宮頸HPV感染與陰道微生物及其代謝產物相關性的研究進展

熊 露 桂 濤 樊旭梅 萬貴平▲

1.南京中醫藥大學附屬中西醫結合醫院婦產科，江蘇南京 210028；2.江蘇省中醫藥研究院，江蘇南京 210028

人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染會導致生殖道黏膜增生性病變，是絕大多數宮頸癌的致病因素。80%女性一生中感染過HPV，但大部分在短期內可自行消退[1]。HPV感染和宮頸病變受多因素調控，因此闡明其潛在機制、驅動機體清除病毒是診治HPV感染的關鍵。

女性生殖道中的陰道微生物（vaginal microbiomes，VM）是抵御外源性致病因素的重要屏障，對女性不孕癥、生殖道感染、內分泌代謝疾病等有重要影響[2]。近年來研究發現，VM及其代謝產物具有抗病毒和抗腫瘤效應，HPV感染和宮頸病變可能影響VM群落特征和代謝途徑。探討VM及代謝產物與HPV感染的相關性，闡明因果關系及調控機制，對防治HPV感染意義重大。

1 VM與HPV感染及宮頸病變的關系

Ravel等[3]確立了5種不同群落狀態類型（community state types，CST），CST Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ分別以脆性乳桿菌、加氏乳桿菌、惰性乳桿菌和詹氏乳桿菌為主，CST Ⅳ缺乏乳桿菌，以大量嚴格厭氧菌為主。正常女性VM大多以乳桿菌屬為主，乳桿菌具有維持陰道低pH值，抑制細菌黏附生長，保護黏膜屏障功能等作用[4]。細菌性陰道病（bacterial vaginosis，BV）與CST Ⅳ表現出缺乏乳酸桿菌、Nugent評分7～10分、高陰道pH值（＞4.5）的生物學特征符合，因此BV可以認為是病理狀態下的CST Ⅳ。

1.1 VM異常對宮頸HPV感染的影響

健康人群和HPV感染人群VM組成存在差異。VM組成和分布差異可能影響HPV感染的結局。

優勢菌種改變可能導致HPV持續感染和宮頸上皮內瘤變（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）。以非乳桿菌屬或惰性乳桿菌為優勢菌種的女性HPV感染率、清除率和CIN發生率均大幅度升高[5-7]。BV是HPV感染和CIN的危險因素。Huang等[8]表明BV加重與HPV陽性率升高和CIN進展均呈正相關，但致病機制尚不明確。陰道加德納菌是BV相關細菌中與HPV感染最密切的細菌之一。Lin等[9]報道稱陰道加德納菌為優勢菌群的女性高危型HPV感染率高達72.73%。致病機制可能與陰道加德納菌黏附于陰道上皮細胞形成致密的生物膜，抑制黏膜屏障免疫球蛋白A的作用有關，或因其產生大量黏蛋白酶損害黏膜屏障結構和功能。另外，陰道加德納菌分泌的溶細胞素能直接破壞正常上皮細胞，使陰道上皮喪失完整性。因此BV可能通過破壞黏膜屏障，促進病毒黏附和侵襲，增加HPV易感性。另外，陰道加德納菌中唾液酸酶在HPV持續感染中顯著升高[9]。唾液酸酶不僅可以水解黏膜唾液酸聚糖中的唾液酸殘基，導致上皮細胞溶解，還能參與形成包裹厭氧致病菌的生物膜，有利于BV和HPV病毒長期共存。

5種群落狀態中CST Ⅲ和CST Ⅳ與HPV感染和宮頸病變進展相關性最高。CST Ⅰ與病毒快速清除相關，HPV不易長期存在于CST Ⅱ和CST Ⅴ中[10-11]。不同群落狀態的抗病毒能力有差異，原因可能是CST Ⅱ和CST Ⅴ的優勢菌種誘導產生高濃度IFN-γ，能有效清除病毒[11]。相反CST Ⅲ環境中，Eotaxin、MCP-1、IL-7、IL-9和IL-15等細胞因子減少可能導致抗病毒效果減弱[10]。另外CST Ⅳ相關細菌可能通過誘發炎癥因子升高而損害抗病毒效應[11]。CST Ⅱ和Ⅴ可能通過協助免疫細胞繞過病毒逃逸機制清除HPV，而CST Ⅲ和CST Ⅳ可能抑制免疫功能使病毒長期存在。

1.2 宮頸HPV感染對VM的影響

HPV感染可能導致BV持續以及VM群落特征改變，例如群落狀態轉化、特征菌改變、多樣性增加等。

HPV感染導致普雷沃菌屬、芽孢桿菌屬、纖毛菌屬、巨球菌屬、鏈球菌屬和厭氧球菌屬的相對豐度明顯上升[12-13]，以及放線菌門、變形菌門和擬桿菌門豐度上升[14]。HPV感染后菌群大多表現為乳酸桿菌減少和厭氧菌豐度增加。但在不同種族、年齡、地域等的人群研究中，門、屬、種多個分級上都未篩選出一致的HPV感染特征菌。對于宮頸病變是否造成菌群多樣性增加，目前已有結論也存在爭議。有學者認為HPV感染導致陰道菌群的豐富度和多樣性增加與宮頸病變無關[13]，但也有學者揭示了隨著宮頸病變加重，菌群多樣性會隨之增加[15]。群落狀態方面，HPV感染和CIN進展均能導致BV和CST Ⅳ的發生率和持久性增加[16-17]。不僅如此，HPV感染可能造成群落狀態的轉變，例如Xu等[18]研究表明HPV感染可以促使CST Ⅲ轉變為CST Ⅳ。

上皮細胞和免疫細胞產生的抗菌肽具有殺菌和免疫調節功能。HPV感染能降低抗菌肽濃度導致菌群失調。Lebeau等[17]發現HPV感染導致御素肽 HβD1、HβD2、HβD4、HD-5、HD-6、鈣衛蛋白S100A7和彈力蛋白表達下調。HPV E7癌蛋白與NF-κB和Wnt/β-catenin信號通路上NEMO、CK1和β-TrCP之間相互作用，極大程度抑制宿主防御素的表達。但目前HPV感染調控VM的機制研究較少，有待進一步探索。

2 VM代謝產物對HPV感染和宮頸病變的影響

2.1 乳酸和H2O2

乳酸可以提高宮頸黏液捕捉病毒顆粒的能力，抑制HPV進入基底細胞。脆性乳桿菌能同時產生D-和L-乳酸，抑菌活性、抗菌譜和抗定植能力最優。惰性乳桿菌缺乏編碼D-乳酸脫氫酶的基因，只能產生酸性和抑菌能力較弱的L-乳酸，形成適宜病毒附著的理化環境[19]。因此即使都是以乳桿菌為優勢菌群，CST Ⅲ常常與HPV感染和宮頸病變進展有關[18]，HPV陰性或HPV快速清除的女性群落狀態為CST Ⅰ[10，20]。此外，乳酸具有抗癌特性。Pawar等[21]報道稱乳桿菌衍生的L-乳酸，能明顯抑制HPV陽性的宮頸癌細胞增殖活性。不僅證明VM代謝產物具有調控HPV感染和宮頸病變的潛力，還說明乳桿菌和其代謝物可以作為潛在生物療法輔助HPV防治。

H2O2具有阻斷宮頸病變進展的潛能。H2O2可以誘導惡性細胞的選擇性凋亡以及細菌蛋白質變性失活[22-23]。目前H2O2和HPV感染之間相關性的研究較少。但因H2O2具有廣譜滅菌作用和抗腫瘤特性，在HPV感染和宮頸病變領域可深入探索。

乳桿菌產生乳酸和H2O2維持陰道低pH，不利于雜菌定植和病毒侵襲。生理濃度的乳酸酸化陰道分泌物至pH＜4，能增強H2O2活性和細菌素產生，抑制HPV病毒等機會性感染[24]。陰道高pH值誘導生殖器炎癥導致HPV持續存在。HPV感染也能改變陰道的酸性環境促進BV細菌爆發[25-26]。?aniewski等[27]發現陰道pH＞4.5與宮頸病變嚴重程度相關，pH值異常比例隨宮頸病變程度加重逐漸增加。

2.2 小分子代謝產物

不同細菌的代謝途徑有差異，VM改變可能通過影響氨基酸、核苷酸和脂質代謝與HPV感染和宮頸病變建立相關性。

①VM群和陰道pH值的變化主要依賴于氨基酸代謝改變，CST Ⅳ影響能量代謝和氧化應激，導致代謝產物中出現相關氨基酸和二肽減少（煙酰胺、琥珀酸鹽、半胱氨酰甘氨酸、半胱氨酰等）[28-30]。在HPV感染中能觀察到同類氨基酸代謝異常。CSTⅣ合并HPV感染女性陰道分泌物中，氧化型和還原型谷胱甘肽濃度均降低[31]。總谷胱甘肽消耗可能與氧化應激有關，氧化應激副產物對宮頸細胞造成不可逆損害，可能成為HPV致癌和持續存在的驅動因素。②核苷酸具有抗炎和抑制細菌黏附作用。核苷酸代謝與乳酸桿菌豐度呈正相關，CST Ⅳ對其會產生不利影響[29]。因此CST Ⅳ可能擾亂核苷酸代謝造成黏膜黏附和免疫功能減弱，導致HPV易感、再發和持續存在。③脂質代謝與生殖器炎癥和宮頸病變密切相關。脂代謝異常可以增強微生物群與宿主之間的串擾致其促癌活性增加。目前研究認為BV與鞘脂和長鏈不飽和脂肪酸相關性最高。縮醛磷脂和長鏈多不飽和脂肪酸的脂質代謝產物是炎癥因子的前體，也是細胞基因表達異常的誘導劑[30]。正如Ilhan等[29]報道稱不同的宮頸病變程度代謝產物的特征雖然有差別，但代謝產物異常均與脂質相關：高級別鱗狀上皮內病變患者縮醛磷脂、鞘磷脂、磷脂酰膽堿和長鏈多不飽和脂肪的代謝產物明顯增加；而宮頸癌患者3-羥基丁酸酯、二十碳烯酸酯和油酸/油酸酯明顯升高。

BV和HPV感染患者VM代謝異常還體現在生物胺蓄積和乳桿菌丟失。BV患者陰道分泌物中致癌生物胺升高，可引起宮頸上皮細胞轉化、脫落等異常變化。大部分陰道乳桿菌屬暴露在腐胺條件生長速度減慢，脆性乳桿菌生長還受到尸胺和酪胺的負面影響[32]。研究證明HPV感染女性陰道分泌物中生物胺濃度也明顯增加[31]。生物胺能影響乳桿菌定植，增加BV女性HPV感染率，其機制可能與陰道上皮細胞被破壞，破壞黏膜屏障功能，增加HPV感染和持存在染的風險相關[32-33]。不過目前暫未發現微生物代謝與HPV感染和宮頸病變相關的生物標志物。探究HPV感染與VM小分子代謝途徑相關的致病機制，尋找代謝產物相關治療靶點是未來研究的新方向。

3 小結與展望

BV和缺乏乳桿菌優勢是HPV感染的危險因素。HPV感染也可能造成VM變動和代謝紊亂，二者之間相互影響推動疾病進展。VM和代謝產物可能通過提高黏膜捕獲病毒能力和改變局部免疫功能，調控病毒易感性、存在時間以及宮頸病變程度。與此同時，HPV感染可能造成健康VM群落消失和代謝途徑、代謝產物的改變。異常菌群和代謝環境和HPV病毒相互作用進一步刺激宮頸細胞，可能成為驅動CIN進展的因素。雖然目前尚無研究闡明HPV感染和VM的因果關系，但通過治療BV及糾正微生物代謝紊亂是未來治療HPV感染的新方向。利用乳桿菌和乳桿菌代謝物防治HPV感染和CIN前景可觀。

目前有關VM與HPV病毒持續感染之間相關性的研究設計多為橫截面研究、小樣本調查、回顧性分析等，未來重點應關注陰道菌群特征及代謝途徑對HPV病毒感染-持續-清除各階段影響的具體調控機制。另一方面，女性VM組成存在個體化差異，目前尚未有研究發現HPV感染相關生物標志物。因此迫切需要利用新興技術尋找個體化治療靶點，提出個性化診療方案和防控措施，以實現精準醫學目標。