腸道微生態(tài)在多囊卵巢綜合征中的研究進(jìn)展

林丹換，覃春容

多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一種常見(jiàn)的婦科內(nèi)分泌疾病，困擾著全世界6%～20%的育齡期女性，但目前其具體的病因及發(fā)病機(jī)制尚未明確。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)(gut microbiota，GM)在PCOS的發(fā)病中起著重要作用。GM的變化與PCOS患者的代謝及臨床參數(shù)相關(guān)，但具體的機(jī)理仍缺乏定論。本文就GM在PCOS發(fā)病中的可能機(jī)制進(jìn)行綜述，探究GM與PCOS之間的關(guān)系，從而為PCOS的診斷和治療提供新策略。

1 腸道微生態(tài)的功能

人類(lèi)的腸道是10萬(wàn)億多種共生體的“秘密花園”，統(tǒng)稱(chēng)為“微生物群”[1]。它具有巨大的代謝活性，不僅可以消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還具有抵抗病原入侵、抗腫瘤[2]、抗衰老[3]、建立機(jī)體免疫、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)[4]、生長(zhǎng)代謝[5]，以及維持腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)等多種功能，當(dāng)其菌群結(jié)構(gòu)改變或失調(diào)，可引起機(jī)體代謝紊亂。研究發(fā)現(xiàn)多種內(nèi)分泌及代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展與GM相關(guān)，PCOS患者的GM與健康對(duì)照人群之間存在差異[6]。

2 多囊卵巢綜合征患者腸道微生態(tài)的改變

2.1 腸道微生態(tài)多樣性的變化

α多樣性被認(rèn)為與生態(tài)系統(tǒng)的健康相關(guān)，可以用來(lái)估計(jì)環(huán)境群落中物種內(nèi)的豐度和多樣性。β多樣性是指物種間的多樣性[7]。目前相關(guān)研究報(bào)道PCOS患者α多樣性降低，β多樣性也發(fā)生了改變[8-9]。Torres PJ等[9]研究表明，與健康女性相比，PCOS患者GM的多樣性降低。GM中α多樣性降低會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)慢性低級(jí)別炎癥的發(fā)生和發(fā)展，有學(xué)者猜測(cè)這可能是PCOS患者長(zhǎng)期慢性炎癥的潛在驅(qū)動(dòng)因素[10]。此外，Jobira B等[11]發(fā)現(xiàn)，與無(wú)PCOS的肥胖青少年相比，PCOS患者的GM多樣性及相對(duì)豐度存在改變，并與代謝性疾病標(biāo)志物相關(guān)。在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，物種豐富度被認(rèn)為與生態(tài)系統(tǒng)的健康相關(guān)，多樣性的群落可以增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力[12]。然而，目前關(guān)于PCOS女性GM的研究樣本量較小且存在種族差異，GM的群落結(jié)構(gòu)和功能尚不清楚，且GM在PCOS發(fā)病和相關(guān)并發(fā)癥中的機(jī)制很大程度上也是未知的[13]。因此，上述結(jié)論缺乏一定的說(shuō)服力。

2.2 腸道微生態(tài)組成成分的變化

在一個(gè)健康的GM組成中，90%以上的細(xì)菌屬于擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)，其次為放線菌門(mén)、變形菌門(mén)和梭菌門(mén)[14-15]。既往多項(xiàng)研究表明PCOS患者存在GM失調(diào)，不僅多樣性降低，而且組成成分也發(fā)生了改變[8,12,16]。

Kelley ST等[17]在來(lái)曲唑(letrozole，LZ)誘導(dǎo)的PCOS小鼠模型中發(fā)現(xiàn)GM的多樣性降低，且特定擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的相對(duì)豐度發(fā)生了物種特異性和時(shí)間依賴(lài)性的變化。Guo Y等[18]在一個(gè)相似的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，LZ治療的PCOS大鼠，普雷沃氏菌增多，乳酸桿菌、瘤胃球菌和梭菌減少。同樣的，人類(lèi)的研究也表明PCOS患者與健康人群的某些GM在門(mén)、科、屬水平上的豐度之間存在差異。Liang Y等[10]發(fā)現(xiàn)在門(mén)水平上，與健康受試者相比，PCOS患者GM中的擬桿菌門(mén)升高，而厚壁菌門(mén)降低，擬桿菌門(mén)/厚壁菌門(mén)升高。類(lèi)似的，Zeng B等[19]的研究也表明，與正常人相比，PCOS患者GM中的擬桿菌門(mén)也升高。此外，當(dāng)機(jī)體發(fā)生肥胖、糖尿病、肝硬化等疾病時(shí)，擬桿菌門(mén)/厚壁菌門(mén)也會(huì)發(fā)生改變[20-22]。

以上研究均揭示GM的構(gòu)成與PCOS 之間存在密切聯(lián)系。鑒于人體腸道是一個(gè)復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境，單一菌種對(duì)機(jī)體的作用是有限的，PCOS患者GM的紊亂可能是多個(gè)菌群成份改變及不同菌群之間相互作用的共同結(jié)果。因此，對(duì)于GM失調(diào)究竟是PCOS導(dǎo)致的結(jié)果還是引起PCOS不同表型的原因，仍需繼續(xù)進(jìn)行探索。

3 腸道微生態(tài)失調(diào)致多囊卵巢綜合征的可能機(jī)制

3.1 GM與胰島素抵抗

胰島素抵抗(insulin resistance，IR)被認(rèn)為是PCOS的主要病理基礎(chǔ)，它是PCOS患者最常見(jiàn)的內(nèi)分泌特征之一。據(jù)報(bào)道，50%的PCOS患者都存在IR[23]。目前，不少動(dòng)物及人體實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)IR與GM之間存在密切聯(lián)系，對(duì)此Tremellen K等[24]提出了GM失調(diào)理論：GM失衡會(huì)破壞腸道黏膜的通透性，導(dǎo)致脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)發(fā)生“腸漏”，激活免疫系統(tǒng)，干擾胰島素受體的功能，引起IR。當(dāng)LPS被吸收入血液后，還可通過(guò)脂多糖結(jié)合蛋白、CD14和骨髓分化因子的傳遞，與免疫細(xì)胞表面的toll樣受體4結(jié)合，激活下游信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素-6等炎癥因子的表達(dá)，影響胰島素敏感性，導(dǎo)致IR[25-26]。有研究表明，直接將LPS注入小鼠和人的血液循環(huán)會(huì)引起空腹血糖和胰島素水平升高[27]。另一方面，GM可以分解有機(jī)物，產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸3種主要的短鏈脂肪酸(short-chain free fatty acids,SCFAs)，從而激活肝臟和肌肉中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ，調(diào)節(jié)葡萄糖攝取和脂肪酸氧化。此外，SCFAs還是直接激活G蛋白偶聯(lián)受體41 和43的重要信號(hào)分子[28]，參與胰腺β細(xì)胞分泌胰島素的過(guò)程，提高胰島素敏感性，改善IR[29]。另一方面，PCOS作為一種長(zhǎng)期慢性炎癥性疾病，炎癥因子的分泌會(huì)損傷腸道黏膜屏障，而SCFAs能保護(hù)腸道屏障的完整性，減輕LPS的“腸漏”現(xiàn)象。亦有學(xué)者指出GM還可以通過(guò)支鏈氨基酸介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)影響胰島素敏感性，但具體機(jī)制未明[30]。Pedersen HK等[31]揭示了GM與支鏈氨基酸代謝的關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)人類(lèi)腸道中的普雷沃氏菌參與了支鏈氨基酸的合成。Zhang CM等[32]研究發(fā)現(xiàn)PCOS伴IR患者卵泡液中的亮氨酸和纈氨酸水平明顯升高。對(duì)此，他們猜測(cè)氨基酸代謝紊亂通過(guò)改變糖代謝或誘發(fā)炎癥而加重IR。然而，目前關(guān)于PCOS患者GM與支鏈氨基酸關(guān)系的研究較少，上述結(jié)論有待進(jìn)一步證實(shí)。

綜上所述，GM與IR緊密相連，可通過(guò)腸道通透性、SCFAs、能量代謝、支鏈氨基酸等多方面影響機(jī)體，最終導(dǎo)致IR。

3.2 GM與高雄激素血癥

高雄激素血癥(hyperandrogenemia，HA)是PCOS的又一個(gè)重要特征，其中HA與IR緊密相連，相互促進(jìn)，最終形成惡性循環(huán)[33]。目前，對(duì)PCOS嚙齒動(dòng)物模型及PCOS女性患者的研究均發(fā)現(xiàn)，高雄激素分泌與GM失調(diào)有關(guān)，提示雄激素可能調(diào)節(jié)雌性GM[34]。Markle JG等[35]發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠和含有某種特定細(xì)菌小鼠的雄激素水平不同，這提示GM能調(diào)節(jié)血液中的睪酮水平。Guo Y等[18]將健康大鼠的糞便微生物移植到LZ誘導(dǎo)的PCOS大鼠模型中，可降低雄激素水平，改善發(fā)情周期，使卵巢形態(tài)正?；?。在人類(lèi)中，與男性相比，女性的GM具有更大的α多樣性，男性則比女性擁有更高的擬桿菌門(mén)及豐度更低的梭狀芽孢桿菌、甲烷短桿菌和脫硫弧菌[36]。Torres PJ等[9]的研究表明GM中α多樣性的降低與PCOS患者中總睪酮水平和多毛癥有關(guān)。以上證據(jù)表明HA可能在PCOS患者的GM改變中起著關(guān)鍵作用，調(diào)整GM有利于改善HA。目前關(guān)于性激素如何影響GM的研究數(shù)量依然有限，二者之間相互作用的具體機(jī)制尚未明確。Sherman SB等[37]指出，類(lèi)固醇激素參與GM與其宿主之間的交流，在不同的發(fā)育時(shí)期，性激素會(huì)對(duì)GM有不同的影響。而GM也可以通過(guò)調(diào)控相關(guān)的酶影響激素的代謝，如羥類(lèi)固醇脫氫酶可調(diào)節(jié)性激素的平衡，而?；o酶a合成酶則涉及類(lèi)固醇分解代謝。也有人提出類(lèi)固醇性激素可能通過(guò)改變葡萄糖醛酸酶活性和能量生成直接影響GM的組成[38]。亦有學(xué)者認(rèn)為雄激素與GM之間可能存在雙向調(diào)節(jié)。GM可以通過(guò)去葡萄糖醛酸化來(lái)調(diào)節(jié)雄激素水平，從其葡萄糖醛酸綴合物中釋放出游離的二氫睪酮；反過(guò)來(lái)，GM與宿主的相互作用也可受雄激素水平的調(diào)節(jié)[39]。另外，GM多樣性的降低可能會(huì)影響腸道功能，PCOS患者中HA可能重塑了宿主的GM，從而加速了病情的進(jìn)展。盡管如此，但目前仍沒(méi)有研究證實(shí)使用雄激素拮抗劑或口服避孕藥能改善或恢復(fù)PCOS患者的GM，這將是未來(lái)的探索方向。

3.3 GM與代謝綜合征

代謝綜合征(metabolic syndrome，MS)是一種以腹型肥胖、IR、高血壓、高脂血癥為特征的病理狀態(tài)，據(jù)報(bào)道PCOS患者發(fā)生代謝異常的風(fēng)險(xiǎn)較健康人群高[40]。GM在PCOS患者發(fā)生MS的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，其可通過(guò)能量吸收、代謝、腸道通透性、腦-腸軸等多方面影響機(jī)體的代謝。一方面，GM可通過(guò)增強(qiáng)三?；视偷暮铣?，抑制脂肪酸的氧化來(lái)促進(jìn)能量吸收。PCOS患者存在GM失調(diào)，影響宿主的能量平衡[30]。另一方面，GM產(chǎn)生的SCFAs可以通過(guò)游離脂肪酸受體2和受體3調(diào)節(jié)腸道激素及抑制食物攝入，從而降低機(jī)體能量攝入，這是微生物群影響宿主能量代謝的又一機(jī)制[41]。Turnbaugh PJ等[14]分析了飲食相同的胖瘦小鼠之間的GM，發(fā)現(xiàn)胖小鼠比瘦小鼠有更多的厚壁菌門(mén)和更少的擬桿菌門(mén)，這種GM分布有助于機(jī)體更好地吸收能量，導(dǎo)致肥胖的發(fā)生。此外，野生無(wú)菌小鼠接受肥胖小鼠的GM移植后，它們的能量攝入會(huì)增加。因此，學(xué)者推測(cè)GM失調(diào)可能通過(guò)影響能量吸收來(lái)加速PCOS的進(jìn)展。另外，據(jù)報(bào)道，GM可以遠(yuǎn)端控制肝臟基因的表達(dá)，導(dǎo)致肝臟代謝的轉(zhuǎn)錄變異，影響肝臟的糖脂代謝，導(dǎo)致了機(jī)體的代謝紊亂，在合并IR的PCOS患者中尤為明顯[42]。Han Q等[43]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，PCOS組小鼠的肝組織切片中含有更多、更大的脂滴，且非酯化脂肪酸水平顯著升高，而高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、總膽固醇和甘油三酯間無(wú)明顯差異。Dong S等[44]在人體的研究中也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，他們根據(jù)不同體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)及是否合并IR對(duì)PCOS患者進(jìn)行分組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BMI越大及合并IR的患者，GM中α多樣性越低。因此，他們提出GM失調(diào)會(huì)加重代謝紊亂。但鑒于這方面的研究不多且樣本量較少，結(jié)論尚缺乏一定的可信性，具體機(jī)制也尚未確切，仍需大量的大樣本實(shí)驗(yàn)論證。

3.4 GM與腦-腸軸

下丘腦-垂體-卵巢軸調(diào)節(jié)失衡被認(rèn)為是PCOS發(fā)病的重要機(jī)制。下丘腦促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone,GnRH)神經(jīng)元的異常激活在PCOS的發(fā)展中起著重要作用，其不僅是生殖軸中樞控制的最終輸出通路，也是生殖功能與代謝狀態(tài)相互調(diào)節(jié)的連接點(diǎn)，并與胃腸道系統(tǒng)構(gòu)成腦-腸軸。GM可通過(guò)胃腸道激素等介質(zhì)作用于腸腦軸介導(dǎo)的GnRH神經(jīng)元中樞調(diào)控，加劇PCOS的進(jìn)展[45]。據(jù)報(bào)道，已知50種胃腸激素有20多種與腦-腸軸相互作用有關(guān)[46]。GM發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生的SCFAs能刺激回腸和結(jié)腸釋放腸道激素肽YY(peptide YY，PYY)，從而抑制腸道蠕動(dòng)，減少胰腺分泌，促進(jìn)腸道能量吸收[25]。Aydin K等[47]的前瞻性觀察研究發(fā)現(xiàn)，與健康女性相比，苗條的PCOS患者在空腹和進(jìn)食后的胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1,GLP1)水平較低。這可能是PCOS患者發(fā)生糖耐量受損及2型糖尿病的原因之一。Lin T等[48]的研究也表明，與瘦PCOS患者相比，肥胖PCOS患者的PYY水平更低。PCOS患者血漿PYY濃度與BMI、IR 和睪酮水平均呈負(fù)相關(guān)[41]。此外，GM能夠產(chǎn)生包括多巴胺、去甲腎上腺素、血清素和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)等多種神經(jīng)遞質(zhì)，其中GABA可激活GnRH神經(jīng)元，增加GnRH脈沖頻率和幅度，促進(jìn)PCOS的發(fā)展[49]。有報(bào)道稱(chēng)，高脂肪飲食會(huì)導(dǎo)致擬桿菌的水平降低，從而降低大鼠前額皮質(zhì)中的GABA水平，緩解了類(lèi)似抑郁的行為[50]。相似的，Chaudhari NK等[51]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，患有PCOS小鼠的5-羥色胺、去甲腎上腺素和多巴胺水平明顯低于正常小鼠。這表明GM可能通過(guò)調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)遞質(zhì)水平，進(jìn)而改變下游神經(jīng)元的功能及宿主的情緒狀態(tài)[45]。亦有人提出GM可通過(guò)腦-腸軸干擾宿主的免疫調(diào)節(jié)。Kim CH等[52]報(bào)道GM失衡與Th1/Th2比值顯著相關(guān)，說(shuō)明GM與輔助T細(xì)胞之間的平衡既相互依賴(lài)又相互制約。但目前關(guān)于這方面的研究尚少，仍無(wú)法證實(shí)GM與腦-腸軸、免疫調(diào)節(jié)之間的關(guān)系。未來(lái)，通過(guò)調(diào)整機(jī)體的GM，使之恢復(fù)至正常人群水平，以期改善PCOS的癥狀、治療其精神神經(jīng)及免疫紊亂等問(wèn)題，將是PCOS治療的一個(gè)新思路。

4 改善GM可能為多囊卵巢綜合征治療新靶點(diǎn)

鑒于GM在PCOS發(fā)病機(jī)制中的重要作用，越來(lái)越多的研究提出改善GM可能是治療PCOS的一個(gè)新視角。當(dāng)前，改善GM的方法主要包括益生菌、益生元及糞便移植3種。

益生菌被定義為“會(huì)使宿主健康受益的活微生物”[53]，常見(jiàn)的益生菌包括乳酸菌、雙歧桿菌、酵母菌等。益生元?jiǎng)t是一種能改變宿主胃GM菌群的成分和/或活性且有利于宿主健康的發(fā)酵物質(zhì)[54]。一方面，益生菌可上調(diào)黏液分泌基因的表達(dá)，減少病原體與上皮細(xì)胞的結(jié)合，改善腸道通透性[55]，從而減輕PCOS患者的內(nèi)毒素血癥。另一方面，GM和益生菌的結(jié)合可以通過(guò)免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)影響葡萄糖代謝，減輕胰腺β-細(xì)胞功能障礙，改善IR，同時(shí)還可以減少肝臟C-反應(yīng)蛋白合成所需的酶來(lái)抑制炎癥[56]。Ahmadi S等[57]對(duì)60例PCOS患者進(jìn)行隨機(jī)、雙盲的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，與安慰劑組相比，益生菌補(bǔ)充顯著降低了患者的體重、空腹血糖、胰島素抵抗、甘油三酯和低密度脂蛋白。此外，益生元發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs不僅可以調(diào)節(jié)腸道激素，進(jìn)而調(diào)節(jié)腸道的局部運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，改善腸道功能，而且還能與脂肪組織上的受體相互作用，調(diào)節(jié)GLP1的脂解和釋放[58]。Frost G等[59]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，益生元發(fā)酵形成的主要SCFAs可穿過(guò)血腦屏障進(jìn)入下丘腦，促進(jìn)機(jī)體產(chǎn)生厭食信號(hào)，從而減少機(jī)體能量攝入。盡管益生菌、益生元改善GM功能的近期療效是確切的，而隨訪其遠(yuǎn)期療效的研究卻很少。因此，益生菌及益生元對(duì)PCOS患者的遠(yuǎn)期療效尚未明確，仍需進(jìn)行大量試驗(yàn)隨訪，進(jìn)一步證實(shí)其對(duì)機(jī)體長(zhǎng)期的安全性。

糞便移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是調(diào)節(jié)GM失調(diào)的一種新方法，近年來(lái)FMT也成為治療PCOS的新策略。Guo Y等[18]用健康大鼠糞便微生物群移植治療PCOS大鼠后，發(fā)現(xiàn)FMT組8只大鼠的發(fā)情周期均有改善，其中乳酸菌移植組8只大鼠中有6只雄激素合成降低。盡管如此，但目前FMT并非一種標(biāo)準(zhǔn)化的治療方法，因此選擇FMT治療PCOS時(shí)仍需慎重[60]。首先，現(xiàn)在的研究只是證明了FMT的短期安全性，其長(zhǎng)期安全性依然是未知的，且目前關(guān)于這方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是欠缺的[61]。其次，F(xiàn)MT存在著供體的選擇、微生物疾病的傳播、微生物移植的不良反應(yīng)等問(wèn)題。供體篩選的目標(biāo)是將傳染性病原體或微生物介導(dǎo)疾病從供體傳播到受體的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，但由于缺乏明確的循證指南，不同醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)的建議也不盡相同，至今FMT供體的選擇仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。另外，目前尚無(wú)FMT治療婦科疾病的人體實(shí)驗(yàn)報(bào)道[62]。FMT可能在短期內(nèi)改善了PCOS患者的一些癥狀，但其長(zhǎng)期的安全性仍有待商榷。畢竟，PCOS是一種長(zhǎng)期的慢性?xún)?nèi)分泌疾病，其涉及的系統(tǒng)紊亂及長(zhǎng)期并發(fā)癥眾多。因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮，F(xiàn)MT對(duì)PCOS患者的療效仍然存在一定的疑慮。綜上所述，F(xiàn)MT治療PCOS的有效性及安全性仍存在爭(zhēng)議，未來(lái)仍需進(jìn)行大量的動(dòng)物及臨床試驗(yàn)來(lái)證實(shí)。此外，臨床工作者應(yīng)研究出簡(jiǎn)化FMT操作程序的新方法，從而讓更多患者接受該治療方式。

總而言之，PCOS是一種長(zhǎng)期的內(nèi)分泌疾病，目前的研究表明GM在PCOS發(fā)病中起著重要作用，但具體的作用機(jī)制仍缺乏定論，需繼續(xù)探究。盡管大量研究表明益生菌、益生元、FMT可以在很大程度上改善PCOS的癥狀，但鑒于這方面的臨床試驗(yàn)尚少，且其長(zhǎng)期安全性、有效性等有待證實(shí)，臨床上仍需慎用。