微生物组学——子宫内膜异位症病因学研究新方向

马颖 黄思霞 黄柳菁 蔡朝霞 马菘 梁晓珊

1南方医科大学珠江医院妇产医学中心（广州510282）；2广州市荔湾区妇幼保健院妇产科（广州 510375）；3珠海市第五人民医院妇产科（广东珠海 519055）

子宫内膜异位症（endometriosis，EM）是指子宫内膜出现于子宫腔以外部位引起的疾患。EM会导致不孕、盆腔痛等，甚至恶变。育龄期女性EM的发病率超过15%，合并不孕率更高达60%～80%，EM是一种严重影响患者身心健康的常见病。由于缺乏针对病因的治“本”疗法，根治性手术（切除子宫或卵巢）会使女性丧失生育能力，或进入更年期，仅适用于无生育要求的高龄患者，常规手术后的复发率甚至超过60%[1-2]，患者仍需长期服药预防复发，给患者及其家庭乃至整个社会造成沉重的医疗负担。因此，迫切需要深入研究EM的发病机制，寻找更安全高效的治疗方法。

因早期症状不典型，且缺乏特异性血清学及影像学诊断方法，早期EM的漏诊率非常高，约70%～80%的Ⅰ-Ⅱ期EM是在盆腔手术时意外发现的，延迟诊断会使患者丧失早期用药、及时控制疾病进展的机会，直至出现盆腔包块、严重痛经或合并不孕时，就需要进行手术治疗。诊断延迟还会增加复发风险、降低患者的生存质量。《子宫内膜异位症诊疗指南（第三版）》明确建议通过症状和体征对EM做出早期临床诊断，前移治疗时间[3]。因此，挖掘精准的早期无创诊断方法，也是EM研究的重点和热点。

EM是一种具有恶性特性的良性疾病，子宫内膜不仅可以在盆腔局部浸润生长，还可异位至全身多处。既往对EM病因的研究，主要涉及免疫、子宫内膜干细胞、内分泌紊乱和血管新生等，但尚无一种学说可独立、全面解释EM所有的发病机制。近年来，大量研究[4-5]提示EM患者存在肠道菌群失调和盆腔菌群结构异常；一些关键菌及其代谢产物可通过多种机制诱发子宫内膜细胞功能改变，而子宫内膜细胞功能异常是其成功侵袭子宫腔外部位的关键环节；且微生物及其代谢产物的变化，会先于临床症状的出现，有可能成为EM早期无创诊断的靶点。因此，本文就微生物及其代谢产物与EM发病的相关性研究进行总结分析（图1），旨在为EM的病因学、预防和治疗提供新思路。

图1 EM体内微生物群失调与分泌代谢紊乱（由Figdraw绘制）Fig.1 Dysbiosis and secretion metabolic disorder in EM patient（By Figdraw）

1 EM患者伴随微生物失调

1.1 EM患者体内肠道微生物菌群紊乱肠道约含有一百万亿个微生物，其中细菌占比最高[6]。大量研究[7]提示EM患者的肠道菌群组成和结构与健康人不同，EM患者肠道菌群的α多样性显著降低，厚壁菌门/拟杆菌门比率增加，且各分类菌群的丰度存在显著差异，其中EM组的普雷沃菌属（Prevotella）丰度最高，晚期EM患者肠道菌群中志贺菌属/埃希菌属（Shigella/Escherichia）占优势[8-9]。YUAN等[10]发现EM小鼠肠道菌群中厚壁菌门/拟杆菌门的比率增加。亦有研究[11]通过将EM小鼠的粪便移植（fecal microbiota transplantation，FMT）给健康小鼠，导致异位子宫内膜病灶增加，而在使用甲硝唑后病灶明显缩小。虽然目前尚无直接证据证明微生物参与了EM的发病过程，但以上研究均提示肠道菌群的改变与EM发病存在着密切相关性，肠道微生物有可能成为EM病因研究的新方向，且肠道微生物取材方便，有望作为EM早期无创诊断的新靶点。

1.2 EM患者的生殖道与盆腹腔微生物的改变通过分析育龄期女性阴道、宫颈、子宫、输卵管和盆腹腔的微生物群落，证实女性的上生殖道及腹腔并非是无菌的环境[12]；EM女性的阴道、宫颈、宫腔、盆腹腔的乳酸杆菌（Lactobacillaceae）丰度降低，而加德纳菌属（Gardnerella）、链球菌属（Streptococcus）、志贺菌属和脲支原体属（Ureaplasma）等潜在致病菌在Ⅲ/Ⅳ期EM患者中显著增加[13-15]。补充益生菌、纠正微生态紊乱可用于治疗慢性、复发性阴道炎，EM具有炎性疾病的特点，调节菌群结构可能使EM患者获益。盆腔是EM的主要发病部位，EM患者的腹腔冲洗液中不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）、链球菌属（Streptococcus）、水栖菌属（Enhydrobacter）的丰度显著升高，而丙酸杆菌属（Propionibacterium）、放线菌属（Actinomyces）的丰度显著下降[16]，EM患者盆腹腔中的微生物群来源何处目前尚无确切的证据，多数学者猜测可能与肠道黏屏障功能破坏存在密切关系，这也是目前EM研究的热点问题。

2 EM患者体内代谢的变化

肠道菌群在发酵碳水化合物时，会产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），SCFAs可激活G蛋白耦联受体，通过减少食物摄入、改善胰岛素敏感性、抑制脂肪堆积和减少全身性炎症而产生有益作用[17]。在肠道菌群失调状态下，SCFAs的产生会减少。通过PICRUSt（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states）工具功能分析EM患者肠道微生物群相关的KEGG途径，提示EM患者的色氨酸代谢、α-亚麻酸代谢、乙醚脂质代谢等途径增强。EM小鼠体内正丁酸盐、异丁酸盐和戊酸盐浓度显著降低，且正丁酸酯可抑制小鼠异位子宫内膜的生长和炎性细胞浸润[18-19]。这些研究提示微生物可能通过产生负性的生物活性分子，调控代谢过程，参与EM的发病。

2.1 脂类代谢异常VOUK等[20]发现卵巢EM患者血液鞘磷脂和磷脂酰胆碱水平升高明显，并发现这些脂类代谢物可抑制细胞凋亡并影响脂质信号通路。在EM小鼠中也发现异常表达的脂质，如磷脂酰胆碱、鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺和甘油三酯，且甘油三酯与腹膜炎症密切相关[21]。MATTA等[22]发现EM患者体内炎症反应增加，且胆汁酸稳态和脂肪酶活性失调，而胆汁酸的合成和代谢障碍可破坏肠道屏障、继而导致细菌的过度繁殖，促进脂多糖（LPS）进入血液、激活异常炎症反应[23-24]。

2.2 雌激素代谢增强抗雌激素治疗使EM患者胃肠道细菌α多样性增加，EM患者的胃肠道细菌种类和尿中雌激素及其代谢物浓度呈正相关，提示微生物群与EM患者雌激素代谢存在相关性[25]。有研究[26]发现女性阴道微生物群的构成与年龄存在相关性，40～50岁是容易发生菌群失调的阶段，这一年龄段女性卵巢功能日趋衰退，雌激素水平逐渐下降，这也提示微生物与雌激素代谢存在相关性。BAKER等[27]发现菌群参与肠道雌激素代谢，与一种可将雌激素解偶联成活性形式的β-葡萄糖醛酸酶相关：在肠道菌群失调时，厚壁菌门/拟杆菌门比值下降时，肠道内β-葡萄糖醛酸酶的分泌增加，雌激素水平升高，继而肠道中的活性雌激素可以通过血液循环至远端黏膜部位，如子宫内膜。肠道菌群紊乱时也会导致某些神经活性代谢物水平升高，如谷氨酸、氨基丁酸等，这些代谢物可刺激大脑神经元，如GnRH神经元，并通过下丘脑-垂体-卵巢轴增加卵巢分泌雌激素[28-29]。目前治疗EM的机制之一，就是通过抑制H-P-O轴或通过孕激素拮抗雌激素，降低体内雌激素水平、抑制病灶生长，但这些药物也伴随着低雌激素症状、不规则阴道流血、乳腺刺激等副作用，如果最终可阐明微生物对雌激素代谢的影响机制，则有望研发出新型的EM治疗方法。

3 微生物在EM的诊断与防治中的潜在价值

3.1 微生物在EM早期无创诊断中的应用价值鉴于EM患者微生物菌群与健康个体存在差异，那可以利用生物信息学手段构建基于微生物群的EM早期无创诊断方法。PERROTTA等[30]建立了基于随机森林的EM分类模型，发现阴道微生物群可预测EM的严重程度，其中最重要的是厌氧球菌属（Anaerococcus）。其次，CHEN 等[12]基于女性生殖道微生物群所构建的模型，能够区分是否由于EMs导致不孕，并提出阴道或宫颈微生物群可能有助于检测上生殖道常见疾病。既往，EM与菌群相关性的研究更多集中于下生殖道菌群，而肠道是人体微生物群的大本营，盆腔是EM最主要的发病部位。笔者通过收集粪便、宫颈黏液、腹腔液的配对样本并联合随机森林交叉验证模型对3个部位的菌群样本进行了筛选和分析，挑选出瘤胃球菌属（Ruminococcus）和假单胞菌属分别为肠道和盆腹腔中的潜在生物标志物，并基于核心菌群构建疾病预测模型，发现肠道菌群在EM的早期诊断上优于宫颈黏液菌群，其预测准确性高达84%[31]。这些研究提示微生物可能作为EM早期无创诊断或筛查的重要工具。

3.2 饮食调控肠道菌群对EM的治疗作用肠道微生物的生存依赖于食物和宿主来源的化合物以及微生物自身的代谢产物，肠道中未消化的大分子可被拟杆菌门和厚壁菌门等进一步分解代谢[32]。有研究表明，低脂饮食可使肠道菌群α-多样性增加，而高脂饮食与肠道拟杆菌属（Bacteroides）和粪杆菌属（Coprobacillus）减少有关，其次，高脂饮食组的SCFAs浓度显著降低，高脂饮食还与粪便中花生四烯酸和LPS的富集以及血浆促炎因子的升高密切相关[33-34]。在对澳洲女性的一项问卷调查中发现，饮食干预可有效缓解EM带来疼痛[35]。多果蔬类、多不饱和脂肪酸、少碳饮食，可增加肠道菌群的多样性，降低C反应蛋白和白细胞介素-17的水平[36]；饮食调节的微生物群变化与短链、支链脂肪酸产量增加有关；某些天然化合物可通过抑制LPS的刺激及抗炎作用降低子宫内膜的增殖与侵袭[37]。

3.3 益生菌调控肠道菌群对EM的治疗作用给阴道补充益生菌或联合补充抗生素治疗可改善女性阴道健康[38]。益生菌可快速降低pH值，抑制病原菌的丰度，增加SCFAs的产生和减轻炎症反应，从而促进阴道恢复高乳酸菌、低pH值的健康状态。益生菌可以通过调节肠道菌群结构影响机体β-葡萄醛酸酶活性，进而调整机体雌激素水平[39]。ITOH等[40]研究发现，口服益生菌可激活体内自然杀伤细胞，抑制EM病变的发展。此外，使用广谱抗生素可能有效改善子宫内膜感染，减少EM的组织炎症、细胞增殖和血管生成[41]。抗生素虽然有杀灭或抑制病原菌的作用，但不能长期使用，尤其是广谱抗生素；而益生菌制剂则有可能成为治疗或预防EM的新手段。

4 结语

近年来，微生物组学、代谢组学、基因组学的研究给EM的研究带来了新契机。EM合并盆腔炎症可通过慢性炎症和免疫因素等增加卵巢癌发生的风险[42]。饮食干预可通过肠道菌群介导的代谢改变，改善胰岛素抵抗、减少促炎因子释放、血管生成以及细胞增殖，影响EM的发病[43]。肠道菌群的变化影响体内的免疫状态、改变体内代谢过程、引起炎性因子的分泌。综上所述，EM体内存在微生物群失调，以及由此引发的代谢改变，虽尚未发现确切的特异性致病关键菌种，且具体的致病机制尚未明确，但微生物群及其代谢产物与EM相关性，已经成为EM病因学的研究热点，后续研究预期将聚焦在以下方向：EM早期无创诊断标志物；EM的病因学研究；更高效的治疗及预防策略。