腸道菌群與多囊卵巢綜合征相互關(guān)系的研究進(jìn)展

龔慧，陳暉娟，郭宇冰，韓靜

1中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八九醫(yī)院科研部/全軍肛腸外科研究所/全軍重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽471000

2中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九八九醫(yī)院體檢中心 河南洛陽471000

近來有基于人類和嚙齒類動物模型的研究表明，腸道菌群的變化與多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）的代謝和臨床參數(shù)之間存在關(guān)聯(lián)，同時提出腸道菌群失調(diào)可能是PCOS發(fā)展的潛在致病因素[1]。因此，本文著重從PCOS患者以及動物模型上來對腸道菌群與PCOS的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 多囊卵巢綜合征的定義

育齡婦女中PCOS的發(fā)病率為5%～15%[2]。鹿特丹標(biāo)準(zhǔn)診斷PCOS至少需要以下癥狀中的兩條：高雄激素血癥、少經(jīng)或閉經(jīng)以及多囊卵巢[3]。PCOS是無排卵性不孕癥的主要原因，被診斷為PCOS的患者發(fā)生流產(chǎn)和妊娠并發(fā)癥的風(fēng)險也相應(yīng)增加。而且，大多數(shù)PCOS患者存在代謝異常的問題，例如肥胖、高胰島素血癥、胰島素抵抗和血脂異常，這增加了罹患2型糖尿病、高血壓病和非酒精性脂肪肝的風(fēng)險[4]。PCOS的發(fā)病與基因、遺傳和環(huán)境都有一定的關(guān)系，Thackray[5]的研究表明，PCOS患者的母親和姐妹患此病的概率均比較高；Vink等[6]關(guān)于同卵雙生雙胞胎的研究表明，PCOS的遺傳率為70%；Abbott等[7]的研究表明胎兒產(chǎn)前暴露于雄激素環(huán)境與PCOS的發(fā)病有關(guān)，該研究表明，子宮內(nèi)睪酮過高會促進(jìn)PCOS的早期分化或其基因型的表型擴(kuò)增。在患有PCOS的患者女兒中，在2個月大時就可檢測到高胰島素血癥以及內(nèi)分泌水平和卵巢形態(tài)的異常等特征。

2 腸道菌群與性激素

哺乳動物胃腸道中的微生物群落由真核微生物、細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和病毒組成，出生后迅速多樣化，直至成年后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。其參與許多重要的生理調(diào)節(jié)，包括激素、膽汁酸和神經(jīng)遞質(zhì)的代謝等[5]。其中，Markle等[8]的研究表明雌性小鼠暴露于雄性小鼠的腸道微生物環(huán)境可預(yù)防1型糖尿病的發(fā)生。Kozik等[9]的研究表明，與男性的腸道微生物相比，女性腸道微生物的α多樣性更高，但男性的擬桿菌（包括小食桿菌和擬桿菌）的相對豐度要比女性高，這種腸道微生物的區(qū)別主要是源于性激素的不同，例如Yatsunenko等[10]研究了青春期同性的雙胞胎和異性雙胞胎的腸道菌群的組成，發(fā)現(xiàn)存在顯著差異，而嬰兒期時卻未發(fā)現(xiàn)差異。大量研究從動物水平證實(shí)了腸道菌群與性激素有關(guān)。Markle等[8]的研究發(fā)現(xiàn)雄性和雌性小鼠在3周齡時（青春期前）腸道微生物組相似，但在6周齡時（青春期后）觀察到顯著差異；Choi等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，卵巢切除組小鼠腸道中的疣微菌科、梭狀芽胞桿菌、S24-7簇、擬桿菌和普氏菌屬的豐度降低，而乳酸菌和雙歧桿菌的豐度增加；Cox-York等[12]的研究發(fā)現(xiàn)卵巢切除組的小鼠與對照組相比，擬桿菌的豐度增加，厚壁菌門的豐度降低；Harada等[13]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，去雄小鼠組與對照組相比，其擬桿菌和瘤胃球菌的豐度降低?？紤]到人類個體和嚙齒類動物品系中腸道微生物組的固有差異，還需進(jìn)一步的研究來了解腸道微生物的組成和功能是如何受到性激素的調(diào)控的。

3 腸道菌群與PCOS的相互關(guān)系

3.1 PCOS患者腸道菌群變化

由于性激素水平與腸道微生物組的變化有關(guān)，并且許多PCOS患者雄激素過多與PCOS患者出現(xiàn)胰島素抵抗、糖耐量受損、脂代謝異常等代謝失調(diào)有關(guān)，因此腸道中的微生物失衡可能是導(dǎo)致PCOS的原因。許多研究探討了腸道菌群與PCOS患者之間的關(guān)系。Lindheim等[14]通過對24名PCOS患者和19名健康女性糞便樣本進(jìn)行16S rRNA基因序列擴(kuò)增分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，PCOS患者的糞便微生物組的多樣性降低，系統(tǒng)發(fā)育譜發(fā)生變化，而且軟壁菌門中的ML615J-28簇和擬桿菌門的S24-7簇細(xì)菌的相對豐度顯著降低，同時，患者的腸道屏障功能和內(nèi)毒素血癥的部分標(biāo)志物有所改變。上海交通大學(xué)的Liu等[15]的研究對象為33例PCOS患者（其中非肥胖的PCOS患者12人，肥胖的PCOS患者21人）以及15個對照受試者（非肥胖對照組9人，肥胖對照組6人），結(jié)果糞便樣品中16S rRNA基因的V3～V4區(qū)域測序顯示PCOS患者（包括非肥胖的患者和肥胖的患者）和非肥胖對照組之間的腸道微生物種類都存在實(shí)質(zhì)性差異。根據(jù)細(xì)菌相對豐富度的SparCC相關(guān)系數(shù)，將細(xì)菌物種分為23個共豐度組（co-abundance genes，CAG）。為了探討腸道菌群與宿主表型之間的關(guān)系，將臨床參數(shù)和9種CAG之間的相關(guān)性進(jìn)行了Spearman相關(guān)分析，結(jié)果表明，腸道菌群與PCOS相關(guān)癥狀之間存在顯著相關(guān)性，包括肥胖癥、炎癥、高胰島素血癥、高雄激素癥等。Torres等[16]通過16S rRNA基因測序分析了健康女性（n=48）、囊性卵巢（PCOM）患者（n=42）和根據(jù)鹿特丹標(biāo)準(zhǔn)診斷為PCOS的患者（n=73）的糞便微生物多樣性譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與健康女性相比，PCOS患者腸道菌群的α多樣性更低，且該組腸道菌群的多樣性變化介于其他兩組之間?；貧w分析結(jié)果表明，雄激素過多、總睪酮含量和多毛癥與腸道菌群的α多樣性呈負(fù)相關(guān)。對UniFrac距離方差的排列多元分析表明，雄激素過多也與腸道菌群的β多樣性相關(guān)。這些結(jié)果表明，高雄激素血癥在改變PCOS患者的腸道菌群構(gòu)成中起關(guān)鍵作用。Qi等[17]研究了腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對PCOS患者的卵巢功能障礙和胰島素抵抗的影響，研究對象為50名PCOS患者和43名健康女性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PCOS患者的腸道菌群中的擬桿菌數(shù)量顯著升高。Insenser等[18]的研究對象為15名PCOS患者、16名非高雄激素性對照女性和15名男性，同時根據(jù)參與者的體重指數(shù)將其分為非肥胖組（＜30 kg/m2）和肥胖組（≥30 kg/m2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與男性對照組相比，女性的腸道菌群α多樣性降低，肥胖的PCOS患者的腸道菌群β多樣性也有所降低。PCOS患者的腸道菌群表現(xiàn)出特定的異常情況，其中包括鏈型桿菌屬和坎德勒氏菌屬的豐度增加，細(xì)菌多樣性指數(shù)和細(xì)菌屬的豐度變化與血清雄激素的濃度呈正相關(guān)，而與雌二醇水平呈負(fù)相關(guān)。性別、性激素濃度和肥胖的綜合因素會影響年輕人腸道菌群的多樣性和組成，在PCOS的患者中表現(xiàn)得尤為明顯。Zhang等[19]的研究對象為38名PCOS患者和26名年齡相仿的對照女性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對照組的糞桿菌屬、毛螺菌屬、雙歧桿菌屬和布勞特氏菌屬的豐度顯著高于PCOS組，而PCOS組的紫單胞菌屬、顫螺旋菌屬、擬桿菌、乳桿菌、大腸埃希氏菌/志賀菌和梭菌屬的豐度則較高。舒新紅等[20]研究了PCOS患者腸道菌群失調(diào)與炎癥狀態(tài)和胰島素抵抗的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肥胖型PCOS組的空腹胰島素、胰島素抵抗值以及腸桿菌數(shù)量均高于非肥胖型PCOS組和對照組，而乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量卻低于其他兩組。楊月蓮[21]的研究對象為56名PCOS患者及31名年齡相仿的對照女性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PCOS患者與對照組腸道菌群的α多樣性差異顯著，擬桿菌門數(shù)量顯著上升。

3.2 PCOS動物模型腸道菌群變化

為了進(jìn)一步研究腸道菌群與PCOS的相互關(guān)系，大量研究構(gòu)建了動物模型。Clavel等[22]發(fā)現(xiàn)人類腸道微生物群落與嚙齒類動物在門類水平上有廣泛的相似性，這表明嚙齒類動物可能是研究人類腸道微生物組與PCOS之間相互關(guān)系的合適模型。在嚙齒類動物中，已經(jīng)采用了不同的方法就PCOS進(jìn)行建模，包括在胎兒發(fā)育、出生后早期發(fā)育、青春期和成年期誘導(dǎo)雄激素過多的模型[23]。有研究用雄激素二氫睪酮來建模[24]，但更多的是用非甾體芳香酶抑制劑來曲唑來構(gòu)建動物模型，因?yàn)榇怂幬锬軌蛲ㄟ^限制睪丸激素向雌激素的轉(zhuǎn)化來提高睪丸激素的水平。且來曲唑模型具有許多類似PCOS的特征，包括雄激素過多、無排卵、多囊樣卵巢和黃體生成激素增加，還包括體重增加、胰島素血癥和胰島素抵抗在內(nèi)的代謝表型[25]。Kelley等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，4周齡的青春期雌性小鼠在來曲唑處理后，整個腸道微生物群落發(fā)生了明顯的時間依賴性變化，以及其總體物種豐度和系統(tǒng)多樣性顯著降低。此外，由于來曲唑的誘導(dǎo)產(chǎn)生了特定細(xì)菌OTU的相對豐度發(fā)生顯著的時間依賴性變化，這些細(xì)菌大多數(shù)是擬桿菌門和厚壁菌門的成員。Guo等[27]研究了腸道菌群對來曲唑誘導(dǎo)大鼠PCOS模型的發(fā)病機(jī)制和治療的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)組大鼠表現(xiàn)出異常的發(fā)情周期、多個大的卵巢囊腫以及卵巢組織中的顆粒層變化。同時，與對照組相比，腸道菌群中的乳酸菌、瘤胃球菌屬和梭狀菌屬豐度較低，而普氏菌屬豐度較高。當(dāng)用乳桿菌（2×109/天，連續(xù)灌胃14 d）和健康大鼠糞便菌群移植（fecal microbiota transplant，F(xiàn)MT）處理PCOS組大鼠后，發(fā)現(xiàn)FMT組的所有8只大鼠的發(fā)情周期均得到糾正，而乳桿菌移植組8只大鼠中的6只的發(fā)情周期有所糾正、雄激素生物合成減少，且它們的卵巢形態(tài)趨于正常。同時，隨著乳桿菌、梭狀芽胞桿菌的增加和丙酸桿菌的減少，F(xiàn)MT組和乳桿菌治療組的腸道菌群組成均得到恢復(fù)。這些結(jié)果表明腸道菌群失調(diào)與PCOS的發(fā)病有關(guān)，且FMT和乳酸菌移植的微生物群干預(yù)對PCOS大鼠的治療有益。Torres等[16]研究了來曲唑處理對青春期和成年雌性小鼠腸道菌群的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組小鼠相比，處理組小鼠的腸道菌群β多樣性發(fā)生了明顯變化。來曲唑?qū)η啻浩诖菩孕∈蟮奶幚韺?dǎo)致糞球菌屬、雙歧桿菌屬、Allobaculum以及疣微菌科相對豐度增加，而AF12、Dehalobacterium、消化球菌科以及擬桿菌門的相對豐度降低；與青春期小鼠相反，來曲唑?qū)Τ赡甏菩孕∈蟮奶幚韺?dǎo)致了其中的8個細(xì)菌屬平均相對豐度發(fā)生變化（P＜0.05），其中毛螺旋菌科、瘤胃菌科和消化菌科的相對豐度增加，而乳酸菌的相對豐度降低。由于腸道微生物會通過糞—口途徑在小鼠之間傳播，Torres等[28]在用來曲唑和安慰劑處理雌性小鼠后，將小鼠分成三種不同的居住組：PCOS小鼠組（A組）、安慰劑處理組（B組）、兩只PCOS小鼠+兩只安慰劑處理小鼠（C組）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C組的PCOS小鼠的生殖和代謝表征得到明顯改善，同時，通過16S rRNA基因測序，發(fā)現(xiàn)C組的PCOS小鼠與A組小鼠相比，腸道微生物組的整體構(gòu)成以及糞芽孢菌屬和乳酸桿菌的相對豐度有所不同。Arroyo等[29]的研究結(jié)果表明，在來曲唑處理青春期雌性小鼠后，腸道菌群發(fā)生了變化，包括細(xì)菌種類豐度的降低（α多樣性）和總體細(xì)菌群落組成的變化（β多樣性）。其中，豐度變化的細(xì)菌種屬包括乳酸菌、瘤胃球菌屬、雙歧桿菌屬、毛螺菌科、Dorea、Odoribacter、羅斯氏菌屬、薩特氏菌屬等。當(dāng)來曲唑去除后，腸道微生物的多樣性、微生物組成以及特定細(xì)菌種屬的相對豐度得到恢復(fù)。Qi等[17]的研究結(jié)果表明，與健康對照糞便移植組小鼠相比，PCOS患者糞便移植組小鼠表現(xiàn)出胰島素抵抗和發(fā)情周期的中斷以及生殖能力的下降；而且，對照組小鼠的卵巢含有處于不同發(fā)育階段的卵泡，并顯示出正常數(shù)量的黃體，而移植有PCOS患者糞便菌群的小鼠的卵巢卻顯示囊狀卵泡數(shù)量增加，黃體數(shù)量減少。同時，為進(jìn)一步評估普通擬桿菌對PCOS發(fā)病機(jī)制的影響，通過灌胃法向野生型受體小鼠施用普通擬桿菌，并且將熱殺死的普通擬桿菌作為對照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠表現(xiàn)出胰島素抵抗、發(fā)情周期、卵巢形態(tài)和荷爾蒙特征的改變。

4 腸道菌群在PCOS發(fā)生中的可能機(jī)制

盡管一些學(xué)者研究了PCOS患者的腸道菌群變化，但具體的與PCOS相關(guān)的微生物的功能和代謝機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。研究[14,19]發(fā)現(xiàn)，PCOS患者腸黏膜屏障通透性指標(biāo)二胺氧化酶以及內(nèi)毒素血癥相關(guān)指標(biāo)脂多糖水平均顯著升高。葉凌霞等[30]發(fā)現(xiàn)腸道菌群的變化與高雄激素血癥和胰島素抵抗有著密切的關(guān)系。

腦—腸軸是腸道菌群與大腦間的雙向通信系統(tǒng)，主要通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)和包括饑餓激素、膽囊收縮素、PYY等胃腸道激素來調(diào)節(jié)機(jī)體的能量平衡。溫麒丹等[31]的研究表明，腸道菌群的改變以及其與腦—腸軸之間的相互作用可能參與了PCOS的發(fā)病。另外，腸道菌群主要是通過其代謝產(chǎn)物包括短鏈脂肪酸（SCFAs）、氨基酸和膽汁酸來發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，Louis等[32]的研究表明，PCOS患者腸道中的羅氏菌屬、瘤胃球菌屬、布勞特氏菌屬、梭菌屬均有所下降，所以這些菌屬酵解的乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽等SCFAs含量下降，最終導(dǎo)致了腸道黏膜通透性增加和宿主能量代謝的惡化。許多腸道微生物具有合成包括支鏈氨基酸（BCAA）在內(nèi)的多種氨基酸的能力，Pedersen等[33]發(fā)現(xiàn)PCOS大鼠模型腸道中的普雷沃菌屬豐度升高，此菌具有增加循環(huán)BCAA水平、加重胰島素抵抗、惡化糖代謝的作用。另外，有研究[18]揭示了腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對PCOS相關(guān)卵巢功能障礙和胰島素抵抗的調(diào)節(jié)作用，結(jié)果表明，膽汁酸代謝是影響PCOS患者腸道菌群變化的主要代謝途徑之一。PCOS患者腸道菌群普通擬桿菌顯著上調(diào)，且其膽汁鹽水解酶基因的豐度顯著增加，導(dǎo)致了甘氨脫氧膽酸（GDCA）和牛磺熊去氧膽酸（TUDCA）水平的降低，此研究表明，改變腸道菌群、改變膽汁酸代謝和增加IL-22水平可能對PCOS的治療具有重要意義。Zhang等[19]發(fā)現(xiàn)了腦—腸軸與腸道菌群代謝產(chǎn)物的相互作用對PCOS患者的影響，主要是通過讓14名患者食用益生菌雙歧乳桿菌V9來了解腸道微生物調(diào)節(jié)性激素水平的潛在機(jī)制，認(rèn)為食用雙歧乳桿菌V9導(dǎo)致了腸道微生物如普氏糞桿菌、丁酸弧菌和阿克曼菌屬的豐度增加，繼而這些微生物產(chǎn)生的SCFAs含量增加，影響包括生長素釋放肽（Ghrelin）和PYY在內(nèi)的腦—腸介質(zhì)的分泌水平變化，最后，Ghrelin和PYY水平的變化導(dǎo)致腦垂體和下丘腦分泌的性激素水平發(fā)生波動。該研究指出益生菌調(diào)節(jié)激素分泌的潛在機(jī)制與腸道微生物組的重建、營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收以及與腦—腸軸的相互作用有關(guān)。

5 展望

腸道菌群是調(diào)節(jié)人體內(nèi)環(huán)境的一項(xiàng)重要因素，與PCOS的發(fā)病密切相關(guān)。但是，腸道菌群的具體作用機(jī)制、是否可以通過腸道微生物來治療PCOS、以及如何確定用于治療的潛在候選藥物仍需進(jìn)一步的研究。隨著實(shí)驗(yàn)及技術(shù)的進(jìn)步，有關(guān)腸道菌群與PCOS相互關(guān)系的研究將更加深入，有望為PCOS的診斷與治療提供新的思路。