微生物領(lǐng)域中有關(guān)女性尿路感染的研究進(jìn)展

沈開宇 李曉晶 熊輝 汪波 王艷

尿路感染是女性常見的感染性疾病之一，病原菌具有多樣性的特點，抗生素雖然是治療感染的重要手段，但同時會影響體內(nèi)優(yōu)勢菌群的分布，甚至破壞正常的生物屏障。不僅如此，隨著致病菌對抗生素的耐藥率升高，單純使用抗生素的治療方案將很難再繼續(xù)有效控制尿路感染的進(jìn)展。近年來，隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，基于尿道微生態(tài)學(xué)的研究已經(jīng)起步并加速推進(jìn)，女性尿道菌群的種類及分布特點逐漸清晰，通過對比統(tǒng)計尿道菌群的改變與泌尿系統(tǒng)疾病的發(fā)病率之間的關(guān)聯(lián)，其結(jié)果將便于臨床醫(yī)師深入發(fā)掘尿道微生物群在尿路感染中發(fā)揮的重要作用，進(jìn)而在女性尿路感染的診療方面取得新的認(rèn)知[1]。

1 不同年齡段女性尿道微生物群不同

女性尿道口臨近陰道，該區(qū)域攜帶有豐富的微生物定植，研究發(fā)現(xiàn)尿道微生物群與陰道微生物群關(guān)系緊密，兩組分析結(jié)果中的主要菌群具有較高的重疊率，兩組菌群中均以乳桿菌屬占優(yōu)勢地位，除此之外，加德納菌屬、普氏菌屬的豐度也分別在兩組中呈正相關(guān)，這種關(guān)聯(lián)在女性泌尿生殖道感染性疾病的治療中具有重要意義[2]。除生理結(jié)構(gòu)外，女性年齡以及激素水平也會對尿道微生物的多樣性產(chǎn)生影響。一項國內(nèi)研究對比了不同年齡段女性患者的尿液菌群分布情況，檢測結(jié)果提示女性尿液中包含有普氏菌屬、乳桿菌屬、擬桿菌屬、假單胞菌屬、不動桿菌屬在內(nèi)的數(shù)百個菌屬，其豐度隨年齡增加出現(xiàn)不同變化，比如在老年組（60 歲以上）尿液樣本中有13 個菌屬的相對豐度與中青年組差異有統(tǒng)計學(xué)意義，該組中乳桿菌屬的相對豐度顯著減低，而消化球菌屬則更易被檢出[3]。研究提示乳桿菌屬的優(yōu)勢地位隨女性年齡增長而下降，腸道菌屬分布增加，該菌群變化對老年女性的泌尿生殖道疾病發(fā)病率具有參考意義。另一項國內(nèi)研究則將女性尿液樣本按照受試者是否絕經(jīng)分為兩組，檢測結(jié)果表明健康育齡期女性的尿液微生物群主要以乳桿菌屬為主，其次為加德納菌屬及鞘氨醇單胞菌屬，雖然絕經(jīng)后女新的尿液樣本的微生物多樣性增加，但乳桿菌屬的相對豐度卻明顯減低，腸桿菌科豐度明顯增加。該研究還發(fā)現(xiàn)女性尿路感染患者的尿液中腸桿菌科豐度明顯高于健康組，提示絕經(jīng)后女性患者尿液中腸桿菌科豐度增加可能是尿路感染的重要原因[4]。

目前已有學(xué)者提出以尿道微生物群為背景，重新考慮尿路感染的定義，并用泌尿系統(tǒng)菌群失調(diào)來更好地解釋無癥狀菌尿的發(fā)病機制。若更新的診斷標(biāo)準(zhǔn)可以將有尿路癥狀（如急迫性尿失禁）的尿路菌群失調(diào)患者與尿路感染患者區(qū)分開來，則有望顯著減少門急診抗生素的不規(guī)范使用。當(dāng)女性尿道微生物群因年齡及雌激素水平改變而失調(diào)后，目前已證實會出現(xiàn)加德納菌屬豐度增加而乳桿菌屬豐度減少的現(xiàn)象，還存在哪些潛在致病菌屬亦會增加患者尿路感染的發(fā)病率，值得進(jìn)一步驗證。通過調(diào)整尿道微生物群來恢復(fù)尿道健康的方法值得深入研究[5]。

2 糖尿病女性尿液微生物群多樣性降低

糖尿病患者院內(nèi)感染發(fā)病率高，相比于其他部位，女性糖尿病患者易出現(xiàn)泌尿系感染[6]。女性糖尿病患者尿路感染病原菌中除大腸埃希菌外，糞腸球菌的感染率明顯升高[7]。若能連續(xù)監(jiān)測糖尿病女性尿道菌群的改變，將有助于評估女性糖尿病患者出現(xiàn)尿路感染的風(fēng)險。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，相比于健康女性，在女性糖尿病患者的尿液樣本中所能檢測到的微生物群的多樣性顯著降低，其中被認(rèn)為是有益菌的艾克曼菌的豐度明顯偏低，而常見的感染相關(guān)的致病菌如大腸桿菌、志賀菌、克雷伯菌和腸球菌在糖尿病組中的檢出率較高[8]。另有研究分析了尿液中優(yōu)勢菌群的豐度與尿路感染的發(fā)生率，認(rèn)為尿液中優(yōu)勢菌群的種類及豐度的改變可能是影響女性糖尿病患者出現(xiàn)泌尿系統(tǒng)感染的重要因素[9]。

但限于地區(qū)不同及研究樣本數(shù)量的因素，目前在不同的研究中，女性糖尿病患者尿液樣本中所含的優(yōu)勢菌群的檢測結(jié)果略有不同。目前有研究發(fā)現(xiàn)除乳桿菌屬外，鏈球菌屬及腸桿菌科在糖尿病女性尿液樣本的檢測結(jié)果中更為常見，研究還提出當(dāng)糖尿病女性合并有高血壓和（或）高脂血癥時，尿道微生物群的菌屬多樣性和數(shù)量亦會改變。比如糖尿病合并高血壓隊列中的優(yōu)勢菌屬為普氏菌屬、鏈球菌屬、擬桿菌屬等，糖尿病合并高脂血癥隊列的優(yōu)勢菌屬則為乳桿菌屬、普氏菌屬、嗜鹽單胞菌屬等。該研究還觀察到尿液中白細(xì)胞介素8（interleukin，IL-8）濃度與尿道菌群組成及豐度也有關(guān)聯(lián)[10]。上述研究結(jié)果提示糖尿病導(dǎo)致女性尿路感染的發(fā)病率升高，可能是由于糖尿病率先改變了女性尿道的菌群分布，破壞了最佳的生物屏障，從而增加了尿路感染的風(fēng)險。

3 盲目使用抗生素改變微生物群可增加感染風(fēng)險

廣泛分布于人體內(nèi)的豐富菌群可以發(fā)揮生物屏障的作用，在尿道中檢測到的放線菌綱和擬桿菌綱就有可能發(fā)揮著保護(hù)性作用，抑制致病菌的過度生長[11]。尤其是女性泌尿生殖道中的乳桿菌屬，可以干擾尿路致病菌的黏附、生長和定植，被認(rèn)為在預(yù)防泌尿生殖道感染方面發(fā)揮著重要作用，盲目使用抗生素將會改變?nèi)闂U菌屬的豐度，破壞生物屏障，導(dǎo)致具有較強耐藥性的致病菌群增多[12]。有研究收集了正在使用抗生素的非尿路感染患者的尿液樣本，隨后對尿液進(jìn)行了菌群基因測序，測序結(jié)果中的乳桿菌明顯減少，而腸桿菌增多，結(jié)果印證了抗生素對優(yōu)勢菌群的不良影響，這種菌群豐度的改變則有可能會增加尿路感染的風(fēng)險[4]。而在進(jìn)行治療前，如何更精準(zhǔn)地抓住尿路感染的真兇則尤為重要，但也困難重重，因為病原體種類多變且可能相互協(xié)同。在研究中對基因測序和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法進(jìn)行對比，除二者均可檢測到的致病菌外，在培養(yǎng)結(jié)果陰性組中依然可以得到豐富的菌群基因檢測結(jié)果，大幅提高微生物學(xué)檢測的陽性率。雖然該研究中通過基因測序得出的最高豐度的菌種與傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)結(jié)果高度一致，但傳統(tǒng)的實驗室微生物培養(yǎng)方法卻容易漏掉潛在的協(xié)同致病的細(xì)菌，比如放線棒菌屬、厭氧球菌屬、奇異菌屬、加德納菌屬、普氏菌屬、纖毛菌屬、韋榮氏球菌屬都屬于不易被培養(yǎng)出結(jié)果的苛養(yǎng)菌屬，其雖然不是主要致病菌，但不同菌種有可能相互配合并增強致病作用，有助于臨床醫(yī)師更全面地了解尿路感染的發(fā)病機制[13]。

目前已有體外實驗發(fā)現(xiàn)陰道加德納菌與大腸桿菌、糞腸球菌共存時，生物膜上的細(xì)菌濃度明顯高于單菌種生物膜。而在動物實驗中，陰道加德納菌可以導(dǎo)致膀胱上皮細(xì)胞凋亡、脫落和白細(xì)胞介素-1 受體介導(dǎo)的腎損傷，這種效應(yīng)在陰道加德納菌被清除后卻依然存在，結(jié)果會加重大腸桿菌感染的潛在致命后果[14]。在臨床研究中，通過尿液檢測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，在某些人群尿液中檢測到的史密斯甲烷短桿菌可能與某些腸道細(xì)菌共同作用導(dǎo)致尿路感染[15]?？傊ㄟ^更全面的檢測技術(shù)來監(jiān)測尿道微生物群的分布和變化，有助于更好地監(jiān)測致病菌的活動情況，有望起到早期預(yù)防的作用。且尿道微生物可以提供的信息十分豐富，除微生物群的組成種類外，還可以提供抗菌藥物敏感性等方面的信息，對抗感染治療具有重要指導(dǎo)意義。

在監(jiān)測女性尿道菌群的研究中，從發(fā)病機制到治療方面，均不再局限于單一致病菌，而臨床醫(yī)師在女性尿路感染的診治工作中也不應(yīng)拘泥于僅僅使用抗生素來對抗致病菌，要將診治的關(guān)注點提升到豐富的菌群層面，以此來突破尿路感染診治中遇到的瓶頸，有望在合理使用抗生素及早期預(yù)防方面取得重要進(jìn)展。

4 改善腸道菌群可能恢復(fù)尿道健康微生物群而減少尿路感染復(fù)發(fā)

恢復(fù)健康的尿道微生物群或許是未來尿路感染診療領(lǐng)域的重要板塊，補充益生菌則可能是調(diào)節(jié)尿道菌群的關(guān)鍵手段。已有研究支持尿液和腸道中微生物群之間存在緊密聯(lián)系，提示調(diào)節(jié)腸道菌群可能是預(yù)防或治療尿路感染的潛在策略[16]。雖然先前有研究隨訪復(fù)雜性尿路感染的女性患者后發(fā)現(xiàn)，腸內(nèi)使用益生菌來預(yù)防尿路感染的效果并不理想，但益生菌預(yù)防效果欠佳的原因可能歸咎于存留時間太過短暫，這可能與不同個體尿道已定植的菌群的復(fù)原能力的強弱相關(guān)[17]。所幸的是，目前已有個案報道肯定了通過腸道補充益生菌治療復(fù)雜尿路感染的效果。某國外尿路感染患者的尿液及腸道內(nèi)均培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯菌，通過糞便微生物群移植治療后，尿路感染得到有效控制[18]。另一位國外的老年女性患有復(fù)發(fā)性尿路感染，多次檢測出產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶大腸桿菌以及陰溝腸桿菌、普通變形桿菌、屎腸球菌、雷氏普羅威登斯菌等多種腸道菌種，在接受糞便微生物群移植治療后9 d，尿路感染癥狀消失，隨后25 個月里未再復(fù)發(fā)，且未再使用抗生素[19]。一例因膀胱陰道瘺而留置長期恥骨上導(dǎo)尿管的復(fù)雜性尿路感染的女性患者，在接受糞便微生物群移植治療后隨訪的10 個月內(nèi)，未再發(fā)生尿路感染[20]。一例同時患有艱難梭菌感染和復(fù)發(fā)性尿路感染的老年女性患者在接受糞便微生物群移植治療后，腸道菌群中腸桿菌科所占比例明顯減低，且隨后的一年中未再發(fā)尿路感染[21]。另有研究中，10 例復(fù)發(fā)性復(fù)雜性尿路感染女性患者接受了糞便微生物群移植治療后，整體的尿路感染復(fù)發(fā)情況雖然并沒有得到明顯的改善，但多重耐藥菌的檢測結(jié)果較治療前略減少，且有3 例受試者在治療后6 個月未再復(fù)發(fā)[22]。

除單純補充腸道益生菌外，調(diào)節(jié)雌激素水平對于絕經(jīng)后女性患者的復(fù)發(fā)性尿路感染也可能起到治療和預(yù)防作用[23]。國內(nèi)研究中使用低劑量雌激素聯(lián)合抗生素的方案，治療效果有所提高。另有研究對絕經(jīng)后女性患者使用小劑量雌激素聯(lián)合益生菌口服治療，有效降低了復(fù)發(fā)性尿路感染的復(fù)發(fā)率[24]。雖然目前通過改善菌群達(dá)到治療效果的方案仍需要大樣本研究進(jìn)行驗證，但其方法可行性高，且補充益生菌鮮有不良反應(yīng)，值得嘗試與推廣。

5 潛力十足的宏基因組測序

宏基因組二代測序技術(shù)（metagenomics nextgeneration sequencing，mNGS）可以使菌種間的鑒別更精確，而且對厭氧菌、結(jié)核分枝桿菌、病毒和真菌的感染，其敏感性和特異性均優(yōu)于傳統(tǒng)實驗室培養(yǎng)方法，更有助于高效獲取病原學(xué)診斷結(jié)果[25]。在尿路感染檢測方面對比mNGS 與標(biāo)準(zhǔn)細(xì)菌培養(yǎng)的研究中，mNGS 不僅能有效地鑒定出尿樣中培養(yǎng)結(jié)果陽性的優(yōu)勢菌，尿液mNGS 還檢測到一些培養(yǎng)結(jié)果陰性的菌種，檢測結(jié)果更加全面。有研究利用mNGS 檢測急性單純性膀胱炎和復(fù)發(fā)性膀胱炎的尿液菌群，其菌群多樣性及豐度差異明顯，與傳統(tǒng)的尿培養(yǎng)方法相比，尿液mNGS 更有助于鑒別診斷，可顯著提高診斷的準(zhǔn)確性[26]。除此之外，mNGS 可以檢測病菌如大腸桿菌的β-內(nèi)酰胺酶基因，以及病菌的毒力因子相關(guān)基因，提供的結(jié)果更加精準(zhǔn)[27]。

但mNGS 同樣擁有檢測結(jié)果“過于全面”的困擾。比如尿液中利用mNGS 最終檢測到的諸多細(xì)菌中，如何判斷是尿液中原有的，還是采樣過程中污染的。再比如，既然考慮不同菌種之間可以協(xié)同致病，但究竟是哪幾種則需要謹(jǐn)慎鑒別[28]。

6 討論

女性由于自身生理結(jié)構(gòu)特點，使得泌尿道、生殖道及消化道的微生物分布聯(lián)系緊密，不僅如此，受女性隨年齡出現(xiàn)激素水平變化、慢性病如糖尿病或高脂血癥等致尿液成分變化等的影響，女性尿路微生物群多樣性特點更加復(fù)雜，宿主與微生物群之間的相互作用需要更多的實驗研究，尤其是宿主免疫反應(yīng)相關(guān)的研究。當(dāng)女性發(fā)生尿路感染時，有賴于新一代基因測序技術(shù)，臨床醫(yī)師對致病菌的認(rèn)識不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，診療中更全面地關(guān)注多個菌種的共同作用，以及原駐菌群發(fā)生改變后產(chǎn)生的潛在影響，并通過監(jiān)測菌群的變化，更精確地把握尿路感染的起病、進(jìn)展及預(yù)后情況。但出現(xiàn)尿路感染后，尿道微生物群的組成及豐度變化情況尚無大數(shù)據(jù)支持，需要更多的研究來找出與尿路感染易感性關(guān)系緊密的菌群特點。對于復(fù)雜性尿路感染，未來抗生素或許不再是主要治療方法，且頻繁使用抗生素只會增加更多耐藥菌的出現(xiàn)，如何有效地恢復(fù)尿道健康的微生態(tài)環(huán)境或?qū)⑹俏磥碇委煆?fù)雜性尿路感染的重要研究方向。而宏基因測序技術(shù)或許可以作為探索新領(lǐng)域的有力助手。

雖然目前國內(nèi)專家共識表示，對于常規(guī)微生物學(xué)檢查容易明確病原體的感染，如尿路感染，暫不建議首選mNGS，但如果臨床考慮感染嚴(yán)重并可能危及生命，則建議常規(guī)檢查的同時開展mNGS[29]。因此，當(dāng)老年糖尿病女性罹患復(fù)雜性尿路感染時，急診醫(yī)師可憑借mNGS 的高效性和高敏感性，盡早獲得病原學(xué)診斷結(jié)果，而且更有利于驗證微生物種群致病的現(xiàn)象[30]，有利于急診醫(yī)師更全面地分析致病菌群，據(jù)此臨床醫(yī)師有望更早更合理地使用抗生素，從而有可能降低病情發(fā)展至膿毒癥休克的風(fēng)險。但在mNGS 的幫助下最終能否降低復(fù)雜性尿路感染的老年女性患者的病死率，尚需要大樣本的研究證實。

7 總結(jié)與展望

雖然標(biāo)準(zhǔn)尿液細(xì)菌培養(yǎng)仍將作為女性尿路感染的急診臨床工作中的重要工具，但隨著檢測技術(shù)的不斷優(yōu)化，在宏基因組測序的幫助下，女性尿道的微生態(tài)健康將逐漸被臨床醫(yī)師所重視。尤其是老年女性罹患復(fù)雜性尿路感染的診治方面，新技術(shù)可提供更加全面且精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)，將監(jiān)控及預(yù)防賦予更多的權(quán)重，有助于減輕臨床醫(yī)師的工作負(fù)擔(dān)，并對優(yōu)化治療提供更多思路。