腸道菌群失調(diào)與多囊卵巢綜合征關(guān)系的研究進展

賈凡，劉新敏

(中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院婦科，北京 100053)

多囊卵巢綜合征 (polycystic ovary syndrome，PCOS)是臨床常見的生殖-內(nèi)分泌及代謝紊亂性疾病之一。全球育齡期女性PCOS的患病率為5%～10%[1]，且呈逐年增加趨勢。PCOS主要表現(xiàn)為代謝異常和其他臨床特征，包括稀發(fā)或無排卵、高雄激素血癥(hyperandrogenism，HA)、卵巢多囊樣改變、胰島素抵抗(insulin resistance，IR)、肥胖、慢性低度炎癥等[2-4]；此外，PCOS患者遠期代謝紊亂性疾病如心血管疾病、代謝綜合征(metabolic syndrome，MS)等的患病風險升高[5-6]。

腸道菌群由多種細菌、古細菌、真菌、原生動物、病毒及其代謝物等組成，在宿主體內(nèi)發(fā)揮重要作用，包括參與免疫調(diào)控、維持腸道上皮屏障健康、產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)等過程，腸道菌群紊亂與代謝性疾病、自身免疫性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管疾病等有關(guān)[7]。PCOS的發(fā)生與遺傳和環(huán)境因素等存在一定關(guān)系[8]。近年研究顯示，PCOS患者普遍存在腸道菌群譜的改變，且腸道微生態(tài)失衡與PCOS發(fā)生及進展有關(guān)，腸道菌群參與PCOS的HA、IR、慢性炎癥、代謝紊亂等病理環(huán)節(jié)[9-18]?，F(xiàn)就腸道微生物群與PCOS關(guān)系的研究進展予以綜述。

1 腸道菌群概述

在人體內(nèi)寄生的微生物群種屬、數(shù)量繁多，其中大多數(shù)分布在腸道內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計，腸道微生物的總數(shù)量可達1014個，約為人體細胞總數(shù)的10倍[19]。存在于人體腸道的正常微生物群稱為“腸道菌群”。腸道菌群被認為是一種人體器官，其相對穩(wěn)定對維持人體健康意義重大[20]。腸道菌群結(jié)構(gòu)及數(shù)量受遺傳因素、母體宮內(nèi)菌群暴露程度、分娩與喂養(yǎng)方式、抗生素類藥物使用情況、生活環(huán)境等因素的影響[21]。成人正常腸道內(nèi)的細菌可達數(shù)千種，定植在腸道內(nèi)的微生物種類及數(shù)量可在一定范圍內(nèi)變化，并處于動態(tài)平衡。健康狀態(tài)下，腸道菌群與宿主和諧共生，共生微生物受益于腸道提供的豐富營養(yǎng)而生存；而腸道微生物產(chǎn)生的眾多代謝物質(zhì)亦具有調(diào)節(jié)宿主的關(guān)鍵功能，如促進腸道發(fā)育成熟、維持能量穩(wěn)態(tài)、輔助免疫系統(tǒng)發(fā)育、協(xié)助宿主發(fā)揮免疫功能、抑制腸道病原微生物侵襲與繁殖等[22-23]。

2 腸道菌群參與PCOS的機制

針對PCOS病因的研究多集中在遺傳、免疫、雄激素暴露等方面，但上述因素均不能完全闡釋PCOS的疾病特征[24]。腸道菌群是維持人體健康的“內(nèi)分泌器官”，腸道內(nèi)的微生物群通過與雌激素、雄激素、胰島素等相互作用，影響生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)[25]。PCOS的典型特征包括性激素水平異常、IR、卵巢多囊樣改變、慢性亞臨床炎癥等，腸道菌群紊亂參與內(nèi)毒素血癥、SCFA生成、膽汁酸代謝、腦腸肽異常分泌等過程，而上述生理病理過程與PCOS的HA、IR、慢性炎癥反應(yīng)、腦腸肽水平異常等表現(xiàn)有關(guān)[26]。因此，腸道菌群可能通過HA、IR、慢性炎癥、MS、腸-腦軸等途徑，影響卵泡發(fā)育、性激素及代謝水平等，參與PCOS的發(fā)病機制。

2.1腸道菌群失調(diào)與HA 生殖激素異常是PCOS的重要參數(shù)，其中以高雄激素的臨床表現(xiàn)或生化表現(xiàn)為主，亦屬PCOS的核心病理表現(xiàn)，PCOS患者的激素多表現(xiàn)為睪酮水平升高。循環(huán)血中的高雄激素會引發(fā)多毛、痤瘡等癥狀，卵巢來源的高水平雄激素可抑制卵泡生長，導(dǎo)致卵泡壁增生變厚、卵泡發(fā)育成熟障礙，誘導(dǎo)卵細胞凋亡、閉鎖，出現(xiàn)卵巢局部功能紊亂、排卵或無排卵性月經(jīng)稀發(fā)等不良結(jié)局。此外，有研究認為，PCOS是雄激素升高引發(fā)的功能紊亂性疾病，并提出HA是診斷PCOS的第一要素，表明HA是PCOS發(fā)生及病理過程的重要環(huán)節(jié)[27]。

有關(guān)性激素與腸道微生物群關(guān)系的研究多集中于血清睪酮水平。研究表明，血清睪酮水平及多毛癥與菌群的α多樣性呈負相關(guān)[15,28]。游離睪酮水平與厚壁菌門(Firmicutes)/擬桿菌門(Bacteroidetes)的比值有關(guān)。在PCOS中，擬桿菌科(Bacteroidaceae)、Raoultella菌、普雷沃菌屬(Prevotella)與總睪酮呈正相關(guān)；普雷沃菌科(Prevotellaceae)與總睪酮呈負相關(guān)[10-11,14]。陳方元等[29]發(fā)現(xiàn)，中重度痤瘡-PCOS組患者糞便中擬桿菌屬(Bacteroides)的相對豐度明顯高于健康組，且血清睪酮、炎癥因子、血脂異常的水平與其豐度呈正相關(guān)。此外，連續(xù)光照是PCOS的危險因素之一，研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)光照成功誘導(dǎo)了SD大鼠的卵巢多囊樣改變，且持續(xù)光照4周后，大鼠厚壁菌門豐度增多、擬桿菌門豐度減少，而實驗前后非持續(xù)光照對照組(12 h光照，12 h黑暗交替)大鼠的菌群豐度無變化；實驗結(jié)束后，與非持續(xù)光照對照組相比，持續(xù)光照組大鼠Parasutterella菌豐度增加，二級棒桿菌屬(Corynebacterium)、Odoribacter屬和不動桿菌屬(Acinetobacter)微生物豐度降低；Parasutterella菌豐度與血清睪酮水平呈正相關(guān)，表明PCOS的HA與Parasutterella細菌豐度密切相關(guān)[30]。Kelley等[31]研究發(fā)現(xiàn)，雄激素水平升高會引起小鼠擬桿菌數(shù)量下降、厚壁桿菌數(shù)量升高，證實腸道菌群的結(jié)構(gòu)異常與小鼠體內(nèi)雄激素水平變化有關(guān)。Guo等[32]將健康大鼠糞便及乳桿菌屬(Lactobacillus)分別移植給具有PCOS表型的大鼠體內(nèi)，兩組移植后大鼠的雄激素水平、動情周期及卵巢多囊樣改變等均明顯改善，證實腸道微生物也可調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)的雄激素水平，提示血清睪酮水平與腸道微生物群之間存在相互作用，PCOS的代謝和內(nèi)分泌紊亂可能與腸道菌群的變化密切相關(guān)。由此可見，HA與腸道微生物組變化之間存在相關(guān)性，但HA與腸道菌群紊亂的因果關(guān)系尚不明確。

2.2腸道菌群失調(diào)與IR 在PCOS患者中，50%～75%的患者存在不同程度的IR[33]。IR在PCOS所致生殖功能異常和代謝紊亂中起關(guān)鍵作用，與PCOS的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。IR以及高胰島素血癥通過多種方式促進雄激素分泌，如高濃度的胰島素及胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF)誘導(dǎo)細胞色素P450、20,22裂解酶和羥化酶功能的活化，增強P450c17α酶的活性，從而使卵巢源雄激素合成增加；同時高水平胰島素通過抑制性激素結(jié)合球蛋白合成使游離睪酮升高，進而導(dǎo)致卵泡發(fā)育障礙和生殖功能異常[34]；此外，高水平胰島素還通過影響脂肪的儲存及膽固醇、脂蛋白等的代謝誘發(fā)代謝性疾病[35]。

IR水平與腸道菌群有關(guān)，Le Chatelier等[36]研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的基因計數(shù)與IR水平呈負相關(guān)。腸道菌群紊亂可以產(chǎn)生內(nèi)毒素因子，內(nèi)毒素因子可通過核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶等信號通路激活c-Jun氨基端激酶通路，進而引起胰島素受體底物1的絲氨酸磷酸化增加，酪氨酸磷酸化減弱，導(dǎo)致胰島素代謝通路障礙，引發(fā)IR[37-38]。與正常成年女性相比，PCOS患者存在腸道菌群紊亂、腸黏膜屏障受損、腸壁通透性增高，且內(nèi)毒素血癥的相關(guān)指標也顯著升高[39]。具有內(nèi)毒素作用的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是炎癥和代謝疾病早期發(fā)展的重要因子，腸道菌群失調(diào)可促進LPS從病原體移位至體循環(huán)[40]。LPS是Toll樣受體4的強激活劑，可以激活Toll樣受體4，誘導(dǎo)慢性亞臨床炎癥過程，并降低機體對胰島素的敏感性、升高血清胰島素水平，從而導(dǎo)致IR發(fā)生[41]。飲食是影響腸道微生物結(jié)構(gòu)、數(shù)目的因素之一，對瘦型PCOS患者進行早餐高熱量攝入、晚餐低熱量攝入的飲食干預(yù)后，患者IR水平和排卵狀況得到改善[42]。有報道顯示，糖尿病大鼠進食富含α-亞麻酸的亞麻籽油可使胰島素水平上升、血糖水平下降、IR水平改善[43-44]，上述過程可通過上調(diào)Allobaculum菌、乳桿菌屬、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、Faecalibacterium菌、Parabacteroides菌，下調(diào)放線桿門(Actinobacteria)、擬桿菌屬、變形菌門(Proteobacteria)、鏈球菌屬(Streptococcus)及厚壁菌門/擬桿菌門比值，進而糾正造模后PCOS大鼠的腸道菌群失調(diào)[45]。上述研究提示，IR水平與腸道微生物群紊亂具有相關(guān)性，腸道菌群紊亂可引起機體相關(guān)的炎癥信號通路激活，從而引發(fā)胰島素信號通路傳導(dǎo)障礙，導(dǎo)致IR；改善腸道菌群對于PCOS的IR及排卵功能具有一定幫助。

2.3腸道菌群失調(diào)與慢性炎癥 PCOS患者存在慢性炎癥狀態(tài)。巨噬細胞是參與炎癥調(diào)節(jié)的細胞之一，PCOS患者的卵巢組織中可見大量巨噬細胞浸潤[46]；另外，PCOS患者外周血中主要的炎癥因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、C反應(yīng)蛋白、白細胞介素(interleukin，IL)-18、IL-1、IL-6等有不同程度的升高[47]；TNF-α、IL-18、IL-6等均可通過調(diào)控胰島素相關(guān)信號通路降低組織細胞對胰島素的敏感性，從而導(dǎo)致IR。另有研究表明，PCOS患者的輔助性T細胞17較正常女性增多，在IL-6等炎癥因子的刺激下，輔助性T細胞17可分泌促炎癥因子，誘導(dǎo)機體的炎癥狀態(tài)，導(dǎo)致IR、HA及排卵障礙的不良結(jié)局[48-49]，但其具體分子機制尚未闡明。脫硫弧菌科(Bilophila)的wadsworthia是與炎癥反應(yīng)前期相關(guān)的病原體，且與多種炎性疾病(如闌尾炎、臟器膿腫)的形成密切相關(guān)；通過16s rDNA測序技術(shù)檢測移植PCOS患者糞菌的無菌級小鼠的腸道菌群發(fā)現(xiàn)，PCOS糞菌移植組小鼠的wadsworthia水平高于健康糞菌移植組小鼠，提示wadsworthia可能通過炎癥過程參與PCOS的發(fā)病機制[50]。肥胖型PCOS患者存在腸道菌群失調(diào)、低度慢性炎癥及IR，且腸道菌群變化程度與炎癥程度、IR水平有關(guān)[51]。隨著代謝組學(xué)的興起，有關(guān)體內(nèi)代謝物質(zhì)的研究更加深入，Sun等[52]運用代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者腸道菌群的活躍度增加，血液中二甲胺、N-乙酰糖蛋白水平明顯高于正常女性，二甲胺、N-乙酰糖蛋白的增高與菌群活性增高相關(guān)，二甲胺、N-乙酰糖蛋白水平升高證明PCOS患者存在低級別慢性炎癥，提示PCOS患者的低度炎癥狀態(tài)與腸道菌群失調(diào)相關(guān)。Qi等[53]發(fā)現(xiàn)，PCOS患者腸道中普通擬桿菌(B.vulgatus)豐度升高、腸道細菌代謝產(chǎn)物膽汁酸?；切苋パ跄懰?、甘氨脫氧膽酸水平下降、腸道免疫因子IL-22的水平也降低；隨后提出腸道菌群通過B.vulgatus-膽汁酸-IL-22軸影響PCOS的病理過程，并認為IL-22改善PCOS的IR和卵巢功能的機制可能與抑制卵巢顆粒細胞的炎癥反應(yīng)有關(guān)。

腸道菌群介導(dǎo)的炎癥狀態(tài)對IR及PCOS病理進程的意義重大。炎癥信號通路與胰島素信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)間有交叉作用，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的“內(nèi)毒素血癥”可能是導(dǎo)致炎癥狀態(tài)、IR及肥胖發(fā)生的關(guān)鍵原因[54]。腸道菌群失調(diào)狀態(tài)下，腸壁間的緊密連接蛋白表達下降，腸壁結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致LPS入血增多，LPS可結(jié)合固有免疫細胞表面的CD14-Toll樣受體4復(fù)合物，激活炎癥相關(guān)的信號通路，刺激炎癥因子的產(chǎn)生，導(dǎo)致慢性炎癥狀態(tài)；LPS還可以通過核因子κB等信號通路促進胰島素受體底物1的絲氨酸磷酸化、影響蛋白激酶B的正常磷酸化過程，進而導(dǎo)致IR[55]。由此可見，慢性炎癥導(dǎo)致的腸道微生物群水平失調(diào)可能是PCOS的發(fā)病機制之一，LPS入血增多促進TNF-α、IL-6等炎癥介質(zhì)的表達，導(dǎo)致IR，進而參與PCOS的HA及代謝異常，并阻止正常卵泡發(fā)育。

2.4腸道菌群失調(diào)與MS MS指人體碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等發(fā)生代謝失調(diào)的一種病理狀態(tài)，是一組復(fù)雜的代謝紊亂綜合征，主要表現(xiàn)為高血糖、高血脂、高血壓及肥胖等。PCOS對代謝的影響與MS存在眾多交集。Meta分析顯示，PCOS患者的MS發(fā)生率高于正常對照組[56-57]。由于MS的診斷標準不同，針對PCOS患者MS發(fā)生率的調(diào)查結(jié)果也存在一定差異。成年P(guān)COS患者MS患病率為34.4%～47.9%[58]；另有調(diào)查顯示，約43.89%的PCOS患者存在MS[59]。

30%～60%的PCOS患者合并肥胖[60]。高脂飲食是誘發(fā)肥胖的重要原因，高脂飲食能改變腸道微生態(tài)及通透性，促進胃腸道革蘭陰性菌產(chǎn)生LPS，并抑制SCFA產(chǎn)生。近年研究發(fā)現(xiàn)，SCFA代謝途徑是PCOS的重要發(fā)病機制。SCFA中乙酸、丙酸和丁酸等在機體代謝中起重要作用，具有平衡葡萄糖穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)胰島素敏感性、抗炎、抗癌和免疫調(diào)節(jié)等作用[61]。PCOS菌群中有益菌的減少可能導(dǎo)致SCFA的產(chǎn)生減少。SCFA是腸道內(nèi)分泌細胞(L細胞)上特定的G蛋白偶聯(lián)受體配體，與G蛋白偶聯(lián)后可刺激胰高血糖素樣肽-1和YY肽的分泌，從而促進體內(nèi)胰島素分泌，同時激發(fā)T細胞發(fā)揮抗炎作用；因此，PCOS患者體內(nèi)降低的SCFA能通過影響糖類物質(zhì)代謝、介導(dǎo)炎癥效應(yīng)等過程誘發(fā)機體代謝紊亂，從而導(dǎo)致肥胖。腸道微生物還能通過抑制腸道脂蛋白酶抑制因子禁食誘導(dǎo)脂肪因子的表達、促進脂肪的累積，進而誘發(fā)肥胖[62]。因此，糖脂代謝紊亂與菌群豐度的變化存在相關(guān)性。腸道微生物能通過影響代謝水平調(diào)節(jié)能量吸收、腸道運動、糖脂代謝以及脂肪儲存過程，從而影響MS進展[63]。因此，腸道菌群紊亂會導(dǎo)致循環(huán)中SCFA減少，引起機體代謝紊亂，可能參與PCOS的病理過程。

2.5腸道菌群通過腸-腦軸參與PCOS進程 PCOS的病理機制不僅限于下丘腦-垂體-卵巢軸的功能障礙，還涉及腸-腦軸。腸-腦軸為雙相調(diào)節(jié)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，腸道和大腦通過腸-腦軸緊密相連，腸-腦軸在信息交流系統(tǒng)中起重要作用；中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的雙向通信系統(tǒng)，微生物群可以多種方式影響腦-腸軸，腸道微生物群可直接刺激迷走神經(jīng)通路向大腦發(fā)送信號。腸道內(nèi)各種復(fù)雜信息可以經(jīng)由傳出神經(jīng)末梢肌間叢和神經(jīng)節(jié)后神經(jīng)元形成的突觸傳遞到大腦，同時，腸道微生物群以合成激素和神經(jīng)遞質(zhì)等方式對大腦形成反饋，如體循環(huán)中的腸肽可與免疫細胞和迷走神經(jīng)末端的同源受體結(jié)合，從而完成腸-腦溝通[64]。研究表明，腸-腦軸在調(diào)節(jié)食欲、食物攝入、葡萄糖代謝、能量維持等方面起關(guān)鍵作用。腸道菌群紊亂可能經(jīng)腸-腦軸參與PCOS的進展。腸道寄生的細菌可產(chǎn)生SCFA，SCFA參與腸內(nèi)分泌細胞分泌腦腸肽，如胰高血糖素樣肽-1、生長激素釋放肽(Ghrelin)、YY肽的過程，SCFA通過G蛋白偶聯(lián)受體43激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子信號通路并調(diào)控腦腸肽的表達[65]。研究發(fā)現(xiàn)，感覺神經(jīng)元或交感神經(jīng)元內(nèi)存在G蛋白偶聯(lián)受體43-單體紅色熒光蛋白及其信使RNA[66]，因此SCFA可能通過神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝過程。腦腸肽(如Ghrelin)可參與調(diào)控下丘腦調(diào)節(jié)核，調(diào)節(jié)黃體生成素的分泌；Ghrelin還能通過延緩垂體釋放黃體生成素脈沖強度，抑制其過度合成與釋放，進而參與調(diào)控PCOS生殖系統(tǒng)的功能。此外，PCOS患者體內(nèi)被予移植乳酸雙歧桿菌V9后，患者的黃體生成素及黃體生成素/卵泡刺激素比值下降，SCFA水平增高。綜上所述，腸道菌群可能通過腸-腦軸調(diào)控機體腦腸肽的分泌，參與PCOS進展，但關(guān)于腸道菌群與腸-腦軸關(guān)系的研究有限，其具體機制仍需要進一步研究。

3 小 結(jié)

隨著科研技術(shù)的發(fā)展，腸道菌群參與PCOS發(fā)生發(fā)展的研究逐漸深入。腸道菌群紊亂在PCOS的HA、IR、慢性炎癥過程、代謝紊亂等方面發(fā)揮重要作用。腸道菌群產(chǎn)生的LPS介導(dǎo)的腸道黏膜屏障損傷引起的慢性炎癥反應(yīng)、IR等是導(dǎo)致PCOS的重要病理過程；此外，腸道菌群還可能通過B.vulgatus-膽汁酸-IL-22軸、腸-腦軸影響PCOS進展，但具體機制仍不明確。此外，腸道細菌與PCOS的關(guān)系密切，未來仍需對腸道菌群參與PCOS發(fā)生發(fā)展的確切機制以及PCOS特定功能細菌譜的檢測、分析進行更加深入、系統(tǒng)的研究。