阴道微生物群与子宫内膜癌发病关系的研究进展

夏玉婷 王哲 张三元

子宫内膜癌(endometrial carcinoma)是妇科三大恶性肿瘤之一,据美国癌症协会数据显示,2020年美国子宫内膜癌新发病例65 620例,死亡12 590例,仅次于卵巢癌[1]。子宫内膜癌公认的危险因素包括长期的雌激素刺激、基因突变、肥胖、高血压、糖尿病、不孕和炎性等,但具体发病机制仍未完全阐明。现在微生物与人体的关系日益受到关注,已经有越来越多的微生物被证明与人类疾病状态有关,甚至可引起癌症或加速其发展。阴道是一个与外界相通的、有菌的器官,健康状态下阴道微生物群处于动态平衡状态,阴道微生物群的构成及量的改变与多种妇科疾病有关。现综述阴道微生物群与子宫内膜癌的关系,并总结其相关机制,为防治子宫内膜癌提供新的切入点。

1 阴道微生物群

1.1 阴道微生物群的特征 Ravel等[2]将阴道微生物分成5种菌群类型(community state type,CST):CSTⅠ～Ⅴ。CSTⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ分别是以卷曲乳杆菌、加氏乳杆菌、惰性乳杆菌及詹氏乳杆菌占优势,而CST Ⅳ则为一大型异质性菌群,以厌氧菌为主,主要包括了加德纳菌、普氏菌和巨型球菌等,只含有少量的乳杆菌,CST Ⅳ型与细菌性阴道病和阴道炎性的发病有关[3],该分类方法在之后的研究中被普遍应用。

生理情况下,女性阴道中乳杆菌属占据主导地位,乳杆菌通过产生乳酸使阴道pH值维持在正常范围内(3.8～4.5),并能通过产生过氧化氢(H2O2)、细菌素类化合物、激活免疫系统、诱导癌细胞株凋亡和抑制增殖发挥抗炎、抗肿瘤的作用[4]。

随着测序吞吐量的快速提高和测序成本的降低,阴道微生物群的研究变得越来越可行。通过多组学推动阴道微生物群与健康之间相关性的特征已经成为未来研究的趋势。目前已经有学者构建了人类阴道非冗余基因目录(VIRGO),可使确定的基因进一步聚集成阴道直系同源群(VOGs),提供了阴道微生物群常见的功能蛋白家族目录[8]。VIRGO提供了超过95%的人类阴道微生物群覆盖率,适用于北美、非洲和亚洲的人群,目的通过大数据来描述个体群落中物种的多样性,从而解释阴道微生物群同女性健康的关联。

2 阴道微生物群对女性生殖生理的维持和维护作用

2.1 阴道微生物群对女性的正常生理平衡起着支持作用 长期以来,阴道微生物在女性健康和疾病中起着重要作用。产生乳酸的微生物在维护阴道微生态方面具有重要作用,并可防止阴道感染。以乳杆菌为主的阴道微生物群对宿主有益,而由厌氧菌组成的益生菌性阴道微生物群与许多妇科正常生理有关,同时还和一些妇科疾病相关[9]。阴道微生物群可以调节雌激素水平,从而影响雌激素介导的女性生理过程,可能决定一些妇科疾病的诱发因素,并最终影响生活质量[10]。阴道微生物群的变化更有可能在月经期发生。月经期的各种变化,包括血液的存在、卫生棉条的使用、卫生和性活动的变化以及雌激素和孕激素的波动,都可能导致这些阴道微生物的改变[9,10]。α多样性、乳杆菌的相对丰度和群落稳定性与月经周期中雌二醇水平的变化相关,当雌二醇水平最低时,阴道微生物群的多样性与波动性也最大,而血清雌二醇水平达峰值时阴道微生物群结构也最稳定,这可能是因为雌激素促使鳞状上皮细胞增殖,产生更多的糖原以促进乳杆菌的生长[11]。

2.2 阴道微生物群对女性生殖及胎儿的保护作用 尽管普遍认为胚胎环境中没有可培养的阴道微生物群,但最近的研究表明,子宫和输卵管并非无菌的,微生物可能对胎儿健康起作用[5]。

乳杆菌水平的升高,是16周后早产的一个风险因素[5]。阴道微生物转移到羊水中与胎膜早破有关,这表明阴道微生态的完整性会影响宫内环境[12]。此外,接受阴道孕酮治疗以调节早产风险因素的女性阴道微生物群落组成没有改变[12]。早产胎膜破裂伴随的阴道微生物群状态需要进行定期检查,以推断这些变化发生的原因和方式,以及它们在早产中的作用。

2.3 阴道微生物群对更年期女性的健康支持作用 随着女性进入围绝经期,雌激素水平的降低可导致阴道分泌物减少、外阴阴道萎缩、老年性阴道炎等症状,在绝经后女性中普遍观察到阴道pH值升高、乳杆菌水平下降、阴道微生物群种类增加。在中国绝经后健康女性的阴道微生物群中,乳杆菌仍然很突出[6]。因此,健康绝经后女性血清雌激素、阴道糖原、乳杆菌水平和泌尿生殖系统症状之间的相关性可能不一致,但乳杆菌的总体水平同绝经后女性的健康相关。

3 阴道微生物群维持女性健康的相关机制

3.1 阴道微生物群维持正常阴道pH值,抑制病原菌 育龄女性的阴道上皮细胞在雌激素和孕激素的作用下会发生增殖、剥落和修复的周期性变化,在这个过程中产生的游离糖原为乳杆菌的生长提供物质和能量,乳杆菌通过分解糖原产生有机酸,维持阴道酸性环境[13],抵抗病原菌入侵,抑制病原菌生长。此外,阴道的酸性环境有利于保持细菌素和H2O2的活性[14]。

3.2 阴道微生物群分泌各种代谢产物,维持健康 乳杆菌可分泌胞外多糖、磷酸化多糖和肽聚糖等,抑制恶性肿瘤增殖,可通过产生细菌素和表面活性成分抑制致癌物质的产生和有害微生物的生长[15]。另外,乳杆菌可通过产生乳酸、过氧化氢、防御素和营养竞争,使病原菌无法定植[16]。

3.4 阴道微生物群诱导癌细胞株凋亡,抑制增殖 Tukenmez等[20]发现乳杆菌产生的细胞外多糖能够以时间依赖的方式抑制直肠癌细胞增殖,并可通过增加半胱天冬酶的表达诱导直肠癌细胞凋亡。有研究通过评估植物乳杆菌对不同癌细胞株的半数抑制浓度,发现植物乳杆菌也具有确切的抗癌效果,且无毒副作用,未来或许可用于肿瘤的补充治疗[21]。

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4 阴道微生物群与子宫内膜癌发生的相关机制

4.1 介导炎性反应 据估计,大约25%的癌症病例是由慢性感染和炎性引起的,盆腔炎患者发生子宫内膜癌的风险比健康人群增加了1.79倍[22],炎性反应会重塑子宫内膜周期并参与子宫内膜黏膜的变化,进而导致癌症的发生。炎性会释放促进肿瘤的介质,如生长因子、细胞因子[尤其是白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)和IL-8]、趋化因子、自由基、活性氧和前列腺素等,它们可以产生许多遗传和表观遗传改变,包括肿瘤抑制基因内的点突变、DNA甲基化模式的改变以及翻译后水平的修饰。这些改变可能通过影响细胞内稳态所必需的途径而导致癌症的发生和进展[23]。

4.1.1 促进细胞因子释放:Caselli等[24]将阴道阿托波菌属、卟啉单胞菌属、乳杆菌属与人子宫内膜腺癌细胞株HEC-1A共培养24 h,发现乳杆菌只诱导IL-8产生,而阴道阿托波菌属和卟啉单胞菌属不诱导IL-8产生,而是促进IL-1α、IL-1β、IL-17α和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的释放。在生殖道中,阴道微生物产生的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)作为在体内介导炎性反应的重要刺激因子,可与Toll样受体(toll like receptor,TLR)结合,激活涉及核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的细胞内信号,进而促进下游许多炎性介质的产生,促进子宫内膜癌的发生和发展[25]。

4.1.2 激活环氧合酶2-前列腺素E2-前列腺素E2受体信号通路(cyclooxygenase-2-prostaglandin E2- prostaglandin E2 receptors,COX-2-PGE2-EPs) 阴道微生物群失调激活COX-2-PGE2-EPs信号通路,该通路在免疫调节、细胞增殖、细胞凋亡和肿瘤生长中发挥重要作用[26]。COX-2过表达促进了血管生成、迁移、侵袭和肿瘤免疫抑制,并阻止了细胞凋亡[27]。Deng等[28]的研究表明血清中COX-2的浓度对子宫内膜癌的预后具有良好的预测性(RR:9.617,95%CI:1.162～79.622,P=0.036)。实验室研究和临床研究均表明,COX-2抑制剂塞来昔布可有效预防及治疗直肠癌、乳腺癌、前列腺癌和头颈部鳞状细胞癌[29]。COX-2的衍生物PGs亦有助于癌症进展和转移,被视为恶性肿瘤的预后因素[27]。此外,EP1介导肿瘤细胞迁移、侵袭和适应缺氧环境;EP2诱导血管生成,抑制抗肿瘤免疫应答;EP4可以介导肿瘤细胞迁移、转移以及促进异常DNA甲基化[27]。目前的证据表明COX-2-PGE2-EPs信号通路在肿瘤的发生发展中发挥了至关重要的作用,有效进行抗炎治疗可预防及抑制肿瘤的进展。

4.2 影响基因表达 研究发现乳杆菌的代谢产物可通过下调ErbB-2和ErbB-3基因来抑制癌细胞的生长[30]。另有研究证明乳杆菌可诱导Wnt/β-catenin途径中CTNNB1和CCND1基因下调,对癌细胞产生显著的抗增殖效应[31]。β-catenin进入细胞核后,促进Wnt靶基因的转录,这些基因在刺激肿瘤增殖、转移、迁移和血管生成方面发挥独特的作用。在结直肠癌、乳腺癌和肝癌等多种癌症中,β-catenin的核定位与肿瘤发生及癌细胞的增殖和存活有关,CTNNB1和CCND1基因下调可减少β-catenin的积聚,进而发挥抗肿瘤效应[32]。

4.3 与子宫内膜癌危险因素相互作用 绝经、肥胖、糖尿病、高血压是子宫内膜癌的高危因素已经成为共识,其发病机制与内源性雌激素代谢紊乱有关。Walsh等[33]发现绝经、肥胖(BMI≥30)均显著增加阴道微生物群的多样性,其中厌氧球菌属,嗜胨菌属和卟啉单胞菌属三种菌属在绝经女性中显著富集;另外作者也发现在子宫内膜癌患者中有两种乳杆菌属缺失。口服避孕药是降低子宫内膜癌风险的方式之一。有研究发现与使用其他避孕方法的女性相比,规律服用避孕药女性阴道有更多乳杆菌属定植,然而口服避孕药导致阴道菌群的变化是否与降低子宫内膜癌风险有关尚不清楚。目前关于女性激素、生殖道微生物和子宫内膜癌之间的相关性研究仍很少。但目前的各项研究均表明,健康的阴道微生物群多样性较低,且由乳杆菌主导,因此阴道微生物群多样性增加可视为生殖道健康的危险因素[34],但具体作用机制需要进一步的验证。

4.4 影响子宫内膜 子宫内膜息肉、子宫内膜炎、子宫内膜异位症等常见子宫良性疾病均与生殖道微生物群失调有关[27,28]。Walsh等[33]发现子宫内膜癌患者阴道微生物群与子宫内膜微生物群具有相关性(P=0.01),提示阴道微生物群可作为子宫内膜微生物群的替代物。Walther-António等[35]对子宫内膜癌、子宫内膜增生和健康女性(健康对照组)的生殖道微生物群进行16S rDNA测序,发现子宫内膜中拟杆菌属和粪便杆菌属的存在与子宫内膜癌的发生高度相关;此外健康女性的阴道中寡养单胞菌属和志贺氏杆菌多见,而子宫内膜癌女性阴道中卟啉单胞菌属则更多见。值得注意的是,阴道分泌物检测中同时出现卟啉单胞菌属、阿托波菌属、pH值>5的情况下,诊断子宫内膜癌的灵敏度可高达100%。子宫内膜微生物群的研究主要有两种方法,一种是经阴道、宫颈采集,这就带来了下生殖道微生物群污染的风险,另一种方法是从全子宫切除的样本直接采集,但存在样本量少,取材困难,且样本多患有女性生殖道疾病,影响对健康人群子宫内膜微生物群的研究等问题,因此,未来子宫内膜微生物群的研究仍任重道远。

4.5 改变阴道pH值 Walsh等[33]的研究发现阴道pH值升高增加子宫内膜癌的发生风险。有学者同样发现子宫内膜癌患者的阴道pH值明显更高[35],但考虑到将近95%的绝经后女性阴道pH值升高,阴道pH值与子宫内膜癌之间的关系尚不能将年龄的影响排除在外,需要在未来进行更深入的研究。

4.6 破坏乳杆菌保护层,产生细胞毒效应 阴道微生物群失调常导致阴道炎,其中细菌性阴道病(bacterial vaginosis,BV)是最常见的一种。细菌性阴道病具体表现为各种乳杆菌减少,而加德纳菌、普雷沃菌、紫丹胞菌、类杆菌等其他菌属大量繁殖。在体外共培养实验中,Castro等[36]观察到阴道加德纳菌取代黏附在宫颈癌Hela细胞株上的乳杆菌,破坏乳杆菌产生的保护层,产生细胞毒效应。在基于HEC--1A人子宫内膜癌细胞株建立的3D子宫内膜上皮细胞模型中也观察到了阴道加德纳菌对子宫内膜上皮的粘附性[37],这些实验表明阴道微生物群可通过直接黏附于生殖道上皮细胞,对生殖道肿瘤的发生产生影响。

5 阴道微生物群可作为子宫内膜癌的预测因子

Walther-António等[35]对子宫内膜和阴道的样本进行独立分析发现子宫和阴道的微生物群与子宫内膜癌的诊断有关,阴道阿托波菌属和卟啉单胞菌属联合诊断子宫内膜癌的敏感性为73%～93%,特异性为67%～90%。

Walsh等[33]通过绘制受试者工作特征(ROC)曲线来研究卟啉单胞菌属诊断子宫内膜癌的价值。结果表明,卟啉单胞菌属诊断子宫内膜癌的曲线下面积(AUC)为0.767,患者基线特征(月经、肥胖、阴道pH值)诊断子宫内膜癌的AUC为0.844,当卟啉单胞菌属与患者基线特征结合,诊断子宫内膜癌的AUC为0.886,表明阴道微生物群检测对子宫内膜癌的诊断有一定的价值。阴道微生物群检测具有无创、易操作等优势,若能应用于临床实践,将会提高子宫内膜癌的早期诊断率。

6 微生物群在肿瘤治疗中的应用

肠道微生物群可抑制肠道吸收伊立替康和降低伊立替康激活酶羧酸酯酶的活性,从而影响伊立替康的化疗效果[38]。肠道微生物群可增加肿瘤部位的T细胞启动和积聚进而调节宿主免疫系统,影响肿瘤免疫治疗的疗效[39]。在多个临床试验中观察到微生物群的组成和数量影响肿瘤(黑色素瘤、肺癌、肾癌)化疗和免疫治疗的疗效。Routy等[40]将免疫治疗应答患者的肠道微生物群移植到黑色素瘤小鼠模型中,提高了小鼠对免疫治疗的疗效;而将免疫治疗无应答患者的肠道微生物群移植到肿瘤小鼠模型中则未观察到疗效的改变,表明免疫治疗前接受抗生素治疗的小鼠免疫治疗疗效下降,表明微生物群的组成及数量直接影响癌症免疫治疗的疗效。另外,研究人员从应答者的粪便样本中发现了特定的细菌定植,如嗜黏蛋白阿克曼菌、长双歧杆菌和瘤胃球菌。研究表明通过给肿瘤小鼠口服补充嗜黏蛋白阿克曼菌[40]、长双歧杆菌[41]同样可增加黑色素瘤小鼠的免疫治疗疗效,表明微生物群在抗肿瘤治疗中的潜能。

放化疗是癌症的主要治疗方法,但放化疗可引起全身的严重不良反应。在接受顺铂和卡铂化疗药物治疗的患者中,肠道双歧杆菌和乳杆菌的减少以及大肠杆菌和葡萄球菌的增加与腹泻、胃肠道疼痛和出血等胃肠道症状有关,通过补充乳杆菌可减少致病菌的丰度并减轻相关症状[42]。接受盆腔外照射和内照射治疗的女性经常出现阴道干燥、瘙痒等不适症状,这主要与放疗引起细胞损伤,导致阴道壁变薄以及阴道乳杆菌减少而加德纳菌、普雷沃菌等致病菌增加有关[43]。目前阴道微生物群移植用于治疗难治性细菌性阴道病的临床试验已经开展并取得了不错的效果[44],但尚缺乏在妇科肿瘤中的研究。

7 结语

宫腔镜检查及分段诊刮术的应用使子宫内膜癌的临床诊治率提高,但其为一项有创性检查,且有一定的延误性。阴道分泌物检查是一项无创、可重复的检验,探索子宫内膜癌的阴道微生物群变化、具体致病微生物及调控机制,开辟子宫内膜癌临床诊疗新思路,有助于子宫内膜癌的早诊早治。