肠道微生态在多囊卵巢综合征中的研究进展

林丹换，覃春容

多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)是一种常见的妇科内分泌疾病，困扰着全世界6%～20%的育龄期女性，但目前其具体的病因及发病机制尚未明确。近年来，越来越多的研究发现，肠道微生态(gut microbiota，GM)在PCOS的发病中起着重要作用。GM的变化与PCOS患者的代谢及临床参数相关，但具体的机理仍缺乏定论。本文就GM在PCOS发病中的可能机制进行综述，探究GM与PCOS之间的关系，从而为PCOS的诊断和治疗提供新策略。

1 肠道微生态的功能

人类的肠道是10万亿多种共生体的“秘密花园”，统称为“微生物群”[1]。它具有巨大的代谢活性，不仅可以消化吸收营养物质，还具有抵抗病原入侵、抗肿瘤[2]、抗衰老[3]、建立机体免疫、促进肠道蠕动[4]、生长代谢[5]，以及维持肠道内环境的稳态等多种功能，当其菌群结构改变或失调，可引起机体代谢紊乱。研究发现多种内分泌及代谢性疾病的发生发展与GM相关，PCOS患者的GM与健康对照人群之间存在差异[6]。

2 多囊卵巢综合征患者肠道微生态的改变

2.1 肠道微生态多样性的变化

α多样性被认为与生态系统的健康相关，可以用来估计环境群落中物种内的丰度和多样性。β多样性是指物种间的多样性[7]。目前相关研究报道PCOS患者α多样性降低，β多样性也发生了改变[8-9]。Torres PJ等[9]研究表明，与健康女性相比，PCOS患者GM的多样性降低。GM中α多样性降低会进一步促进慢性低级别炎症的发生和发展，有学者猜测这可能是PCOS患者长期慢性炎症的潜在驱动因素[10]。此外，Jobira B等[11]发现，与无PCOS的肥胖青少年相比，PCOS患者的GM多样性及相对丰度存在改变，并与代谢性疾病标志物相关。在生态学领域，物种丰富度被认为与生态系统的健康相关，多样性的群落可以增加生态系统的稳定性和生产力[12]。然而，目前关于PCOS女性GM的研究样本量较小且存在种族差异，GM的群落结构和功能尚不清楚，且GM在PCOS发病和相关并发症中的机制很大程度上也是未知的[13]。因此，上述结论缺乏一定的说服力。

2.2 肠道微生态组成成分的变化

在一个健康的GM组成中，90%以上的细菌属于拟杆菌门和厚壁菌门，其次为放线菌门、变形菌门和梭菌门[14-15]。既往多项研究表明PCOS患者存在GM失调，不仅多样性降低，而且组成成分也发生了改变[8,12,16]。

Kelley ST等[17]在来曲唑(letrozole，LZ)诱导的PCOS小鼠模型中发现GM的多样性降低，且特定拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度发生了物种特异性和时间依赖性的变化。Guo Y等[18]在一个相似的大鼠模型中发现，LZ治疗的PCOS大鼠，普雷沃氏菌增多，乳酸杆菌、瘤胃球菌和梭菌减少。同样的，人类的研究也表明PCOS患者与健康人群的某些GM在门、科、属水平上的丰度之间存在差异。Liang Y等[10]发现在门水平上，与健康受试者相比，PCOS患者GM中的拟杆菌门升高，而厚壁菌门降低，拟杆菌门/厚壁菌门升高。类似的，Zeng B等[19]的研究也表明，与正常人相比，PCOS患者GM中的拟杆菌门也升高。此外，当机体发生肥胖、糖尿病、肝硬化等疾病时，拟杆菌门/厚壁菌门也会发生改变[20-22]。

以上研究均揭示GM的构成与PCOS 之间存在密切联系。鉴于人体肠道是一个复杂的内环境，单一菌种对机体的作用是有限的，PCOS患者GM的紊乱可能是多个菌群成份改变及不同菌群之间相互作用的共同结果。因此，对于GM失调究竟是PCOS导致的结果还是引起PCOS不同表型的原因，仍需继续进行探索。

3 肠道微生态失调致多囊卵巢综合征的可能机制

3.1 GM与胰岛素抵抗

胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)被认为是PCOS的主要病理基础，它是PCOS患者最常见的内分泌特征之一。据报道，50%的PCOS患者都存在IR[23]。目前，不少动物及人体实验已经证实IR与GM之间存在密切联系，对此Tremellen K等[24]提出了GM失调理论：GM失衡会破坏肠道黏膜的通透性，导致脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)发生“肠漏”，激活免疫系统，干扰胰岛素受体的功能，引起IR。当LPS被吸收入血液后，还可通过脂多糖结合蛋白、CD14和骨髓分化因子的传递，与免疫细胞表面的toll样受体4结合，激活下游信号通路促进肿瘤坏死因子α、白细胞介素-6等炎症因子的表达，影响胰岛素敏感性，导致IR[25-26]。有研究表明，直接将LPS注入小鼠和人的血液循环会引起空腹血糖和胰岛素水平升高[27]。另一方面，GM可以分解有机物，产生乙酸、丙酸和丁酸3种主要的短链脂肪酸(short-chain free fatty acids,SCFAs)，从而激活肝脏和肌肉中过氧化物酶体增殖物激活受体γ，调节葡萄糖摄取和脂肪酸氧化。此外，SCFAs还是直接激活G蛋白偶联受体41 和43的重要信号分子[28]，参与胰腺β细胞分泌胰岛素的过程，提高胰岛素敏感性，改善IR[29]。另一方面，PCOS作为一种长期慢性炎症性疾病，炎症因子的分泌会损伤肠道黏膜屏障，而SCFAs能保护肠道屏障的完整性，减轻LPS的“肠漏”现象。亦有学者指出GM还可以通过支链氨基酸介导的炎症反应影响胰岛素敏感性，但具体机制未明[30]。Pedersen HK等[31]揭示了GM与支链氨基酸代谢的关系，他们发现人类肠道中的普雷沃氏菌参与了支链氨基酸的合成。Zhang CM等[32]研究发现PCOS伴IR患者卵泡液中的亮氨酸和缬氨酸水平明显升高。对此，他们猜测氨基酸代谢紊乱通过改变糖代谢或诱发炎症而加重IR。然而，目前关于PCOS患者GM与支链氨基酸关系的研究较少，上述结论有待进一步证实。

综上所述，GM与IR紧密相连，可通过肠道通透性、SCFAs、能量代谢、支链氨基酸等多方面影响机体，最终导致IR。

3.2 GM与高雄激素血症

高雄激素血症(hyperandrogenemia，HA)是PCOS的又一个重要特征，其中HA与IR紧密相连，相互促进，最终形成恶性循环[33]。目前，对PCOS啮齿动物模型及PCOS女性患者的研究均发现，高雄激素分泌与GM失调有关，提示雄激素可能调节雌性GM[34]。Markle JG等[35]发现无菌小鼠和含有某种特定细菌小鼠的雄激素水平不同，这提示GM能调节血液中的睾酮水平。Guo Y等[18]将健康大鼠的粪便微生物移植到LZ诱导的PCOS大鼠模型中，可降低雄激素水平，改善发情周期，使卵巢形态正常化。在人类中，与男性相比，女性的GM具有更大的α多样性，男性则比女性拥有更高的拟杆菌门及丰度更低的梭状芽孢杆菌、甲烷短杆菌和脱硫弧菌[36]。Torres PJ等[9]的研究表明GM中α多样性的降低与PCOS患者中总睾酮水平和多毛症有关。以上证据表明HA可能在PCOS患者的GM改变中起着关键作用，调整GM有利于改善HA。目前关于性激素如何影响GM的研究数量依然有限，二者之间相互作用的具体机制尚未明确。Sherman SB等[37]指出，类固醇激素参与GM与其宿主之间的交流，在不同的发育时期，性激素会对GM有不同的影响。而GM也可以通过调控相关的酶影响激素的代谢，如羟类固醇脱氢酶可调节性激素的平衡，而酰基辅酶a合成酶则涉及类固醇分解代谢。也有人提出类固醇性激素可能通过改变葡萄糖醛酸酶活性和能量生成直接影响GM的组成[38]。亦有学者认为雄激素与GM之间可能存在双向调节。GM可以通过去葡萄糖醛酸化来调节雄激素水平，从其葡萄糖醛酸缀合物中释放出游离的二氢睾酮；反过来，GM与宿主的相互作用也可受雄激素水平的调节[39]。另外，GM多样性的降低可能会影响肠道功能，PCOS患者中HA可能重塑了宿主的GM，从而加速了病情的进展。尽管如此，但目前仍没有研究证实使用雄激素拮抗剂或口服避孕药能改善或恢复PCOS患者的GM，这将是未来的探索方向。

3.3 GM与代谢综合征

代谢综合征(metabolic syndrome，MS)是一种以腹型肥胖、IR、高血压、高脂血症为特征的病理状态，据报道PCOS患者发生代谢异常的风险较健康人群高[40]。GM在PCOS患者发生MS的过程中起着关键作用，其可通过能量吸收、代谢、肠道通透性、脑-肠轴等多方面影响机体的代谢。一方面，GM可通过增强三酰基甘油的合成，抑制脂肪酸的氧化来促进能量吸收。PCOS患者存在GM失调，影响宿主的能量平衡[30]。另一方面，GM产生的SCFAs可以通过游离脂肪酸受体2和受体3调节肠道激素及抑制食物摄入，从而降低机体能量摄入，这是微生物群影响宿主能量代谢的又一机制[41]。Turnbaugh PJ等[14]分析了饮食相同的胖瘦小鼠之间的GM，发现胖小鼠比瘦小鼠有更多的厚壁菌门和更少的拟杆菌门，这种GM分布有助于机体更好地吸收能量，导致肥胖的发生。此外，野生无菌小鼠接受肥胖小鼠的GM移植后，它们的能量摄入会增加。因此，学者推测GM失调可能通过影响能量吸收来加速PCOS的进展。另外，据报道，GM可以远端控制肝脏基因的表达，导致肝脏代谢的转录变异，影响肝脏的糖脂代谢，导致了机体的代谢紊乱，在合并IR的PCOS患者中尤为明显[42]。Han Q等[43]动物实验发现，与对照组相比，PCOS组小鼠的肝组织切片中含有更多、更大的脂滴，且非酯化脂肪酸水平显著升高，而高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、总胆固醇和甘油三酯间无明显差异。Dong S等[44]在人体的研究中也发现了相似的结果，他们根据不同体质量指数(body mass index，BMI)及是否合并IR对PCOS患者进行分组，结果发现BMI越大及合并IR的患者，GM中α多样性越低。因此，他们提出GM失调会加重代谢紊乱。但鉴于这方面的研究不多且样本量较少，结论尚缺乏一定的可信性，具体机制也尚未确切，仍需大量的大样本实验论证。

3.4 GM与脑-肠轴

下丘脑-垂体-卵巢轴调节失衡被认为是PCOS发病的重要机制。下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone,GnRH)神经元的异常激活在PCOS的发展中起着重要作用，其不仅是生殖轴中枢控制的最终输出通路，也是生殖功能与代谢状态相互调节的连接点，并与胃肠道系统构成脑-肠轴。GM可通过胃肠道激素等介质作用于肠脑轴介导的GnRH神经元中枢调控，加剧PCOS的进展[45]。据报道，已知50种胃肠激素有20多种与脑-肠轴相互作用有关[46]。GM发酵碳水化合物产生的SCFAs能刺激回肠和结肠释放肠道激素肽YY(peptide YY，PYY)，从而抑制肠道蠕动，减少胰腺分泌，促进肠道能量吸收[25]。Aydin K等[47]的前瞻性观察研究发现，与健康女性相比，苗条的PCOS患者在空腹和进食后的胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide 1,GLP1)水平较低。这可能是PCOS患者发生糖耐量受损及2型糖尿病的原因之一。Lin T等[48]的研究也表明，与瘦PCOS患者相比，肥胖PCOS患者的PYY水平更低。PCOS患者血浆PYY浓度与BMI、IR 和睾酮水平均呈负相关[41]。此外，GM能够产生包括多巴胺、去甲肾上腺素、血清素和γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)等多种神经递质，其中GABA可激活GnRH神经元，增加GnRH脉冲频率和幅度，促进PCOS的发展[49]。有报道称，高脂肪饮食会导致拟杆菌的水平降低，从而降低大鼠前额皮质中的GABA水平，缓解了类似抑郁的行为[50]。相似的，Chaudhari NK等[51]的动物实验也表明，患有PCOS小鼠的5-羟色胺、去甲肾上腺素和多巴胺水平明显低于正常小鼠。这表明GM可能通过调节中枢神经系统的神经递质水平，进而改变下游神经元的功能及宿主的情绪状态[45]。亦有人提出GM可通过脑-肠轴干扰宿主的免疫调节。Kim CH等[52]报道GM失衡与Th1/Th2比值显著相关，说明GM与辅助T细胞之间的平衡既相互依赖又相互制约。但目前关于这方面的研究尚少，仍无法证实GM与脑-肠轴、免疫调节之间的关系。未来，通过调整机体的GM，使之恢复至正常人群水平，以期改善PCOS的症状、治疗其精神神经及免疫紊乱等问题，将是PCOS治疗的一个新思路。

4 改善GM可能为多囊卵巢综合征治疗新靶点

鉴于GM在PCOS发病机制中的重要作用，越来越多的研究提出改善GM可能是治疗PCOS的一个新视角。当前，改善GM的方法主要包括益生菌、益生元及粪便移植3种。

益生菌被定义为“会使宿主健康受益的活微生物”[53]，常见的益生菌包括乳酸菌、双歧杆菌、酵母菌等。益生元则是一种能改变宿主胃GM菌群的成分和/或活性且有利于宿主健康的发酵物质[54]。一方面，益生菌可上调黏液分泌基因的表达，减少病原体与上皮细胞的结合，改善肠道通透性[55]，从而减轻PCOS患者的内毒素血症。另一方面，GM和益生菌的结合可以通过免疫系统调节影响葡萄糖代谢，减轻胰腺β-细胞功能障碍，改善IR，同时还可以减少肝脏C-反应蛋白合成所需的酶来抑制炎症[56]。Ahmadi S等[57]对60例PCOS患者进行随机、双盲的对照实验，结果显示，与安慰剂组相比，益生菌补充显著降低了患者的体重、空腹血糖、胰岛素抵抗、甘油三酯和低密度脂蛋白。此外，益生元发酵产生的SCFAs不仅可以调节肠道激素，进而调节肠道的局部运动反应，改善肠道功能，而且还能与脂肪组织上的受体相互作用，调节GLP1的脂解和释放[58]。Frost G等[59]的动物实验发现，益生元发酵形成的主要SCFAs可穿过血脑屏障进入下丘脑，促进机体产生厌食信号，从而减少机体能量摄入。尽管益生菌、益生元改善GM功能的近期疗效是确切的，而随访其远期疗效的研究却很少。因此，益生菌及益生元对PCOS患者的远期疗效尚未明确，仍需进行大量试验随访，进一步证实其对机体长期的安全性。

粪便移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是调节GM失调的一种新方法，近年来FMT也成为治疗PCOS的新策略。Guo Y等[18]用健康大鼠粪便微生物群移植治疗PCOS大鼠后，发现FMT组8只大鼠的发情周期均有改善，其中乳酸菌移植组8只大鼠中有6只雄激素合成降低。尽管如此，但目前FMT并非一种标准化的治疗方法，因此选择FMT治疗PCOS时仍需慎重[60]。首先，现在的研究只是证明了FMT的短期安全性，其长期安全性依然是未知的，且目前关于这方面的实验数据是欠缺的[61]。其次，FMT存在着供体的选择、微生物疾病的传播、微生物移植的不良反应等问题。供体筛选的目标是将传染性病原体或微生物介导疾病从供体传播到受体的风险降到最低，但由于缺乏明确的循证指南，不同医学协会的建议也不尽相同，至今FMT供体的选择仍然是一个挑战。另外，目前尚无FMT治疗妇科疾病的人体实验报道[62]。FMT可能在短期内改善了PCOS患者的一些症状，但其长期的安全性仍有待商榷。毕竟，PCOS是一种长期的慢性内分泌疾病，其涉及的系统紊乱及长期并发症众多。因此从长远的角度考虑，FMT对PCOS患者的疗效仍然存在一定的疑虑。综上所述，FMT治疗PCOS的有效性及安全性仍存在争议，未来仍需进行大量的动物及临床试验来证实。此外，临床工作者应研究出简化FMT操作程序的新方法，从而让更多患者接受该治疗方式。

总而言之，PCOS是一种长期的内分泌疾病，目前的研究表明GM在PCOS发病中起着重要作用，但具体的作用机制仍缺乏定论，需继续探究。尽管大量研究表明益生菌、益生元、FMT可以在很大程度上改善PCOS的症状，但鉴于这方面的临床试验尚少，且其长期安全性、有效性等有待证实，临床上仍需慎用。