腸道菌群經(jīng)腸-腦軸參與多囊卵巢綜合征發(fā)病機制的研究進展

陳志靜 歐燕蘭 楊瀅 李荔

廣東省婦幼保健院暨廣州醫(yī)科大學(xué)附屬廣東省婦兒醫(yī)院1婦產(chǎn)科，2體檢科（廣州510010）

多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）是育齡女性常見的內(nèi)分泌和代謝性疾?。?］，是一種臨床表現(xiàn)多樣，以月經(jīng)稀發(fā)、不孕、高雄激素血癥及卵巢多囊樣改變?yōu)橹饕憩F(xiàn)，伴有以胰島素抵抗為基礎(chǔ)的多種糖脂代謝異常，同時可增加2 型糖尿病、心腦血管疾病、子宮內(nèi)膜癌、焦慮癥及抑郁癥等遠期并發(fā)癥［2-3］。根據(jù)國內(nèi)外的報道PCOS 在育齡女性中的患病率為5%～10%［4］，而PCOS 也是無排卵女性不孕的主要原因。因此，積極尋找PCOS 的發(fā)病機制，可為臨床治療提供新的靶點，并有效解決患者生育障礙及相關(guān)近、遠期并發(fā)癥。

PCOS 病因尚不清楚，既往認為PCOS 與遺傳及環(huán)境等因素有關(guān)，但缺乏有效的防治策略。目前PCOS 發(fā)病機制研究已成為婦科內(nèi)分泌領(lǐng)域最為復(fù)雜的研究熱點之一。近幾年國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群紊亂與PCOS 存在密切相關(guān)，腸道菌群多樣性的紊亂可能通過改變短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等小分子的產(chǎn)生，經(jīng)神經(jīng)及體液系統(tǒng)上傳信號至大腦中樞（包括下丘腦及垂體），最終導(dǎo)致促性腺激素及性激素分泌異常［5-6］。因此，筆者總結(jié)近年來腸道菌群在多囊卵巢綜合征中的相關(guān)研究，認為腸道菌群可能通過腸-腦軸參與PCOS發(fā)病，提供了一個新視角重新認識PCOS 的發(fā)病機制。

1 腸道菌群概述

腸道微生物的數(shù)量由消化道的近端到遠端逐漸增加，其總數(shù)量是1014個，相比人體細胞總數(shù)高出10 倍［7］。腸道內(nèi)環(huán)境主要由厭氧細菌控制，微生物與宿主之間的共生關(guān)系構(gòu)成了一個復(fù)雜和動態(tài)變化的生態(tài)系統(tǒng)。在過去的十幾年里，人類的研究打開了腸道微生物世界的大門，隨著糞菌檢測技術(shù)的興起和發(fā)展，人類逐漸了解到胃腸道內(nèi)微生物對人體的重要性。盡管腸道內(nèi)微生物存在個體差異，但其中占主要地位的是4 種，包括：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門［8］，而腸道微生物群落的多樣性是維持腸道內(nèi)免疫和腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。

由于人體胃腸道內(nèi)存在大量腸道微生物，所以了解腸道菌群在人體健康中的作用非常必要。影響腸道菌群組成的諸多因素中，有飲食［9］、年齡［10］、疾?。?1］、治療［12］和宿主遺傳學(xué)［13］等，其中飲食為主要影響因素。微生物菌落失衡會擾亂人體生理狀態(tài)，從而導(dǎo)致各種疾病，如結(jié)腸癌、炎癥性腸病、腸易激綜合征、肥胖、糖尿病及心血管等疾病。隨著對腸道菌群深入研究，腸道微生物對人體健康的重要性也逐漸被大家重視。

2 腸-腦信號軸

腸-腦軸最初在神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病中被大量報道，是一個雙相調(diào)節(jié)的信號通路［14］，其機制尚不明確，但在腸道菌群與疾病中發(fā)揮重要作用。隨著研究工作的深入，學(xué)者們已逐漸重視腸-腦軸在人肥胖［15］、胰島素抵抗［16］、2 型糖尿病［17］及PCOS［6］等代謝疾病中的作用。腸-腦軸的調(diào)節(jié)可分為兩部分，腸道菌群對中樞系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及中樞系統(tǒng)發(fā)出信號調(diào)節(jié)胃腸道的作用。

2.1 腸道菌群對中樞神經(jīng)系統(tǒng)自下向上的調(diào)節(jié)腸道菌群對中樞神經(jīng)系統(tǒng)自下向上的調(diào)節(jié)，目前認為主要包括神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫信號3 條相互作用的通路［14］。微生物及其代謝產(chǎn)物產(chǎn)生包括SCFA、腦腸肽、神經(jīng)遞質(zhì)及炎癥因子等［18］作為信號通路的起始因子，最初通過腸內(nèi)分泌細胞、腸嗜鉻細胞及免疫系統(tǒng)，也有分子直接通過腸道黏膜屏障進去循環(huán)，然后經(jīng)迷走神經(jīng)或體液循環(huán)等傳遞信號誘導(dǎo)中樞反應(yīng)［17］，從而控制人體的攝食反應(yīng)及物質(zhì)代謝。

2.2 大腦中樞對腸道菌群自上而下的調(diào)節(jié)大腦中樞對腸道菌群自上而下的調(diào)節(jié)，其中下丘腦弓狀核可整合信號在控制能量攝入及消耗中起著重要作用［19］，主要通過多條路徑與胃腸道相通，包括自主神經(jīng)系統(tǒng)、下丘腦-垂體-腎上腺軸和交感神經(jīng)-腎上腺軸和下行的單胺能途徑［20］，占主要地位的是自主神經(jīng)，其調(diào)節(jié)胃腸道內(nèi)的神經(jīng)叢控制著胃腸道的功能。胃腸道的交感神經(jīng)節(jié)后神經(jīng)不僅能引起腦腸肽，包括Ghrelin、縮膽囊素、胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptides，GLP）及多肽YY（peptide YY，PYY）等，控制葡萄糖和脂質(zhì)的吸收及人體代謝的作用；而且也參與胃腸道黏膜免疫調(diào)節(jié)，從而控制著腸道內(nèi)環(huán)境的平衡及腸道菌群的分布。

3 腸道菌群與PCOS

3.1 腸道菌群紊亂與肥胖PCOS 肥胖患者的患病率占30% ～60%［21］。肥胖的PCOS 患者常常合并胰島素抵抗（IR），兩者能加重PCOS 高雄激素血癥和代謝紊亂，導(dǎo)致生殖、內(nèi)分泌等紊亂［22］。肥胖與高脂飲食有關(guān)，高脂飲食能改變胃腸道革蘭氏陰性菌的組成，增加（LPS）、減少（SCFA）產(chǎn)生以及改變腸道通透性。有文獻報道，肥胖患者體內(nèi)腸道菌群紊亂可導(dǎo)致LPS 產(chǎn)生并改變腸道黏膜的滲透性，作用于腸上皮細胞表面的toll 樣受體激活核因子κB 途徑誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)［23-24］，這與PCOS 患者體內(nèi)的慢性炎癥激活狀態(tài)密切相符［25］。另外，MUSCOGIURI 等［15］發(fā)現(xiàn)腸道菌群中擬桿菌門類數(shù)量與糞便中SCFA 的濃度直接相關(guān)，而SCFA 通過與G 蛋白偶聯(lián)受體相互作用，刺激外周神經(jīng)影響腸道及脂肪吸收。

3.2 腸道菌群紊亂與胰島素抵抗PCOS 患者胰島素抵抗占50%～70%［26］，IR 和高胰島素血癥是PCOS 患者重要的病理生理改變。高胰島素血癥能影響卵泡膜細胞和間質(zhì)細胞過多增生、抑制肝臟的性激素結(jié)合球蛋白合成，從而導(dǎo)致高雄激素血癥。在肥胖與胰島素抵抗中，腸道菌群失衡破壞腸道粘膜屏障及LPS 等炎癥因子增多，激活toll樣受體4/應(yīng)激活化蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK），能使胰島素受體底物-1 絲氨酸307磷酸化，并激活細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激酶，從而引起肝臟和肌肉胰島素信號的下調(diào)，導(dǎo)致胰島素抵抗［27-28］。有實驗發(fā)現(xiàn)伴糖脂代謝異常的小鼠體內(nèi)變形桿菌門和擬桿菌門減少、厚壁菌門增加，經(jīng)抗生素治療后代謝異常逆轉(zhuǎn)、糖耐量敏感性增高，同時移植代謝異常小鼠的腸道菌群至正常小鼠，能增加后者的體重及胰島素抵抗［27］。另有研究［29-30］證明通過糞菌移植或補充益生菌治療胰島素抵抗及PCOS女性，腸道菌群產(chǎn)生SCFA增多、LPS減少，GLP-1和PYY 分泌增加上調(diào)胰島素的分泌，也能刺激調(diào)節(jié)性T 細胞產(chǎn)生發(fā)揮抗炎作用，從而改善胰島素的敏感性、LH 及性激素水平［6，31］。

3.3 腸道菌群紊亂與高雄激素血癥高雄激素血癥是PCOS 重要臨床表現(xiàn)之一。高雄激素血癥能使卵泡發(fā)育成熟障礙及卵泡壁過度增生，引起卵泡閉鎖，造成排卵障礙［32］。SHERMAN 等［33］發(fā)現(xiàn)因妊娠晚期暴露在高雄激素血癥條件下的小鼠，成年后其體內(nèi)腸道菌群存在明顯差異，且腸道菌群的差異與SCFA 增加有關(guān)。TORRES 等［34］對正常、卵巢多囊樣及PCOS 3 組女性進行了研究，排除卵巢多囊樣改變這一因素后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高雄激素血癥與腸道菌群α多樣性呈負相關(guān)，但具體菌株尚不清楚。也有研究表明在PCOS 小鼠中移植乳酸菌或正常小鼠糞便能降低雄激素水平及促進排卵［6］。這表明腸道菌群與高雄激素血癥存在相互影響的密切聯(lián)系。

4 腸道菌群經(jīng)腸-腦軸參與PCOS 的調(diào)控機制

隨著近幾年對腸道菌群的分離培養(yǎng)、質(zhì)譜分析及宏基因組測序等檢測技術(shù)快速的掌握，人們逐漸認識到腸道菌群在PCOS 中的重要作用。有研究表明在排除性別、肥胖對腸道菌群的干擾，PCOS 患者糞便中腸道菌群的存在特征性的差異［35］。PCOS 患者與正常女性之間對比，PCOS 患者腸道菌群中α多樣性降低［36］，β多樣性升高［23，37］，其中擬桿菌與PCOS 呈密切相關(guān)［36］。擬桿菌是一種革蘭氏陰性厭氧細菌，在健康的個體中是典型的非致病性細菌，在腸道菌群紊亂中它可通過LPS 及SCFA 等在IR 及肥胖等疾病起到重要作用［37-38］。同時，體內(nèi)高雄激素水平與腸道菌群中α多樣性降低有關(guān)［35］。移植PCOS 糞便或者擬桿菌至正常小鼠，能導(dǎo)致黃體生成素及雄激素升高、卵巢功能紊亂、胰島素抵抗、膽汁酸代謝改變甚至不孕［39］。以上均已說明了腸道菌群與PCOS 存在密切聯(lián)系。

腸-腦軸可能在腸道菌群與PCOS 之間起重要作用。腸道菌群影響SCFA 及炎癥因子的產(chǎn)生、腦腸肽的分泌、腸黏膜滲透性、胃腸蠕動和排空情況［5-6，23］，從而將人體的饑餓及飽腹等信號上傳至下丘腦及大腦中樞［40］，進一步大腦中樞發(fā)出反饋信號：（1）影響胃腸激素分泌及腸道內(nèi)環(huán)境，調(diào)控腸道菌群多樣性［14，41］；（2）控制人體的攝食行為及脂質(zhì)、胰島素及膽汁酸等物質(zhì)的代謝［7，42］；（3）影響下丘腦-垂體-卵巢軸（Hypothalamic-pituitaryovarian axis，HPO axis）［6，23］。

腸道菌群通過發(fā)酵復(fù)合碳水化合物產(chǎn)生SCFA，如抗性淀粉或膳食纖維。SCFA 可通過主要激活腸內(nèi)分泌細胞表面G 蛋白偶聯(lián)受體（包括G 蛋白偶聯(lián)受體41、43），其中G 蛋白偶聯(lián)受體43 主要在腸內(nèi)分泌細胞中表達，而G 蛋白偶聯(lián)受體41主要在白細胞中表達，在腸內(nèi)分泌細胞少量表達［43］。SCFA 與腸內(nèi)分泌細胞分泌GLP-1、Ghrelin和PYY［30］密切相關(guān)，有研究證實G 蛋白偶聯(lián)受體43 基因敲除，GLP-1 和PYY 分泌明顯減少［44］。SCFA 調(diào)控腦腸肽分泌的機制可能通過G 蛋白偶聯(lián)受體43 激活下游mTOR/STAT，使mTOR/STAT 磷酸化控制著下游蛋白表達［45］，但其具體機制尚待進一步研究。近期有學(xué)者在交感神經(jīng)元或感覺神經(jīng)元內(nèi)檢測到G 蛋白偶聯(lián)受體43-單體紅色熒光蛋白及編碼G 蛋白偶聯(lián)受體43 的mRNA［46］，因此SCFA 不僅通過腸內(nèi)分泌系統(tǒng)起作用，而且也可通過神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝及胃腸功能。

腦腸肽受神經(jīng)及體液雙重調(diào)節(jié)，在胃腸和神經(jīng)系統(tǒng)雙重分布，腦腸肽能作用其中樞受體，影響HPO 軸中激素的釋放。Ghrelin 能通過生長激素促分泌1a 受體（主要存在腦垂體及大腦的部分區(qū)域）刺激食物的攝入，并將信號傳導(dǎo)到控制能量平衡的下丘腦調(diào)節(jié)核，可以控制促性腺激素釋放激素、黃體生成素（luteinizing hormone，LH）分泌，影響女性生殖功能［47］。PYY 也可通過神經(jīng)肽2 受體（主要存在大腦內(nèi)）控制垂體促性腺激素分泌作用［48］。ZHANG 等［6］發(fā)現(xiàn)PCOS 患者體內(nèi)Ghrelin、PYY 較正常女性明顯降低，通過在PCOS 患者體內(nèi)移植益生菌乳酸雙歧桿菌V9，益生菌移植成功組LH、LH/FSH 比值明顯減少，并能改善PCOS 相關(guān)臨床指標及增加SCFA 水平；而益生菌移植不成功組LH、SCFA 及性激素水平變化不明顯。因此，筆者認為腸道菌群的紊亂不僅與PCOS 相關(guān)，而且能通過腸-腦軸與大腦中樞形成廣泛的聯(lián)系，影響體內(nèi)代謝及性激素水平，從而參與PCOS發(fā)?。▓D1）。

目前對于PCOS 女性的治療方式多以飲食、運動及對癥治療為主，對于PCOS 導(dǎo)致的不孕及近、遠期并發(fā)癥治療仍然有較大局限性，尋找PCOS 病因目前是婦科內(nèi)分泌領(lǐng)域熱點之一。隨著腸道菌群測序技術(shù)的發(fā)展及無菌小鼠模型的技術(shù)建立，探討PCOS 發(fā)病機制與腸道菌群之間聯(lián)系的研究大量開展，同時臨床及動物研究也發(fā)現(xiàn)益生菌及糞菌移植可改善PCOS 癥狀，但機制尚不明確。腸道菌群是否通過腸-腦軸參與PCOS的發(fā)病機制，其中作用靶點及相關(guān)信號通路仍不清晰。希望在未來關(guān)于腸道菌群與PCOS 的研究中，有更多關(guān)于腸-腦軸在PCOS 發(fā)病機制中的作用有利證據(jù)，能進一步明確PCOS 與腸道菌群、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腦腸肽和內(nèi)分泌代謝之間的相互作用關(guān)系，這將為預(yù)防及治療PCOS 提供新的有效途徑。

圖1 腸道菌群通過腸-腦軸參與PCOS 發(fā)病的示意圖Fig.1 The diagram of the gut microbiota involving in the pathogenesis of the disease through the gut-brain axis