基于肠道微生态探讨中医药治疗多囊卵巢综合征*

李小燕,刘杨萍,范红莉

1.英山县人民医院,湖北 英山 438700; 2.深圳市中西医结合医院,广东 深圳 518105

多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)是临床常见且复杂难治的生殖内分泌疾病之一[1]。当前,PCOS患者占全球育龄期女性群体的10%,且呈现逐年增长的趋势,是世界范围内重要的生殖医疗问题[2]。PCOS的临床表现以排卵功能障碍与代谢异常为主,常并发高雄激素血症(hyperandrogenism,HA)、胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、肥胖、慢性炎症、卵巢多囊样改变等,严重者会伴发心血管疾病[3]。此外,PCOS会加重患者精神心理负担,增加患者出现抑郁和焦虑的风险。PCOS病因与病理机制复杂,与下丘脑-垂体-卵巢轴功能失调、肾上腺分泌功能异常、遗传和环境因素等密切相关[4]。现阶段,PCOS的治疗以激素和促排卵药物为主,但不良反应较大,且停药后易反复[5]。研究表明,肠道微生物介导PCOS的发生发展,肠道菌群失衡诱导性激素水平异常、免疫炎症信号通路激活、胰岛素信号通路传导障碍以及代谢功能紊乱[6]。因此,基于肠道微生态是预防与治疗PCOS的关键靶点之一。

1 PCOS患者肠道微生物的变化特征概述

宿主与微生物的共生关系是人体内环境稳态的重要组成部分。人体内存在着大量的微生物,且根据微生物群的多样性特定分布于包括皮肤、口腔、泌尿生殖道等人体各个部分[7]。肠道微生物是人体微生物系统中最为丰富的微生物群,被称为人体“第二大脑”,与人体共生共存,在抵御病原体侵害、强化肠上皮屏障、增强消化代谢促进营养吸收、指导宿主免疫系统成熟以及正常功能运转中发挥着重要作用[8]。最新研究揭示了肠道菌群在调控生殖内分泌方面的关键作用,代谢、免疫、神经等多种机制参与其中。

PCOS患者存在明显的肠道微生态紊乱,表现为菌群结构多样性以及特定菌属丰富的变化。诸多研究表明,PCOS患者肠道微生物的α多样性与β多样性显著低于健康对照组,提示PCOS患者存在个体内以及个体间的微生物结构性差异[9-14]。此外,基础实验也表明,PCOS模型啮齿动物存在肠道菌群的结构紊乱[15]。特征性菌属丰度的变化是PCOS肠道菌群紊乱的显著特征。通过纳入21例PCOS患者以及13例健康志愿者进行临床研究,王雪姣等[16]鉴定出拟杆菌属(Bacteriodes)和毛螺菌科(Lachnospiraceae)等菌属是PCOS的特征性菌群,且与促生长激素释放素和神经肽Y(neuropeptide Y,NPY)等肠脑轴相关激素呈负相关,提示PCOS患者存在肠道菌群结构变化且与NPY水平相关。孙瑞莲等[17]基于PCOS患者肠道菌群的16s RNA测序结果表明,在门、科、属水平上共同的优势菌为拟杆菌,丰度分别为21.93%、19.34%和19.34%。此外,普雷沃氏菌(Prevotella),变形杆菌门的志贺杆菌属、大肠杆菌属以及厚壁菌门的梭状芽胞杆菌科、韦荣氏菌科同样也是PCOS患者肠道中显著升高的微生物菌属[18-19]。与条件致病菌相对丰度显著升高的不同,以双歧杆菌、粪便杆菌为代表的益生菌丰度在PCOS患者中显著降低,表明PCOS肠道微生物的变化特征以多样性降低、致病菌增加为主[20]。

2 肠道微生物介导PCOS的发病机制

肠道微生物介导PCOS发病机制的研究溯源于“饮食-菌群失调-炎症-胰岛功能受损-卵巢雄激素”假说的提出[21],之后随着肠道菌群与PCOS领域专家的不断探索而完善。研究表明,多种途径介导了肠道微生态驱动PCOS发生发展的病理过程,涉及HA、IR、免疫炎症与糖脂代谢等,见图1。

2.1 肠道菌群介导PCOS核心病理HAHA是PCOS的核心病理表现,也是PCOS诊断的关键依据。PCOS患者存在多毛、痤疮、卵泡壁增生、卵泡发育障碍、卵细胞凋亡或无排卵性月经稀发等典型病理症状均与高水平的雄激素相关[22]。肠道微生物的紊乱是血清睾酮水平变化的重要原因,特别是厚壁菌门/拟杆菌门的比值与游离睾酮水平呈现显著的相关性[23]。研究表明,Bacteroidaceae、Raoultella、Prevotella、Parasutterella相对丰度的升高可以提升血清中睾酮水平[24]。在卵巢多囊样改变的SD大鼠中Parasutterella菌丰度显著增加,与血清睾酮水平呈正相关,表明PCOS的HA与Parasutterella细菌丰度密切相关[25]。此外,依赖于粪菌移植技术,通过将健康大鼠粪菌及乳杆菌属(Lactobacillus)分别定植于具有PCOS表型的大鼠体内,结果发现,粪菌定植可以显著降低PCOS大鼠的雄激素水平、调节大鼠动情周期,改善卵巢多囊样改变,证实肠道微生物对于宿主雄激素水平的直接调控作用,进一步揭示了PCOS的代谢和HA紊乱与肠道菌群的变化密切相关[26]。

2.2 肠道菌群诱导IR发生发展IR是PCOS患者普遍存在的病理表现,在PCOS进展过程中起到重要作用[27]。依赖于诱导细胞色素P450、20,22裂解酶和羟化酶功能的活化与P450c17α酶活性的增强,IR会介导卵巢源雄激素合成增加、性激素结合球蛋白合成减少从而提高雄激素水平,诱导卵巢功能障碍与代谢性疾病[28]。肠道菌群紊乱、肠道屏障功能受损、内毒素异位、微生物代谢产物失调等是诱导IR的重要原因[29]。研究表明,肠道菌群紊乱会导致黏膜屏障的损伤、细菌内毒素脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)的大量产生以及向外周循环的扩散。一方面,LPS可以通过核因子κB和促分裂原活化的蛋白激酶等信号通路激活c-Jun氨基端激酶通路,介导胰岛素受体底物丝氨酸磷酸化增加与酪氨酸磷酸化减弱,介导胰岛素代谢通路障碍与IR的产生;另一方面,LPS会通过与Toll样受体4(toll-like receptors 4,TLR4)结合从而参与多种炎性通路,提升外周炎症与胰岛素水平[30-31]。短链脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)作为微生物主要的代谢产物,在平衡葡萄糖稳态、调节胰岛素敏感性方面发挥关键作用。作为特定的G蛋白偶联受体配体,短链脂肪酸与G蛋白偶联的降低以及与FFA2、FFA3等受体结合后可显著抑制胰岛素分泌,诱发IR介导PCOS的产生[32-33]。

注:①肠道微生物紊乱驱动雄激素水平升高,诱导HA;②肠道屏障破坏,LPS与TLR4结合诱导炎性通路激活,造成体内慢性炎症以及卵巢免疫失衡;③肠道微生态代谢产物LPS诱导胰岛素抵抗,促进IR;④肠道微生态失衡诱导高脂血、高血糖等代谢紊乱。 图1 肠道微生物介导PCOS的发病机制

2.3 肠道菌群驱动免疫炎症失衡慢性炎症状态是驱动PCOS发生的重要机制与疾病主要的临床表现。PCOS患者卵巢组织与外周血中存在巨噬细胞的炎性浸润、T细胞的失衡以及肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-18、IL-1β、IL-6等促炎性因子水平的升高[34-35]。研究表明,肠道微生物中拟杆菌可以通过代谢产物抑制胆汁酸牛磺熊去氧胆酸、甘氨脱氧胆酸水平与肠道免疫因子IL-22的水平影响PCOS的病理过程,提示肠道菌群与免疫失衡的密切联系。此外,菌群紊乱诱发的屏障功能失调导致LPS入血与炎性小体、核因子κB等结合促进TNF-α、IL-6,IL-1β等炎性因子的升高,进而参与PCOS病理机制,抑制卵巢功能[36]。

2.4 肠道菌群诱导代谢紊乱糖尿病、高血压、高脂血症等代谢类疾病是PCOS患者常见的合并症,多与肠道菌群介导的糖脂代谢、蛋白质代谢紊乱相关[37]。作为人体营养吸收的主要场所,肠道中微生物的结构对于饮食营养的吸收代谢具有重要影响。肠道菌群紊乱会导致人体营养吸收代谢的异常,促进糖脂类物质在体内的蓄积,诱发肥胖等代谢性疾病,进而促进PCOS的恶化[38]。值得注意的是,肠道菌群所介导的HA、IR、炎症与代谢紊乱之间是相互联系、相互影响的。肠道菌群失衡不仅诱导以雄激素为主的性激素水平异常,同时还导致屏障功能破坏,细菌内毒素异位,引起胰岛素信号通路传导障碍与固有免疫炎症信号通路激活,诱发慢性炎症与代谢紊乱。多种致病因子均与菌群失调相关,并且在紊乱微生物驱动下诱导PCOS的发生与发展。

3 基于肠道微生态介导的中医药治疗PCOS

PCOS属中医学“闭经”“不孕”等范畴,以肾虚脾弱、肝郁挟痰、痰瘀气塞为本,以理气健脾、活血化瘀为要[39],中医治疗PCOS疗效显著且具有不良反应少的优势,深受患者青睐[40]。临床与基础研究均表明,中医药可以通过多途径、多靶点调节肠道微生物群及其代谢产物从而改善PCOS症状。

3.1 中药复方目前,临床治疗PCOS常用的中药复方以芍药甘草汤、黄连温胆汤、苍附导痰丸等为主,取得了显著的临床疗效。芍药甘草汤出自《伤寒论》,由芍药和甘草两味草药组成,具有理气健脾、滋阴养肝、缓急止痛、活血化瘀的功效,是临床治疗PCOS的经典复方。邓贵凤等[41]研究证实,芍药甘草汤可以显著改善PCOS临床症状,降低睾酮水平,恢复动情周期呈现规律,且甘草芍药汤的治疗作用与降低厚壁菌门与拟杆菌门的比值,抑制与PCOS相关Odoribacter菌的相对丰度以及肠道菌群代谢物二甲胺的水平。此外,对于菌群相关的炎性因子的调节也是芍药甘草汤改善PCOS临床症状的重要机制。研究表明,芍药甘草汤可通过重塑肠道菌群,保护肠道屏障功能减少LPS移位、抑制TLR4/NF-κB 炎性通路从而改善PCOS及慢性低度炎症状态[42]。

黄连温胆汤出自《六因条辨》,具有清热燥湿、理气化痰的功效,可通过干预胰岛素信号转导、减轻炎症反应、抗氧化应激等途径增强胰岛素的敏感性,改善PCOS患者临床症状。周雨禾等[43]研究表明,加味黄连温胆汤联合西药可显著改善PCOS痰湿证患者的临床症状,包括糖代谢和IR的改善,并可促进月经周期和排卵恢复正常。黄连温胆汤主要的药效机制依赖于改善肠道菌群紊乱以及抑制菌群介导TNF-α、IL-6,IL-1β的水平变化。特别是通过抑制大肠埃希菌和拟杆菌的丰度,加味黄连温胆汤可以调节IR。张丽等[44]探究了苍附导痰丸对于 PCOS 患者症状改善及肠道菌群的调节作用,结果表明,苍附导痰丸可以提升双歧杆菌、乳杆菌比例,降低肠杆菌相对丰度,同时提升排卵率和周期妊娠率,改善激素异常,提示苍附导痰丸对PCOS的治疗作用可能是通过调控肠道菌群的结构、促进有益菌生长及抑制致病菌而实现。肖慧等[45]通过补肾化浊方联合粪菌移植的方式探究了PCOS治疗的潜在机制,结果表明,中药联合粪菌移植可以显著改善生殖功能,提高黄体生成素/促卵泡激素,降低炎性因子,提示,通过调节菌群改善生殖和代谢功能与慢性炎症状态是中医药抗PCOS的重要机制。赵红玉[46]则发现改善生殖内分泌、糖代谢紊乱情况、促进卵泡发育、调整肠道菌群、改善炎症状态是半夏泻心汤加味发挥抗PCOS作用的途径之一。也有研究表明,中药药对主要通过调节肠道菌群抑制PCOS的疾病进展,例如黄芩-黄连药对能促进肠道有益菌生长,抑制有害菌生长,起到显著改善IR,治疗PCOS的作用[47]。

3.2 中药单体中药单体是中药主要的药效活性成分与药效机制研究的基础。黄连素是来自于中药黄连的重要活性成分,被证实可以改善PCOS患者的胰岛素抵抗,提高雌激素水平及妊娠率[48]。王婷等[49]研究表明,黄连素抗PCOS的机制主要是抑制肠道菌群中具有降解多糖功能的菌的丰度、增加菌群代谢物SCFAs与降低LPS水平。赵粉琴等[50]探索了黄连素对于PCOS模型大鼠肠道菌群及菌群失衡相关炎症的作用机制。研究发现,黄连素可明显减低PCOS模型大鼠体质量、LH、睾酮水平、LPS和炎性因子水平表达,增加肠道菌群数量和多样性,降低颤螺菌属(Oscillospira)和厌氧菌属(Anaeroplasma)相对丰度,提示黄连素降低PCOS模型大鼠高雄激素和高胰岛素血症作用机制可能与通过抑制LPS、NF-κB信号通路,提高肠道有益菌相对丰度,降低致病菌相对丰度等有关[50]。此外,临床试验也表明,黄连素与中药复方的联用可以通过调节PCOS患者的肠道菌群有效改善临床症状。张莉等[51]通过肠道菌群新靶点疗法(口服盐酸小檗碱片联合葛根、白术、五味子)对PCOS患者进行3个月的治疗,结果发现,治疗组血清性激素(卵泡刺激素、雌二醇、睾酮及黄体生成素)水平、彩超卵巢指标(卵巢切面总面积、卵巢总体积及间质面积)及不良反应(月经不调、不孕、痤疮、多毛及肥胖)发生率等各项指标改善情况均优于对照组,提示基于肠道菌群的治疗方法对于PCOS有较好的效果。

3.3 针灸治疗除中药复方与中药单体治疗之外,针灸也是中医治疗PCOS的重要方法。李东海等[52]基于针刺联合中药对PCOS患者肠道菌群、糖脂代谢及炎症因子水平的研究发现,针刺联合中药对肥胖型PCOS患者有良好的治疗作用,其作用机制主要与调节肠道菌群紊乱(增加双歧杆菌、乳杆菌丰度,降低肠杆菌丰度)、恢复肠道屏障功能、调整糖脂代谢、降低TNF-α、IL-6,IL-1β等炎性因子水平相关。

4 讨论

PCOS的致病机制研究是当前研究的热点,对于指导PCOS临床治疗具有重要意义,但关于其作用机制的研究仍不明确[53]。最新研究表明,肠道菌群与PCOS的发生、发展密不可分[54]。目前,已经鉴定出如Bacteriodes、Lachnospiraceae等菌属可以作为PCOS的特征性菌属,但疾病与菌群相关性研究仍停留在基础阶段,缺少基于无菌鼠或者粪菌定植研究支持下的因果性结论[55]。其次,在临床诊断中,没有基于大样本、多中心的临床试验筛选出可以作为PCOS疾病诊断的菌群标志物。此外,肠道菌群介导PCOS的病理机制仍被认为是对代谢、炎症、免疫等整体系统的影响,缺乏具体的机制研究,仍需进一步探索。这需要通过构建PCOS动物模型以及收集PCOS临床样本对肠道菌群、宏基因组学的检测进行深入研究。

近年来,基于肠道微生态的中医药PCOS治疗取得较大进展,通过对于益生菌丰度的提升、肠道屏障功能的修复、肠道代谢产物的调控,中医药实现了多层次多靶点的PCOS治疗[56-57]。但是不可否认的是当前的中医药研究仍具有局限性。首先,PCOS的中医证型多样,尚无统一标准,局限了基于肠道菌群进行中医规范化诊疗[58],需要在多中心、大样本的基础上开展基于PCOS特定肠菌的疾病诊断生物标志物研究。此外,治疗方法多以经典复方加味为主,缺乏规范化、路径化的治疗方法及药物代谢与动力学相关的研究,对于复方的多成分调控机制仍不明确[59-60]。基于此,从宏观证候到微观分子生物学机制的中医药抗PCOS研究仍需开展,特别是进行中医药对于肠道菌群单菌调控以及菌群基因组、代谢组、转录组等微观调控的研究,明确中药复方基于肠道菌群机制治疗PCOS的物质基础以及代谢特征,对于中药复方适应证扩大,中药新药研发以及临床PCOS的治疗具有积极意义。