肠道菌群及其代谢产物对复发性流产影响的研究进展

袁雪娇, 张若鹏

女性自然流产发生率约为15%,复发率为20%～25%[1]。自然流产和复发性流产(recurrent spontaneous abortion,RSA)由于病因复杂,潜在机制仍不清楚,且缺乏针对性的治疗手段,已成为女性不孕症治疗及辅助生殖领域亟需解决的难题之一。随着肠道-微生物-脑轴相关理论逐渐发展完善,研究发现肠道菌群及其代谢产物是代谢性疾病、神经系统疾病、心血管疾病等发生、发展的关键影响因素和潜在治疗靶点[2-4]。肠道菌群紊乱可影响多种生殖内分泌疾病发生、发展。在妊娠过程中,母体肠道菌群组成也随之变化,继而导致妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)、多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)等相关疾病的发生,而这些疾病均与RSA密切相关。目前已有相关研究证明肠道菌群及其代谢产物与RSA具有相关性[5],但作用机制尚未完全阐明。本文就肠道菌群及其代谢产物对RSA影响的研究进展进行综述。

1 RSA的定义

RSA是指与同一性伴侣连续发生≥3次孕28周前的自然流产,在育龄期女性中发病率约为5%,严重影响女性的身心健康[6]。RSA的病因包括胚胎染色体异常、解剖因素、内分泌因素、感染因素、免疫因素、环境因素等。除已知病因外,仍有约50%的患者不确定其发病原因,被称为不明原因RSA[7]。

2 肠道菌群及其代谢产物的作用

一个健康成年人肠道表面积为200～400 m2,肠道中含有肠道菌群约为人体细胞总数的10倍,重量1～1.5 kg,种类多于1 000种,其所编码的非冗余基因是人类基因组编码基因的150多倍,故肠道菌群被视为第9大系统、人体的另一个“器官”,其编码的基因被看作“人类第二基因组”[8]。革兰阳性厚壁菌门、放线菌门、革兰阴性拟杆菌门以及变形菌门是肠道菌群的大致分类。健康成人肠道菌群中革兰阳性厚壁菌门和革兰阴性拟杆菌门两类占优势,占比在90%以上[9]。肠道-微生物-脑轴是指联系大脑和肠道微生物的双向交流网络,肠道微生物群通过神经通路、内分泌通路、免疫信号通路等途径与中枢神经系统进行沟通,并对大脑产生作用,进一步在人体健康和疾病中发挥着重要作用[10]。肠道菌群与机体相互依存,相互作用,健康人群的肠道菌群处于动态平衡,能够防止病原微生物的侵袭,代谢营养物质,肠道菌群代谢产物还可调节免疫功能及神经系统功能。肠道菌群动态平衡被破坏则会损害机体健康,导致免疫性疾病、内分泌疾病以及多种神经系统疾病[11]。许多妇产科疾病的发生、发展与雌激素关联,肠道菌群与雌激素存在一定联系,雌激素-肠道菌群轴的研究可能成为妇产科疾病诊治研究的新方向[12]。郭文迪和平毅[13]认为,肠道菌群可以改善绝经期妇女对激素敏感性,降低激素替代治疗中肿瘤发病风险。从妊娠早期到妊娠晚期,母体肠道菌群发生显著变化,整体肠道菌群的丰度下降。在妊娠早期阶段,肠道菌群组成与非妊娠健康妇女肠道菌群组成十分相似,即以厚壁菌门菌和拟杆菌门菌为主,还有占比较少的变形菌门菌。在妊娠晚期阶段,变形菌门菌为优势菌群,厚壁菌门菌和拟杆菌门菌的比例明显降低。Smid等[14]对20名孕妇的研究证实,随着孕周的增加,肠道菌群的丰度减少,而多样性与均匀性增加。肠道菌群与食物的消化吸收、生物转化密切相关。进食后,未能被完全消化和吸收的食物残渣进入结肠,这些食物残渣及机体内的部分物质被肠道菌群进一步转化成肠道菌群的代谢产物。其主要包括短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)、氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)、胆汁酸、乙醇、维生素以及某些含有硫、氢、碳元素的物质。当机体摄入红肉等富含胆碱和左旋肉碱的食物时,在结肠中被肠道菌群分解为三甲胺(trimethylamine,TMA),TMA在肝脏黄素单加氧酶1(flavin-containing monooxygenase 1,FMO1)和黄素单加氧酶3(flavin-containing monooxygenase 3,FMO3)作用下转化为TMAO[15]。

3 肠道菌群及其代谢产物与RSA的相关性

3.1肠道菌群与RSA的相关性 有研究对70例RSA患者肠道通透性的检查发现,RSA组患者肠道通透性异常率以及外周血中脂多糖水平明显高于对照组[16]。研究证实,RSA患者子宫内膜NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎症小体的表达与外周血中脂多糖水平密切相关,进一步提示RSA与肠道状态之间存在必然联系。夏美艳等[5]的研究对比了RSA组与正常人群组的肠道菌群,认为RSA与肠道菌群具有相关性。研究证实,两组间酵母菌、肠球菌、肠杆菌、乳杆菌及双歧杆菌数量差异均有统计学意义(P<0.05),RSA与酵母菌、肠球菌、肠杆菌数量呈正相关,与乳杆菌、双歧杆菌数量呈负相关。Jin等[17]研究用基因测序微生物组分析法对比40例[20例免疫抗体(ACA、ANA、GP)阳性,20例免疫抗体阴性]不明原因RSA患者的肠道菌群组成。结果显示,拟杆菌属在免疫抗体阳性不明原因RSA患者组中丰度最高,提示拟杆菌可能与RSA有关。同时,免疫抗体阳性不明原因RSA患者组的菌群丰度、多样性以及系统发育多样性均远超免疫抗体阴性不明原因RSA患者组。Liu等[18]的研究结果显示,不明原因RSA患者肠道菌群的厚壁菌门菌和变形菌门菌多于对照组,但肠道菌群多样性低于对照组。其中不明原因RSA患者的条件致病菌较对照组增多,而在健康机体肠道菌群占优势地位的菌群较对照组明显减少。不明原因RSA患者组Th1/Th17细胞因子水平与部分肠道菌群代谢物显著相关。Qian等[19]认为,肠道菌群与Treg和Th17免疫平衡密切相关,而CD4+T淋巴细胞可以通过平衡Treg/Th17细胞的分化为胚胎提供良好的母胎免疫界面,当Treg/Th17细胞平衡被打破时,肠道菌群及其代谢物可干扰正常母胎免疫耐受的建立。子宫内膜容受性和胚泡着床与炎症反应密切相关。肠道菌群失调导致炎症反应发生,对胚泡着床过程产生不利影响,进一步导致流产[20]。因此,肠道菌群的改变与女性生殖疾病有密切关联,肠道菌群动态平衡被打破是RSA的重要因素,但仍需深入研究肠道菌群在RSA发生、发展中的相关作用机制,为女性不孕疾病的干预和治疗提供新的思路。

3.2肠道菌群代谢产物与RSA的相关性 研究发现,肠道菌群及其产生的代谢物,可以与宿主的免疫系统进行相互作用。肠道菌群各菌属不仅能通过自身调节Treg/Th17细胞的分化,还能通过自身代谢物对Treg/Th17细胞的分化平衡进行调节。脆弱类杆菌还可以通过T淋巴细胞表面的Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)途径促进CD4+T淋巴细胞向Treg细胞分化,同时可以抑制CD4+T淋巴细胞向Th17细胞分化[19]。Blacher等[21]认为梭菌簇Ⅳ、ⅪⅤa还可通过SCFAs来诱导Treg细胞增殖,而SCFAs主要经细胞表面的G蛋白偶联受体途径对Treg细胞的丰度和活性等产生影响。Cheng等[22]研究还发现分段丝状菌、双歧杆菌同样也与Th17细胞调节密切相关,但具体机制暂不清楚。肠道菌群代谢产物能降低肠黏膜表面吞噬细胞的炎症反应能力及自然杀伤(natural killer,NK)细胞的杀伤能力,使RSA患者蜕膜组织局部免疫功能表达存在异常,此时RSA患者血液为高凝状态,纤溶系统被损害[23]。肠道菌群代谢产物(尤其是SCFAs)与肠道的炎症、结直肠癌、代谢性疾病、神经系统疾病等均密切相关,尤其与糖尿病有很大关联。一项研究显示,TMAO高水平与2型糖尿病的患病风险具有显著相关性[24]。肠道菌群代谢产物还是诱发高血脂的高危因素,其中TMAO被认为是高血脂直接风险因子。研究证实,通过上调胆固醇7α-羟化酶和胆汁酸转运体在肝脏中的表达,抑制小鼠TMAO的合成,影响胆固醇转运,使胆固醇在机体内积累[25]。还有研究认为肠道菌群能够促进胆固醇的反向转运,进一步影响血脂水平[1]。

3.3肠道菌群代谢产物导致RSA发生的相关机制

大多数流产发生在包括胚泡植入、着床、子宫内膜蜕膜化、胎盘血管重塑等重要生物学活动的早期妊娠阶段[26]。妊娠早期生物学活动的核心结构基础是母胎界面,母胎界面免疫调控是建立免疫耐受、维持妊娠的关键机制。蜕膜巨噬细胞作为母胎界面的第二大类免疫细胞,在母胎界面免疫调控中发挥重要作用[27-28]。研究显示,蜕膜巨噬细胞可以调节Th1/Th2平衡,从而抑制过度炎症反应,建立免疫耐受,促进滋养层细胞侵入和螺旋动脉形成。近年来研究发现,肠道菌群次级代谢产物TMAO可诱导M1巨噬细胞极化[29]。若蜕膜巨噬细胞表型和功能发生异常,将会导致早期妊娠失败或中晚期妊娠并发症发生,影响正常妊娠过程[30]。

4 肠道菌群对内分泌疾病合并妊娠者发生RSA的影响

4.1肠道菌群与糖尿病 研究认为,糖尿病合并妊娠者的肠道微生物菌群变化更为显著。有研究证明,GDM患者肠道益生菌减少,致病菌增加,GDM患者与非GDM患者流产率相差2倍以上[31]。梁惠霞等[32]研究表明,乳杆菌和双歧杆菌的数量在GDM患者中低于正常水平,提示乳杆菌和双歧杆菌可能对GDM的发生、发展产生影响。徐广立等[33]研究证实,在RSA中,酵母菌、肠球菌、肠杆菌的数量明显增加,乳杆菌、双歧杆菌数量明显减少。

4.2肠道菌群与肥胖 肥胖是导致肠道菌群紊乱的重要因素,肥胖症会使肠道菌群的丰度和多样性降低,且菌群种类变化会进一步引起菌群代谢产物水平的变化。肥胖相关肠道菌群代谢产物中,胆碱类物质代谢生成的TMAO是重要的一环。妊娠中晚期GDM并发症的发生与孕妇外周血TMAO水平具有相关性[34]。Wang等[35]研究显示,肠道菌群紊乱与肥胖发生有关联,肠道菌群紊乱产生的脂多糖会改变肠道渗透性,进而引起慢性系统性炎症,最终导致肥胖。肠道菌群可以参与调节多种抑制食欲蛋白激素,产生饱腹感,抑制摄食欲望,如这些激素分泌不足,则易导致肥胖[36]。

4.3肠道菌群与PCOS PCOS是育龄期女性最常见内分泌紊乱性疾病,发病率为5%～10%,其特征是月经紊乱,促黄体激素与卵泡刺激素比值升高2倍以上,高雄激素相关症状及高雄激素血症等。肠道菌群失调假说解释了PCOS发病过程与肥胖症或高血糖、高血脂有关。在PCOS的发生、发展过程中,肠道菌群及其代谢产物可能通过多种途径参与其中,如肠道菌群种类紊乱导致血清睾酮水平升高,出现高雄激素血症、胰岛素抵抗等;肠道通透性增加,肠道脂多糖产生慢性系统性炎症反应等[37]。

5 肠道菌群及其代谢产物对RSA的干预性治疗

5.1饮食干预治疗 机体摄入红肉等富含胆碱和左旋肉碱的食物可被肠道菌分解成TMA,进而产生大量的TMAO[38]。近年来“地中海式饮食”受到较多关注,它是一种以鱼类、豆类等优质蛋白、蔬果以及坚果、橄榄油为主的不饱和脂肪酸,搭配适量红酒的饮食方案。国外一项研究显示,1年“地中海式饮食”可增加人体肠道菌群多样性,明显缓解胰岛素抵抗,减少炎症因子[39]。通过“地中海式饮食”进行膳食干预,从而纠正肠道菌群失调可能成为RSA治疗的可行方案。

5.2中医中药干预治疗 徐广立等[33]研究证明,经过中药治疗后RSA患者的肠道菌群结构发生改变。加用补肾活血汤的试验组酵母菌、肠球菌和肠杆菌数量明显减少,双歧杆菌和乳杆菌数量明显增加。

5.3外源性肠道菌群干预治疗 益生菌具有调节血脂和血压、免疫调控、促进消化吸收等作用。国外有学者阐述了益生菌对调节血脂的作用。从食物来源进入肠道的益生菌(如双歧杆菌、乳杆菌和丙酸杆菌等)会促进SCFAs和丁酸盐的合成,减少蛋白质的合成,导致碳水化合物代谢发生变化。益生菌调节血脂功能已经被证实,但其作用机制至今尚未有定论,目前研究主要认为益生菌可通过直接吸收胆固醇、促进胆固醇的分解代谢等途径调节血脂[40]。此外,乳杆菌的降血脂作用还与调控胆固醇合成限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶表达有关[41]。多项临床研究证实,补充益生菌可有效改善GDM孕妇的胰岛素抵抗。Zheng等[42]的动物对照实验同样证实了补充益生菌可明显改善大鼠的空腹血糖水平。由此推测采用降低TMAO水平的药物来干扰肠道菌代谢活性有一定可行性。研究证明可采用降低TMAO水平的药物防治心血管疾病,但对RSA应用仍缺乏相关实验研究。因此,应用益生菌调整肠道菌群及其代谢产物在RSA治疗中具有潜力。

6 结语

由于TMAO的致病机制(如促进炎症、调节免疫、诱导氧化应激等)均与早期妊娠过程密切相关,进一步探索TMAO调节巨噬细胞极化,影响母胎界面免疫稳态及女性生殖健康的作用机制具有重要意义。未来需要更多研究明确TMAO是否会破坏母胎界面免疫细胞平衡干扰早期妊娠。通过干预肠道菌群来改善子宫内膜微环境免疫稳态,有望为临床上预防RSA、改善妊娠结局提供重要的靶点以及新的治疗思路。