任 潔,侯亞彬,劉 睿,秦 潔*

0 引言

多囊卵巢綜合征(Polycystic ovary syndrome,PCOS)是一種常見的生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂疾病,其主要臨床特征包括卵巢多囊樣改變、月經(jīng)稀發(fā)、高雄激素血癥和能量代謝紊亂等。目前,PCOS的發(fā)病機(jī)制尚不明確,其中腸道微生物群的調(diào)控作用逐漸成為研究的熱點(diǎn)。腸道微生物群是指人體消化系統(tǒng)中各種菌群的集合,其組成及多種代謝途徑與宿主健康狀態(tài)密切相關(guān)。研究顯示,腸道微生物群在PCOS的發(fā)病和臨床表型調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。腸道微生物群的異常與PCOS患者的肥胖、能量代謝紊亂、慢性炎癥等多種病理生理特征密切相關(guān)。此外,調(diào)節(jié)腸道微生物群對(duì)于改善PCOS的性腺功能障礙及卵巢組織病理變化異常具有重要作用,可能成為PCOS未來治療方案中的選擇。本文就腸道微生物群對(duì)PCOS臨床表型調(diào)控作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為進(jìn)一步的研究提供思路。

1 PCOS中腸道微生物群變化

腸道微生物由1 013～1 014種微生物、1 000多種物種和7 000多種菌株構(gòu)成[1],其對(duì)于人體的代謝和免疫功能發(fā)揮著重要作用,這種微生態(tài)環(huán)境失衡后,將增加多種疾病的易感性。PCOS作為一種常見的生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病,其主要表現(xiàn)為排卵障礙、高雄激素、卵巢多囊樣改變,除生育功能障礙外,PCOS還可能出現(xiàn)多種能量代謝紊亂,如高胰島素血癥和胰島素抵抗(IR)、肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝,甚至增加心腦血管疾病風(fēng)險(xiǎn)[2]。研究表明,PCOS患者的血液及唾液微生物組具有較低的α多樣性(均勻度和多樣性)、不同的β多樣性和顯著的分類變異[3-5]。門水平上的幾個(gè)分類群與PCOS的臨床特征有關(guān),并與代謝生物標(biāo)志物顯著相關(guān),包括穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)、腹圍、游離脂肪酸和其他指標(biāo)[6]。其中最主要的菌群變化表現(xiàn)為擬桿菌門和厚壁菌門,擬桿菌門在非胰島素抵抗型多囊卵巢綜合征(NIR-PCOS)組中表達(dá)豐度較高,在胰島素抵抗型多囊卵巢綜合征(IR-PCOS)組中達(dá)到最高水平。此外,游離睪酮與擬桿菌門和厚壁菌門/擬桿菌門比率(F/B比率)有關(guān),提示血清睪酮水平可能與腸道微生物組之間存在相互作用[3]。而乳酸桿菌和雙歧桿菌等多種有益菌具有一定的增強(qiáng)免疫力和營養(yǎng)吸收的作用,其在PCOS患者中顯著減少,尤其是在IR-PCOS組中。此外,與NIR-PCOS組相比,IR-PCOS患者的瘤胃球菌科和鉤藤科數(shù)量也存在顯著差異[7]。

此外,PCOS患者常合并脂代謝異常,高脂飲食可破壞機(jī)體的腸道菌群微生態(tài),可表現(xiàn)為厚壁菌門/擬桿菌門的比例增加,微生物豐富度降低。研究顯示,與正常大鼠相比,PCOS模型大鼠的β多樣性在腸道菌群中表現(xiàn)出顯著差異[8]。

2 腸道微生物群對(duì)PCOS調(diào)控的生物學(xué)機(jī)制

2.1 腸屏障內(nèi)毒素血癥炎癥機(jī)制 早期的腸道微生物群失調(diào)(DOGMA)假說表明,腸道微生物群失衡后,腸道通透性的增加可能導(dǎo)致脂多糖(LPS)釋放入血,在肥胖型PCOS患者中,炎癥和免疫反應(yīng)被激活,通過TLR-4通路、脂肪-胰島素信號(hào)通路、膽汁酸受體和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)等途徑來誘導(dǎo)肥胖[9-11]。Zhang等[12-13]研究顯示,PCOS患者中Prausnitzii糞桿菌、雙歧桿菌和Blautia的表達(dá)豐度下降,導(dǎo)致短鏈游離脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)產(chǎn)生減少,腸道屏障功能受損,內(nèi)毒素在腸壁的移位增加,炎癥反應(yīng)增強(qiáng)。在一項(xiàng)關(guān)于華北地區(qū)PCOS患者腸道菌群的研究中,首次闡明了PCOS患者腸道菌群變化與炎癥介質(zhì)如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、脂多糖蛋白(LBP)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)水平的相關(guān)性,結(jié)果表明,在肥胖型PCOS患者的腸道菌群中,以韋氏菌科、乳桿菌科和葡萄球菌科等13個(gè)菌群為主[14]。同時(shí),“漏腸”的存在會(huì)導(dǎo)致血清TNF-α和IL-6水平增加,引起慢性卵巢炎癥和IR,促進(jìn)PCOS的發(fā)生和發(fā)展[15]。目前已有研究證實(shí),多種志賀氏菌株可通過分泌毒力因子及誘導(dǎo)炎癥發(fā)揮對(duì)PCOS的腸毒性作用。KerstersiiComamonas是可能在PCOS患者中富集的另一種病原體,與腹膜炎和尿路感染的炎癥有關(guān)[3]。Lim等[16]觀察到多種炎癥標(biāo)志物,如連蛋白(Zonulin)、鈣衛(wèi)蛋白、超敏-C反應(yīng)蛋白(hs-CRP)及脂聯(lián)素等與腸屏障損傷和炎癥相關(guān),可能通過啟動(dòng)炎癥反應(yīng)在PCOS的發(fā)病過程中發(fā)揮作用。此外,轉(zhuǎn)化生長因子-β家族(如AMH)的卵泡內(nèi)失調(diào)也受到LPS濃度的影響。在PCOS患者中富集的脆弱擬桿菌和福氏志賀菌在粘蛋白產(chǎn)生方面具有一定的抑制作用,一旦粘蛋白的產(chǎn)生受損,黏液層對(duì)病原體的保護(hù)就會(huì)喪失,從而加劇腸道屏障的破壞[17]。因此,腸道菌群失衡所致的炎癥反應(yīng)激活是PCOS的發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,肥胖小鼠卵巢中卵母細(xì)胞特異性標(biāo)志物轉(zhuǎn)錄物和促炎信號(hào)的水平顯著高于正常小鼠卵巢,炎癥會(huì)降低卵母細(xì)胞質(zhì)量,破壞減數(shù)分裂和細(xì)胞質(zhì)成熟[18],從而對(duì)女性的生育功能產(chǎn)生不利影響,包括性激素分泌、卵母細(xì)胞分化和成熟、子宮內(nèi)膜植入和其他生殖功能[19]。因此,陰道微生物群在PCOS發(fā)病機(jī)制中的調(diào)控作用成為關(guān)注的熱點(diǎn)方向。

Huang等[20]研究表明,腸道微生物群失調(diào)可誘導(dǎo)PCOS小鼠血清和卵巢中巨噬細(xì)胞焦下垂,而γ-干擾素(IFN-γ)可增強(qiáng)這一病理生理過程,導(dǎo)致通過雌激素合成障礙和顆粒細(xì)胞凋亡,這可能與PCOS的生育功能障礙密切相關(guān)。因此,對(duì)于該生物學(xué)過程的干預(yù)有望成為PCOS的一種潛在治療靶點(diǎn)。

2.2 腸道菌群與代謝途徑的相互作用 腸道菌群的代謝功能包括合成維生素、SCFAs和共軛亞油酸、氨基酸以及膽汁酸(BA)的生物轉(zhuǎn)化、食物的發(fā)酵和降解、氨合成和解毒等[21]。SCFAs包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽,在抗炎、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮重要作用。此外,SCFAs還可導(dǎo)致保護(hù)性肽、細(xì)胞因子、趨化因子和吞噬細(xì)胞的產(chǎn)生和釋放[22]。SCFAs可通過直接激活G蛋白偶聯(lián)受體41(GPR41)和GPR43,作用于胰腺B細(xì)胞,以促進(jìn)胰島素分泌[23]。PCOS患者體內(nèi)腸道微生物群相關(guān)的代謝途徑包括胰島素信號(hào)傳導(dǎo)、葡萄糖代謝、脂質(zhì)代謝和激素分泌,可能還有其他與PCOS密切相關(guān)的代謝途徑,如肉堿代謝、支鏈氨基酸代謝等[24]。

膽汁酸代謝是影響PCOS患者腸道微生物群的主要代謝途徑之一。BA有助于脂肪吸收外,對(duì)糖代謝和胰島素信號(hào)通路的關(guān)鍵分子也具有一定的調(diào)節(jié)作用。腸道菌群調(diào)控的膽汁酸代謝通過多種效應(yīng)維持腸道屏障,包括抗菌作用、直接膜毒性、抑制微生物代謝、促進(jìn)黏液產(chǎn)生、維持上皮完整性、緊密連接調(diào)控、減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力、抑制促炎細(xì)胞因子及免疫調(diào)節(jié)等。甘氨去氧膽酸(GDCA)誘導(dǎo)腸道合成的支鏈氨基酸(BCAAs)可能是一種有害微生物調(diào)節(jié)分子。PCOS合并IR患者卵泡液中的亮氨酸和纈氨酸水平顯著升高。在不良妊娠結(jié)局中,BCAAs也可能通過胰島素受體底物1等多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)糖代謝或誘導(dǎo)炎癥,導(dǎo)致PCOS患者流產(chǎn)。相反,雙歧桿菌對(duì)改善PCOS患者的生育功能則具有積極作用[25]。因此,PCOS條件下代謝綜合征相關(guān)的卵巢功能障礙與其肥胖依賴性腸道微生物群失調(diào)密切相關(guān)。

PCOS患者體內(nèi)高表達(dá)的乳酸桿菌可以促進(jìn)糞桿菌的生長,使丁酸產(chǎn)生增加,從而促進(jìn)胰島素分泌,而過量胰島素可以誘導(dǎo)腎上腺分泌雄激素并調(diào)節(jié)促黃體生成素(LH)水平,導(dǎo)致雄激素水平升高[26]。Lüll等[27]研究顯示,在整個(gè)女性隊(duì)列中,腸道微生物群多樣性測量與PCOS相關(guān)的激素和代謝參數(shù)[如BMI、性激素結(jié)合球蛋白(SHBG)水平、胰島素敏感性以及Matsuda測量的IR和性格指數(shù)]之間存在顯著關(guān)聯(lián),其中,瘤胃球菌科UCG-002與較高的SHBG水平及性格指數(shù)呈正相關(guān)。普雷沃氏菌和乳酸桿菌在人體內(nèi)可能發(fā)揮“益生菌”的作用。有研究顯示,乳酸桿菌的豐度與PCOS患者雌二醇水平呈正相關(guān),而普雷沃氏菌的豐度與雄激素水平呈正相關(guān),尤其是睪酮和雄烯二酮[25]。然而,PCOS患者經(jīng)短期口服避孕藥結(jié)合生活方式治療后,雄激素及體重水平明顯下降,但瘤胃球菌科的豐度沒有顯著變化[28]。結(jié)果表明,性激素和腸道微生物群之間可能存在潛在的相互作用,PCOS體內(nèi)過量的雄激素可能導(dǎo)致宿主腸道微生物群的失調(diào),從而影響女性生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)功能,而腸道微生態(tài)的改變亦會(huì)調(diào)節(jié)性激素水平。

Zhou等[29]研究顯示,花生四烯酸、?；悄懰帷?,11,14二十碳三烯酸、二十二碳六烯酸、DHEA硫酸鹽、茶甾酮和腎上腺素這7種糞便代謝產(chǎn)物是肥胖型PCOS患者的特征代謝產(chǎn)物。該研究通過非靶向代謝組學(xué)和16S rRNA基因測序,揭示了肥胖PCOS患者糞便代謝產(chǎn)物和腸道微生物群的特征性變化,證實(shí)了PCOS患者的4種特征性腸道微生物種,包括Lachnoclostridium、Fusobacterium、Coprococcs-2和Tyzzerela,同時(shí),肥胖型PCOS患者的血清睪酮水平與糞便DHEA硫酸鹽的豐度之間存在顯著的正相關(guān),而血清DHEAS水平與糞便茶甾酮的豐度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)。

一項(xiàng)針對(duì)PCOS患者血清代謝產(chǎn)物與腸道微生物群的相關(guān)性分析表明,羅氏菌屬與LPC濃度呈負(fù)相關(guān),而PCOS的特征屬0319_6G20與LPC的濃度呈正相關(guān)[30]。近期研究顯示,應(yīng)激相關(guān)FK506結(jié)合蛋白5(FKBP5)DNA甲基化與PCOS患者腸道細(xì)菌種類數(shù)及血清空腹胰島素水平和HOMA-IR相關(guān),為了解肥胖型PCOS的病理生理過程提供了新的視角[31]。Torres等[32]在PCOS小鼠模型中的研究顯示,暴露于健康的腸道微生物組可以避免產(chǎn)生PCOS相關(guān)代謝表型,如超重或肥胖、糖代謝異常以及胰島素抵抗等,但還需進(jìn)一步的研究確定正常菌群對(duì)代謝因子發(fā)揮保護(hù)作用時(shí),需要干預(yù)的時(shí)間。總之,腸道微生物群與女性生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)的健康密切相關(guān),未來這些研究的推動(dòng)可能成為個(gè)體化治療生殖內(nèi)分泌功能障礙患者的重點(diǎn)。

2.3 腸腦軸的調(diào)控 PCOS的腸道微生物失調(diào)與神經(jīng)內(nèi)分泌變化有關(guān),揭示了PCOS中潛在的腸腦軸[33]。腸腦軸在調(diào)節(jié)食欲、能量代謝、心理健康及控制體重等方面發(fā)揮重要作用[34],可涉及多種胃腸激素水平的調(diào)控,包括生長激素釋放肽(Ghrelin)、胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)、胃饑餓素、膽囊收縮素(CCK)和肽酪氨酸(PYY)等。研究顯示,腸道微生物組可調(diào)節(jié)腸道外源性交感神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄因子cFos的表達(dá),通過腸腦回路對(duì)腸道外源性交感神經(jīng)進(jìn)行調(diào)控,其他腸道微生物組則可通過GLP-1和PYY調(diào)節(jié)交感神經(jīng)活性和胃腸動(dòng)力[35]。在臨床中廣泛使用的藥物如鐵皮石斛多糖(DOP)和植物乳桿菌CCFM1019干預(yù)PCOS大鼠后,丁酸鹽和PYY水平明顯升高,可抑制卵巢顆粒細(xì)胞的凋亡,改善PCOS大鼠卵巢形態(tài)和代謝紊亂,使其恢復(fù)正常的發(fā)情周期,該過程可能與丁酸鹽依賴性的腸-腦-卵巢軸保護(hù)機(jī)制有關(guān)[36-37]。

在PCOS患者中,腸道微生物群代謝產(chǎn)物可影響腸腦調(diào)節(jié)因子的表達(dá),從而導(dǎo)致垂體和下丘腦沿腸-腦軸分泌的性激素水平發(fā)生變化[34]。此外,有研究表明,腸道微生物群可以直接刺激迷走神經(jīng)通路向大腦發(fā)送信號(hào),通過腸-腦軸與宿主進(jìn)行交流。近年來,具有交感神經(jīng)過度興奮和副交感神經(jīng)張力減退的不平衡自主神經(jīng)系統(tǒng)(ANS)在PCOS中的發(fā)病機(jī)制引起了越來越多的關(guān)注。Zhang等[38]介紹了一種基于非侵入性經(jīng)皮耳廓迷走神經(jīng)刺激(ta-VNS)的靶向副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)的創(chuàng)新療法,用于治療PCOS及其相關(guān)并發(fā)癥,證實(shí)了ANS在PCOS發(fā)展中的作用。

腸道微生態(tài)是參與PCOS發(fā)病過程中異常神經(jīng)元-生殖-代謝回路的重要組成部分,這可能為PCOS的治療選擇提供新的靶點(diǎn)[39]。

3 調(diào)節(jié)腸道微生物群對(duì)PCOS的治療作用

近期研究顯示,在正常小鼠體內(nèi)移植Vulgatus擬桿菌感染的糞便微生物可導(dǎo)致卵巢功能障礙、IR、膽汁酸代謝變化、IL-22分泌減少,而IL-22對(duì)于改善IR、調(diào)節(jié)發(fā)情周期及減輕卵巢顆粒細(xì)胞炎癥具有一定的保護(hù)作用[40]。

在對(duì)PCOS患者進(jìn)行益生菌干預(yù)的研究中,發(fā)現(xiàn)食用乳酸雙歧桿菌V9可促進(jìn)產(chǎn)生SCFAs的微生物生長,導(dǎo)致腸道SCFAs和腸腦介質(zhì)(胃饑餓素和PYY)水平顯著升高。有報(bào)道,Diane-35和益生菌可以恢復(fù)腸道微生物組的多樣性,從而改善PCOS大鼠的生殖功能。植物乳桿菌HL2對(duì)卵巢病理變化具有保護(hù)作用,其與長雙歧桿菌均可調(diào)節(jié)黃體生成素(LH)、卵泡刺激素(FSH)和睪酮(T)水平[41-42]。在用乳酸桿菌和健康大鼠的糞便微生物群移植(FMT)治療PCOS大鼠模型中,發(fā)現(xiàn)FMT組大鼠的發(fā)情周期得到明顯改善,且雄激素水平較前明顯下降,卵巢形態(tài)逐漸正?；痆25]。FMT組腸道微生物群的新組成中,乳酸桿菌和梭菌的豐度增加,普雷沃氏菌的豐度減少?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,推測FMT在未來可能成為PCOS精準(zhǔn)化治療的一個(gè)新思路。

Tempol是一種超氧化物歧化酶。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,Tempol通過減輕腸道氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)以及調(diào)節(jié)腸道微生物群和宿主代謝產(chǎn)物之間的相互作用來改善PCOS表型。因此,Tempol干預(yù)可能是治療PCOS的一種方法[43]。

近年研究表明,越來越多的藥物對(duì)PCOS的腸道菌群具有一定的調(diào)節(jié)作用,Shen等[44]研究顯示,黃連素可通過調(diào)節(jié)腸道微生物群和相關(guān)代謝產(chǎn)物來改善PCOS的病理狀態(tài)。Wu等[45]研究表明,柚皮素在PCOS中的治療作用可能與腸道微生物群和SIRT1/PGC-1信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有關(guān)。丁基淀粉通過激活G蛋白偶聯(lián)受體GPR41,刺激肽酪氨酸的分泌和調(diào)節(jié)糞便微生物群來改善PCOS的臨床表型[46]。一項(xiàng)大鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,補(bǔ)腎化瘀方可調(diào)節(jié)PCOS模型大鼠的腸道菌群。此外,高濃度的補(bǔ)腎化瘀方可能會(huì)破壞群落結(jié)構(gòu)的多樣性[47]。Wang等[48]首次針對(duì)PCOS患者進(jìn)行腸道微生物群靶向營養(yǎng)干預(yù)并聯(lián)合口服降糖藥,證實(shí)高纖維飲食或聯(lián)合阿卡波糖可重塑腸道微生物群的微生態(tài)失調(diào),導(dǎo)致pH水平和SCFAs水平的變化,從而改善PCOS的臨床癥狀。研究顯示,二甲雙胍可以增加腸道阿克曼菌豐度,降低血清γ干擾素(IFN-γ)水平,抑制卵巢巨噬細(xì)胞焦下垂,從而改善PCOS臨床表型[20,49],進(jìn)一步豐富了其藥理作用。目前,研究顯示,減肥手術(shù)如Roux-en-Y胃旁路和袖狀胃切除術(shù),可以改善PCOS和T2DM表型,其作用可能與增加腸道微生物群的豐富性和多樣性有關(guān)[50],未來可能需要更多的研究闡明其機(jī)制。

4 小結(jié)

腸道菌群是體內(nèi)維持微生態(tài)平衡的重要組成部分,可通過多種因素和途徑調(diào)節(jié)宿主基因的表達(dá),參與PCOS的發(fā)生和發(fā)展。目前,針對(duì)腸道菌群譜在PCOS中的研究仍以常見菌群為主,因此,還需要更深層次的研究(如宏基因組學(xué)、代謝組學(xué)和功能學(xué))來闡明腸道微生物組、代謝產(chǎn)物和PCOS發(fā)展之間的聯(lián)系,為PCOS的個(gè)體化治療提供新的目標(biāo)和選擇。此外,FMT作為炎癥性腸病治療的重要手段,其在PCOS中的治療有效性仍依賴于其特定功能性菌群譜,進(jìn)一步證實(shí)益生菌和FMT對(duì)PCOS臨床表型的作用,為PCOS的個(gè)體化治療提供新手段,這可能成為未來更多PCOS患者的治療選擇。