肠道菌群失调在多囊卵巢综合征发生发展中的作用机制研究进展

张宁,李菲,李玲,高海霞

(1山东中医药大学,济南250014；2山东中医药大学附属医院)

多囊卵巢综合征(PCOS)是一种发病多因性、临床表现多态性的内分泌代谢综合征，是育龄期女性内分泌失调和排卵性不孕的最常见原因之一，全球发病率为 6%～10%。PCOS的病因至今尚不完全清楚，主要包括遗传因素、生活方式以及宫内因素，近年来代谢异常成为PCOS的研究热点。研究表明，人体代谢水平与肠道菌群有着十分密切的关系。肠道菌群通过与外界环境相互作用，从而促进新陈代谢、免疫反应和改善肠道结构。因其数量庞大，生理作用广泛，肠道菌群基因又被看作“人类第二基因组”，与人体基因组一起，通过与环境条件的相互作用，影响着人体的生理代谢和病理过程。肠道菌群谱与肥胖、胰岛素抵抗等内分泌代谢性疾病有着极为重要的关系，一旦其菌谱结构发生改变，发生肠道菌群失调，可能会引起机体代谢紊乱。调节肠道菌群对PCOS有一定的辅助治疗作用。现就肠道菌群失调参与PCOS 发生和发展过的机制以及临床通过调节肠道菌群辅助治疗PCOS的相关研究进展进行综述。

1 肠道菌群的组成、功能

人体肠道微生态中定植着超过1 000种的细菌，其总重量超过1 kg。肠道菌群种类繁多，其中90%是由厚壁菌和杆菌两个门组成，其次为放线菌门、变形菌门、梭杆菌门等。根据与宿主的作用关系，肠道菌群可分为3大类：有益菌、中间菌、有害菌。有益菌包括乳酸杆菌(嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌等)、双歧杆菌(长双歧杆菌、两歧杆菌等)，能抑制有害微生物、增强免疫、促进吸收、合成维生素、抑制肿瘤、减少感染、缓解过敏反应。有害菌包括葡萄球菌、沙门氏菌、弯曲杆菌等，其可以产生毒素、增加癌症的发生率、导致便秘或者腹泻、导致肠道系统紊乱，引起感染。中间菌包括肠杆菌、大肠杆菌、拟杆菌等。

影响肠道菌群成分和功能的因素包括：①分娩方式。自然分娩婴儿最初的肠道菌群主要来源于母亲的产道和外周的细菌；剖宫产娩出的婴儿来说，由于无法接触到母体消化道和产道内的微生物， 医院环境菌群在其肠道菌群的定植过程中起重要的作用。②喂养方式。母乳喂养对早期肠道微生物的菌落形成有重要的作用，有利于婴儿新陈代谢和免疫健康。断奶能促使婴儿肠道微生物向成人肠道菌群结构发展。自然分娩和母乳喂养的婴儿肠道菌群的构成较丰富且分布均衡,剖宫产和配方奶粉喂养会减少婴儿肠道优势菌群的数量。此外,孕期不恰当饮食、异常心理状态及会改变子代肠道菌群的种类和数量。③使用抗生素或抗生素类药物，如来自环境或肠道共栖社区的分子。抗生素使用的一个主要问题是对正常健康肠道微生物群的长期改变，以及可能导致具有多种耐药性基因库的生物体内的耐药性基因水平转移。

2 肠道菌群失调参与PCOS发生发展的机制

2.1 肠道菌群失调可导致高雄激素血症 雄激素水平升高被认为是PCOS患者最重要的的临床特征之一，雄激素过高会导致卵泡发育成熟障碍以及卵泡壁过度增生变厚，造成排卵障碍。Kelley等[1]对来曲唑诱导的PCOS小鼠模型进行研究发现高雄激素血症导致小鼠大肠中细菌种类的数量减少，表明高雄激素血症可以显著地改变肠道微生物群。Markle等[2]在对非肥胖型糖尿病型小鼠模型改变其肠道菌群的研究中发现，肠道菌群微生物改变会影响小鼠的性激素水平，将成熟雄性小鼠的肠道菌群移植到未成年雌性小鼠体内，雌性小鼠体内睾酮水平会升高。Poutahidis等[3]对喂养过乳酸杆菌的小鼠血清睾酮水平与未经任何处理的小鼠睾酮含量相对比，前者血清中睾酮含量升高，证明了肠道菌群改变会影响血清睾酮含量，影响代谢组学的改变，影响胰岛炎症的发生。高雄激素血症和肠道菌群失调在PCOS 发生发展过程中可能存在着重要的关系，这还有待更进一步的研究。

2.2 肠道菌群失调可导致胰岛素抵抗 胰岛素抵抗是 PCOS 发生发展过程中的重要特征之一，PCOS患者中约有50%～70%存在胰岛素抵抗，这类患者更易并发代谢性疾病。胰岛素抵抗是高血压、心血管疾病及糖尿病的主要风险因素。越来越多的研究表明，炎症、脂代谢紊乱、肠道菌群三者相互作用，共同影响机体的内环境。早在2004年，美国的Gordon 研究组将普通的小鼠肠道菌群移植到无菌小鼠体内，经过相同的饲养，无菌小鼠的体脂增加，并且出现胰岛素抵抗，这是第一次证明肠道菌群与胰岛素抵抗有关[4]。Qin等[5]通过对2型糖尿病的宏基因测序发现，胰岛素抵抗与肠道菌群失调有一定的关联。Zhong等[6]发现丹皮(CM)和赤芍(PR)对高脂饮食(HFD)导致的肠道菌群失调发挥了明显的调节作用，其作用类似于二甲双胍。Org等[7]运用16S rRNA基因测序法对531名男性(METSIM)代谢综合征患者肠道菌群分布进行了分析，发现肠道菌群与空腹血清中大量代谢产物之间的新关联，包括脂肪酸、氨基酸、脂质和葡萄糖。

2.3 肠道菌群失调可导致慢性炎症 慢性炎症在PCOS的发病中起着重要的作用，同时也是PCOS的重要临床表现之一。大量国内外研究发现，PCOS患者血清炎症因子水平增高，如C反应蛋白(CRP)、肿瘤坏死因子(TNF-α)等。胰岛素受体后的信号通路与慢性亚临床炎症信号传导存在交叉作用，故慢性炎症介导胰岛素抵抗参与 PCOS 发生发展的过程。然而引起慢性炎症反应的原因至今尚不十分明确，Remy等[8]首次提出由肠道菌群产生的“内毒素血症”可能是启动炎症活动导致肥胖和胰岛素抵抗发生的重要因素。肠道菌群产生的脂多糖 是参与炎症和代谢性疾病的早期发展的一个关键分子，具有内毒素作用。其可通过结合固有免疫细胞表面的CD14-Toll 样受体4复合物，刺激多种炎症因子的产生，产生慢性系统炎症；同时通过核因子κB(NF-κB)等信号通路促进胰岛素信号通路胰岛素受体底物1(IRS-1)磷酸化，进一步促进了胰岛素抵抗。

2.4 肠道菌群失调可导致肠道通透性增加 Tremellen等[9]研究发现，肠道菌群失调会提高肠黏膜渗透性，而小肠渗透性增加(俗称“漏肠”)会导致肠内炎症及肠道绒毛破坏，进而影响肠壁细胞间的连接，导致脂多糖从革兰阴性菌进入体循环的进程加快，引起体内抗原-抗体反应，从而激活免疫系统和慢性炎症，妨碍胰岛素受体功能，使血清中胰岛素水平进一步升高，从而导致卵巢产生更多的雄激素并干扰正常卵泡发育。

2.5 肠道菌群失调可导致代谢综合征

2.5.1 肥胖 约有50%的 PCOS患者伴有超重或肥胖。肠道菌群组成的改变与肥胖、2型糖尿病、血脂异常等疾病相关。肠道菌群可通过编码大量的糖苷水解酶增加吸收食物中能量的能力，并通过调控基因表达来调节脂肪代谢，从而影响脂肪和能量在体内的储存。研究发现，肠道菌群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，并最终导致肥胖的发生。Zhang等[10]发现高脂饮食可以使有益菌减少甚至消失，使致病菌增加，从而促进代谢综合征的发生发展。提示饮食结构在肠道微生物群的形成中起着主导作用。Fei等[11]研究发现，肠杆菌诱导的肥胖小鼠的血清内毒素负荷增加，炎症加重。

2.5.2 糖尿病 研究发现肠道菌群的拟杆菌可以调节宿主体内 PPAR-γ受体的转运和活性，与2 型糖尿病的发生有关。Yamano等[12]发现乳杆菌可降低高血糖模型小鼠血糖水平和胰高血糖素水平，能够抑制肾上腺交感神经活性，减少肾上腺素的分泌，进而发挥降血糖功效。曾艺鹏等[13]选择21例患2型糖尿病的肥胖者作为研究组，21例血糖正常的肥胖志愿者作为对照组，取研究组和对照组新鲜粪便，采用Illumina Miseq高通量测序平台对粪便样本中所有细菌的16SrRNA-V3区进行DNA测序，分析肠道菌群物种的丰度和分布，并进行聚类分析，发现患2型糖尿病的肥胖人群肠道菌群的丰度和多样性下降。

3 调节肠道菌群辅助治疗PCOS的效果

3.1 补充益生菌 特定的益生菌菌株可以恢复胃肠道屏障的完整性。近年研究发现，在酸奶和其他发酵乳制品中发现的益生菌，可以有效地改变肠道菌群的组成，而肠道菌群反过来又会改变宿主的新陈代谢。发酵乳制品，如酸奶，可将大量乳酸菌输送到胃肠道。它们可能会改变肠道环境，包括抑制脂多糖的产生，增加肠道上皮细胞的紧密连接。目前常用的益生菌有双歧杆菌、乳酸杆菌。Miyoshi等[14]研究表明加氏乳杆菌(LG2055)能显著阻止体质量增加、脂肪积累和促炎基因的表达，降低肝脏甘油三酯水平和减少脂肪基因表达。并发现脂肪组织炎症状态的改善可能是LG2055抗肥胖作用的一种可能机制。DNA微阵列分析显示，LG2055在附睾脂肪组织中一般抑制促炎基因的上调，包括趋化因子2(CCL2)和趋化因子受体2(CCR2)。

3.2 补充益生元 益生元通过选择性的刺激肠道中一种或少数种益生菌的增长或活性而对宿主有利。益生元发酵产生的短链脂肪酸是刺激有益菌增长的重要因素。谢晓平等[15]研究发现GOS/LCFOS不影响婴儿的正常生长，并可抑制肠道梭菌属的生长。易安妮等[16]对Balb/c小鼠运用益生元菊糖和大蒜多糖灌胃治疗后发现，菊糖和大蒜多糖高剂量灌胃能加速恢复抗生素导致的小鼠肠道菌群失调，这两种益生元对内毒素的清理、免疫力的恢复也有积极的效果。

3.3 粪便移植 粪便移植(FTM)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，帮助患者建立健康的肠道菌群环境，目前已经成功的治愈了多种与肠道菌群紊乱的相关疾病。Guo等[17]用健康大鼠的乳酸菌和粪便微生物移植治疗PCOS大鼠，发现FMT组8只大鼠的发情周期均得到改善，而在FTM小鼠中8只雄性小鼠的雄性激素水平降低，卵巢形态规范化。在FMT和乳酸菌治疗组中，肠道菌群的组成随着乳酸菌和梭菌的增多和普氏菌属的减少而恢复。

3.4 中医药方法 PCOS的发病主要与肝、脾、肾三脏密切相关。肾精不足、冲任缺乏，脾肾亏虚、痰湿内生，或肝气郁结、化火化热，则发为此病。临床可见众多PCOS患者以体形肥胖、神疲乏力、食欲不振、大便不畅等脾气虚弱的证侯为多见，脾虚则运化失常，脾不散精，物不能转化为精微物质则化饮化痰，阻滞胞宫，发为此病。正如《女科经纶》所载：“妇人经水与乳，俱由脾胃所生”。 中医理论脾的功能类似于西医系统的消化系统。医学微生态学研究证明，正常菌群会产生各种消化酶，影响机体营养物质的吸收，如果肠道菌群紊乱，会导致消化系统的功能障碍，类似于中医的“脾虚证”。故临症治疗主要以健脾祛湿为主。早期研究表明四君子汤具有扶植肠道优势菌群的重要作用。此外，健脾之余佐以清热利湿、健胃消食、补益肝肾之法，对恢复PCOS患者正常肠道菌群结构均有帮助。研究表明脾胃湿热型慢性胃病与胃黏膜中幽门螺杆菌与乳酸杆菌数量改变有关[18]。白头翁汤具有明显的抗大肠杆菌内毒素作用，在治疗急性痢疾方面有很好的疗效。

[1] Kelley ST，Skarra DV,Rivera AJ, et al. The Gut Microbiome Is Altered in a Letrozole-Induced Mouse Model of Polycystic Ovary Syndrome[J].PloS One，2016,11(1):825-832.

[2] Markle JG，Frank DN，Mortin-Toth S，et al. Sex differences in the gut microbiome drive hormone-dependent regulation of autoimmunity[J] . Science，2013，339 ( 6123 )：1084-1088.

[3] Poutahidis T, Springer A, Levkovich T, et al. Probiotic microbes sustain youthful serum testosterone levels and testicular size in aging mice [J]. PLoS One, 2014, 9(1): 84877.

[4] Backhed F， Ding H， Wang T， et al． The gut microbiota as an en-vironmental factor that regulates fat storage[J]． Proc Natl Acad Sci USA， 2004，101(44):15718-15723．

[5] Qin J, Li Y, Cai Z, et al． A metagenome-wide association study ofgut microbiota in type 2 diabetes[J].Nature，2012，490(7418):55-60．

[6] Zhong LJ, Xie ZS，Yang H, et al．Moutan Cortex and Paeoniae Radix Rubra reverse high-fat-diet-induced metabolic disorder and restore gut microbiota homeostasis. [J]．Chin J Nat Med， 2017,15(3):210-219.

[7] Org E, Blum Y， Kasela S, et al． Relationships between gut microbiota, plasma metabolites, and metabolic syndrome traits in the METSIM cohort. [J]．Genome Biol, 2017,13;18(1):70.

[8] Cani PD, Amar J, Iglesias MA, et al. Metabolic endotoxemia intiates obesity and insulin resistance[J]. Diabetes, 2007,56(14):1761-1722.

[9] Tremellen K，Pearce K. Dysbiosis of gut microbiota(DOGMA)- a novel theory for the development of polycystic ovarian syndrome[ J ] . Med Hypoth，2012，79 (2):104-112.

[10] Zhang C,Zhang M,Wang S,et al.Interactions between gut microbiota,host genetics and diet relevant to development of metabolic syndromes in mice[J]．ISME J, 2010,4(2):312-313.

[11] Fei N,Zhao L.An opportunistic pathogen isolated from the gut of an obese human causes obesity in germ-free mice[J]．ISME J, 2013,7(4):880-884.

[12] Yamano T，Tanida M，Niijima A，et al． Effects of the probioticstrain Lactobacillus johnsonii strain La1 on autonomic nerves andblood glucose in rats[J]．Life Sci，2006，79(20):1963-1967．

[13] 曾艺鹏，胡燕,吴萍，等.患2型糖尿病的肥胖人群肠道菌群分析[ J ] .检验医学，2016,31(10):848-853.

[14] Kadooka Y，Sato M，Imaizumi K，et al. Regulation of abdominal adiposity by probiotics(Lactobacillus gasseri SBT 2055)in adults with obese tendencies in a randomized controlled trial[J] .Eur J Clin Nutr，2012，64 (6)：636-643.

[15] 谢晓平,曾继凤，徐开渝，等.益生元对婴儿生长及肠道菌群的影响[J]．四川生理科学杂志,2011,33(4)：159-161

[16] 易安妮，张慧晔,刘宾，等.益生元对抗生素引起的肠道菌群失调的作用[J]．中华显微病理学，2012,25(24):318-321

[17] Guo Y, Qi Y, Yang X,et al. Association between Polycystic Ovary Syndrome and Gut Microbiota. [ J ] . PLoS One, 2016,11(4):112-123

[18] 程明，胡玲，劳绍贤． 幽门螺杆菌和乳酸杆菌菌群失调与慢性胃病脾胃湿热证发病的关系[J]． 中国中西医结合杂志，2011，31(9):1273-1275．