微生物领域中有关女性尿路感染的研究进展

沈开宇 李晓晶 熊辉 汪波 王艳

尿路感染是女性常见的感染性疾病之一，病原菌具有多样性的特点，抗生素虽然是治疗感染的重要手段，但同时会影响体内优势菌群的分布，甚至破坏正常的生物屏障。不仅如此，随着致病菌对抗生素的耐药率升高，单纯使用抗生素的治疗方案将很难再继续有效控制尿路感染的进展。近年来，随着基因测序技术的发展，基于尿道微生态学的研究已经起步并加速推进，女性尿道菌群的种类及分布特点逐渐清晰，通过对比统计尿道菌群的改变与泌尿系统疾病的发病率之间的关联，其结果将便于临床医师深入发掘尿道微生物群在尿路感染中发挥的重要作用，进而在女性尿路感染的诊疗方面取得新的认知[1]。

1 不同年龄段女性尿道微生物群不同

女性尿道口临近阴道，该区域携带有丰富的微生物定植，研究发现尿道微生物群与阴道微生物群关系紧密，两组分析结果中的主要菌群具有较高的重叠率，两组菌群中均以乳杆菌属占优势地位，除此之外，加德纳菌属、普氏菌属的丰度也分别在两组中呈正相关，这种关联在女性泌尿生殖道感染性疾病的治疗中具有重要意义[2]。除生理结构外，女性年龄以及激素水平也会对尿道微生物的多样性产生影响。一项国内研究对比了不同年龄段女性患者的尿液菌群分布情况，检测结果提示女性尿液中包含有普氏菌属、乳杆菌属、拟杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属在内的数百个菌属，其丰度随年龄增加出现不同变化，比如在老年组（60 岁以上）尿液样本中有13 个菌属的相对丰度与中青年组差异有统计学意义，该组中乳杆菌属的相对丰度显著减低，而消化球菌属则更易被检出[3]。研究提示乳杆菌属的优势地位随女性年龄增长而下降，肠道菌属分布增加，该菌群变化对老年女性的泌尿生殖道疾病发病率具有参考意义。另一项国内研究则将女性尿液样本按照受试者是否绝经分为两组，检测结果表明健康育龄期女性的尿液微生物群主要以乳杆菌属为主，其次为加德纳菌属及鞘氨醇单胞菌属，虽然绝经后女新的尿液样本的微生物多样性增加，但乳杆菌属的相对丰度却明显减低，肠杆菌科丰度明显增加。该研究还发现女性尿路感染患者的尿液中肠杆菌科丰度明显高于健康组，提示绝经后女性患者尿液中肠杆菌科丰度增加可能是尿路感染的重要原因[4]。

目前已有学者提出以尿道微生物群为背景，重新考虑尿路感染的定义，并用泌尿系统菌群失调来更好地解释无症状菌尿的发病机制。若更新的诊断标准可以将有尿路症状（如急迫性尿失禁）的尿路菌群失调患者与尿路感染患者区分开来，则有望显著减少门急诊抗生素的不规范使用。当女性尿道微生物群因年龄及雌激素水平改变而失调后，目前已证实会出现加德纳菌属丰度增加而乳杆菌属丰度减少的现象，还存在哪些潜在致病菌属亦会增加患者尿路感染的发病率，值得进一步验证。通过调整尿道微生物群来恢复尿道健康的方法值得深入研究[5]。

2 糖尿病女性尿液微生物群多样性降低

糖尿病患者院内感染发病率高，相比于其他部位，女性糖尿病患者易出现泌尿系感染[6]。女性糖尿病患者尿路感染病原菌中除大肠埃希菌外，粪肠球菌的感染率明显升高[7]。若能连续监测糖尿病女性尿道菌群的改变，将有助于评估女性糖尿病患者出现尿路感染的风险。国内研究发现，相比于健康女性，在女性糖尿病患者的尿液样本中所能检测到的微生物群的多样性显著降低，其中被认为是有益菌的艾克曼菌的丰度明显偏低，而常见的感染相关的致病菌如大肠杆菌、志贺菌、克雷伯菌和肠球菌在糖尿病组中的检出率较高[8]。另有研究分析了尿液中优势菌群的丰度与尿路感染的发生率，认为尿液中优势菌群的种类及丰度的改变可能是影响女性糖尿病患者出现泌尿系统感染的重要因素[9]。

但限于地区不同及研究样本数量的因素，目前在不同的研究中，女性糖尿病患者尿液样本中所含的优势菌群的检测结果略有不同。目前有研究发现除乳杆菌属外，链球菌属及肠杆菌科在糖尿病女性尿液样本的检测结果中更为常见，研究还提出当糖尿病女性合并有高血压和（或）高脂血症时，尿道微生物群的菌属多样性和数量亦会改变。比如糖尿病合并高血压队列中的优势菌属为普氏菌属、链球菌属、拟杆菌属等，糖尿病合并高脂血症队列的优势菌属则为乳杆菌属、普氏菌属、嗜盐单胞菌属等。该研究还观察到尿液中白细胞介素8（interleukin，IL-8）浓度与尿道菌群组成及丰度也有关联[10]。上述研究结果提示糖尿病导致女性尿路感染的发病率升高，可能是由于糖尿病率先改变了女性尿道的菌群分布，破坏了最佳的生物屏障，从而增加了尿路感染的风险。

3 盲目使用抗生素改变微生物群可增加感染风险

广泛分布于人体内的丰富菌群可以发挥生物屏障的作用，在尿道中检测到的放线菌纲和拟杆菌纲就有可能发挥着保护性作用，抑制致病菌的过度生长[11]。尤其是女性泌尿生殖道中的乳杆菌属，可以干扰尿路致病菌的黏附、生长和定植，被认为在预防泌尿生殖道感染方面发挥着重要作用，盲目使用抗生素将会改变乳杆菌属的丰度，破坏生物屏障，导致具有较强耐药性的致病菌群增多[12]。有研究收集了正在使用抗生素的非尿路感染患者的尿液样本，随后对尿液进行了菌群基因测序，测序结果中的乳杆菌明显减少，而肠杆菌增多，结果印证了抗生素对优势菌群的不良影响，这种菌群丰度的改变则有可能会增加尿路感染的风险[4]。而在进行治疗前，如何更精准地抓住尿路感染的真凶则尤为重要，但也困难重重，因为病原体种类多变且可能相互协同。在研究中对基因测序和传统微生物培养方法进行对比，除二者均可检测到的致病菌外，在培养结果阴性组中依然可以得到丰富的菌群基因检测结果，大幅提高微生物学检测的阳性率。虽然该研究中通过基因测序得出的最高丰度的菌种与传统微生物培养结果高度一致，但传统的实验室微生物培养方法却容易漏掉潜在的协同致病的细菌，比如放线棒菌属、厌氧球菌属、奇异菌属、加德纳菌属、普氏菌属、纤毛菌属、韦荣氏球菌属都属于不易被培养出结果的苛养菌属，其虽然不是主要致病菌，但不同菌种有可能相互配合并增强致病作用，有助于临床医师更全面地了解尿路感染的发病机制[13]。

目前已有体外实验发现阴道加德纳菌与大肠杆菌、粪肠球菌共存时，生物膜上的细菌浓度明显高于单菌种生物膜。而在动物实验中，阴道加德纳菌可以导致膀胱上皮细胞凋亡、脱落和白细胞介素-1 受体介导的肾损伤，这种效应在阴道加德纳菌被清除后却依然存在，结果会加重大肠杆菌感染的潜在致命后果[14]。在临床研究中，通过尿液检测结果对比发现，在某些人群尿液中检测到的史密斯甲烷短杆菌可能与某些肠道细菌共同作用导致尿路感染[15]。总之，通过更全面的检测技术来监测尿道微生物群的分布和变化，有助于更好地监测致病菌的活动情况，有望起到早期预防的作用。且尿道微生物可以提供的信息十分丰富，除微生物群的组成种类外，还可以提供抗菌药物敏感性等方面的信息，对抗感染治疗具有重要指导意义。

在监测女性尿道菌群的研究中，从发病机制到治疗方面，均不再局限于单一致病菌，而临床医师在女性尿路感染的诊治工作中也不应拘泥于仅仅使用抗生素来对抗致病菌，要将诊治的关注点提升到丰富的菌群层面，以此来突破尿路感染诊治中遇到的瓶颈，有望在合理使用抗生素及早期预防方面取得重要进展。

4 改善肠道菌群可能恢复尿道健康微生物群而减少尿路感染复发

恢复健康的尿道微生物群或许是未来尿路感染诊疗领域的重要板块，补充益生菌则可能是调节尿道菌群的关键手段。已有研究支持尿液和肠道中微生物群之间存在紧密联系，提示调节肠道菌群可能是预防或治疗尿路感染的潜在策略[16]。虽然先前有研究随访复杂性尿路感染的女性患者后发现，肠内使用益生菌来预防尿路感染的效果并不理想，但益生菌预防效果欠佳的原因可能归咎于存留时间太过短暂，这可能与不同个体尿道已定植的菌群的复原能力的强弱相关[17]。所幸的是，目前已有个案报道肯定了通过肠道补充益生菌治疗复杂尿路感染的效果。某国外尿路感染患者的尿液及肠道内均培养发现产超广谱β-内酰胺酶肺炎克雷伯菌，通过粪便微生物群移植治疗后，尿路感染得到有效控制[18]。另一位国外的老年女性患有复发性尿路感染，多次检测出产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌以及阴沟肠杆菌、普通变形杆菌、屎肠球菌、雷氏普罗威登斯菌等多种肠道菌种，在接受粪便微生物群移植治疗后9 d，尿路感染症状消失，随后25 个月里未再复发，且未再使用抗生素[19]。一例因膀胱阴道瘘而留置长期耻骨上导尿管的复杂性尿路感染的女性患者，在接受粪便微生物群移植治疗后随访的10 个月内，未再发生尿路感染[20]。一例同时患有艰难梭菌感染和复发性尿路感染的老年女性患者在接受粪便微生物群移植治疗后，肠道菌群中肠杆菌科所占比例明显减低，且随后的一年中未再发尿路感染[21]。另有研究中，10 例复发性复杂性尿路感染女性患者接受了粪便微生物群移植治疗后，整体的尿路感染复发情况虽然并没有得到明显的改善，但多重耐药菌的检测结果较治疗前略减少，且有3 例受试者在治疗后6 个月未再复发[22]。

除单纯补充肠道益生菌外，调节雌激素水平对于绝经后女性患者的复发性尿路感染也可能起到治疗和预防作用[23]。国内研究中使用低剂量雌激素联合抗生素的方案，治疗效果有所提高。另有研究对绝经后女性患者使用小剂量雌激素联合益生菌口服治疗，有效降低了复发性尿路感染的复发率[24]。虽然目前通过改善菌群达到治疗效果的方案仍需要大样本研究进行验证，但其方法可行性高，且补充益生菌鲜有不良反应，值得尝试与推广。

5 潜力十足的宏基因组测序

宏基因组二代测序技术（metagenomics nextgeneration sequencing，mNGS）可以使菌种间的鉴别更精确，而且对厌氧菌、结核分枝杆菌、病毒和真菌的感染，其敏感性和特异性均优于传统实验室培养方法，更有助于高效获取病原学诊断结果[25]。在尿路感染检测方面对比mNGS 与标准细菌培养的研究中，mNGS 不仅能有效地鉴定出尿样中培养结果阳性的优势菌，尿液mNGS 还检测到一些培养结果阴性的菌种，检测结果更加全面。有研究利用mNGS 检测急性单纯性膀胱炎和复发性膀胱炎的尿液菌群，其菌群多样性及丰度差异明显，与传统的尿培养方法相比，尿液mNGS 更有助于鉴别诊断，可显著提高诊断的准确性[26]。除此之外，mNGS 可以检测病菌如大肠杆菌的β-内酰胺酶基因，以及病菌的毒力因子相关基因，提供的结果更加精准[27]。

但mNGS 同样拥有检测结果“过于全面”的困扰。比如尿液中利用mNGS 最终检测到的诸多细菌中，如何判断是尿液中原有的，还是采样过程中污染的。再比如，既然考虑不同菌种之间可以协同致病，但究竟是哪几种则需要谨慎鉴别[28]。

6 讨论

女性由于自身生理结构特点，使得泌尿道、生殖道及消化道的微生物分布联系紧密，不仅如此，受女性随年龄出现激素水平变化、慢性病如糖尿病或高脂血症等致尿液成分变化等的影响，女性尿路微生物群多样性特点更加复杂，宿主与微生物群之间的相互作用需要更多的实验研究，尤其是宿主免疫反应相关的研究。当女性发生尿路感染时，有赖于新一代基因测序技术，临床医师对致病菌的认识不断发生转变，诊疗中更全面地关注多个菌种的共同作用，以及原驻菌群发生改变后产生的潜在影响，并通过监测菌群的变化，更精确地把握尿路感染的起病、进展及预后情况。但出现尿路感染后，尿道微生物群的组成及丰度变化情况尚无大数据支持，需要更多的研究来找出与尿路感染易感性关系紧密的菌群特点。对于复杂性尿路感染，未来抗生素或许不再是主要治疗方法，且频繁使用抗生素只会增加更多耐药菌的出现，如何有效地恢复尿道健康的微生态环境或将是未来治疗复杂性尿路感染的重要研究方向。而宏基因测序技术或许可以作为探索新领域的有力助手。

虽然目前国内专家共识表示，对于常规微生物学检查容易明确病原体的感染，如尿路感染，暂不建议首选mNGS，但如果临床考虑感染严重并可能危及生命，则建议常规检查的同时开展mNGS[29]。因此，当老年糖尿病女性罹患复杂性尿路感染时，急诊医师可凭借mNGS 的高效性和高敏感性，尽早获得病原学诊断结果，而且更有利于验证微生物种群致病的现象[30]，有利于急诊医师更全面地分析致病菌群，据此临床医师有望更早更合理地使用抗生素，从而有可能降低病情发展至脓毒症休克的风险。但在mNGS 的帮助下最终能否降低复杂性尿路感染的老年女性患者的病死率，尚需要大样本的研究证实。

7 总结与展望

虽然标准尿液细菌培养仍将作为女性尿路感染的急诊临床工作中的重要工具，但随着检测技术的不断优化，在宏基因组测序的帮助下，女性尿道的微生态健康将逐渐被临床医师所重视。尤其是老年女性罹患复杂性尿路感染的诊治方面，新技术可提供更加全面且精准的检测数据，将监控及预防赋予更多的权重，有助于减轻临床医师的工作负担，并对优化治疗提供更多思路。