂解，或者可以將其基因組整合到宿主細菌的基因組中，或者作為質粒保留在細胞質中。噬菌體基因組通常與宿主染色體同步復制，直到某些信號誘導噬菌體進入裂解路徑。在腸道菌群內部，這種從溶原性到裂解途徑的轉變與疾病相關[37]。目前，噬菌體治療方法已被證明可有效抵抗耐藥菌及其引起的感染[38]。另外，無菌糞便濾液轉移在艱難梭菌感染治療中的功效表明，腸道噬菌體具有限制病菌生長和促進腸道菌群正常富集的潛在能力[39]。最近MILLER-ENSMINGER等[40]提出，膀胱內的噬菌體可能有助于泌尿系統的健康，這項研究分析了女性膀胱中的181種細菌分離物中的噬菌體序列，與無癥狀婦女相比，在患有OAB的婦女中分離出的噬菌體豐富度存在差異。因此，對尿微生物組及與其有關的噬菌體的研究可能會開發出噬菌體制劑治療下尿路功能障礙。

6 結語與展望

迄今為止的研究已經確定了尿微生物組中的多種細菌。乳酸桿菌可能在維持膀胱健康環境起作用，而其他細菌則具有致病性。在臨床實踐中，對于下尿路功能障礙有多種治療方案，特別是抗生素的使用及抗膽堿能藥物的使用，多數患者癥狀可以緩解，也有部分患者不能達到癥狀緩解。仍需要更多的研究以明確尿微生物組在維持膀胱健康中的作用，闡明尿液、陰道和腸道菌群之間的關系，以及尿微生物組與下尿路功能障礙的關系，使未來針對尿道的益生菌、噬菌體制劑及進行尿微生物菌群移植成為可能。