2023, Vol. 18
2. 复旦大学生命科学学院, 上海 200438;
3. 复旦大学附属华山医院感染科，上海 200040
2. School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200438, China;
3. Department of Infectious Diseases, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China
人体微生物组包含细菌组、真菌组、病毒组等。人类阴道微生物组(vaginal microbiota, VMB)在维持人体健康和微生态平衡方面起着至关重要的作用，乳杆菌(Lactobacillus)通常是阴道微生物组(VMB)中最丰富的分类群，以乳杆菌为主的VMB是女性生殖道健康的标志，它们通过产生乳酸、细菌素和生物表面活性剂来维持阴道的酸性环境，并防止外源性的细菌和病毒入侵，从而维持内稳态、降低疾病风险[1]。宫颈癌(cervical cancer，CC)是女性常见的恶性肿瘤，2023年加泰罗尼亚肿瘤研究所/国际癌症研究署(Catalan Institute of Oncology/International Agency for Research on Cancer，ICO/IARC)中国关于人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)疾病的报告显示，我国98%的女性宫颈癌是由高危HPV持续感染引起的，在15~44岁的女性当中，宫颈癌的发病率和致死率位于女性肿瘤的第3位，2020年有109 741名妇女被诊断出患有宫颈癌，59 060人死于该病[2]。尽管有HPV疫苗，但由于中低收入国家的免疫接种率低以及全球缺乏足够的CC筛查，预计未来30~50年CC的负担仍然很大[3]。越来越多的证据表明，阴道微生态失调可能在HPV感染和宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)的进展中起刺激作用，从而导致CC，但很少有驱动这些关联的机制研究[1, 4]。本综述重点讨论VMB中研究较为深入的细菌组、HPV持续感染和宫颈病变之间的关系及病因，旨在寻找VMB相关疾病的新靶点来管理HPV相关妇科疾病，从而在临床实践中改变潜在的风险因素，并指导临床对相关疾病进行治疗。
1 阴道微生物组概述 1.1 阴道微生物的组成及分类VMB的组成通常通过16S rRNA基因扩增子的测序来确定，大多数育龄妇女的VMB可分为5种群落状态类型(community state types，CSTs)，其中4种以单一种类的乳杆菌为主，分别为以卷曲乳杆菌(L.crispatus)、格氏乳杆菌(L.gasseri)、惰性乳杆菌(L.iners)、詹氏乳杆菌(L.jensenii)为主导菌的CST Ⅰ型、CST Ⅱ型、CST Ⅲ型、CST Ⅴ型。Ravel等[5]的研究指出，75%的VMB以乳杆菌为主。第5种是基于乳杆菌的消耗和异质厌氧菌群主导的更为复杂的CST Ⅳ型。VMB中最丰富的乳杆菌属物种是L. iners和L. crispatus，其次是L. gasseri和L. jensenii。L. crispatus、L. jensenii和L. gasseri产生过氧化氢，L. crispatus与较低的阴道pH值有关，在白色人种女性中可遗传[6]。此外，与其他阴道乳杆菌相比，L. iners基因组更小，产生溶细胞素，不产生过氧化氢及D-乳酸，这可能导致L. iners占主导地位的群落不如其他乳杆菌占主导地位的群落稳定且经常过渡到CST Ⅳ型[7]。25%的女性的VMB被归类为CST Ⅳ型，这些女性经常被诊断出患有细菌性阴道病(bacterial vaginosis，BV)，流行病学研究表明，这些非乳杆菌为主的群落增加了性传播感染(sexually transmitted infections，STI)疾病的风险，并与自发性早产相关，表明它们的保护性可能较低，不是最佳的阴道微生态，但尚未详细阐明这些流行病学关联的机制[8]。CST Ⅳ型微生物的组成并非单一形式，可以采取多种组成方式，包括普雷沃菌(Prevotella)、小杆菌(Dialister)、阿托波菌(Atopobium)、加德纳菌(Gardnerella)、巨型球菌(Megasphaera)、Peptoniphilus、Sneahtia、Eggerthella、气球菌(Aerococcus)、Finegoldia、动弯杆菌(Mobiluncus)和L.iners等[6, 8-9]。最近建立的VIRGO数据库允许使用宏基因组和宏转录组数据在亚种水平上对阴道细菌进行分类。这些分类方法是基于高通量测序技术或基因谱的生物信息学分析对VMB进行分类[6]。表 1为5种VMB群落的相关分布及特征。
| VMB communities | Dominant bacteria | Disease associations | Characteristics of dominant bacteria |
| CST Ⅰ | L.crispatus | Stable, healthy vaginal microecology | The most abundant genus Lactobacillus, producing hydrogen peroxide, lower pH |
| CST Ⅱ | L.gasseri | Stable, healthy vaginal microecology | The more abundant genus Lactobacillus, producing hydrogen peroxide |
| CST Ⅲ | L.iners | Unstable, prone to transition to CST Ⅳ | The most abundant Lactobacillus genus, with a small genome, produces cytolysin and does not produce hydrogen peroxide and D-lactic acid |
| CST Ⅳ | G.vaginalis, BVAB1, etc | BV, STI | 25% of women’s VMBs are classified as CST Ⅳ |
| CST Ⅴ | L.jensenii | Stable, healthy vaginal microecology | The more abundant genus Lactobacillus, producing hydrogen peroxide |
阴道微生物组、人体自身免疫力、内分泌系统和生殖道解剖结构共同组成了女性的阴道微生态，阴道微生态是一个非常灵敏的系统，在受到内源性和外源性因素影响时呈现明显的动态变化[10]。阴道黏膜免疫系统具有黏膜屏障作用，还可通过淋巴细胞、间质成纤维细胞等发挥免疫调节作用。阴道分泌物中的黏液包含多种免疫调节分子，包括细胞因子、抗菌蛋白酶等，在防御阴道感染中起主要作用[8, 11]。
雌激素是维持VMB的关键宿主因素，较高水平的雌激素与VMB的稳定性正相关，可促进阴道健康。种族对育龄期女性VMB组成亦有重要影响。在白色人种女性中最占优势的分类单元通常是L. crispatus，而在亚裔、西班牙裔和黑人女性中普遍存在L. iners[6]。此外，生活方式可以改变VMB，包括饮食、性活动、卫生习惯、抗生素使用、避孕药具、吸烟、压力和肥胖[7]。在一项分析吸烟者和非吸烟者VMB的研究中，CST Ⅳ型为主导的女性吸烟的可能性是CST Ⅰ型女性的25倍[12]，此外，对542名韩国女性阴道微生物群与肥胖关系的研究发现，宿主肥胖显着增加了与普雷沃氏菌相关的阴道微生物群的多样性[13]。更有研究表明怀孕期间暴露于压力的女性阴道乳杆菌相对丰度显着降低，且这些失调群落有可能在生产时传播给后代[14]。Nelson等[15]通过一项调查代谢组学分析的后续研究进一步评估了这一结果，他们认为阴道生物胺，包括胍丁胺、尸胺、腐胺、色胺和酪胺，可能有助于改变VMB。
2 阴道微生态与HPV感染和宫颈病变的相关性 2.1 VMB改变对HPV易感性的影响当乳杆菌从阴道中减少或消失时，由于其他潜在致病菌的过度生长，VMB多样性增加，免疫失衡会导致一系列症状，包括瘙痒、灼热、不适和炎性分泌物增多等阴道症状，临床诊断为BV。BV特征细菌在生殖道中定植，涉及的厌氧菌产生多胺和其他分子，可促进阴道和宫颈上皮细胞上调促炎细胞因子的表达，从而帮助性传播病原体逃避黏膜免疫屏障，这可能是乳杆菌贫乏微生物群和BV患者对性传播疾病(包括HⅣ)易感性增加的一种机制[16]。阴道微生态失调与HPV感染风险增加有关，但该领域缺乏纵向研究。在一项荟萃分析中，相较于L. crispatus，以非乳杆菌或L. iners为主的群落状态类型与HPV患病率呈正相关[1]。瑞典的一项研究指出，相比于HPV未感染人群，HPV感染组(特别是高危型HPV感染和HPV不同型别的多重感染)女性阴道微生物群中BV相关细菌1 (bacterial vaginosis associated bacteria1，BVAB1)、BVAB2、Sneathia、Prevotella和Megasphaera更普遍。此外，在这项研究中，BVAB1几乎只存在于HPV阳性的年轻女性的阴道微生物群中[17]。普雷沃菌属(Prevotella spp.)和纤毛菌属(Leptotrichia spp.)在高危型HPV感染的女性中携带率更高[18]。此外，鉴于BV生物膜形成与病毒持续感染的关联，有研究提出将阿托波菌属(Atopobium spp.)和阴道加德纳菌(G. vaginalis)中的唾液酸酶基因作为HPV持续感染的潜在生物标志物[19]。Chen等[20]提出，将双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.)、芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、梅加斯法菌属(Megasphaera spp.)、斯内西菌属(Snethia spp.)、普雷沃菌属(Prevotella spp.)、加德纳菌属(Gardnerella spp.)、Fastidiospila spp.和Dialister spp.作为我国非妊娠女性高危型HPV感染的生物标志物。VMB已成为HPV感染、宫颈癌前病变和CC发生的重要影响因素之一，此外，HPV持续感染促进宫颈病变的危险因素包括病毒载量、病毒DNA与宿主细胞DNA的整合、合并人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HⅣ) 感染、免疫抑制和烟草使用等。将来，应开展调整混杂因素的纵向研究，进一步评估非稳态阴道微生物群中HPV感染的风险，描述阴道微生物组与HPV风险之间的关系。
2.2 VMB在CIN及CC发展中的作用多项研究显示，VMB、HPV感染和CIN之间存在相关性。Mitra等[21]开展了一项前瞻性纵向研究，纵向跟踪了16~26岁被诊断为CIN2的年轻女性。该研究表明，基线时VMB中以乳杆菌为优势菌的女性在12个月时更可能出现CIN2消退。乳杆菌的耗竭和某些特定厌氧菌的存在(包括Megasphaera、普雷沃菌和加德纳菌)与CIN2的持续和缓慢消退相关。Mitra等[22]针对103名女性的研究发现，CIN的局部手术切除降低了抗菌肽(antimicrobial peptide，AMP)的水平，但不能改变VMB的组成和细胞因子水平。这意味着发生CIN的女性阴道天生倾向处于VMB高度多样性的促炎环境中，这种环境不能通过手术切除病变和HPV清除来纠正。这可能是促使这些妇女易持续感染HPV并最终发生宫颈癌的因素之一。相反，Caselli等[23]则指出，CIN的手术治疗能够调节阴道微生物组，手术治疗后观察到完全不同的VMB组成，表现为CST-Ⅰ型占比明显增加，CST-Ⅳ占比下降，在物种水平上，L. crispatus相对于其他物种的增加，这些支持L. crispatus在高危型HPV根除中发挥了保护作用以及积极的临床效果。虽然不同研究的结果有差异，但乳杆菌可降低宫颈细胞的通透性，使得宫颈内IL-6和IL-8的水平显著降低，减少炎症反应，抑制宫颈癌细胞的生长，而增强VMB多样性的菌群(Sneathia等)可表达与宫颈细胞黏附及毒性相关的基因，损伤宫颈及上皮细胞，从而引起HPV感染和高级别宫颈上皮内瘤变。
2.3 VMB与HPV感染和宫颈病变相互作用的潜在机制近期对宫颈微生物群的研究主要集中在其与宫颈癌的关系上。与宫颈微生物组类似，HPV感染和CIN患者体内的VMB更复杂，并包含更高丰度的生态失调相关类群，如Sneathia和G. vaginalis。由于阴道和宫颈距离很近，两者的微生物群组成相似，若在宫颈癌的发展过程中表现出相似的变化也就不足为奇[24]。一方面致病菌引起的慢性炎症会产生亚硝胺等致癌物，另一方面微生物毒素的产生也会导致细胞信号传导的抑制或激活，引起相应的病变[4]。临床研究观察到，VMB的多样性与宫颈癌前病变的严重程度正相关。从机制上讲，一些宿主防御肽可以抑制阴道致病性细菌的生长，但可为乳杆菌提供能量来源，HPV E7蛋白可通过NF- β - κ B和Wnt/ β -catenin信号通路抑制利于乳杆菌生长的防御肽的分泌，导致阴道pH值升高，这将促进阴道致病菌的生长，引起VMB的结构变化。这表明HPV可以通过抑制乳杆菌来调节VMB并改变阴道环境[25]。HPV持续感染是CC发展的高危因素，宿主免疫应答在HPV控制中发挥重要作用，虽然免疫机制尚未完全阐明，但存在炎症浸润证据。有研究表明，宫颈HPV感染可引发免疫反应，包括Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)和自然杀伤细胞的激活，促炎细胞因子和趋化因子的释放以及炎症浸润，这些反应对病毒清除至关重要[4]。Moscicki等[26]在对感染HPV 16并清除的女性的纵向研究中证实了这些假设，在清除后其立即观察到细胞因子水平显着提高，特别是IFN γ、ILs-4、ILs-5、ILs-10、ILs-12、IFN α -2、MIP-1 α和肿瘤坏死因子(TNF), 这是成功抗病毒反应的证据，几个月后测量时，这些细胞因子的水平恢复到基线水平。在CIN中，HPV DNA整合到宫颈上皮细胞的染色体中，诱导宫颈上皮细胞的异型增生，从而导致CC。Gardnerella、L. iners、A. vaginae、Mycoplasma、Sneathia和Fusobacterium等大部分与VMB的生态失调相关，并在BV中产生毒力因子，这些微生物的过度生长损伤了上皮细胞和粘膜屏障的完整性，从而利于HPV攻击宫颈上皮细胞，引起局部炎症并参与包括CC在内的妇科肿瘤病程进展。
3 结语目前仍缺乏从机制方面阐释HPV感染与VMB相关的临床前动物研究，这可能与HPV肿瘤模型欠佳以及动物难以模拟人类VMB有关[27]。虽然，开发合适的细胞模型来研究HPV一直具有挑战性，但30年前发现潜在感染的角质形成细胞经培养后可分化为永生角质形成细胞系，借此可在“HPV感染”模型中监测HPV生命周期[28]。Lev-Sagie等[29]曾建议用益生菌或阴道微生物群移植来调节VMB，这可能代表了一种新的治疗方式。深入的纵向宏基因组和宏转录组学研究有助于阐明VMB作为疾病微生物标志物在引起局部炎症反应以及介导宫颈病变中的作用机制，这可能为开发新的预防和治疗药物提供合理的依据。
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