肠道菌群失调与多囊卵巢综合征关系的研究进展

贾凡，刘新敏

(中国中医科学院广安门医院妇科，北京 100053)

多囊卵巢综合征 (polycystic ovary syndrome，PCOS)是临床常见的生殖-内分泌及代谢紊乱性疾病之一。全球育龄期女性PCOS的患病率为5%～10%[1]，且呈逐年增加趋势。PCOS主要表现为代谢异常和其他临床特征，包括稀发或无排卵、高雄激素血症(hyperandrogenism，HA)、卵巢多囊样改变、胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)、肥胖、慢性低度炎症等[2-4]；此外，PCOS患者远期代谢紊乱性疾病如心血管疾病、代谢综合征(metabolic syndrome，MS)等的患病风险升高[5-6]。

肠道菌群由多种细菌、古细菌、真菌、原生动物、病毒及其代谢物等组成，在宿主体内发挥重要作用，包括参与免疫调控、维持肠道上皮屏障健康、产生短链脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)等过程，肠道菌群紊乱与代谢性疾病、自身免疫性疾病、神经系统疾病和心血管疾病等有关[7]。PCOS的发生与遗传和环境因素等存在一定关系[8]。近年研究显示，PCOS患者普遍存在肠道菌群谱的改变，且肠道微生态失衡与PCOS发生及进展有关，肠道菌群参与PCOS的HA、IR、慢性炎症、代谢紊乱等病理环节[9-18]。现就肠道微生物群与PCOS关系的研究进展予以综述。

1 肠道菌群概述

在人体内寄生的微生物群种属、数量繁多，其中大多数分布在肠道内。据统计，肠道微生物的总数量可达1014个，约为人体细胞总数的10倍[19]。存在于人体肠道的正常微生物群称为“肠道菌群”。肠道菌群被认为是一种人体器官，其相对稳定对维持人体健康意义重大[20]。肠道菌群结构及数量受遗传因素、母体宫内菌群暴露程度、分娩与喂养方式、抗生素类药物使用情况、生活环境等因素的影响[21]。成人正常肠道内的细菌可达数千种，定植在肠道内的微生物种类及数量可在一定范围内变化，并处于动态平衡。健康状态下，肠道菌群与宿主和谐共生，共生微生物受益于肠道提供的丰富营养而生存；而肠道微生物产生的众多代谢物质亦具有调节宿主的关键功能，如促进肠道发育成熟、维持能量稳态、辅助免疫系统发育、协助宿主发挥免疫功能、抑制肠道病原微生物侵袭与繁殖等[22-23]。

2 肠道菌群参与PCOS的机制

针对PCOS病因的研究多集中在遗传、免疫、雄激素暴露等方面，但上述因素均不能完全阐释PCOS的疾病特征[24]。肠道菌群是维持人体健康的“内分泌器官”，肠道内的微生物群通过与雌激素、雄激素、胰岛素等相互作用，影响生殖内分泌系统[25]。PCOS的典型特征包括性激素水平异常、IR、卵巢多囊样改变、慢性亚临床炎症等，肠道菌群紊乱参与内毒素血症、SCFA生成、胆汁酸代谢、脑肠肽异常分泌等过程，而上述生理病理过程与PCOS的HA、IR、慢性炎症反应、脑肠肽水平异常等表现有关[26]。因此，肠道菌群可能通过HA、IR、慢性炎症、MS、肠-脑轴等途径，影响卵泡发育、性激素及代谢水平等，参与PCOS的发病机制。

2.1肠道菌群失调与HA 生殖激素异常是PCOS的重要参数，其中以高雄激素的临床表现或生化表现为主，亦属PCOS的核心病理表现，PCOS患者的激素多表现为睾酮水平升高。循环血中的高雄激素会引发多毛、痤疮等症状，卵巢来源的高水平雄激素可抑制卵泡生长，导致卵泡壁增生变厚、卵泡发育成熟障碍，诱导卵细胞凋亡、闭锁，出现卵巢局部功能紊乱、排卵或无排卵性月经稀发等不良结局。此外，有研究认为，PCOS是雄激素升高引发的功能紊乱性疾病，并提出HA是诊断PCOS的第一要素，表明HA是PCOS发生及病理过程的重要环节[27]。

有关性激素与肠道微生物群关系的研究多集中于血清睾酮水平。研究表明，血清睾酮水平及多毛症与菌群的α多样性呈负相关[15,28]。游离睾酮水平与厚壁菌门(Firmicutes)/拟杆菌门(Bacteroidetes)的比值有关。在PCOS中，拟杆菌科(Bacteroidaceae)、Raoultella菌、普雷沃菌属(Prevotella)与总睾酮呈正相关；普雷沃菌科(Prevotellaceae)与总睾酮呈负相关[10-11,14]。陈方元等[29]发现，中重度痤疮-PCOS组患者粪便中拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度明显高于健康组，且血清睾酮、炎症因子、血脂异常的水平与其丰度呈正相关。此外，连续光照是PCOS的危险因素之一，研究发现，持续光照成功诱导了SD大鼠的卵巢多囊样改变，且持续光照4周后，大鼠厚壁菌门丰度增多、拟杆菌门丰度减少，而实验前后非持续光照对照组(12 h光照，12 h黑暗交替)大鼠的菌群丰度无变化；实验结束后，与非持续光照对照组相比，持续光照组大鼠Parasutterella菌丰度增加，二级棒杆菌属(Corynebacterium)、Odoribacter属和不动杆菌属(Acinetobacter)微生物丰度降低；Parasutterella菌丰度与血清睾酮水平呈正相关，表明PCOS的HA与Parasutterella细菌丰度密切相关[30]。Kelley等[31]研究发现，雄激素水平升高会引起小鼠拟杆菌数量下降、厚壁杆菌数量升高，证实肠道菌群的结构异常与小鼠体内雄激素水平变化有关。Guo等[32]将健康大鼠粪便及乳杆菌属(Lactobacillus)分别移植给具有PCOS表型的大鼠体内，两组移植后大鼠的雄激素水平、动情周期及卵巢多囊样改变等均明显改善，证实肠道微生物也可调节宿主体内的雄激素水平，提示血清睾酮水平与肠道微生物群之间存在相互作用，PCOS的代谢和内分泌紊乱可能与肠道菌群的变化密切相关。由此可见，HA与肠道微生物组变化之间存在相关性，但HA与肠道菌群紊乱的因果关系尚不明确。

2.2肠道菌群失调与IR 在PCOS患者中，50%～75%的患者存在不同程度的IR[33]。IR在PCOS所致生殖功能异常和代谢紊乱中起关键作用，与PCOS的发生发展关系密切。IR以及高胰岛素血症通过多种方式促进雄激素分泌，如高浓度的胰岛素及胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor，IGF)诱导细胞色素P450、20,22裂解酶和羟化酶功能的活化，增强P450c17α酶的活性，从而使卵巢源雄激素合成增加；同时高水平胰岛素通过抑制性激素结合球蛋白合成使游离睾酮升高，进而导致卵泡发育障碍和生殖功能异常[34]；此外，高水平胰岛素还通过影响脂肪的储存及胆固醇、脂蛋白等的代谢诱发代谢性疾病[35]。

IR水平与肠道菌群有关，Le Chatelier等[36]研究发现，肠道菌群的基因计数与IR水平呈负相关。肠道菌群紊乱可以产生内毒素因子，内毒素因子可通过核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶等信号通路激活c-Jun氨基端激酶通路，进而引起胰岛素受体底物1的丝氨酸磷酸化增加，酪氨酸磷酸化减弱，导致胰岛素代谢通路障碍，引发IR[37-38]。与正常成年女性相比，PCOS患者存在肠道菌群紊乱、肠黏膜屏障受损、肠壁通透性增高，且内毒素血症的相关指标也显著升高[39]。具有内毒素作用的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是炎症和代谢疾病早期发展的重要因子，肠道菌群失调可促进LPS从病原体移位至体循环[40]。LPS是Toll样受体4的强激活剂，可以激活Toll样受体4，诱导慢性亚临床炎症过程，并降低机体对胰岛素的敏感性、升高血清胰岛素水平，从而导致IR发生[41]。饮食是影响肠道微生物结构、数目的因素之一，对瘦型PCOS患者进行早餐高热量摄入、晚餐低热量摄入的饮食干预后，患者IR水平和排卵状况得到改善[42]。有报道显示，糖尿病大鼠进食富含α-亚麻酸的亚麻籽油可使胰岛素水平上升、血糖水平下降、IR水平改善[43-44]，上述过程可通过上调Allobaculum菌、乳杆菌属、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、Faecalibacterium菌、Parabacteroides菌，下调放线杆门(Actinobacteria)、拟杆菌属、变形菌门(Proteobacteria)、链球菌属(Streptococcus)及厚壁菌门/拟杆菌门比值，进而纠正造模后PCOS大鼠的肠道菌群失调[45]。上述研究提示，IR水平与肠道微生物群紊乱具有相关性，肠道菌群紊乱可引起机体相关的炎症信号通路激活，从而引发胰岛素信号通路传导障碍，导致IR；改善肠道菌群对于PCOS的IR及排卵功能具有一定帮助。

2.3肠道菌群失调与慢性炎症 PCOS患者存在慢性炎症状态。巨噬细胞是参与炎症调节的细胞之一，PCOS患者的卵巢组织中可见大量巨噬细胞浸润[46]；另外，PCOS患者外周血中主要的炎症因子，如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、C反应蛋白、白细胞介素(interleukin，IL)-18、IL-1、IL-6等有不同程度的升高[47]；TNF-α、IL-18、IL-6等均可通过调控胰岛素相关信号通路降低组织细胞对胰岛素的敏感性，从而导致IR。另有研究表明，PCOS患者的辅助性T细胞17较正常女性增多，在IL-6等炎症因子的刺激下，辅助性T细胞17可分泌促炎症因子，诱导机体的炎症状态，导致IR、HA及排卵障碍的不良结局[48-49]，但其具体分子机制尚未阐明。脱硫弧菌科(Bilophila)的wadsworthia是与炎症反应前期相关的病原体，且与多种炎性疾病(如阑尾炎、脏器脓肿)的形成密切相关；通过16s rDNA测序技术检测移植PCOS患者粪菌的无菌级小鼠的肠道菌群发现，PCOS粪菌移植组小鼠的wadsworthia水平高于健康粪菌移植组小鼠，提示wadsworthia可能通过炎症过程参与PCOS的发病机制[50]。肥胖型PCOS患者存在肠道菌群失调、低度慢性炎症及IR，且肠道菌群变化程度与炎症程度、IR水平有关[51]。随着代谢组学的兴起，有关体内代谢物质的研究更加深入，Sun等[52]运用代谢组学研究发现，PCOS患者肠道菌群的活跃度增加，血液中二甲胺、N-乙酰糖蛋白水平明显高于正常女性，二甲胺、N-乙酰糖蛋白的增高与菌群活性增高相关，二甲胺、N-乙酰糖蛋白水平升高证明PCOS患者存在低级别慢性炎症，提示PCOS患者的低度炎症状态与肠道菌群失调相关。Qi等[53]发现，PCOS患者肠道中普通拟杆菌(B.vulgatus)丰度升高、肠道细菌代谢产物胆汁酸牛磺熊去氧胆酸、甘氨脱氧胆酸水平下降、肠道免疫因子IL-22的水平也降低；随后提出肠道菌群通过B.vulgatus-胆汁酸-IL-22轴影响PCOS的病理过程，并认为IL-22改善PCOS的IR和卵巢功能的机制可能与抑制卵巢颗粒细胞的炎症反应有关。

肠道菌群介导的炎症状态对IR及PCOS病理进程的意义重大。炎症信号通路与胰岛素信号通路转导间有交叉作用，肠道菌群失调导致的“内毒素血症”可能是导致炎症状态、IR及肥胖发生的关键原因[54]。肠道菌群失调状态下，肠壁间的紧密连接蛋白表达下降，肠壁结构受损导致LPS入血增多，LPS可结合固有免疫细胞表面的CD14-Toll样受体4复合物，激活炎症相关的信号通路，刺激炎症因子的产生，导致慢性炎症状态；LPS还可以通过核因子κB等信号通路促进胰岛素受体底物1的丝氨酸磷酸化、影响蛋白激酶B的正常磷酸化过程，进而导致IR[55]。由此可见，慢性炎症导致的肠道微生物群水平失调可能是PCOS的发病机制之一，LPS入血增多促进TNF-α、IL-6等炎症介质的表达，导致IR，进而参与PCOS的HA及代谢异常，并阻止正常卵泡发育。

2.4肠道菌群失调与MS MS指人体碳水化合物、脂肪、蛋白质等发生代谢失调的一种病理状态，是一组复杂的代谢紊乱综合征，主要表现为高血糖、高血脂、高血压及肥胖等。PCOS对代谢的影响与MS存在众多交集。Meta分析显示，PCOS患者的MS发生率高于正常对照组[56-57]。由于MS的诊断标准不同，针对PCOS患者MS发生率的调查结果也存在一定差异。成年PCOS患者MS患病率为34.4%～47.9%[58]；另有调查显示，约43.89%的PCOS患者存在MS[59]。

30%～60%的PCOS患者合并肥胖[60]。高脂饮食是诱发肥胖的重要原因，高脂饮食能改变肠道微生态及通透性，促进胃肠道革兰阴性菌产生LPS，并抑制SCFA产生。近年研究发现，SCFA代谢途径是PCOS的重要发病机制。SCFA中乙酸、丙酸和丁酸等在机体代谢中起重要作用，具有平衡葡萄糖稳态、调节胰岛素敏感性、抗炎、抗癌和免疫调节等作用[61]。PCOS菌群中有益菌的减少可能导致SCFA的产生减少。SCFA是肠道内分泌细胞(L细胞)上特定的G蛋白偶联受体配体，与G蛋白偶联后可刺激胰高血糖素样肽-1和YY肽的分泌，从而促进体内胰岛素分泌，同时激发T细胞发挥抗炎作用；因此，PCOS患者体内降低的SCFA能通过影响糖类物质代谢、介导炎症效应等过程诱发机体代谢紊乱，从而导致肥胖。肠道微生物还能通过抑制肠道脂蛋白酶抑制因子禁食诱导脂肪因子的表达、促进脂肪的累积，进而诱发肥胖[62]。因此，糖脂代谢紊乱与菌群丰度的变化存在相关性。肠道微生物能通过影响代谢水平调节能量吸收、肠道运动、糖脂代谢以及脂肪储存过程，从而影响MS进展[63]。因此，肠道菌群紊乱会导致循环中SCFA减少，引起机体代谢紊乱，可能参与PCOS的病理过程。

2.5肠道菌群通过肠-脑轴参与PCOS进程 PCOS的病理机制不仅限于下丘脑-垂体-卵巢轴的功能障碍，还涉及肠-脑轴。肠-脑轴为双相调节的信号转导通路，肠道和大脑通过肠-脑轴紧密相连，肠-脑轴在信息交流系统中起重要作用；中枢神经系统和胃肠系统之间存在复杂的双向通信系统，微生物群可以多种方式影响脑-肠轴，肠道微生物群可直接刺激迷走神经通路向大脑发送信号。肠道内各种复杂信息可以经由传出神经末梢肌间丛和神经节后神经元形成的突触传递到大脑，同时，肠道微生物群以合成激素和神经递质等方式对大脑形成反馈，如体循环中的肠肽可与免疫细胞和迷走神经末端的同源受体结合，从而完成肠-脑沟通[64]。研究表明，肠-脑轴在调节食欲、食物摄入、葡萄糖代谢、能量维持等方面起关键作用。肠道菌群紊乱可能经肠-脑轴参与PCOS的进展。肠道寄生的细菌可产生SCFA，SCFA参与肠内分泌细胞分泌脑肠肽，如胰高血糖素样肽-1、生长激素释放肽(Ghrelin)、YY肽的过程，SCFA通过G蛋白偶联受体43激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/信号转导及转录激活因子信号通路并调控脑肠肽的表达[65]。研究发现，感觉神经元或交感神经元内存在G蛋白偶联受体43-单体红色荧光蛋白及其信使RNA[66]，因此SCFA可能通过神经及内分泌系统调节体内代谢过程。脑肠肽(如Ghrelin)可参与调控下丘脑调节核，调节黄体生成素的分泌；Ghrelin还能通过延缓垂体释放黄体生成素脉冲强度，抑制其过度合成与释放，进而参与调控PCOS生殖系统的功能。此外，PCOS患者体内被予移植乳酸双歧杆菌V9后，患者的黄体生成素及黄体生成素/卵泡刺激素比值下降，SCFA水平增高。综上所述，肠道菌群可能通过肠-脑轴调控机体脑肠肽的分泌，参与PCOS进展，但关于肠道菌群与肠-脑轴关系的研究有限，其具体机制仍需要进一步研究。

3 小 结

随着科研技术的发展，肠道菌群参与PCOS发生发展的研究逐渐深入。肠道菌群紊乱在PCOS的HA、IR、慢性炎症过程、代谢紊乱等方面发挥重要作用。肠道菌群产生的LPS介导的肠道黏膜屏障损伤引起的慢性炎症反应、IR等是导致PCOS的重要病理过程；此外，肠道菌群还可能通过B.vulgatus-胆汁酸-IL-22轴、肠-脑轴影响PCOS进展，但具体机制仍不明确。此外，肠道细菌与PCOS的关系密切，未来仍需对肠道菌群参与PCOS发生发展的确切机制以及PCOS特定功能细菌谱的检测、分析进行更加深入、系统的研究。