人体就像一个超级生物体, 在自身生命过程中, 同时也孕育着自身内脏、口腔、皮肤和身体其他部位的人体微生物组。成年人肠道内保守估计有1 000多种微生物, 约1014个细菌, 重量达1.5 kg, 堪称人类的"第二基因组"^[1]。肠道微生物主要包括拟杆菌、厚壁菌和变形杆菌等, 具有消化、吸收、代谢等生理功能, 这些肠道微生物还积极参与固有免疫和细胞免疫, 有助于维持肠道屏障功能, 并协助免疫细胞对致病菌作出适当的免疫反应^[2-3]。越来越多的证据表明这些肠道微生物可以作为疾病和健康的重要调控因素, 肠道微生物组成和数量的变化与肥胖^[4]、糖尿病^[5]、恶性肿瘤^[6]和妇科疾病^[7]等的发生发展都有着密切的关系。女性作为一个特殊群体, 大部分妇科疾病与体内性激素变化相关。研究表明肠道微生物与性激素之间也存在不可分割的关系, 性激素水平的变化与多种女性疾病相关, 本文讨论了目前关于肠道微生物类群与性激素相关疾病的发生、发展和治疗之间关系的最新研究进展。

1 肠道微生物与性激素的关系

人类健康得益于正常的内分泌功能, 激素在人体内平衡中起着重要作用, 其含量高低的变化都会影响内环境的稳定。性激素与女性健康息息相关。据文献报道, 男性与女性的肠道微生物群组成存在差异, 肠道微生物群与性激素之间存在双向互动的关系^[8-9]。

血清性激素水平可反映人体肠道微生物群的多样性和分布。Shin等^[8]采用16S rRNA基因测序对57例男性和女性的粪便微生物群进行评估, 结果发现高雄激素的男性和高雌激素女性肠道微生物群落比其他组更多样化。Insenser等^[10]对46例青少年进行横断面研究发现青少年肠道菌群的多样性和组成受性别、性激素浓度的综合影响, 性激素改变了肠道微生物的多样性, 反过来, 肠道微生物也参与了调节性激素的过程。Org等^[11]对689只小鼠进行实验, 发现发育期前后母鼠肠道菌群组成无明显差异, 而雄鼠发育期后肠道菌群组成却发生了变化。对雄鼠去势去除雄激素后, 去势雄性小鼠的肠道微生物群表现与雌性小鼠相似, 提示雄激素可产生特定的肠道微生物群。另有文献报道, 双侧卵巢切除可引起鲍氏梭菌数量增加^[12], 这进一步说明性激素可以改变哺乳动物的微生物群组成。

研究表明, 肠道菌群不仅受性激素的影响, 而且肠道菌群本身也影响血清性激素水平。Poutahidis等^[13]喂食小鼠罗伊氏乳杆菌, 对照组给予安慰剂, 5个月后检测小鼠体内激素水平, 结果显示实验小鼠血液中睾酮含量显著升高。Markle等^[14]将成年雄性小鼠的肠道菌群移植到幼年雌性小鼠后, 可使后者的睾酮含量明显升高, 有菌环境中的小鼠睾酮水平高于无菌环境中小鼠。这表明肠道微生物可以影响体内睾酮的分泌, 严重时可引起内分泌紊乱。

上述结果论证了性激素水平与肠道微生物组成及多样性存在双向互动关系的观点, 为研究人类与微生物群落之间的信息联系提供了新的线索。肠道菌群可以形成巨大的微生物群落, 通过与宿主细胞的相互作用、多种饮食中对能量和营养物质的摄取、以及对所摄入化合物的复杂生物转化作用, 在不同程度上影响人体的健康。相关菌群种类的变化、内环境稳态的改变, 都可引起身体不适。性激素异常可引发多种妇科性疾病, 包括多囊卵巢综合征、乳腺癌和卵巢癌等, 以下分别阐述肠道微生物与上述疾病之间的关系。

2 肠道微生物与性激素相关疾病的关系 2.1 多囊卵巢综合征

多囊卵巢综合征(Polycystic ovary syndrome, PCOS)是现代女性最常见的妇科内分泌疾病之一。以高雄激素血症、排卵功能障碍和卵巢多囊样改变为特征, 常伴有胰岛素抵抗、肥胖、多毛和痤疮等临床表现^[15], 给患者带来极大的痛苦, 严重影响女性生育功能。

据文献报道, PCOS患者普遍存在肠道α多样性降低的情况^[10], α多样性表示特定群体内的物种丰富度。Zeng等^[16]发现伴胰岛素抵抗患者的粪便中, 拟杆菌和梭状芽孢菌的数量明显增多, 双岐杆菌和普氏菌明显减少。人们利用来曲唑诱导PCOS大鼠模型, PCOS大鼠出现动情周期异常, 卵巢组织出现多个囊肿, 颗粒层减少, 睾酮和雄烯二酮水平明显高于对照组。使用乳酸杆菌移植和粪便微生物移植治疗PCOS小鼠后血中雌二醇、雌三醇水平上升, 卵黄颗粒增加, 黄体生成, 动情周期恢复^[17-18]。这表明肠道微生物失调可改变体内激素水平, 引发多囊卵巢综合征, 直接影响卵巢生理功能。最近, 研究发现肠道微生物可能通过"胆汁酸-白介素-22轴"信号通路介导多囊卵巢综合征的发生。文章指出胆汁酸可诱导白介素-22(Interleukin-22, IL-22)分泌, IL-22能改善胰岛素抵抗和不孕症。相关分析表明普通拟杆菌与胆汁酸呈负相关关系。PCOS患者肠道微生物中的普通拟杆菌显著升高, 可能通过抑制胆汁酸的重吸收而导致胆汁酸水平下降, 进而导致IL-22分泌减少, 最后引发PCOS^[19]。

PCOS患者临床上主要以药物治疗为主。近年来研究表明, 益生菌可以改善肠道菌群紊乱的情况, 使失衡的肠道菌群比例正常化, 进而提高胰岛素的敏感性。Miyoshi等^[20]等研究发现加氏乳杆菌(LG2055)具有抗肥胖的作用, 并能够显著抑制脂肪积累和促炎基因的表达, 改善紊乱的下丘脑-垂体-性腺轴, 对治疗多囊卵巢综合征可能有一定的帮助。有学者用乳酸双歧杆菌V9治疗PCOS患者可使雄激素水平下调^[21]。粪便移植(Fecal microbiota transplantation, FMT)是从健康捐赠者的粪便中采集微生物, 并将它们通过鼻胃管或胃瘘开口导入患者小肠中, 利用健康者粪便中的有益菌群来帮助患者康复。Guo等^[18]将从健康大鼠盲肠内容物中分离的乳酸杆菌和粪便微生物移植治疗PCOS大鼠后, 发现FMT组8只大鼠的发情周期均得到改善; 在接受乳酸杆菌移植的8只大鼠中, 其中6只大鼠的雄激素水平降低, 2只大鼠的卵巢形态均得到恢复。表明通过FMT的微生物干预对PCOS大鼠的治疗有一定益处。

上述说明肠道微生物与多囊卵巢综合征发生发展密切相关。随着深入研究, 逐步检测分析与PCOS发生、发展相关的特异功能菌谱, 将来可为PCOS个体化治疗提供新靶点和新方案, 以期未来能用肠道微生物解决更多女性生殖健康的问题。

2.2 肠道微生物与乳腺癌

根据2018年全球癌症负担现状报告^[22], 乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤, 也是全球女性最常见的死亡原因。各种研究表明, 长期暴露于高水平的雌激素与乳腺癌的发生有关, 雌激素受体依赖和独立的机制都可能导致雌激素的致癌作用^[23]。研究显示, 过高的雌激素水平可促进乳腺正常上皮细胞癌变和促使已发生癌变的细胞进一步增殖^[24]。雌激素还可能通过下调肿瘤抑制因子microRNA-140 (miR-140)的表达导致乳腺干细胞启动, 诱导乳腺癌的发生^[25]。而饮用乳酸杆菌发酵的奶制品可降低IL-6和IL-10水平, 延缓乳腺肿瘤的生长, 降低患乳腺癌的风险^[26]。随着基因测序技术的发展, 肠道微生物与人类疾病的研究范围越来越广泛, 目前已有不少肠道微生物与乳腺癌的相关报道^[27-28]。

Luu及其团队^[29]采用16S rRNA基因测序技术分析了31例早期乳腺癌患粪便样本, 发现肠道中布劳特氏菌与肿瘤组织分级成正相关, 该研究还指出不同体质指数的乳腺癌患者体内肠道普拉梭菌、厚壁菌、布劳特氏菌组成有显著差异。Goedert等^[30-31]研究48例正常女性与48例绝经后乳腺癌患者, 发现绝经后乳腺癌患者肠道微生物丰度及α多样性降低, 肠道梭菌科、粪杆菌科、细菌数量明显增多, 而Dorea属和毛螺菌科的细菌数量明显减少。这表明肠道微生物群可能通过改变新陈代谢、雌激素循环和免疫压力来影响乳腺癌的发病风险。Shi等^[32]比较了乳腺癌患者的胃肠道微生物群和肿瘤浸润淋巴细胞(Tumor infiltrating lymphocyte, TIL)的关系。将80例乳腺癌患者根据TIL按含量分为低、中、高3组, 采用基因测序技术分类学方法测定肠道微生物组DNA, 结果表明各组间肠道菌群及β多样性不同, β多样性表示一个社区或个体样本与另一社区或个体样本的相似性。这提示肠道微生物群的多样性与乳腺癌患者中TIL的表达密切相关, 相信进一步对其调控机制进行深入研究将会有新的突破。

肠道内有近一半的免疫细胞附着, 产生了人体大部分的抗体^[33]。有学者研究发现乳腺癌患者中存在着肠道微生物、IL-6以及中性粒细胞之间的相互作用^[34]。进一步研究表明, 在无明显炎症性疾病的情况下, 肠道中的微生物菌群能够使机体免疫系统处于亚临床状态, 这种变化对乳腺上皮细胞癌前病变的进展产生了重要影响^[35]。近些年来, 以PD- 1/PD-L1为代表的免疫疗法对肿瘤的治疗产生了巨大影响。研究表明肠道菌群的组成异常可能是造成对免疫检查点抑制剂耐药的主要原因, 将对PD-1检查点抑制剂敏感的乳腺癌患者的粪便移植到小鼠肠道内, 小鼠表现出较好的疗效^[36]。目前正在进行的KEYNOTE-012研究是一项多中心非随机Ⅰ期临床试验, 现有数据表明PD-1抑制剂(Keytruda)对三阴性乳腺癌有较好的疗效, 缓解率可达18.5%^[37]。虽然目前关于PD-1抑制剂治疗乳腺癌的研究尚在进行中, 但为了探究针对PD-1免疫治疗的影响因素, 肠道菌群可能是一个重要突破点。

2.3 肠道微生物与卵巢癌

卵巢癌是妇科常见肿瘤之一, 由于其发病隐匿且目前缺乏有效检查手段, 大部分卵巢癌病人确诊时已发展为癌症晚期。越来越多的证据表明卵巢癌与肠道微生物失调存在密切的关系。有学者采用腺病毒构建了两组低分化的卵巢癌小鼠模型, 分别采用雌二醇和安慰剂治疗, 结果发现采用雌二醇治疗的小鼠卵巢癌柱状上皮增生增多且发生更早, 肿瘤数量更多, 总体生存时间更短^[38], 表明雌激素对卵巢癌进展起促进作用。肠道微生物紊乱可升高体内雌激素水平, 过高的雌激素具有促进卵巢上皮细胞有丝分裂及调节其转录活性的作用, 这有助于卵巢上皮肿瘤的行成^[39]。有学者提出微生物可通过Toll样受体5(Toll like receptor 5, TLR-5)依赖的信号通路来控制肿瘤的恶性发展, 在TLR-5缺陷的卵巢癌患者中长期存活的较高^[34]。由于癌症的发生是环境与遗传共同作用的结果, 需要从多个方面来研究肠道微生物与雌激素的改变及卵巢癌发病的关系, 以期未来能用肠道微生物来治疗相关疾病。

卵巢癌主要的治疗方法有放疗、化疗及手术治疗, 目前临床上多采用手术后化疗的方法。环磷酰胺是用于治疗晚期、复发性或持续性卵巢癌的一线化疗药物。有学者用小鼠进行实验分析环磷酰胺化疗与小肠内微生物群组成的相互关系^[40]。发现环磷酰胺治疗可导致小肠上皮屏障的破坏, 乳酸菌和肠球菌的相对丰度降低, 表明该药物促进这些微生物在肠道上皮的易位。肠道微生物则以淋巴器官为定向, 有助于刺激免疫反应, 使辅助性T细胞和记忆性T细胞显著增加, 这可能促进了环磷酰胺的抗肿瘤作用。对照组则缺乏共生肠道微生物群, 无菌小鼠的T细胞表现活性降低, 其肿瘤对环磷酰胺的反应明显减弱。上述研究说明了肠道微生物群在化疗有效性中的重要性, 并提示肠道微生物群的扰动可能会影响化疗的有效性。另有学者发现用环磷酰胺治疗时肠球菌和肠巴氏杆菌由肠道转移到脾脏和淋巴结内, 促进了脾脏T细胞的增长, 有效地抑制了肿瘤生长^[41]。这提示肠道微生物的这种迁移与环磷酰胺具有协同作用, 增强环磷酰胺效能的发挥。上述只是研究的开始, 需要进一步实验探索实际起作用的特异肠道微生物及信号通路分子, 以期未来能利用微生物协助治疗卵巢癌, 提高卵巢癌患者的生活质量及生存率。

3 肠道微生物调节性激素分泌的可能机制

肠道微生物调节性激素分泌的机制尚未明确。人体的卵巢、肾上腺和脂肪组织等分泌性激素, 随后以游离或结合的状态进入血液循环, 在肝脏胆汁和消化道中进行肝肠循环。在肝脏中, 游离的雌激素转变成结合雌激素, 成为水溶性分子, 通过尿液或粪便形式排出体外。研究显示, β-葡萄糖醛酸酶可使随胆汁进入到肠道中的结合雌激素解离成为游离雌激素, 游离的雌激素被重新吸收再次进入血液循环, 最终到达其调控的靶器官发挥作用^[42-43]。有学者认为肠道微生物失调可使肠道β-葡萄糖醛酸酶含量增加, 其使结合雌激素解离成游离雌激素, 减少雌激素灭活, 增加了体内游离的雌激素, 随血液循环至乳腺、卵巢等靶器官, 引发一系列性激素相关的妇科疾病^{[7, 44]}。

肠道微生物中多种细菌参与雌激素代谢, 将肠道菌群中能代谢雌激素的基因统称为estrobolome基因。研究发现拥有estrobolome基因的细菌酶活性升高, 可以加快肠道中结合雌激素的解离及羟基化, 使肠肝循环中的游离雌激素水平升高, 营造一种内源性激素环境。这种内源性激素环境可直接或间接作用于卵巢、乳腺和子宫, 使性激素依赖疾病的发病风险增加^[45]。

高脂肪高糖饮食带来的肠道微生物群生态失调(Dysbiosis of gut microbiota, DOGMA)会导致肠道通透性增加, 肠道中革兰氏阴性细菌产生的脂多糖穿过渗漏的肠壁进入血液循环^[46]。脂多糖被吸收入血后, 依次通过脂多糖结合蛋白、骨髓分化因子和CD-14传递, 激活下游信号通路, 促进肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α, TNF-α)和白介素-6 (Interleukin-6, IL-6)的表达, 导致慢性低度炎症状态, 免疫系统的激活会干扰胰岛素受体, 从而提高胰岛素水平。另一方面脂多糖可通过核因子κB(Nuclear factor-κB, NF-κB)等促进胰岛素信号通路胰岛素受体底物1(Insulin receptor substrate-1, IRS-1)磷酸化, 进一步促进胰岛素抵抗, 游离胰岛素增加, 增多的血清胰岛素可直接作用于卵巢, 使雄激素产生增加^[47]。

4 展望

多囊卵巢综合征、乳腺癌、卵巢癌都是女性常见疾病, 研究表明上述3种疾病的发生发展与体内性激素水平密切相关。正常的性激素水平在维持人体内环境稳定中起着重要作用, 肠道微生物群落结构或数量的改变可直接影响体内性激素水平, 进而导致相关疾病的发生。目前肠道微生物与性激素及其疾病之间的研究主要在它们的相互关系上, 对作用的详细机制研究甚少或缺乏系统性的研究, 这制约了肠道微生物制剂在临床应用上的进展。继续肠道微生物与性激素相关疾病发病机制的研究将为疾病的预防、检查、治疗等提供新的方法, 期盼肠道微生物在不远的将来能为疾病的治疗提供一个强有力的治疗靶点。