腸道菌群與不孕癥相關疾病的研究進展

張嬙 徐影 代曉微 張京順 鄭連文

近年來，人體腸道菌群的研究受到國內外學者的廣泛關注。腸道菌群隨著宿主進化而來，人體出生時期獲得的菌群隨著宿主的發展而發展［1］。腸道菌群在成年期不會發生顯著的波動，然而細菌感染、抗菌藥物治療、生活方式改變、手術和飲食等可能會引起腸道菌群失調，即腸道菌群數量和功能的顯著變化［2］。研究顯示，腸道菌群失調與心血管、神經、呼吸和代謝疾病以及惡性腫瘤等的發生相關［3］。有研究表明腸道菌群在不孕癥中也起到重要的作用。多項研究證實腸道菌群與多囊卵巢綜合征（PCOS）、子宮內膜異位癥、復發性自然流產(RSA)、子宮內膜炎等不孕癥相關疾病的發生及進展密切相關。不孕癥一直是生殖醫學面臨的主要挑戰，全世界有1.86 億例不孕癥患者，其中多達15%被診斷為原因不明的不孕癥［4-5］。不孕癥已成為臨床研究的熱點，本文聚焦于腸道菌群與引起不孕癥的多種疾病之間的相互作用，為相關研究提供一個新的視角。

一、腸道菌群的組成

近年來，16S 核糖體RNA（16S rRNA）測序技術及鳥槍法（shot gun）基因組檢測技術廣泛用于檢測腸道菌群組成及其相對豐度的變化。腸道菌群主要包括4 個門類：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門。厚壁菌門和擬桿菌門占健康成人腸道菌群的絕大部分，且厚壁菌門與擬桿菌門的比值被視作判斷機體是否健康的指標［6］。腸道菌群在腸道內的分布有所不同，其氧氣梯度、抗菌肽、pH 等變化會影響菌群群落的組成及密度差異。與結腸相比，小腸的酸性更強、氧氣和抗菌肽含量更高，因此小腸中的菌群以快速生長的兼性厭氧菌為主，其中乳酸桿菌科和腸桿菌科占主導地位。另外，小腸的細菌密度要低得多，腸腔內容物的菌群群落數為103～105CFU/mL。結腸中的菌群密度遠大于小腸，且結腸的菌群多樣性也比小腸豐富，結腸中腸腔內容物菌落數為1010～1012CFU/mL，這些細菌包括300～1000 個不同的物種；結腸中環境變得更具堿性，氧氣和抗菌肽濃度較低，這就有利于更密集的厭氧菌定殖，其中以擬桿菌科、普雷沃菌科、毛螺菌科和瘤胃球菌科為主（圖1）［7-9］。

圖1 人體腸道菌群組成圖

二、腸道菌群的功能

人類腸道菌群代表著一個復雜的生態系統，為宿主創造了一個穩定的環境，有效地保護人類的身體健康。研究表明，腸道菌群利用厭氧發酵降解膳食纖維產生短鏈脂肪酸（SCFA），如乙酸、丙酸和丁酸來分解不可消化的碳水化合物，這些發酵產物是腸上皮細胞重要的能量來源，從而增強黏膜屏障，保護機體防止病原微生物的侵襲［10］。近年來，多項研究顯示腸道菌群發酵產生的SCFA在改善人類健康方面具有重要作用。Yuan 等［11］研究表明，SCFA 具有抗腫瘤作用，SCFA 中的丁酸鹽被認為是腫瘤抑制因子，丁酸鹽在結直腸癌中通過調節腫瘤的微RNA（miR）水平降低了MYC癌基因的表達，進而降低miR-17-92 簇基因表達，抑制腫瘤細胞的增殖、轉移及血管生成來減緩結直腸癌的進展。Yan 等［12］研究表明，腸道菌群通過SCFA 影響骨骼的生長和發育。腸道菌群發酵SCFA，促進鈣吸收，鈣吸收后以羥基磷灰石鈣的形式沉積在牙齒和骨骼中，為組織提供強度［13］。另外，腸道菌群產生循環的SCFA 通過增加緊密連接蛋白來影響血腦屏障的完整性。血腦屏障完整性的增加限制了不良代謝物進入腦組織［14］。上述研究表明，腸道菌群的穩定對機體起著積極的作用，有效保護著人類的健康，若腸道菌群出現紊亂將導致多種疾病的發生。

三、腸道菌群與疾病的關系

成年人在細菌感染、接受抗菌藥物及手術治療、生活方式和飲食方面改變的情況下，可能會出現腸道菌群失調。其腸道菌群豐度的改變可能是引起PCOS、子宮內膜異位癥、RSA、子宮內膜炎等導致不孕疾病的因素。不孕癥相關疾病的腸道菌群豐度的變化見表1。

表1 不孕癥相關疾病的腸道菌群豐度變化

1. 腸道菌群與PCOS

PCOS 是絕經前婦女最常見的內分泌和代謝疾病，主要表現為雄激素過多和卵巢功能障礙，常與胰島素抵抗有關［15］。有研究表明，腸道菌群與人體代謝紊亂密切相關，而且各種內分泌代謝疾病的發生和發展都受到腸道菌群結構動態的影響［16］。PCOS 作為一種內分泌代謝性疾病，其排卵功能障礙和胰島素抵抗的機制尚不完全清楚。研究顯示，腸道菌群失調與肥胖和胰島素抵抗等PCOS 的臨床癥狀密切相關［26］。Tremellen 等［27］提出了腸道菌群失調（DOGMA）假說，該假說解釋了PCOS 發病過程與肥胖或高糖、高脂和低膳食纖維飲食有關，肥胖或高糖、高脂和低膳食纖維飲食可導致腸道菌群失調。因此，研究PCOS 的機制及該代謝性疾病與腸道菌群的關系顯得尤為重要。Qi 等［28］研究表明，PCOS 患者的腸道菌群中普通擬桿菌升高，結果顯示PCOS 患者糞便菌群移植到小鼠體內以及普通擬桿菌定植到受體小鼠中均出現了卵巢功能紊亂、胰島素抵抗，同時糖脫氧膽酸和牛磺去氧膽酸水平降低，提示膽汁酸代謝是PCOS 患者腸道菌群變化的重要代謝途徑之一。Kelley 等［17］證實來曲唑誘導的PCOS 小鼠模型中腸道菌群發生了變化，擬桿菌門和厚壁菌門之間的比例紊亂，出現擬桿菌門的減少和大量厚壁菌門的增多，厚壁菌門的增多與肥胖、2 型糖尿病（T2DM）及代謝綜合征的發生、發展密切相關，而肥胖、T2DM 又是導致PCOS 的間接因素［29］。Liu 等［18］觀察到PCOS患者腸道中革蘭陰性桿菌屬中的擬桿菌和大腸桿菌明顯增多，革蘭陰性菌產生脂多糖，脂多糖作為觸發因素導致胰島素抵抗和肥胖，而胰島素抵抗和肥胖又是PCOS 的高危因素［30］。He 等［31］研究顯示，腸道菌群可通過與宿主的一系列分子相互作用，導致宿主胰島素抵抗、低度炎癥和高雄激素血癥（HA），進而間接引起PCOS。由此可見，腸道菌群參與了PCOS 的發生與發展進程。

2. 腸道菌群與子宮內膜異位癥

子宮內膜異位癥是一種慢性雌激素依賴性疾病，由脫落的子宮內膜組織逆行進入下腹腔引起，主要影響包括卵巢在內的盆腔組織。子宮內膜異位癥的危險因素較多，包括月經量多、月經周期縮短、痛經、卵巢囊腫病史等［32-33］。子宮內膜異位癥導致慢性盆腔疼痛、痛經、性交困難和不孕癥等的發生，近半數育齡期不孕癥婦女受其影響［32，34］。因此，研究子宮內膜異位癥的發病機制從而進行針對性預防和治療是解決不孕癥的關鍵之一。近年多項研究顯示，子宮內膜異位癥與腸道菌群密切相關。Yuan 等［19］研究顯示，腹腔注射子宮內膜組織的小鼠在造模后42 d 腸道中放線桿菌和厚壁桿菌異常豐富，雙歧桿菌和伯克氏菌的豐度也較高，表明腸道菌群調節可作為預防和治療子宮內膜異位癥的有效指標。Ata 等［20］比較了子宮內膜異位癥患者和健康對照者，發現子宮內膜異位癥患者糞便標本中纖毛菌、巴氏桿菌和加德納菌減少，故腸道菌群失調可能與子宮內膜異位癥的有關。Chadchan 等［21］對有子宮內膜異位癥的小鼠和無子宮內膜異位癥的小鼠作對比觀察，子宮內膜異位癥小鼠的腸道中擬桿菌增多，擬桿菌對甲硝唑高度敏感，遂予子宮內膜異位癥小鼠應用甲硝唑，用藥后小鼠子宮內膜異位癥病灶縮小，對小鼠重新予用藥前糞便灌胃后子宮內膜異位癥病變復發，研究表明甲硝唑可通過減少腸道菌群中擬桿菌的生長來抑制小鼠子宮內膜異位癥的病變。因此，腸道菌群與子宮內膜異位癥有著密切的聯系。

3.腸道菌群與RSA

歐洲人類胚胎與生殖學學會將RSA 定義為與同一配偶發生2 次或2 次以上流產［35］。RSA 在排除染色體、內分泌、感染、解剖和自身免疫因素后，仍有高達50%的流產病例無法解釋，這就大大增加了患者的心理壓力，也限制了臨床有效的干預和治療［36］。因此，研究流產發生、發展的原因顯得至關重要。最近的調查也證實，腸道菌群參與了流產發生、發展的進程。Liu 等［22］研究顯示不明原因反復流產患者的厚壁菌門和變形桿菌比對照組增多。此外，流產患者糞便中普雷沃菌科NK3B31 群、擬桿菌屬S24_7 群、嚙齒真桿菌屬等條件致病菌增多。這些結果表明，腸道菌群失調是引發流產的重要因素，可能是腸道菌群失調導致機體炎癥反應發生，炎癥會對子宮內膜容受性和著床產生負面影響，進而導致流產［37］。Jin 等［23］用16S rRNA 基因測序微生物組分析法，對20 例免疫抗體陽性和20 例免疫抗體陰性的原因不明RSA 婦女的糞便樣品進行腸道微生物組分析，結果顯示擬桿菌屬在免疫抗體陽性流產組中豐度最高；在免疫抗體陰性流產組中擬桿菌屬、丹毒絲菌屬UCG-003、糞桿菌屬、普雷沃菌屬-9 相對豐度較高。此外，擬桿菌又與羊膜腔內感染的發生密切相關，進而導致不良的妊娠結局［38］。以上均說明RSA 的發生與腸道菌群的紊亂密不可分。

4. 腸道菌群與子宮內膜炎

子宮內膜炎是子宮內膜的感染性和炎癥性疾病，可由于宮內環境不佳而引發不孕癥，由此得到越來越多的關注。研究顯示腸道菌群和炎癥之間存在著重要的相互作用，腸道上皮組織內的細胞向免疫細胞傳遞細菌代謝物，促發局部和全身炎癥［39］。由此可見，腸道菌群通過引起炎癥改變進而導致子宮內膜炎的發生。Hu 等［25］研究發現，小鼠給予金黃色葡萄球菌灌胃后，出現腸道菌群失調并引起子宮內膜炎，糞便微生物群移植后減輕了腸道菌群失調小鼠子宮內膜的炎癥反應。此外，氣相色譜-質譜法分析顯示，腸道菌群失調小鼠糞便中SCFA 含量降低，SCFA 具有抑制炎癥的作用，說明SCFA 含量的降低是腸道菌群失調引發子宮內膜炎的危險因素［37］。Hu 等［24］研究了腸道菌群與子宮內膜炎的關系，借助與炎癥有關的中間物質樺褐孔菌多糖（IOP）可以調節腸道菌群來減輕急性子宮內膜炎，此外用脂多糖鏈球菌誘導小鼠發生子宮內膜炎，進一步用16S rRNA 高通量測序法分析子宮內膜炎小鼠腸道菌群的組成變化。與對照組相比，脂多糖鏈球菌誘導子宮內膜炎的小鼠腸桿菌和擬桿菌減少，變形桿菌和密螺旋體增多，IOP 干預后增多的變形桿菌減少了。以上研究均說明腸道菌群參與了子宮內膜炎的發生、發展。

四、結 語

腸道菌群對維持機體的正常功能很重要，多種因素影響了腸道菌群的組成和功能，包括患者年齡、飲食、BMI、抗菌藥物和激素的應用以及宿主遺傳和地域環境等［40］。腸道菌群的組成和功能的變化影響了腸道的通透性、消化和代謝功能以及免疫反應的發生，出現腸道菌群的紊亂，進而間接導致不孕相關疾病的發生，增加育齡期女性不孕癥的發生率。隨著現代醫學的發展，通過補充益生元和益生菌以及應用糞便菌群移植技術可以調節腸道菌群的組成和功能，對因腸道菌群失調而引起的這些不孕疾病起到有利的治療作用［1］。因此，糾正腸道菌群紊亂可降低不孕癥相關疾病的發生，雖然確切的機制尚未明確，但其有望成預防和治療人類疾病的一個可行方法。