微生物感染在慢性子宮內膜炎致生殖障礙中的機制進展

王靜怡，袁瑩，鄒志玲，陳雪梅*

(1.廣東醫(yī)科大學,湛江 524001;2.東莞市松山湖中心醫(yī)院,東莞 523326)

慢性子宮內膜炎(CE)是一種局限在子宮內膜的慢性非特異性炎癥,其病理改變與內膜中微生物群的定性、定量改變有關,以子宮內膜間質漿細胞(ESPCs)浸潤為主要病理特征[1]。CE患者通常無明顯癥狀或僅有輕微臨床表現(xiàn),如白帶異常、盆腔隱痛或性交不適等。此外,CE患者的血清炎癥指標和超聲影像學結果往往缺乏特異性表象,在臨床首診時易被忽略。據(jù)文獻報道,CE在育齡期女性中的患病率為8%～72%不等[2]。近年來,大量研究表明,CE與女性不孕癥、反復種植失敗(RIF)和反復妊娠丟失(RPL)關系密切,此外CE還是影響活產(chǎn)和足月分娩的客觀因素之一[3]。普遍認為微生物感染是CE的主要病因,CE患者普遍存在微生物感染(包括細菌、酵母菌、支原體、衣原體及病毒等),以及抗生素治療可顯著降低浸潤在內膜間質的漿細胞數(shù)目并改善其妊娠結局就是最有力的臨床證據(jù)[2]。微生物感染導致CE患者生殖障礙的具體機制尚不明晰。本文綜述CE可能的發(fā)生、發(fā)展機制及其對女性生殖健康的影響,以期優(yōu)化治療方案進而改善生殖預后。

一、宮腔微生物感染導致子宮內膜菌群失調及代謝活動異常

傳統(tǒng)觀點由宮頸口關閉及宮頸黏液栓等生理現(xiàn)象推測宮腔內應是一個無菌環(huán)境。隨著基因組學和微生物組學技術的發(fā)展,不少研究發(fā)現(xiàn),宮腔內存在微生物菌群定植,且以乳酸桿菌占主導地位[4]。而CE是一個感染性或反應性的炎性病理過程,故任何導致內膜持續(xù)刺激的因素都有可能促進CE的發(fā)生發(fā)展。據(jù)文獻報道,經(jīng)期延長史、雙側輸卵管積水、多次分娩史及長期放置宮內節(jié)育器均為CE的獨立高危因素[5]。宮腔內微生物的來源主要有腸道及口腔等的微生物經(jīng)血源傳播、下生殖道微生物逆行感染、宮腔操作等。目前認為,宮腔微生物群落是一個動態(tài)微環(huán)境,其狀態(tài)和組分易受多種因素的影響,如月經(jīng)周期、激素水平、年齡及性行為等[6]。當宮腔微生物組成發(fā)生改變時,引起內膜環(huán)境“生態(tài)失調”,進而影響子宮內膜的狀態(tài)和功能,不利于胚胎植入和妊娠維持。

有研究證實,CE患者宮腔微生物群中非乳酸桿菌的相對高豐度與體外受精失敗顯著相關,這提示CE患者子宮微生物群的改變可能是導致不良生殖結局的關鍵因素之一[7]。Chen等[8]采用高通量測序技術對112例RIF患者的子宮內膜進行轉錄組分析,并聯(lián)合16S rRNA測序分析對比了43例RIF患者(14例CE患者和29例非CE患者)宮腔內微生物群狀態(tài),結果表明,CE和非CE患者子宮內膜微生物組成有顯著差異。Liu等[9]研究發(fā)現(xiàn),乳酸桿菌在CE(12例)和非CE(118例)患者的微生物群中的相對豐度中位數(shù)分別為1.89%和80.70%,且在CE患者微生物群中有18種非乳酸桿菌屬類群含量高于非CE患者。以上結果均證實了CE患者子宮內膜存在異常菌群且菌群比例失調。有研究發(fā)現(xiàn),葉狀桿菌和鞘氨醇單胞菌在CE患者子宮內膜中呈顯著高浸潤性,且活躍在與碳水化合物代謝和/或脂肪代謝相關途徑中[8],而另有研究發(fā)現(xiàn),代謝活動對免疫細胞具有重要調節(jié)作用[10-11]。在上述研究中,CE患者子宮內膜微生物群的代謝活動主要富集在蔗糖生物合成Ⅲ途徑(PWY-7347)和蔗糖生物合成I途徑(SUCSYN-PWY)[8]。上述兩種代謝途徑與糖脂代謝相互作用,并參與T細胞和巨噬細胞的調節(jié)[10-11]。Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn),CE患者和非CE患者中CD4+T細胞和巨噬細胞的浸潤程度存在顯著差異。由此推測,CE患者中活躍的微生物群可能通過消耗糖脂代謝的中間產(chǎn)物來競爭宿主子宮內膜細胞和免疫細胞的能量物質,從而調節(jié)內膜免疫細胞的代謝活動,改變內膜微生態(tài)環(huán)境,影響胚胎的著床和早期妊娠的維持,最終引起不良生殖預后。

此外,在研究腸道微生物時,有學者指出腸道菌群代謝活動可通過調控不飽和脂肪酸次級代謝產(chǎn)物,干擾宿主的多條代謝通路以此參與子宮內膜異位癥(EM)的發(fā)生、發(fā)展[12]。亦有學者在CE與EM相關性研究中發(fā)現(xiàn),EM患者同時合并CE的概率顯著高于非EM患者[2],提示EM與CE關系密切。此外,微生物感染可能也是EM患者出現(xiàn)CE的病因之一[13]。然而,盡管在腸道微生態(tài)相關于多數(shù)疾病進展方面的機制研究已較為廣泛深入,但還未在CE中展開進一步研究。

二、微生物感染異常激活子宮內膜炎癥反應

在引發(fā)CE的多種致病微生物中,以革蘭陰性菌較為常見。脂多糖(LPS)又稱內毒素,是革蘭氏陰性菌細胞壁的重要結構成分,同時也是CE最為重要的病原相關模式分子[14]。Zhou等[15]將受LPS刺激后的牛子宮內膜上皮細胞(BEEC)進行轉錄組測序分析發(fā)現(xiàn),LPS通過激活相關炎癥通路,如Toll樣受體(TLR)信號通路、NOD樣受體(NLR)信號通路、細胞因子-細胞因子受體相互作用通路信號通路、趨化因子信號通路及核因子κB(NF-κB)信號通路等,參與調控BEEC的炎癥反應。另有研究發(fā)現(xiàn),在CE患者和經(jīng)LPS體外處理后的牛子宮內膜上皮細胞及間質細胞中促炎介質和趨化因子表達顯著上調[16-17]。以上結果說明,微生物感染可介導LPS等病原相關模式分子激活以TLR、NLR信號通路為核心的炎癥通路網(wǎng)絡,啟動一系列信號轉導和級聯(lián)反應進而導致大量促炎介質的釋放,促使子宮內膜炎癥微環(huán)境的形成,并最終引起CE患者內膜持續(xù)炎癥應答而致不良生殖結局。

Moustafa等[18]利用經(jīng)LPS處理的C57BL/6小鼠和原代人子宮內膜基質細胞實驗模型探索細菌誘導內膜炎癥反應致胚胎著床受損的分子機制,研究結果表明,CE引發(fā)局部炎癥因子分泌模式改變,具體表現(xiàn)在促炎因子如白介素-1β(IL-1β)、白介素-17(IL-17)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)和γ干擾素(IFN-γ)等表達上調,而抑炎因子如白介素-4(IL-4)、白介素-5(IL-5)、白介素-10(IL-10)及轉化生長因子β(TGF-β)等表達下調。已有研究證實,這些升高的促炎因子可通過影響細胞的遷移、增殖和凋亡,改變內膜的生化、形態(tài)及功能,阻礙蛻膜化過程,不利于胚胎著床和妊娠維持[16,19]。其中,IFN-γ和TNF-α可通過參與子宮內膜中組織重塑、血管新生等過程調控胚胎的著床[19]。已知胚胎植入、滋養(yǎng)細胞遷移等生理過程離不開新生血管的形成,而且妊娠早期絨毛膜血管的形成、發(fā)育及血管網(wǎng)絡的構建是母胎物質能量交換的基礎。Peretiatko等[20]對35例CE合并復發(fā)性流產(chǎn)患者在妊娠5～12周的絨毛膜血管形成階段進行形態(tài)學分析發(fā)現(xiàn),合并CE的復發(fā)性流產(chǎn)患者多表現(xiàn)為絨毛分化障礙及絨毛間質血管生成障礙。由此推測,CE可能通過致病菌介導LPS等病原相關模式分子誘發(fā)促炎性介質的表達上調以強化對宿主細胞的破壞作用,進一步阻礙絨毛膜新生血管的形成并干擾胚胎-胎盤血管網(wǎng)絡的構建,使其無法為胚胎的生長發(fā)育提供充足的營養(yǎng)物質,導致CE患者出現(xiàn)反復妊娠丟失。

此外,病原相關模式分子還可通過激活TLR、T細胞受體等相關受體,調控單核巨噬細胞的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路[21]。mTOR是哺乳動物重要的代謝傳感器,參與調控細胞代謝活動[14]。激活狀態(tài)下的mTOR信號通路可增強糖酵解,而糖酵解增強會使免疫微環(huán)境傾向于支持效應T細胞、M1型巨噬細胞等細胞的促炎功能以及各免疫細胞的增殖、遷移行為從而增強體內促炎效應[14,22]。

三、微生物感染誘導子宮內膜免疫狀態(tài)紊亂

生理狀態(tài)下的人子宮內膜中存在多種具有防御功能的免疫活性細胞,包括子宮自然殺傷細胞(uNK)、巨噬細胞及T細胞等[23]。這些固有免疫和適應性免疫細胞的組分在整個月經(jīng)周期中呈周期性變化,這種生理性改變在胚胎植入和妊娠早期建立母胎免疫耐受中發(fā)揮重要作用[23]。已有研究證實,宮腔微生物群與子宮內膜中多種免疫細胞間存在相互作用,由此調節(jié)內膜的免疫微環(huán)境[8]?？偟膩碚f,CE患者子宮內膜各免疫細胞的組成和狀態(tài)等發(fā)生改變,具體表現(xiàn)為B細胞中漿細胞數(shù)目增多且浸潤間質、T細胞中Th1/Th2和Th17/Treg細胞比例失衡以及CD56+CD16-NK細胞減少等[24]。

CE患者子宮內膜B細胞的變化最具代表性。正常情況下,內膜中的B淋巴細胞在總白細胞中占比不及1%,以分散或淋巴聚集物的形式主要分布在基底層[25]。CE發(fā)生時,宮腔致病微生物感染觸發(fā)機體免疫應答,其產(chǎn)物LPS可誘導黏附分子和趨化因子,如CXC趨化因子配體1(CXCL1)、CXC趨化因子配體13(CXCL13)及E-選擇素(CD62E)在子宮內膜上皮細胞中表達上調,促使循環(huán)中大量B淋巴細胞外滲和遷移,進而浸潤子宮內膜功能層和基底層,甚至侵犯腺上皮和腺腔[26]。有學者認為,CE炎癥的嚴重程度可能與漿細胞在間質浸潤的數(shù)目呈正相關[27]。在某些抗原(如LPS)的刺激下,不成熟的B淋巴細胞可分化成漿細胞并產(chǎn)生多種免疫球蛋白抗體,主要包括IgA1、IgA2、IgG1和IgG2,又以IgG2最多[28]。這些抗體的過表達參與改變內膜免疫微環(huán)境,損害子宮內膜容受性,阻礙胚胎植入過程,與不良生殖預后密切相關。此外,Li等[29]研究發(fā)現(xiàn),CE患者ESPCs周圍存在CD4+T細胞的異常聚集,且隨著ESPCs細胞數(shù)目增多,Th1/Th2細胞比例升高,提示B細胞和CD4+T細胞存在相互作用,但其具體作用機制尚不明了。

CD4+T細胞包括輔助性T細胞(Th)和調節(jié)性T細胞(Treg),其中Th細胞亞群又可分為Th1、Th2和Th17[30]。目前研究認為,T細胞介導的免疫平衡在建立和維持妊娠方面發(fā)揮著重要作用,其中Th1/Th2平衡是維持母胎免疫耐受的重要機制之一[31]。不少研究發(fā)現(xiàn),CE患者相較于非CE患者的子宮內膜中Th1/Th2細胞比例顯著升高,這提示CE患者中存在Th1/Th2細胞比例失衡現(xiàn)象[8,32]。Chen等[8]進一步研究發(fā)現(xiàn),宮腔內微生物群的異?；顒涌赡芡ㄟ^影響碳水化合物代謝和/或脂肪代謝過程,以此調節(jié)Th1/Th2的轉換。不同于CE患者的免疫失調,健康女性的子宮內膜在著床期Th1/Th2平衡偏向Th1促炎免疫,而當胚胎成功著床后又以Th2抗炎免疫占優(yōu)勢,其相關細胞因子(如IL-4、IL-5、IL-9和IL-13)可抑制炎癥以減少組織損傷,促進和維持免疫耐受而利于胚胎、胎盤發(fā)育[31]。此外,Th17/Treg細胞介導的免疫平衡也在妊娠過程中發(fā)揮重要作用。Treg細胞可減少母體對胚胎的免疫排斥,具體通過細胞間的直接接觸效應及釋放IL-10、TGF-β等抑炎因子,從而對免疫耐受有正面生物學效應;而且,母胎界面的Treg細胞亦可抑制Th1、Th17等細胞的活化,并通過旁分泌或自分泌減少促炎因子IL-17的產(chǎn)生,從而抑制炎癥、促進母胎免疫耐受[33]。已有研究證實,CE患者子宮內膜存在Treg細胞功能受損、Th17/Treg比例失調,使內膜炎癥過度和纖維化[34]。有學者進一步發(fā)現(xiàn),Th17豐度高的CE患者的子宮內膜微生物群在LPS合成的相關途徑中顯著活躍[8],結合腸道微生物研究中證實LPS可誘導Treg數(shù)量減少及Th17和Th1數(shù)量增加[35],推測子宮內膜中免疫細胞數(shù)量和比例失衡可能也是由類似機制引起的。

另有文獻報道,在CE患者宮腔微生物群中含量較高的普雷沃氏菌和加德納氏菌可促進芳香族氨基酸(如色氨酸)的合成進而上調內膜中促炎因子(如TNF-α、IL-1β、IL-6)的表達及釋放,增強對子宮內膜上皮細胞的破壞和分解,影響免疫細胞的活動,使CE內膜的免疫細胞譜發(fā)生改變[9,36]。此外,Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn),在CE患者中呈高豐度的葉狀桿菌和鞘膜單胞菌與子宮內膜巨噬細胞的浸潤程度呈顯著負相關,而巨噬細胞在建立內膜的容受性中發(fā)揮重要作用。上述研究均表明,子宮內膜菌群微生態(tài)與免疫狀態(tài)之間存在相互作用,這也可能是CE潛在的發(fā)病機制之一。

四、微生物感染誘導宿主細胞基因表達異常

蛻膜化是維持子宮內膜容受性的關鍵生理過程,同時也是決定妊娠成功與否的重要因素。這一步驟需要大量基因參與并且動態(tài)有序的表達調節(jié),在自然生殖周期中,健康女性的子宮內膜存在相應基因表達譜的周期性變化,而CE中相應的基因譜表達異常。

Di Pietro等[37]發(fā)現(xiàn)較健康女性而言,CE患者在植入窗口期的子宮內膜基因表達譜中參與炎癥反應、調控增殖與凋亡相關的基因表達存在顯著差異,具體表現(xiàn)為CE組內膜中胰島素樣生長因子結合蛋白-1(IGFBP-1)、B淋巴細胞瘤2基因(BCL-2)和B細胞淋巴瘤-2基因相關X蛋白(BAX)表達上調,白介素-11、CC趨化因子配體4(CCL4)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8(CASP-8)表達下調。目前研究已知生長激素發(fā)揮生理作用有賴于胰島素樣生長因子(IGF)的參與,在調節(jié)細胞生長、增殖及遷移等多種細胞進程中IGF均起著重要作用,其中IGF-1可在子宮內膜增殖期調節(jié)雌激素的促內膜生長功能,IGF-2則可調節(jié)孕激素在內膜分泌期使其獲得容受性及刺激基質細胞分化的作用,這提示體內適當水平的IGF利于胚胎植入和胎盤形成[5]。而胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBP)參與調控IGF與其受體的結合,具體通過和IGF受體競爭IGF配體上的同一個結合位點而達到抑制IGF信號通路的作用[38]。因此,CE內膜中IGF/IGFBP失衡可能也是導致胚胎植入失敗/胎盤形成不良的原因之一。Di Pietro等[39]在另一篇研究中還發(fā)現(xiàn),IGF-1在子宮內膜的表達下調可能依賴于miR-27a-3p介導的轉錄后調控,提示微小RNA(miRNA)可通過IGF等因子參與CE引起不良妊娠結局的致病過程。事實上,miRNA在轉錄后水平上是基因表達的負調控因子,其生物學作用與其靶基因編碼的蛋白有關[39]。另有學者研究證實,miRNA家族參與LPS的致炎機制,miRNA或通過調控相關炎癥通路(如TLR通路、NLR通路)的關鍵分子從而參與CE的疾病進程[40]。

此外,BCL-2是抗凋亡基因,BAX和CASP-8為促凋亡基因。健康女性的子宮內膜細胞凋亡主要發(fā)生在分泌晚期及月經(jīng)期,是維持正常月經(jīng)周期和妊娠早期穩(wěn)態(tài)的重要生理機制,該過程與BCL-2、BAX的表達密切相關,其比例改變可能對胚胎著床及胎盤發(fā)育過程中的組織重塑產(chǎn)生不良影響[37]。研究顯示,BCL-2的過度表達與CASP-8的表達降低有關,CASP-8參與了Fas基因和多種凋亡刺激物誘導的細胞程序性死亡[37]。BCL-2在CE患者中過表達,使其內膜細胞的抗凋亡能力異常增強而不利于妊娠的建立和維持。

近年,基因異常表達在CE中逐步成為研究熱點。Jhamat等[41]利用BEEC實驗模型研究發(fā)現(xiàn),LPS可改變BEEC的DNA甲基化模式,大部分差異基因表現(xiàn)為低甲基化和基因過表達,其中差異甲基化基因主要是與炎癥反應、免疫應答、細胞增殖與凋亡、細胞黏附及細胞外基質重塑等過程相關的蛋白編碼基因。由此推測,微生物感染可通過LPS等刺激因素誘導宿主細胞中免疫炎癥等相關基因調控區(qū)域DNA甲基化模式改變和基因轉錄持續(xù)異常,進而異常調控相關炎癥通路、影響炎癥介質表達,從而參與CE的發(fā)生發(fā)展,導致CE患者子宮內膜炎癥長期存在及免疫失調。Cicinelli等[42]研究證實,與對照組相比較,CE患者內膜中參與炎癥、細胞增殖和凋亡過程的基因表達存在顯著差異。

上述研究提示,CE可能主要是由致病微生物感染誘導宿主細胞DNA去甲基化,繼而影響參與胚胎植入和妊娠維持等過程中與免疫炎癥反應、細胞增殖和凋亡等相關基因的表達,改變內膜的生化、形態(tài)及功能,干擾蛻膜化過程,影響內膜的容受性,由此發(fā)生生殖障礙。

五、微生物群參與體內激素循環(huán)的調節(jié)

此外,蛻膜化過程也是在雌、孕激素結合其受體(ERα和ERβ,PRA和PRB)周期序貫作用下發(fā)生的[43]。有學者基于實時PCR法檢測技術研究發(fā)現(xiàn)CE患者蛻膜化受損并與其內膜間質細胞中ERα/β、PRA/B的異常表達有關[44],提示CE可能通過干擾雌/孕激素受體的表達,以拮抗孕激素促使增殖期內膜轉化為分泌期的妊娠支持作用,使基質細胞增值潛能高于分化潛能,導致蛻膜化的啟功和發(fā)育受阻,影響子宮內膜容受性,對胚胎植入和妊娠維持有負面生物學效應。

目前研究認為,宿主微生物群與循環(huán)中雌/雄激素、胰島素以及其他激素之間存在互相作用,并參與女性生殖內分泌疾病的發(fā)生發(fā)展。有研究表明,腸道菌群中能代謝雌激素的細菌(如擬桿菌、雙歧桿菌和大腸桿菌等)分泌的β-葡萄糖醛酸酶能將雌激素解偶聯(lián)為其活性代謝物,使循環(huán)中雌激素水平升高,從而參與子宮內膜異位癥的形成[45-46]。已有研究證實,CE患者宮腔內包括雙歧桿菌等多種細菌的豐度顯著高于非CE者[9],而這些改變是否也通過對體內性激素的影響而干擾妊娠過程,其因果關系及相關機制有待進一步探明。

六、研究微生物群與CE致病機制時亟待解決的問題

在進一步探索宮腔微生物群與CE患者生殖障礙的關系及其作用機制時,還需注意以下幾點：(1)CE診斷標準尚不統(tǒng)一,據(jù)文獻報道至少有7個CE組織病理學診斷標準[47];且目前主流診斷方法(即宮腔鏡下子宮內膜形態(tài)學檢查結合內膜免疫組化)對CE的診斷仍存在一定漏診率。上述因素均可能導致在不同研究中的CE分組存在一定差異從而影響研究結果。(2)CE患者宮腔微生物群組成尚不明確。針對CE的病原體檢測,主要有微生物培養(yǎng)、定量PCR分析、16S rRNA測序等[47]。其中,微生物培養(yǎng)檢出率低、耗時長且易被污染,局限性大;定量PCR分析一般只用幾種常見的特異病原菌來識別,亦存在局限性;16S rRNA測序可精準鑒別宮腔微生物,但目前尚無關于16S rRNA測序對CE病原體診斷的特異度與敏感度的研究[47]。因此未來仍需更多大樣本臨床研究以進一步明確CE患者子宮內膜中的微生物組成。(3)宮腔微生物群的狀態(tài)和組成易受到多種因素[6](如月經(jīng)周期、激素、年齡、飲食及運動等)的干擾,因此是否有必要具體分析內膜活檢時機和研究對象基線情況對CE患者病原體檢測結果的影響也是一值得思考的問題。(4)注意臨床觀察指標的定義、統(tǒng)計學分析的準確性與多樣性。鑒于目前關于CE影響生殖健康的機制的研究樣本量較小、CE診斷標準不統(tǒng)一及宮腔微生物檢出結果差異大等問題,薈萃分析將有助于獲得更客觀并有說服力的結論。

七、結語與展望

綜上所述,病原體感染可使子宮內膜菌群失調及代謝活動改變,以此異常調節(jié)內膜微生態(tài),還可以介導LPS等刺激因素激活相關炎癥通路,引起大量細胞因子和趨化因子等異常表達,形成子宮內膜炎癥微環(huán)境和免疫紊亂。此外,微生物感染還能誘導DNA甲基化模式改變,通過異常調控體內免疫炎癥反應、細胞增殖和凋亡等途徑參與CE的發(fā)生發(fā)展。而體內性激素水平及其受體表達的改變與菌群致CE病變的關系及其作用機制有待進一步證實。未來的研究還需更多高質量的隨機對照試驗以深入了解由微生物感染引發(fā)CE的具體分子機制及其影響女性生殖健康的具體原因,為發(fā)現(xiàn)CE治療的新靶點提供科學參考,為優(yōu)化CE患者的臨床妊娠結局提供更多可能。