妇女尿微生物组与尿失禁、下尿路疾病之间的关系研究进展

彭 彪，李天杰，周 杭，田道明，柯坤彬，李 松，申吉泓

(昆明医科大学第一附属医院泌尿外科，中华医学会云南省女性盆底疾病培训基地，云南昆明 650032)

目前，人们对于尿失禁(urinary incontinence，UI)及相关下尿路疾病的治疗效果不甚满意(急迫性尿失禁和膀胱过度活动症患者对抗胆碱能药物治疗无反应，反复发生的尿路感染使用抗生素治疗无效，压力性尿失禁患者手术后复发等)，迫切需要一种新的有效的治疗方式。最新研究表明，尿微生物群与UI及相关下尿路疾病相关。微生物群是包括细菌、真菌和病毒在内的微生物群落，微生物组是指人类微生物群的全部集体基因组，而正常微生物组对维护人类健康至关重要[1]，其不仅影响致病菌感染的风险，而且还可能与免疫介导的疾病和致癌作用有关[2-6]。故研究尿微生物组与尿失禁、相关下尿路疾病之间的关系十分重要，本文将为尿失禁以及相关下尿路疾病的病因、机制和治疗决策提供思路和可能的解决方案。

1 尿失禁与下尿路疾病

尿失禁包括压力性尿失禁(stress urinary incontinence,SUI)、急迫性尿失禁(urgency urinary incontinence,UUI)和混合性尿失禁(mixed urinary incontinence,MUI)。SUI是指因作用力或体力活动(如体育活动)、打喷嚏或咳嗽而导致尿液同步不自主流出；UUI是指与尿急相关的尿液不自主流出，伴有排尿欲望强烈、难以忍受；将压力性尿失禁和急迫性尿失禁并存的尿失禁定义为MUI[7]。

下尿路疾病主要包括尿路感染(urinary tract infection,UTI)、膀胱过度活动症(overactive bladder,OAB)、间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征(interstitial cystitis/bladder painful syndrome,IC/BPS)。尿路感染的科学争端是发现明显的细菌尿和脓尿的微生物学证据，通常会伴有如膀胱感觉增加、尿频、尿急、尿痛、急迫性尿失禁和(或)下尿路疼痛等症状[7]。OAB是一种包含尿急症状的综合征，通常伴有尿频和夜尿症，伴或不伴有UUI，无UTI或其他明显的病理情况[7]。IC/BPS是指与膀胱有关的耻骨上或耻骨后疼痛、压迫感或不适，通常随着膀胱充盈而症状加重，排尿后可能会持续存在或缓解，病史大于6周，排除感染和其他疾病[8]。

2 尿液的收集及尿微生物组和尿微生物群的检测

尿微生物组研究需要采用正确的尿液收集方法，包括：①清洁皮肤后收集的中段尿；②经导尿管留取尿液；③经耻骨上膀胱抽吸取样。尿微生物组的发现和确认主要是通过2种辅助测定法进行：①16S rRNA基因测序(16S rRNA gene sequencing)，可检测细菌的DNA证据；②增强的尿培养方案，例如质谱法扩大定量尿培养(expanded quantitative urine culture，EQUC)，当常规临床尿培养阴性且尿道症状持续存在无法解释时，建议使用质谱法EQUC[9]。

3 UI亚类型和相关下尿路疾病的微生物组特征

使用16S rRNA基因测序的尿液微生物组研究显示，与无症状个体相比较，UI亚型和相关下尿路疾病(OAB、IC/BPS和UTI)的尿微生物组存在差异。

3.1 UUI一项使用16S rRNA分析的病例对照研究显示，UUI组和无症状对照组的尿液中都有微生物群落。但是，对照组和UUI组之间14种细菌的相对丰富度明显不同。另外，UUI症状严重程度的增加与微生物多样性的减少有中等程度的相关性[10]。另一项研究发现，与无症状妇女相比，UUI妇女的尿微生物组加德纳菌属(Gardnerella)丰富度增加，而乳酸杆菌属(Lactobacillus)的丰富度减少。此外，通过EQUC对培养的菌群进行比较，发现在UUI中更经常检测到加氏乳酸杆菌，而在无症状对照组中卷曲乳酸杆菌更为常见，尽管其生物学机制尚不明确，但是提示加氏乳酸杆菌和卷曲乳酸杆菌在维持健康的泌尿环境中的不同作用[11]。可能的原因是与UI相关的暴露引起卷曲乳酸杆菌和其他乳酸杆菌减少而导致加氏乳酸杆菌过度生长。有研究显示，与加氏乳酸杆菌相比，卷曲乳酸杆菌的上皮定植更容易受到泌尿生殖原虫病原体的破坏[12]。

3.2 SUI在一项针对接受SUI手术的女性患者研究中，从UTI阴性患者中收集了尿液样本，并通过16S rRNA基因测序进行了分析。尽管86%的样本可检测到细菌DNA，但细菌多样性与SUI症状之间未发现关联[13]。最近，一项SUI合并盆腔器官脱垂患者的导尿管尿液显示2种细菌Atopobium vaginae(A.vaginae)和Finegoldia magna，其与术前尿路症状严重程度有关[14]。值得注意的是，A.vaginae是细菌性阴道病(阴道微生物群紊乱综合征)的微生物组特征之一，可能与这些妇女排尿困难症状有关[15]。

3.3 MUITHOMAS-WHITE等[13]使用排尿和导尿管的尿液样本的研究表明，患有SUI的女性同时伴有UUI症状，与乳酸杆菌优势的丧失有关。然而，一项仅使用导尿管尿液样本的研究显示，MUI病例和无症状对照组的总体乳酸杆菌优势差异无统计学意义[16]。

3.4 OABCURTISS等[17]进行一项病例对照研究，对患有OAB的妇女(其中68%患者合并UUI)，进行中段尿液分析显示，与无症状对照组相比，患有OAB的女性乳酸杆菌DNA浓度更低，变形杆菌DNA浓度更高，后者是一种常见的泌尿系统致病菌。

3.5 IC/BPSABERNETHY等[8]最新研究表明微生物组可能在IC中起作用。在这项研究中，对40全IC女性导尿管尿液的微生物组进行16S rRNA基因测序分析，与对照组相比，IC组的尿微生物组多样性较低，其中乳酸杆菌的水平较低，并且与促炎细胞因子水平较高相关。ABERNETHY等[8]还表明嗜酸乳酸杆菌与IC症状指数的严重程度评分较低相关，提示嗜酸乳酸杆菌对减轻IC症状有帮助，可能与嗜酸乳酸杆菌可减轻炎症相关，嗜酸乳酸杆菌主要通过促进转化因子-β(transforming growth factor Beta，TGF-β)反应增强宿主的保护性免疫和通过抑制细菌诱导的细胞核因子-jB(nuclear factor-jB，NF-jB)激活及降低Smad 7的表达来发挥其抗炎作用[18]。但MERIWETHER等[19]最近的研究显示，患有IC/BPS女性与无IC/BPS的女性相比，未发现尿液和阴道微生物组显著不同。BRESLER等[20]使用16S rRNA基因测序和EQUC进行细菌鉴定，结果表明IC/PBS症状可能与泌尿菌群的差异无关，至少与细菌成分无关，需要进一步的研究来证实这一初步发现。

3.6 UTIKOW等[21]研究表明UI会提高患者患UTI的风险。最近使用导尿管尿液的研究表明，UUI妇女的UTI相关细菌丰富度明显增加[10，22]，UUI患者的细菌种类增加了9种[10]，其中放线菌、气球菌、小球藻和嗜热杆菌属细菌都与UTI相关[23-25]，且从UUI妇女中培养的比率比对照组高[22]。

4 尿微生物组与抗胆碱能药物治疗UUI和OAB疗效差异的关系及可能的生物学机制

UUI的发生经常与OAB相关，尽管进行了广泛的研究，但对这2种情况的了解仍很少，通常归因于膀胱逼尿肌神经肌肉功能或信号异常。口服抗胆碱能药物是治疗UUI和OAB的主要方法[26]，其对膀胱的作用主要是针对膀胱平滑肌的M3毒蕈碱受体，以减少平滑肌(膀胱逼尿肌)收缩，缓解尿急、尿频和尿失禁症状[27]，但有些患者对抗胆碱能药物治疗无反应[28]。阐明对抗胆碱能药物治疗无反应的生物学机制可能有助于改善UUI和OAB的治疗策略，尿微生物组的差异可能导致患者对抗胆碱能药物治疗的反应不同[29]。THOMAS-WHITE等[29]对74例UUI患者给予为期12周的索利那新治疗，通过治疗后症状评分将患者分为3个响应组：无反应者、5 mg反应者、10 mg反应者。随后检测UUI患者抗胆碱能治疗后导尿管尿液的微生物组特征，发现与治疗前相比，所有患者治疗后尿液中乳酸杆菌的水平增加，而与10 mg反应者及无反应者相比，5 mg反应者中乳酸杆菌占主导的尿液比例更高，说明某些乳酸杆菌对维持健康的膀胱环境起到了重要作用。对尿液进行培养时，研究者发现细菌的多样性存在差异，其中5 mg反应者的细菌多样性低于10 mg反应者和无反应者，放线菌属在10 mg反应者和无反应者中培养更常见，链球菌于10 mg反应者中更常见，棒状杆菌于无反应者中更常见。这些发现表明尿液的微生物组成，尤其是细菌多样性可能在抗胆碱能治疗反应中起作用。有研究发现，大肠杆菌和阴道加德纳菌可增加细胞外三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的量进而诱导钙离子流入和肌肉收缩，而乳酸杆菌通常仅限于糖酵解和发酵途径，与通过其他细菌使用的呼吸途径相比，其产生的ATP 少得多；并且某些乳酸杆菌似乎通过利用细胞外ATP或产生抑制性化合物(钙离子通道阻滞剂)减轻钙离子流入和肌肉收缩[30]，这可能会影响抗胆碱能药物对UUI和OAB的治疗。

5 通过生物疗法恢复泌尿道健康

关于肠道与泌尿道菌群关系的证据不一。最近，对进行粪便微生物群移植(fecal microbiota transplant，FMT)的患者进行观察，FMT 1年后，复发性UTI的数量从4次降至1次，而没有FMT的对照组中，每年复发性UTI的数量没有变化[31]，表明肠道菌群与膀胱微生物群落之间可能存在关系。然而，近期对微生物组的比较分析表明，健康女性的膀胱与胃肠道微生物群基因组蛋白质编码功能明显不同，相互之间没有联系[32]，但由于是同一个体的2个解剖部位(肠道和尿道)，因此在特定的患者群体中(例如复发性尿失禁、神经系统疾病或老年患者)进行配对比较微生物组分析非常重要，这项研究的主要局限性是未对分析的样品进行配对。类似于成功实施FMT治疗某些胃肠道疾病，未来可能采用尿微生物菌群移植方式来治疗患有慢性或持续性尿道疾病(例如复发性UTI、难治性UUI和IC)的女性患者。

KOMESU等[33]研究显示，阴道和泌尿道菌群有明确的联系，乳酸杆菌在尿液和阴道中都非常丰富，与阴道和尿液中其他细菌的存在也高度相关；THOMAS-WHITE等[32]的研究也显示女性阴道与膀胱微生物群高度相似。由乳酸杆菌组成的益生菌已成功广泛用于促进妇女的阴道健康，一项研究显示阴道益生菌乳酸杆菌的应用对复发性尿路感染有预防作用[34]。乳酸杆菌可代谢葡萄糖，从而产生过氧化氢来控制阴道病原体的生长；乳酸杆菌还可降低阴道的碱性，从而减少粪便菌群和其他病原体在阴道中定植[35]。有研究显示，益生菌嗜酸乳酸杆菌可通过促进TGF-β反应增强宿主对肠细菌病原体的保护性免疫，通过抑制细菌诱导的细胞核因子-jB(nuclear factor JB,NF-jB)激活及降低Smad 7的表达来发挥其抗炎作用[18]。故未来恢复健康尿微生物组的生物治疗方法将可能是引入特定的单一益生菌菌株或菌株的选定混合物。SCHWENGER等[36]最近对Cochrane数据库的综述显示安慰剂和益生菌在减少复发性UTI方面无差异，但由于纳入研究数量有限(n=9)，仅涉及735例参与者，无法确定该综述的可靠作用。

此外，不能忽略噬菌体(感染细菌的病毒)对尿微生物组的贡献。噬菌体主要包括裂解性噬菌体和溶原性噬菌体，裂解性噬菌体完全是掠食性的，会杀死其宿主细胞；溶原性噬菌体有2种生活方式选择：它们可以立即裂解，或者可以将其基因组整合到宿主细菌的基因组中，或者作为质粒保留在细胞质中。噬菌体基因组通常与宿主染色体同步复制，直到某些信号诱导噬菌体进入裂解路径。在肠道菌群内部，这种从溶原性到裂解途径的转变与疾病相关[37]。目前，噬菌体治疗方法已被证明可有效抵抗耐药菌及其引起的感染[38]。另外，无菌粪便滤液转移在艰难梭菌感染治疗中的功效表明，肠道噬菌体具有限制病菌生长和促进肠道菌群正常富集的潜在能力[39]。最近MILLER-ENSMINGER等[40]提出，膀胱内的噬菌体可能有助于泌尿系统的健康，这项研究分析了女性膀胱中的181种细菌分离物中的噬菌体序列，与无症状妇女相比，在患有OAB的妇女中分离出的噬菌体丰富度存在差异。因此，对尿微生物组及与其有关的噬菌体的研究可能会开发出噬菌体制剂治疗下尿路功能障碍。

6 结语与展望

迄今为止的研究已经确定了尿微生物组中的多种细菌。乳酸杆菌可能在维持膀胱健康环境起作用，而其他细菌则具有致病性。在临床实践中，对于下尿路功能障碍有多种治疗方案，特别是抗生素的使用及抗胆碱能药物的使用，多数患者症状可以缓解，也有部分患者不能达到症状缓解。仍需要更多的研究以明确尿微生物组在维持膀胱健康中的作用，阐明尿液、阴道和肠道菌群之间的关系，以及尿微生物组与下尿路功能障碍的关系，使未来针对尿道的益生菌、噬菌体制剂及进行尿微生物菌群移植成为可能。