浅析肠道菌群与早发性卵巢功能不全的相关性

曾慧芳，赵志梅

(天津中医药大学第一附属医院/国家中医针灸临床医学研究中心，天津 300000)

0 引言

由于环境污染、工作压力以及不健康的饮食生活方式等因素，早发性卵巢功能不全(Premature ovarian insufficiency，POI)已逐渐成为全球关注的热点问题。POI是一种疾病，定义为40岁前卵巢功能减退，雌激素水平下降，促性腺激素水平升高。病因包括遗传、免疫、环境等因素。近年来，研究表明炎性衰老与POI密切相关。通过对POI患者的卵巢活检，发现存在淋巴细胞浸润和卵巢免疫反应[1]，免疫及炎症反应在卵巢功能退化过程中产生重要的影响。肠道菌群不仅可调节机体的免疫系统，其代谢紊乱还可导致机体炎症的发生，越来越受到学者们的关注。诺贝尔医学奖得主梅契尼科夫指出，人的健康尤其是衰老与肠道菌群有关[2]。卵巢早衰作为器官衰老中的一个特殊例子，是一个产生重要影响的疾病状态，女性的生殖器官表现出比身体其他系统更快的衰老速率。因此，探讨如何防治卵巢早衰以及改善卵巢功能，是目前生殖领域迫切需要解决的难题。目前较少研究报道肠道菌群对卵巢衰老的直接影响，但在对POI和肠道菌群的各自研究中发现，两者均与免疫、炎症有着密切关联，故本文就此做一浅析，通过自身免疫及炎性衰老机制探讨POI与肠道菌群的相关性，为POI的进一步研究提供一点参考。

1 POI概述

早发性卵巢功能不全(POI)是一种病因复杂，临床特征具有高度异质性的生殖内分泌疾病，是造成育龄期女性不孕的主要原因之一。研究表明，在30岁以下的妇女中，POI的发生率为1‰，在40岁以下的妇女发生率约为1%[3]。POI的病因混杂，除了已知的遗传、免疫及医源性等因素外，还有大部分原因不明，称为特发性POI。在免疫因素中自身免疫异常约占4%-30%不等，主要包括免疫性卵巢炎、抗卵巢自身免疫抗体产生及伴发相关自身免疫性疾病。随着对POI发病机制的不断探索，有研究表明POI还与炎性衰老有关[4]。POI对患者的身心造成严重的损害，影响远期健康及生活质量，而目前尚无有效的方法恢复卵巢功能，除了常用的激素治疗外，还有免疫、干细胞、基因编辑等前沿治疗方法，但都尚处于研究阶段，临床难以普及。因此，探求各种有效干预POI的防治方法尤为迫切。

2 肠道菌群概述

肠道菌群是消化道内微生物的总称(Gastrointestinal tract，GIT)，主要由厚壁菌、拟杆菌、放线菌和变形杆菌4个门类组成，可达1×1013～1014个/g肠内容物，种类达500种以上，是人体最重要和最庞大的微生态系统[5]。肠道微生物除了可以利用消化道食物残渣为机体提供所需营养物质、分解亚硝酸等有害物质外，还参与维持肠道上皮的完整性、肠道屏障功能、肠道微环境改变、机体的能量代谢、炎症及免疫反应等。消化道菌群的数量、种类和分布是动态变化的，既受宿主遗传性的控制，也受外环境的影响，还与饮食密切相关[6]。肠道菌群与机体时刻互动着并产生潜在影响。

3 自身免疫构起的“桥梁”

3.1 肠道菌群与自身免疫

肠道作为微生物与机体免疫系统相互作用的主要场所，其黏膜的完整不仅利于机体新陈代谢，还可抵御外界病原体。肠黏膜局部的免疫功能主要由黏膜内T、B细胞和分泌的SIgA(Secretory immunoglobulin A)等共同完成。机体免疫系统的重要组成部分--黏膜免疫系统，主要由肠粘膜内相关淋巴组织参与完成，是接触、获取抗原和最初免疫应答的重要场所。肠道微生态的动态变化，易受内外环境因素的影响，一旦菌群失调及黏膜屏障受损均可影响肠道局部黏膜免疫反应，进一步激活全身免疫系统。这在免疫系统错误识别而攻击自身组织导致的自身免疫性疾病中十分常见[7]。

3.2 POI与自身免疫

自身免疫异常作为POI的病因之一，可导致其单发，也可合并其他自身免疫性疾病。自身免疫异常的女性患者，其体内的自身抗体会错误地识别并攻击卵巢组织中存在的共同抗原，对于出现自身免疫调节紊乱及患有自身免疫性疾病的女性，他们均是POI的高危人群。TGF-β1(Transforming growth factor-β1)作为一种可下调免疫功能的细胞因子，由CD4+CD25+调节性T(Treg)细胞产生分泌，它能通过抑制CD4+和CD8+T细胞的增殖而抑制IFN-γ的分泌表达，最终抑制免疫炎性反应，维持机体免疫耐受、防止自身免疫性疾病的发生[8-9]。相关研究结果显示POI患者外周血Treg细胞比例与血清免疫抑制因子TGF-β均减少,Treg细胞介导的免疫调节功能减弱，参与了POI疾病的发生发展[10]。

3.3 肠道菌群与免疫性POI

在机体免疫反应中，类固醇合成细胞是自身免疫攻击的主要对象，研究表明类固醇细胞抗体(StCA)阳性P0I患者的卵巢组织学表现为自身免疫性淋巴细胞性卵巢炎，免疫组化分析提示浸润的淋巴细胞主要是CD4+T淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞和浆细胞[10]。Andrade等[11]发现短链脂肪酸(Shortchain fatty acids，SCFAs)可通过降低树突状细胞成熟，抑制细胞诱导CD4+T细胞和CD8+T细胞的增殖能力。而SCFAs是肠道菌群的主要代谢产物，由不能被消化酶分解的膳食纤维、抗性淀粉、低聚糖等由结肠细菌发酵而来[12]。因此，可推测肠道菌群的代谢或与卵巢免疫反应有潜在的联系。目前对于自身免疫性POI的探究中,Tregs 和Foxp3基因表达是研究热点。Treg在胸腺发育成熟后进入外周淋巴组织，通过下调自身免疫应答而诱导自身免疫耐受及抑制自身免疫疾病的发生.在Kosiewicz 等研究乳酸杆菌与系统性红斑狼疮(SLE)之间关系的实验中，对两种自发性 SLE 模型小组均给予罗伊乳酸菌。结果显示小鼠外周血内 Treg 细胞的水平较对照组明显升高，SLE的病情得到了有效抑制，由此可知罗伊乳酸杆菌可有效调节 T-reg 细胞[13]。此外还有相关的小鼠试验研究表明肠道菌群能够影响T细胞分化相关的基因表达，显著增加Tregs的数量，且肠道菌群代谢的丁酸可促进其分化与成熟[14]。乳酸杆菌属于益生菌，是肠道菌群的组成部分，丁酸属于短链脂肪酸，是其代谢产物，越来越多的研究证实了肠道菌群与多种免疫性疾病的关系。在POI的发生发展中，自身免疫异常是其重要原因，肠道菌群通过调节免疫反应对POI的发生产生一定影响。

4 炎性衰老机制

近年来研究发现，炎症与机体衰老的发生有关，在衰老进程中，机体的组织和器官伴随着一种慢性进行性升高的促炎状态[15]。C Franceschi等[16]首次将这个现象命名为炎性衰老。其发生的一个重要因素是炎性因子的过度表达，导致机体的高度促炎状态。在免疫反应和炎症反应中，NF-κB信号通路调控多种炎性细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6及集落刺激因子等，在促炎性细胞因子作用下该通路被激活，炎性细胞因子如IL-6和IL-8的表达增加，以及抗炎性细胞因子IL-10mRNA水平降低[17]。在系统性炎症反应中IL-10和TNF-α的主要作用相反,IL-10抑制炎症反应，而TNF-α则促进局部和系统性炎症反应。IL-10和TNF-α的正负作用是决定最终炎症反应的关键。因此，TNF-α、IL-6和IL-10等炎症细胞因子可作为炎性衰老的血清学标志。

4.1 POI中的炎性衰老

大量研究表明，血清炎性细胞因子如IL-6、IL-8、TNF-α和PGE2在衰老器官中明显升高[18]。卵母细胞的成熟受多种细胞因子的调节，随着国内外大量研究证实，TNF-α和IL-6可能在卵巢功能中发挥重要作用[19-20]。研究发现在小鼠和人卵巢组织中IL-6的表达呈增龄性的升高，而升高的IL-6是窦前卵泡发育的负调节因子，能导致窦前卵泡发育迟缓，类固醇激素生成受损，阻碍卵母细胞成熟，并促进卵泡闭锁[21]。TNF-α可直接作用于裸卵，在卵母细胞上存在TNF-α受体，可促进卵母细胞的凋亡[22]，因此炎性细胞因子可能是导致POI的一个重要原因。另有研究表明，滑膜间充质干细胞(SMSCs)对于在卵巢微环境中受损的卵巢可能起恢复作用[23]。在SMSC治疗小鼠后，RT-PCR结果表明，其促炎细胞因子如TNF-α、TGF-β、IL-8、IL-6、IL-1和IFN-γ的表达水平与未治疗对照组相比明显降低。当POI发生时，某些炎症因子的表达水平增加，而当受损的卵巢功能得到修复时，炎性细胞因子的水平则相应降低。研究表明在卵泡发育的高度协调过程中，全身的慢性低度炎症可以改变这一过程，导致卵泡生长的过早停止和女性不孕的发生[24-25]。这足以提示炎性衰老与POI的密切联系。

4.2 肠道菌群介导的炎性衰老

在健康成人体内的细菌主要是厚壁菌门和拟杆菌门，厚壁菌门属于革兰阳性菌，拟杆菌门属于革兰阴性菌。革兰阴性菌含有脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)。LPS构成了革兰氏阴性菌外膜的重要部分，是目前研究较为清楚的免疫反应刺激物之一，它能够引起系统性的炎症或败血症[26]。研究表明肠道菌群能调节血浆中脂多糖(LPS)水平，正常情况下，细菌脂多糖刺激产生Toll样受体4(Toll-like receptors 4，TLR4)，通过Toll样受体诱导肠上皮细胞增殖进而加固肠黏膜上皮间的紧密连接 (tightjunction，TJ)。若肠道菌群紊乱，致病菌过度增殖将直接损害肠黏膜上皮间的紧密连接(TJ)，导致通透性增加，细菌及其代谢产物从肠道进入肝循环。进入血液的LPS与结合蛋白(lipopolysaccharide bindingprotein，LBP) 结合后，LBP 将LPS转运至受体 (CD14 和 TLR4)，激活NF-κB信号通路，启动了炎症因子白细胞介素 (IL-1 和 IL-6) 和肿瘤坏死因子 (TNF)的释放。LPS与TLR4的结合激活了广泛的细胞信号传导途径，诱导细胞因子表达及分泌和促进慢性亚临床炎症过程[27]。

4.3 肠道菌群-炎性衰老-POI

在正常月经周期中，卵巢血流在黄体中期达到最高，在黄体成熟过程中血管的密集形成，产生体内所有组织的最大血流速度之一[28]。丰富的血运不仅为卵巢的发育提供营养支持，也必然会带来其他有害物质的影响。LPS的受体 TLRs 广泛分布于机体各个组织和细胞，其中包括生殖器官内的细胞。雌性生殖器官所处环境中的LPS来源于两部分，其一来源于消化道中细菌代谢和死亡产生的LPS，经肠道吸收入血，并通过循环系统输送到生殖器官周围，属于全身低浓度。其二来源于局部高浓度细菌感染[29]。当一定水平的LPS进入生殖系统之后同样会导致炎症反应的进行，并逐步对生殖功能造成影响。相关研究显示LPS诱导的慢性低度炎症大鼠的血清中E2和AMH水平降低，同时卵巢组织中促炎细胞因子、FSH、LH水平升高，提示了慢性低度炎症可诱导卵巢炎症反应，减弱了卵巢产生雌激素的能力[30]。可通过调节肠道菌群代谢而影响炎性通路的激活及炎性细胞因子的释放，改变全身的炎性状态，降低组织和器官的炎性衰老。由此，我们可以大胆推测肠道菌群紊乱可导致机体组织及器官的炎性衰老，而卵巢作为衰老速率较快的重要器官，肠道菌群紊乱可能是其衰老进程中的重要影响因素之一。所以在POI疾病的发生发展中调节肠道菌群代谢或可产生重要的影响。

5 总结

本文从自身免疫与炎性衰老的角度，探究肠道菌群与POI的相关性。免疫一直是POI发病过程中的重要影响因素，炎性衰老在影响卵巢功能及POI发病机制探讨的研究中也被越来越多的报道。肠道菌群紊乱引起的免疫异常及炎性衰老一直是研究的热点。故通过两者的共同作用机制及影响因子来探讨其潜在联系，但目前匮乏肠道菌群与POI疾病相关性的实验研究，其具体作用机制还有待进一步探索。本文仅从现有的相关研究报道中探寻两者的相关性，为POI的进一步研究提供一点新思路，以期探寻一种防治POI的新方法。