淺析腸道菌群與早發(fā)性卵巢功能不全的相關(guān)性

曾慧芳，趙志梅

(天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院/國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300000)

0 引言

由于環(huán)境污染、工作壓力以及不健康的飲食生活方式等因素，早發(fā)性卵巢功能不全(Premature ovarian insufficiency，POI)已逐漸成為全球關(guān)注的熱點問題。POI是一種疾病，定義為40歲前卵巢功能減退，雌激素水平下降，促性腺激素水平升高。病因包括遺傳、免疫、環(huán)境等因素。近年來，研究表明炎性衰老與POI密切相關(guān)。通過對POI患者的卵巢活檢，發(fā)現(xiàn)存在淋巴細胞浸潤和卵巢免疫反應(yīng)[1]，免疫及炎癥反應(yīng)在卵巢功能退化過程中產(chǎn)生重要的影響。腸道菌群不僅可調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)，其代謝紊亂還可導(dǎo)致機體炎癥的發(fā)生，越來越受到學(xué)者們的關(guān)注。諾貝爾醫(yī)學(xué)獎得主梅契尼科夫指出，人的健康尤其是衰老與腸道菌群有關(guān)[2]。卵巢早衰作為器官衰老中的一個特殊例子，是一個產(chǎn)生重要影響的疾病狀態(tài)，女性的生殖器官表現(xiàn)出比身體其他系統(tǒng)更快的衰老速率。因此，探討如何防治卵巢早衰以及改善卵巢功能，是目前生殖領(lǐng)域迫切需要解決的難題。目前較少研究報道腸道菌群對卵巢衰老的直接影響，但在對POI和腸道菌群的各自研究中發(fā)現(xiàn)，兩者均與免疫、炎癥有著密切關(guān)聯(lián)，故本文就此做一淺析，通過自身免疫及炎性衰老機制探討POI與腸道菌群的相關(guān)性，為POI的進一步研究提供一點參考。

1 POI概述

早發(fā)性卵巢功能不全(POI)是一種病因復(fù)雜，臨床特征具有高度異質(zhì)性的生殖內(nèi)分泌疾病，是造成育齡期女性不孕的主要原因之一。研究表明，在30歲以下的婦女中，POI的發(fā)生率為1‰，在40歲以下的婦女發(fā)生率約為1%[3]。POI的病因混雜，除了已知的遺傳、免疫及醫(yī)源性等因素外，還有大部分原因不明，稱為特發(fā)性POI。在免疫因素中自身免疫異常約占4%-30%不等，主要包括免疫性卵巢炎、抗卵巢自身免疫抗體產(chǎn)生及伴發(fā)相關(guān)自身免疫性疾病。隨著對POI發(fā)病機制的不斷探索，有研究表明POI還與炎性衰老有關(guān)[4]。POI對患者的身心造成嚴(yán)重的損害，影響遠期健康及生活質(zhì)量，而目前尚無有效的方法恢復(fù)卵巢功能，除了常用的激素治療外，還有免疫、干細胞、基因編輯等前沿治療方法，但都尚處于研究階段，臨床難以普及。因此，探求各種有效干預(yù)POI的防治方法尤為迫切。

2 腸道菌群概述

腸道菌群是消化道內(nèi)微生物的總稱(Gastrointestinal tract，GIT)，主要由厚壁菌、擬桿菌、放線菌和變形桿菌4個門類組成，可達1×1013～1014個/g腸內(nèi)容物，種類達500種以上，是人體最重要和最龐大的微生態(tài)系統(tǒng)[5]。腸道微生物除了可以利用消化道食物殘渣為機體提供所需營養(yǎng)物質(zhì)、分解亞硝酸等有害物質(zhì)外，還參與維持腸道上皮的完整性、腸道屏障功能、腸道微環(huán)境改變、機體的能量代謝、炎癥及免疫反應(yīng)等。消化道菌群的數(shù)量、種類和分布是動態(tài)變化的，既受宿主遺傳性的控制，也受外環(huán)境的影響，還與飲食密切相關(guān)[6]。腸道菌群與機體時刻互動著并產(chǎn)生潛在影響。

3 自身免疫構(gòu)起的“橋梁”

3.1 腸道菌群與自身免疫

腸道作為微生物與機體免疫系統(tǒng)相互作用的主要場所，其黏膜的完整不僅利于機體新陳代謝，還可抵御外界病原體。腸黏膜局部的免疫功能主要由黏膜內(nèi)T、B細胞和分泌的SIgA(Secretory immunoglobulin A)等共同完成。機體免疫系統(tǒng)的重要組成部分--黏膜免疫系統(tǒng)，主要由腸粘膜內(nèi)相關(guān)淋巴組織參與完成，是接觸、獲取抗原和最初免疫應(yīng)答的重要場所。腸道微生態(tài)的動態(tài)變化，易受內(nèi)外環(huán)境因素的影響，一旦菌群失調(diào)及黏膜屏障受損均可影響腸道局部黏膜免疫反應(yīng)，進一步激活全身免疫系統(tǒng)。這在免疫系統(tǒng)錯誤識別而攻擊自身組織導(dǎo)致的自身免疫性疾病中十分常見[7]。

3.2 POI與自身免疫

自身免疫異常作為POI的病因之一，可導(dǎo)致其單發(fā)，也可合并其他自身免疫性疾病。自身免疫異常的女性患者，其體內(nèi)的自身抗體會錯誤地識別并攻擊卵巢組織中存在的共同抗原，對于出現(xiàn)自身免疫調(diào)節(jié)紊亂及患有自身免疫性疾病的女性，他們均是POI的高危人群。TGF-β1(Transforming growth factor-β1)作為一種可下調(diào)免疫功能的細胞因子，由CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T(Treg)細胞產(chǎn)生分泌，它能通過抑制CD4+和CD8+T細胞的增殖而抑制IFN-γ的分泌表達，最終抑制免疫炎性反應(yīng)，維持機體免疫耐受、防止自身免疫性疾病的發(fā)生[8-9]。相關(guān)研究結(jié)果顯示POI患者外周血Treg細胞比例與血清免疫抑制因子TGF-β均減少,Treg細胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)功能減弱，參與了POI疾病的發(fā)生發(fā)展[10]。

3.3 腸道菌群與免疫性POI

在機體免疫反應(yīng)中，類固醇合成細胞是自身免疫攻擊的主要對象，研究表明類固醇細胞抗體(StCA)陽性P0I患者的卵巢組織學(xué)表現(xiàn)為自身免疫性淋巴細胞性卵巢炎，免疫組化分析提示浸潤的淋巴細胞主要是CD4+T淋巴細胞、CD8+T淋巴細胞和漿細胞[10]。Andrade等[11]發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸(Shortchain fatty acids，SCFAs)可通過降低樹突狀細胞成熟，抑制細胞誘導(dǎo)CD4+T細胞和CD8+T細胞的增殖能力。而SCFAs是腸道菌群的主要代謝產(chǎn)物，由不能被消化酶分解的膳食纖維、抗性淀粉、低聚糖等由結(jié)腸細菌發(fā)酵而來[12]。因此，可推測腸道菌群的代謝或與卵巢免疫反應(yīng)有潛在的聯(lián)系。目前對于自身免疫性POI的探究中,Tregs 和Foxp3基因表達是研究熱點。Treg在胸腺發(fā)育成熟后進入外周淋巴組織，通過下調(diào)自身免疫應(yīng)答而誘導(dǎo)自身免疫耐受及抑制自身免疫疾病的發(fā)生.在Kosiewicz 等研究乳酸桿菌與系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)之間關(guān)系的實驗中，對兩種自發(fā)性 SLE 模型小組均給予羅伊乳酸菌。結(jié)果顯示小鼠外周血內(nèi) Treg 細胞的水平較對照組明顯升高，SLE的病情得到了有效抑制，由此可知羅伊乳酸桿菌可有效調(diào)節(jié) T-reg 細胞[13]。此外還有相關(guān)的小鼠試驗研究表明腸道菌群能夠影響T細胞分化相關(guān)的基因表達，顯著增加Tregs的數(shù)量，且腸道菌群代謝的丁酸可促進其分化與成熟[14]。乳酸桿菌屬于益生菌，是腸道菌群的組成部分，丁酸屬于短鏈脂肪酸，是其代謝產(chǎn)物，越來越多的研究證實了腸道菌群與多種免疫性疾病的關(guān)系。在POI的發(fā)生發(fā)展中，自身免疫異常是其重要原因，腸道菌群通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)對POI的發(fā)生產(chǎn)生一定影響。

4 炎性衰老機制

近年來研究發(fā)現(xiàn)，炎癥與機體衰老的發(fā)生有關(guān)，在衰老進程中，機體的組織和器官伴隨著一種慢性進行性升高的促炎狀態(tài)[15]。C Franceschi等[16]首次將這個現(xiàn)象命名為炎性衰老。其發(fā)生的一個重要因素是炎性因子的過度表達，導(dǎo)致機體的高度促炎狀態(tài)。在免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)中，NF-κB信號通路調(diào)控多種炎性細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6及集落刺激因子等，在促炎性細胞因子作用下該通路被激活，炎性細胞因子如IL-6和IL-8的表達增加，以及抗炎性細胞因子IL-10mRNA水平降低[17]。在系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)中IL-10和TNF-α的主要作用相反,IL-10抑制炎癥反應(yīng)，而TNF-α則促進局部和系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)。IL-10和TNF-α的正負作用是決定最終炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵。因此，TNF-α、IL-6和IL-10等炎癥細胞因子可作為炎性衰老的血清學(xué)標(biāo)志。

4.1 POI中的炎性衰老

大量研究表明，血清炎性細胞因子如IL-6、IL-8、TNF-α和PGE2在衰老器官中明顯升高[18]。卵母細胞的成熟受多種細胞因子的調(diào)節(jié)，隨著國內(nèi)外大量研究證實，TNF-α和IL-6可能在卵巢功能中發(fā)揮重要作用[19-20]。研究發(fā)現(xiàn)在小鼠和人卵巢組織中IL-6的表達呈增齡性的升高，而升高的IL-6是竇前卵泡發(fā)育的負調(diào)節(jié)因子，能導(dǎo)致竇前卵泡發(fā)育遲緩，類固醇激素生成受損，阻礙卵母細胞成熟，并促進卵泡閉鎖[21]。TNF-α可直接作用于裸卵，在卵母細胞上存在TNF-α受體，可促進卵母細胞的凋亡[22]，因此炎性細胞因子可能是導(dǎo)致POI的一個重要原因。另有研究表明，滑膜間充質(zhì)干細胞(SMSCs)對于在卵巢微環(huán)境中受損的卵巢可能起恢復(fù)作用[23]。在SMSC治療小鼠后，RT-PCR結(jié)果表明，其促炎細胞因子如TNF-α、TGF-β、IL-8、IL-6、IL-1和IFN-γ的表達水平與未治療對照組相比明顯降低。當(dāng)POI發(fā)生時，某些炎癥因子的表達水平增加，而當(dāng)受損的卵巢功能得到修復(fù)時，炎性細胞因子的水平則相應(yīng)降低。研究表明在卵泡發(fā)育的高度協(xié)調(diào)過程中，全身的慢性低度炎癥可以改變這一過程，導(dǎo)致卵泡生長的過早停止和女性不孕的發(fā)生[24-25]。這足以提示炎性衰老與POI的密切聯(lián)系。

4.2 腸道菌群介導(dǎo)的炎性衰老

在健康成人體內(nèi)的細菌主要是厚壁菌門和擬桿菌門，厚壁菌門屬于革蘭陽性菌，擬桿菌門屬于革蘭陰性菌。革蘭陰性菌含有脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)。LPS構(gòu)成了革蘭氏陰性菌外膜的重要部分，是目前研究較為清楚的免疫反應(yīng)刺激物之一，它能夠引起系統(tǒng)性的炎癥或敗血癥[26]。研究表明腸道菌群能調(diào)節(jié)血漿中脂多糖(LPS)水平，正常情況下，細菌脂多糖刺激產(chǎn)生Toll樣受體4(Toll-like receptors 4，TLR4)，通過Toll樣受體誘導(dǎo)腸上皮細胞增殖進而加固腸黏膜上皮間的緊密連接 (tightjunction，TJ)。若腸道菌群紊亂，致病菌過度增殖將直接損害腸黏膜上皮間的緊密連接(TJ)，導(dǎo)致通透性增加，細菌及其代謝產(chǎn)物從腸道進入肝循環(huán)。進入血液的LPS與結(jié)合蛋白(lipopolysaccharide bindingprotein，LBP) 結(jié)合后，LBP 將LPS轉(zhuǎn)運至受體 (CD14 和 TLR4)，激活NF-κB信號通路，啟動了炎癥因子白細胞介素 (IL-1 和 IL-6) 和腫瘤壞死因子 (TNF)的釋放。LPS與TLR4的結(jié)合激活了廣泛的細胞信號傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)細胞因子表達及分泌和促進慢性亞臨床炎癥過程[27]。

4.3 腸道菌群-炎性衰老-POI

在正常月經(jīng)周期中，卵巢血流在黃體中期達到最高，在黃體成熟過程中血管的密集形成，產(chǎn)生體內(nèi)所有組織的最大血流速度之一[28]。豐富的血運不僅為卵巢的發(fā)育提供營養(yǎng)支持，也必然會帶來其他有害物質(zhì)的影響。LPS的受體 TLRs 廣泛分布于機體各個組織和細胞，其中包括生殖器官內(nèi)的細胞。雌性生殖器官所處環(huán)境中的LPS來源于兩部分，其一來源于消化道中細菌代謝和死亡產(chǎn)生的LPS，經(jīng)腸道吸收入血，并通過循環(huán)系統(tǒng)輸送到生殖器官周圍，屬于全身低濃度。其二來源于局部高濃度細菌感染[29]。當(dāng)一定水平的LPS進入生殖系統(tǒng)之后同樣會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的進行，并逐步對生殖功能造成影響。相關(guān)研究顯示LPS誘導(dǎo)的慢性低度炎癥大鼠的血清中E2和AMH水平降低，同時卵巢組織中促炎細胞因子、FSH、LH水平升高，提示了慢性低度炎癥可誘導(dǎo)卵巢炎癥反應(yīng)，減弱了卵巢產(chǎn)生雌激素的能力[30]。可通過調(diào)節(jié)腸道菌群代謝而影響炎性通路的激活及炎性細胞因子的釋放，改變?nèi)淼难仔誀顟B(tài)，降低組織和器官的炎性衰老。由此，我們可以大膽推測腸道菌群紊亂可導(dǎo)致機體組織及器官的炎性衰老，而卵巢作為衰老速率較快的重要器官，腸道菌群紊亂可能是其衰老進程中的重要影響因素之一。所以在POI疾病的發(fā)生發(fā)展中調(diào)節(jié)腸道菌群代謝或可產(chǎn)生重要的影響。

5 總結(jié)

本文從自身免疫與炎性衰老的角度，探究腸道菌群與POI的相關(guān)性。免疫一直是POI發(fā)病過程中的重要影響因素，炎性衰老在影響卵巢功能及POI發(fā)病機制探討的研究中也被越來越多的報道。腸道菌群紊亂引起的免疫異常及炎性衰老一直是研究的熱點。故通過兩者的共同作用機制及影響因子來探討其潛在聯(lián)系，但目前匱乏腸道菌群與POI疾病相關(guān)性的實驗研究，其具體作用機制還有待進一步探索。本文僅從現(xiàn)有的相關(guān)研究報道中探尋兩者的相關(guān)性，為POI的進一步研究提供一點新思路，以期探尋一種防治POI的新方法。