阴道微生态在人乳头瘤病毒导致宫颈癌发生机制中的研究进展

周旭 金洋 贾荣霞 包美静 林杨

(吉林大学第二医院 1妇产科，吉林 长春 130041；2医学研究中心)

宫颈癌在全球范围而言是最常见的女性恶性肿瘤之一，持续性人乳头瘤病毒(HPV)感染是导致宫颈癌的主要病因。HPV属于乳头瘤病毒科，是一组双链DNA病毒〔1〕。大部分感染HPV的女性可通过自身免疫力将其从体内清除，但仍有5%～10%的女性无法清除，持续HPV感染可导致宫颈癌前病变及宫颈癌〔2〕。研究报道，阴道微生态变化与女性生殖道HPV感染之间存在相关性〔3〕，本研究探讨阴道微生态多样性改变与HPV感染造成的宫颈癌发生机制的相关性。

1 影响阴道微生态动态变化的因素

健康女性阴道菌群与环境、宿主之间是共生共存、互相制约的动态平衡关系〔4〕。健康女性的阴道菌群中可包含50 多种微生物，乳酸杆菌是最重要、数量最多的菌群。Ravel 等〔5〕通过使用高通量测序技术首次发表了阴道菌群的分类，健康女性常见菌群可分为5种，其中常见菌群结构(CST)Ⅰ(卷曲乳杆菌)、Ⅱ(加氏乳杆菌)、Ⅲ(惰性乳杆菌)、Ⅳ(詹氏乳杆菌)的组成以乳酸杆菌为主，通过产生乳酸、过氧化氢(H2O2)、细菌素等机制对阴道提供保护作用。CSTⅣ中则由较多的厌氧菌组成，乳酸杆菌属较少，阴道pH通常>4.5，与细菌性阴道炎特征相似，被认为与细菌性阴道炎相关〔6〕。其中卷曲乳杆菌和惰性乳杆菌最为常见，加氏乳杆菌和詹氏乳杆菌次之〔7〕。

女性阴道微生态的组成可受到多种因素影响。研究表明〔8〕，女性体内激素的变化对阴道菌群的结构与稳定有重要影响。刚出生的婴儿由于母体雌激素的作用导致大量乳酸杆菌定植，3～4 w后随着雌激素的撤退，乳酸杆菌的比例也显著下降，厌氧菌与肠道菌群的比例明显增加，这种现象一直持续到青春期，初潮前雌激素与孕激素的分泌使乳酸杆菌数量再次增加〔9〕。在育龄期女性中，阴道微生态的变化受女性雌孕激素的周期性分泌影响，月经期雌激素水平低导致乳酸杆菌数量下降，微生态菌群种类增加。妊娠期女性则由于胎盘分泌雌激素导致乳酸杆菌增加，而产后女性随着雌激素水平下降增加了阴道微生态多样性〔10〕。绝经后女性激素水平下降可导致阴道萎缩与乳酸杆菌的减少〔11〕。

种族也是造成阴道微生态差异的一个重要原因，白人女性与亚裔女性乳酸杆菌所占比例较高。口服含有雌激素的避孕药对阴道菌群也有所影响，降低了细菌性阴道炎的发病率〔12〕。吸烟、性交、阴道冲洗(尤其是月经后阴道冲洗)都可增加阴道微生态的多样性，降低乳酸杆菌的比例〔13～15〕。

2 阴道微生态与宫颈病变的关系

近年来，由于对阴道微生态的了解越来越充分，阴道微生态与宫颈病变之间的关系引起了国内外学者广泛关注，宫颈细胞学异常的女性大多有阴道菌群失调，宫颈病变发生率更高〔16，17〕。一项来自韩国基因组流行病学研究〔18〕通过比较9对绝经前同卵双胞胎之间HPV的区别发现：这9对双胞胎女性阴道微生态菌群组成差别很大，感染HPV的女性不仅惰性乳酸杆菌群明显减少，而且非乳酸杆菌群多样性明显增加，即HPV感染与阴道微生态密切相关。Lee等〔18〕还提出纤毛菌属可作为HPV阳性妇女的微生物标志物。在一项纵向研究中，Brotman等〔19〕对北美32名绝经前的妇女进行了16 w的研究。在收集到的930个样本中发现：阴道微生态菌群中CSTs Ⅲ和CSTs Ⅳ比例较高的女性HPV阳性率最高，分别为71%和72%。除了研究阴道微生态菌群与HPV阳性之间的关系，Brotman等〔19〕还发现以加氏乳杆菌为主导的CST Ⅱ可能与HPV感染的快速清除有关，加氏乳杆菌可能是维持宫颈健康的潜在治疗菌群。具体而言，HPV阳性的女性阴道内的厌氧菌群多样性增加，而乳杆菌含量减少，尤其是以加氏乳杆菌或惰性乳杆菌为主的优势菌群。但是，关于阴道微生态与HPV感染之间的研究处于初步阶段，许多机制尚不清楚。

阴道微生态不仅与HPV 感染有因果关系，与宫颈上皮内瘤样病变(CIN)也可能密切相关。Mitra等〔20〕通过比较169例不同级别宫颈病变的患者发现，CIN与微生态多样性增加和乳酸杆菌属相对丰度降低有关。随着宫颈病变严重程度的增加，CST Ⅳ菌群比例也逐步增高。此外，与低级别病变相比，高级别病变女性的纤毛菌属、四联厌氧球菌属、厌氧消化道链球菌属菌群数明显增加，而詹氏乳杆菌的数量较低。Oh等〔21〕通过对照70例CIN患者与50名健康女性阴道菌群，发现以乳酸杆菌为主的菌群失衡可能与CIN密切相关，CIN患者阴道微生态多样性增加且相对丰度降低。该研究还发现，奇异菌属，阴道加纳德菌属及惰性乳杆菌与CIN级别成正相关。对CIN患者的研究〔20，21〕均为观察性研究，并且缺乏纵向数据，因此阴道微生态与CIN的因果关系并不清楚。因此，要明确阴道微生态与宫颈病变之间的相关性，仍需探讨宿主，微生物群和致癌作用之间的复杂关系。

3 阴道微生态与宫颈病变的潜在机制

阴道微生态由许多菌群构成，但高度多样化的阴道菌群往往被认为是一种失调状态。阴道菌群变化如何介导HPV导致宫颈癌的机制仍需要探讨。

作为阴道微生态中的优势菌群，阴道乳酸杆菌通过分解阴道上皮细胞的糖原产生乳酸，参与阴道酸性环境的形成〔22〕。这种酸性环境不仅可以抑制沙眼衣原体，淋病奈瑟球菌和加德纳菌等病原体的生长〔23，24〕，而且为宫颈和阴道的细胞代谢提供了适宜环境〔25〕。Clarke等〔26〕通过对育龄期女性研究发现：随着阴道pH值的升高，女性HPV感染的概率也明显升高，这也许与转化病毒的HPV E5蛋白对低pH环境较敏感有关〔27〕。乳酸杆菌不仅可通过产生较低的pH来维持阴道的平衡，乳酸杆菌自身的化学结构也对阴道HPV感染及CIN的发展有一定的影响。乳酸杆菌分子是由左旋乳酸和右旋乳酸组成的手性化合物〔28〕。乳酸通过抑制组蛋白去乙酰酶(HDAC)的活性从而上调DNA表面组蛋白乙酰化来促进基因转录，从而实现对细胞内基因进行表观调节。 D-型乳酸对组蛋白的去乙酰化、DNA 的修复能力更强，因此保护阴道稳定性的作用更强。D-型乳酸可控制细胞外基质金属蛋白酶诱导剂(EMMPRIN)水平从而来调节基质金属蛋白酶(MMP)-8，避免细胞外基质的分解，并预防细菌通过子宫颈迁移进入子宫，降低女性生殖道炎症发生的概率〔29〕。卷曲乳杆菌与加氏乳杆菌均可产生L-型和D-型乳酸，惰性乳杆菌只产生L-型乳酸，这可以解释CSTs Ⅲ和Ⅳ通常与HPV感染和宫颈病变有关〔19，20〕。由于与CSTs Ⅲ和Ⅳ菌群中左旋乳酸比例较高有关，导致MMP-8被激活，破坏了宫颈细胞的完整性，从而促进HPV进入基底细胞并进行病毒的繁殖〔30〕。而CSTs Ⅰ能更好地维持阴道稳态〔31〕，因为卷曲杆菌产生L-型乳酸最多且对其他菌群有较好的抵抗力，导致其pH值较低，感染细菌、单纯疱疹病毒(HSV)、人类免疫缺陷病毒(HIV)及HPV的可能性也较小〔32〕。

乳酸杆菌还可通过产生H2O2维持阴道微生态的平衡，促使具有过氧化物酶活性的蛋白抑制剂与过氧化物结合，或是直接通过激发过氧化物作用而抑制另 一种细菌的生长，具有抗菌和抗病毒的作用〔33〕。因此阴道H2O2水平较低的女性，HPV感染和细菌性阴道炎发生的概率更高。由于惰性乳杆菌无法产生H2O2，这也许是HPV阳性及CIN的女性中阴道微生态惰性杆菌所占比例较高的原因〔34，35〕。除了H2O2，乳酸杆菌还可产生细菌素、类细菌素及生物表面活性剂等具有保护性的物质，这些物质由生态系统进化而来，可杀死与细菌密切相关的物种和生物表面活性剂，从而抑制病原体的生长〔36〕。有研究表明，卷曲杆菌可以产生一种黏附因子(LEA)，该化合物可干扰菌毛介导的病原体黏附生殖器黏膜和肠黏膜，从而来阻止阴道加德纳菌的附着〔37〕。乳酸杆菌产生的细菌素和生物表面活性剂还可减少病毒的浸润，但其中的机制及与HPV的相关性仍需要进一步探索。

乳酸杆菌还可进行免疫调节，包括特异性免疫与非特异性免疫。非特异性免疫机制中，阴道上皮细胞表面表达Toll样受体(TLR)和Nod样受体〔38〕，激活细胞内信号通路从而释放具有杀伤作用的细胞因子如防御素、肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8，引起阴道黏膜的炎症反应，发挥清除病原微生物的作用〔39〕。而Abramov等〔40〕发现除卷曲乳杆菌外，嗜酸乳杆菌和詹氏乳杆菌也可诱导 NF-κB通路，调节免疫反应，但并不引发炎症反应。乳酸杆菌抑制病原微生物引起的炎症反应，炎症因子并无明显增加，但其机制仍需进一步研究。而氧化应激反应产生的活性氧(ROS)可引起宿主基因组中双链DNA断裂，从而促进HPV整合并最终形成宫颈病变，而宫颈病变也会对阴道微生态的组成产生影响〔41〕。特异性免疫反应中起关键作用的是细胞免疫。当HPV感染基底细胞后，会激发起以细胞免疫为主的免疫机制对其进行清除。所谓的细胞免疫是指机体首次感染HPV 后，受HPV 抗原的刺激，体内的T 细胞将会增殖、分化、转化为效应 T 细胞，当HPV 再次感染机体时，效应T 细胞对抗原的直接杀伤作用及效应T细胞所释放的细胞因子协同杀伤作用将会清除外来的病毒抗原〔42〕。其他机制也可能介导阴道微生态与宫颈病变之间的相关性。阴道菌群的改变可破坏生殖上皮的完整性并导致生殖黏膜的破裂，可能促进病毒进入宫颈基底上皮并进行复制〔43〕。Doorbar〔44〕发现加纳德菌的唾液酸酶可破坏阴道上皮细胞骨架蛋白，使上皮细胞受损和脱皮，促进HPV感染宫颈鳞柱交界转化区基底上皮细胞，导致病毒的持续感染。与年龄较大的女性相比，未成熟的宫颈更容易感染HPV，这或许与青春期女性阴道加德纳菌比例较高有关，鳞状上皮化生使宫颈具有较高的易感性，阴道加德纳菌则促进了HPV进入基底细胞〔45〕。有研究发现纤毛菌属与HPV感染、CIN和宫颈癌的发生有关，与妊娠妇女的流产和早产也有一定的联系〔46〕。纤毛菌属于梭菌门，可以作用于多种癌症机制中，它可以通过激活炎症机制和抑制免疫细胞毒性作用参与消化系统恶性肿瘤的形成。在宫颈癌的发生发展中，高风险HPV E6和E7癌基因通过与特定细胞靶点的相互作用，干扰细胞周期控制，促进癌细胞的形成〔47〕。目前尚不清楚阴道菌群是否参与了HPV与特定靶细胞作用的过程，从而促进宫颈癌的发生。

4 阴道微生态在预防HPV感染及宫颈病变中的作用

阴道微生态在HPV导致宫颈癌发生发展的机制中起着重要的作用。当影响阴道微生态动态平衡的因素存在时，阴道局部免疫力下降，优势乳杆菌的减少、病菌过度繁殖容易导致各种阴道炎及病毒感染。目前，异常阴道微生态的最新理念是恢复阴道的防御功能，纠正阴道微生态平衡状态尤其是乳酸杆菌为主的阴道菌群，这也许对预防女性HPV感染及宫颈病变有一定的帮助。有研究发现，加氏乳杆菌与快速清除HPV感染有关，而且与詹氏乳杆菌联合可抑制癌细胞的生长，而对正常的宫颈细胞却没有作影响〔48〕。 Guo等〔49〕发现联合乳杆菌制剂用药，对于控制HPV 感染及宫颈病变都有一定的效果。因此，调节阴道微生态平衡有助于清除HPV感染，减少宫颈病变从而预防宫颈癌的发生。益生菌是一类能改善宿主微生态平衡、恢复微生物组稳态的活性有益微生物的总称〔50〕。它能够促进乳酸杆菌的生长，并且可以调节微生物群的组成，能够发挥独立于微生物群的免疫调节作用〔51〕。目前益生菌在治疗HPV感染方面的研究较少，通过补充阴道菌群来预防HPV感染相关宫颈病变的治疗尚处于起步阶段。因此仍需要更多的数据与实验来探讨益生菌、阴道菌群与HPV之间的关系，关于益生菌通过维持阴道微生态平衡来清除HPV感染的作用机制、作用时间、药物用量、使用方法与条件仍需进一步的研究。

持续性HPV感染是宫颈癌发生的必要条件，阴道微生态在HPV导致CIN及宫颈癌的发生机制中起了重要的作用。但是仍无法判断是随着阴道菌群种类增加，乳酸杆菌减少导致HPV易感性从而造成CIN；抑或被HPV感染的基底细胞引发炎症反应，改变了阴道微生态的构成，破坏了微生态的平衡。今后的流行病学研究还应进一步评估阴道微生态是否可以作为预测宫颈癌发生的独立危险因素。关于阴道菌群的组成对宫颈病变的影响仍需要进一步的研究，仍需要分析宿主-微生物相互作用之间的分子机制，从而通过维持阴道微生态的平衡来清除HPV的感染，从而预防宫颈癌的发生。