宫颈HPV感染与阴道微生物及其代谢产物相关性的研究进展

熊 露 桂 涛 樊旭梅 万贵平▲

1.南京中医药大学附属中西医结合医院妇产科，江苏南京 210028；2.江苏省中医药研究院，江苏南京 210028

人乳头瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染会导致生殖道黏膜增生性病变，是绝大多数宫颈癌的致病因素。80%女性一生中感染过HPV，但大部分在短期内可自行消退[1]。HPV感染和宫颈病变受多因素调控，因此阐明其潜在机制、驱动机体清除病毒是诊治HPV感染的关键。

女性生殖道中的阴道微生物（vaginal microbiomes，VM）是抵御外源性致病因素的重要屏障，对女性不孕症、生殖道感染、内分泌代谢疾病等有重要影响[2]。近年来研究发现，VM及其代谢产物具有抗病毒和抗肿瘤效应，HPV感染和宫颈病变可能影响VM群落特征和代谢途径。探讨VM及代谢产物与HPV感染的相关性，阐明因果关系及调控机制，对防治HPV感染意义重大。

1 VM与HPV感染及宫颈病变的关系

Ravel等[3]确立了5种不同群落状态类型（community state types，CST），CST Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ分别以脆性乳杆菌、加氏乳杆菌、惰性乳杆菌和詹氏乳杆菌为主，CST Ⅳ缺乏乳杆菌，以大量严格厌氧菌为主。正常女性VM大多以乳杆菌属为主，乳杆菌具有维持阴道低pH值，抑制细菌黏附生长，保护黏膜屏障功能等作用[4]。细菌性阴道病（bacterial vaginosis，BV）与CST Ⅳ表现出缺乏乳酸杆菌、Nugent评分7～10分、高阴道pH值（＞4.5）的生物学特征符合，因此BV可以认为是病理状态下的CST Ⅳ。

1.1 VM异常对宫颈HPV感染的影响

健康人群和HPV感染人群VM组成存在差异。VM组成和分布差异可能影响HPV感染的结局。

优势菌种改变可能导致HPV持续感染和宫颈上皮内瘤变（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）。以非乳杆菌属或惰性乳杆菌为优势菌种的女性HPV感染率、清除率和CIN发生率均大幅度升高[5-7]。BV是HPV感染和CIN的危险因素。Huang等[8]表明BV加重与HPV阳性率升高和CIN进展均呈正相关，但致病机制尚不明确。阴道加德纳菌是BV相关细菌中与HPV感染最密切的细菌之一。Lin等[9]报道称阴道加德纳菌为优势菌群的女性高危型HPV感染率高达72.73%。致病机制可能与阴道加德纳菌黏附于阴道上皮细胞形成致密的生物膜，抑制黏膜屏障免疫球蛋白A的作用有关，或因其产生大量黏蛋白酶损害黏膜屏障结构和功能。另外，阴道加德纳菌分泌的溶细胞素能直接破坏正常上皮细胞，使阴道上皮丧失完整性。因此BV可能通过破坏黏膜屏障，促进病毒黏附和侵袭，增加HPV易感性。另外，阴道加德纳菌中唾液酸酶在HPV持续感染中显著升高[9]。唾液酸酶不仅可以水解黏膜唾液酸聚糖中的唾液酸残基，导致上皮细胞溶解，还能参与形成包裹厌氧致病菌的生物膜，有利于BV和HPV病毒长期共存。

5种群落状态中CST Ⅲ和CST Ⅳ与HPV感染和宫颈病变进展相关性最高。CST Ⅰ与病毒快速清除相关，HPV不易长期存在于CST Ⅱ和CST Ⅴ中[10-11]。不同群落状态的抗病毒能力有差异，原因可能是CST Ⅱ和CST Ⅴ的优势菌种诱导产生高浓度IFN-γ，能有效清除病毒[11]。相反CST Ⅲ环境中，Eotaxin、MCP-1、IL-7、IL-9和IL-15等细胞因子减少可能导致抗病毒效果减弱[10]。另外CST Ⅳ相关细菌可能通过诱发炎症因子升高而损害抗病毒效应[11]。CST Ⅱ和Ⅴ可能通过协助免疫细胞绕过病毒逃逸机制清除HPV，而CST Ⅲ和CST Ⅳ可能抑制免疫功能使病毒长期存在。

1.2 宫颈HPV感染对VM的影响

HPV感染可能导致BV持续以及VM群落特征改变，例如群落状态转化、特征菌改变、多样性增加等。

HPV感染导致普雷沃菌属、芽孢杆菌属、纤毛菌属、巨球菌属、链球菌属和厌氧球菌属的相对丰度明显上升[12-13]，以及放线菌门、变形菌门和拟杆菌门丰度上升[14]。HPV感染后菌群大多表现为乳酸杆菌减少和厌氧菌丰度增加。但在不同种族、年龄、地域等的人群研究中，门、属、种多个分级上都未筛选出一致的HPV感染特征菌。对于宫颈病变是否造成菌群多样性增加，目前已有结论也存在争议。有学者认为HPV感染导致阴道菌群的丰富度和多样性增加与宫颈病变无关[13]，但也有学者揭示了随着宫颈病变加重，菌群多样性会随之增加[15]。群落状态方面，HPV感染和CIN进展均能导致BV和CST Ⅳ的发生率和持久性增加[16-17]。不仅如此，HPV感染可能造成群落状态的转变，例如Xu等[18]研究表明HPV感染可以促使CST Ⅲ转变为CST Ⅳ。

上皮细胞和免疫细胞产生的抗菌肽具有杀菌和免疫调节功能。HPV感染能降低抗菌肽浓度导致菌群失调。Lebeau等[17]发现HPV感染导致御素肽 HβD1、HβD2、HβD4、HD-5、HD-6、钙卫蛋白S100A7和弹力蛋白表达下调。HPV E7癌蛋白与NF-κB和Wnt/β-catenin信号通路上NEMO、CK1和β-TrCP之间相互作用，极大程度抑制宿主防御素的表达。但目前HPV感染调控VM的机制研究较少，有待进一步探索。

2 VM代谢产物对HPV感染和宫颈病变的影响

2.1 乳酸和H2O2

乳酸可以提高宫颈黏液捕捉病毒颗粒的能力，抑制HPV进入基底细胞。脆性乳杆菌能同时产生D-和L-乳酸，抑菌活性、抗菌谱和抗定植能力最优。惰性乳杆菌缺乏编码D-乳酸脱氢酶的基因，只能产生酸性和抑菌能力较弱的L-乳酸，形成适宜病毒附着的理化环境[19]。因此即使都是以乳杆菌为优势菌群，CST Ⅲ常常与HPV感染和宫颈病变进展有关[18]，HPV阴性或HPV快速清除的女性群落状态为CST Ⅰ[10，20]。此外，乳酸具有抗癌特性。Pawar等[21]报道称乳杆菌衍生的L-乳酸，能明显抑制HPV阳性的宫颈癌细胞增殖活性。不仅证明VM代谢产物具有调控HPV感染和宫颈病变的潜力，还说明乳杆菌和其代谢物可以作为潜在生物疗法辅助HPV防治。

H2O2具有阻断宫颈病变进展的潜能。H2O2可以诱导恶性细胞的选择性凋亡以及细菌蛋白质变性失活[22-23]。目前H2O2和HPV感染之间相关性的研究较少。但因H2O2具有广谱灭菌作用和抗肿瘤特性，在HPV感染和宫颈病变领域可深入探索。

乳杆菌产生乳酸和H2O2维持阴道低pH，不利于杂菌定植和病毒侵袭。生理浓度的乳酸酸化阴道分泌物至pH＜4，能增强H2O2活性和细菌素产生，抑制HPV病毒等机会性感染[24]。阴道高pH值诱导生殖器炎症导致HPV持续存在。HPV感染也能改变阴道的酸性环境促进BV细菌爆发[25-26]。Łaniewski等[27]发现阴道pH＞4.5与宫颈病变严重程度相关，pH值异常比例随宫颈病变程度加重逐渐增加。

2.2 小分子代谢产物

不同细菌的代谢途径有差异，VM改变可能通过影响氨基酸、核苷酸和脂质代谢与HPV感染和宫颈病变建立相关性。

①VM群和阴道pH值的变化主要依赖于氨基酸代谢改变，CST Ⅳ影响能量代谢和氧化应激，导致代谢产物中出现相关氨基酸和二肽减少（烟酰胺、琥珀酸盐、半胱氨酰甘氨酸、半胱氨酰等）[28-30]。在HPV感染中能观察到同类氨基酸代谢异常。CSTⅣ合并HPV感染女性阴道分泌物中，氧化型和还原型谷胱甘肽浓度均降低[31]。总谷胱甘肽消耗可能与氧化应激有关，氧化应激副产物对宫颈细胞造成不可逆损害，可能成为HPV致癌和持续存在的驱动因素。②核苷酸具有抗炎和抑制细菌黏附作用。核苷酸代谢与乳酸杆菌丰度呈正相关，CST Ⅳ对其会产生不利影响[29]。因此CST Ⅳ可能扰乱核苷酸代谢造成黏膜黏附和免疫功能减弱，导致HPV易感、再发和持续存在。③脂质代谢与生殖器炎症和宫颈病变密切相关。脂代谢异常可以增强微生物群与宿主之间的串扰致其促癌活性增加。目前研究认为BV与鞘脂和长链不饱和脂肪酸相关性最高。缩醛磷脂和长链多不饱和脂肪酸的脂质代谢产物是炎症因子的前体，也是细胞基因表达异常的诱导剂[30]。正如Ilhan等[29]报道称不同的宫颈病变程度代谢产物的特征虽然有差别，但代谢产物异常均与脂质相关：高级别鳞状上皮内病变患者缩醛磷脂、鞘磷脂、磷脂酰胆碱和长链多不饱和脂肪的代谢产物明显增加；而宫颈癌患者3-羟基丁酸酯、二十碳烯酸酯和油酸/油酸酯明显升高。

BV和HPV感染患者VM代谢异常还体现在生物胺蓄积和乳杆菌丢失。BV患者阴道分泌物中致癌生物胺升高，可引起宫颈上皮细胞转化、脱落等异常变化。大部分阴道乳杆菌属暴露在腐胺条件生长速度减慢，脆性乳杆菌生长还受到尸胺和酪胺的负面影响[32]。研究证明HPV感染女性阴道分泌物中生物胺浓度也明显增加[31]。生物胺能影响乳杆菌定植，增加BV女性HPV感染率，其机制可能与阴道上皮细胞被破坏，破坏黏膜屏障功能，增加HPV感染和持存在染的风险相关[32-33]。不过目前暂未发现微生物代谢与HPV感染和宫颈病变相关的生物标志物。探究HPV感染与VM小分子代谢途径相关的致病机制，寻找代谢产物相关治疗靶点是未来研究的新方向。

3 小结与展望

BV和缺乏乳杆菌优势是HPV感染的危险因素。HPV感染也可能造成VM变动和代谢紊乱，二者之间相互影响推动疾病进展。VM和代谢产物可能通过提高黏膜捕获病毒能力和改变局部免疫功能，调控病毒易感性、存在时间以及宫颈病变程度。与此同时，HPV感染可能造成健康VM群落消失和代谢途径、代谢产物的改变。异常菌群和代谢环境和HPV病毒相互作用进一步刺激宫颈细胞，可能成为驱动CIN进展的因素。虽然目前尚无研究阐明HPV感染和VM的因果关系，但通过治疗BV及纠正微生物代谢紊乱是未来治疗HPV感染的新方向。利用乳杆菌和乳杆菌代谢物防治HPV感染和CIN前景可观。

目前有关VM与HPV病毒持续感染之间相关性的研究设计多为横截面研究、小样本调查、回顾性分析等，未来重点应关注阴道菌群特征及代谢途径对HPV病毒感染-持续-清除各阶段影响的具体调控机制。另一方面，女性VM组成存在个体化差异，目前尚未有研究发现HPV感染相关生物标志物。因此迫切需要利用新兴技术寻找个体化治疗靶点，提出个性化诊疗方案和防控措施，以实现精准医学目标。