作者：王书婧,罗　伟综述,穆玉兰审校，山东中医药大学第二临床医学院,山东第一医科大学附属省立医院妇科

生殖健康与社会发展和人类繁衍密切相关。近年来,随着我国二孩、三孩政策全面放开,生育需求逐步增加,提高女性生殖健康不仅关系到家庭和谐,更与社会稳定相关。据统计,自1980年以来,许多国家的产妇平均生育年龄逐年上升。然而,随着年龄增长,伴随卵母细胞数量和质量的下降,女性生育能力逐年降低。卵母细胞的质量不仅对受精和胚胎成功起决定性作用,而且对胎儿后期发育和生长具有长远影响。最新数据显示,我国育龄期夫妇不孕不育发病率达18%,远高于全球8%~12%的水平[1]。肠道微生物群可被看做一个“内分泌器官”,通过积极参与维持人体生殖内分泌功能,影响女性卵母细胞发育的每个阶段和水平[2]。肠道微生物群组成的失衡可导致多种卵巢疾病,例如多囊卵巢综合征(polycystic ovarysyndrome,PCOS)、不孕症和早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)。因此,探究肠道微生物群对卵母细胞发育的影响机制,有利于改善卵母细胞功能、提高卵母细胞的质量、增强女性生育力。现就肠道微生物群对卵母细胞发育的影响机制进行综述,为改善卵母细胞质量提供新的线索。

1　肠道微生物群的概述

人体与被称为微生物群的微小生物有着非常重要的共生和互惠关系,它们在身体的各种生理机制中起着重要作用。研究表明[3],微生物和人体细胞的数量大致相等,但其存在的遗传信息量至少是人类基因组中的150倍,因此,人体的微生物群被称为人类第二基因组。居住在人体肠道中微生物被称为肠道微生物群,主要由细菌、古细菌、真核生物和病毒组成,其中99%以上是细菌,与营养提取、新陈代谢以及免疫密切相关。此外,维生素、胆汁酸(BA)等生物活性分子的生物合成也高度依赖于肠道微生物群[4]。

肠道微生物群存在于宿主的整个生命中,婴儿肠道中细菌的多样性起初很低,在早期发育过程中逐渐增加,新生婴儿的肠道微生物群主要为肠杆菌科和葡萄球菌属,青春期发现低水平的拟杆菌门和高水平的双歧杆菌,成年后形成以拟杆菌门和厚壁菌门为主的肠道微生物群落。老年人群中厚壁菌门和拟杆菌门的比例降低,瘤胃球菌科和拟杆菌科的丰度降低[5]。

有实验在小鼠中使用抗生素阿莫西林诱导小鼠肠道微生物群失调,从而改变了发情周期,且微生物群失调组的卵母细胞少于非失调组小鼠[6];将年轻供体小鼠的粪便微生物群移植重塑生殖老年小鼠的肠道微生物群,其通过减少卵泡闭锁和卵母细胞凋亡,增加颗粒细胞增殖,提高生育能力,达到延缓卵巢衰老的目的[7]。最新文献显示,青春期女性中睡眠剥夺会导致肠道微生物群发生变化,在卵巢中会损害卵母细胞线粒体能量通路,导致POI和卵母细胞减数分裂成熟度降低[8]。以上证据表明,肠道微生物群和卵母细胞的发育有密不可分的关系,但对卵母细胞具体影响机制还需进一步探讨。

2　肠道微生物群影响卵母细胞的机制

2.1　肠道微生物群与雌激素代谢　卵母细胞是卵巢内的生殖细胞,其生长发育离不开雌激素,当体内雌激素浓度达到一定水平且卵巢其他因素准备充分时,卵母细胞在卵巢内成熟以准备排卵。目前已发现肠道微生物群在雌激素代谢中起着重要作用,观察相关实验结果证明使用抗生素抑制肠道微生物群会导致机体雌激素水平降低[2]。能够代谢雌激素的所有肠道微生物的集合体,称为雌激素组,其中起主要作用的是包括拟杆菌属、大肠杆菌属和乳酸菌属在内的具有与β-葡萄糖醛酸酶(β-glucuronidase,gmGUS)活性相关基因的肠道微生物群,其通过分泌gmGUS来调节雌激素的肠肝循环,使雌激素去偶联,从结合形式代谢为去偶联形式,这些去偶联和原本游离的雌激素进入血液,随后作用于雌激素受体,影响宿主体内血浆的雌激素水平,进而影响卵母细胞生长发育[9]。

肠道微生物群中具有gmGUS的细菌参与雌激素代谢过程中,雌激素以结合形式在肝脏中被UDP-葡萄糖醛酸转移酶标记并失活。失活的雌激素进入胃肠道后暴露于gmGUS,gmGUS可以裂解糖部分,重新激活雌激素化合物使其解偶联成游离形式,并使未结合的雌激素在血液中被重吸收,经历肠肝再循环的迭代轮次。如果具有gmGUS的细菌种类减少或是丰度减少,将会导致雌激素的解偶联减少,而体内循环雌激素的减少会影响雌激素受体的激活,并导致卵母细胞成熟异常无法排卵,进而引起PCOS、子宫内膜增生等疾病,最终影响生育能力[10]。一项研究[11]观察到,与绝经前女性相比,绝经后女性的肠道微生物组多样性趋于降低,gmGUS的丰度降低。绝经后妇女雌激素水平显著下降,这与gmGUS减少密切相关。PCOS是一种低雌激素的疾病,一项对24例PCOS患者和19例健康对照者的粪便样本中微生物群的比较发现,与健康对照相比,患有PCOS的患者肠道微生物群多样性降低,其中一些稀有微生物群如来自软壁菌门和S24-7科(拟杆菌门)的细菌的相对丰度显著降低,并与PCOS患者的激素水平相关[12]。在一项对来曲唑诱导的PCOS小鼠的研究中发现,血清雌二醇水平与双歧杆菌和拟杆菌的丰度呈正相关,而与普雷沃氏菌的丰度呈负相关[13]。一项对26例健康女性的调查[14]显示,与低雌二醇和中雌二醇组相比,高雌二醇组的肠道微生物群更加多样化,高雌二醇组有更多的拟杆菌门和更少的厚壁菌门,该研究还证实了血清雌

二醇浓度的下降归因于沙门氏菌属和丁酸梭菌的相对过多。以上证据表明,肠道微生物组是循环雌激素的重要调节剂之一。有研究[15]表明,肠道微生物群可以代谢含有雌激素的食物,如大豆异黄酮。微生物群促进其中的雌激素样化合物代谢,并增加体内游离雌激素和人体有益菌的丰度,同时抑制绝经后妇女滋生与炎症性疾病有关的乳酸菌属和梭状芽孢杆菌,多食用含雌激素的食物可能有益于卵母细胞发育。

总之,具有gmGUS的微生物群多样性和丰度的改变,导致gmGUS减少和全身雌激素改变可能是影响卵母细胞发育成熟的主要机制。

2.2　肠道微生物群与次级BA和维生素D(VitD)的关系　BA通过细胞色素P450介导的胆固醇氧化在肝细胞中合成,可产生初级BA,包括胆酸(CA)和鹅去氧胆酸(CDCA)。初级BA通过一系列酶的作用在肝内以不同的比例与牛磺酸或甘氨酸结合,然后被转运到胆囊并通过胆汁流动进入肠道。随后,肠道微生物群经过一系列“化学修饰”将初级BA部分转化为次级BA:石胆酸(LCA)和脱氧胆酸(DCA)。大部分CA、CDCA、DCA和LCA在肠道中被重吸收并运回肝脏,而少部分则通过粪便排泄。维生素D受体(VitDR)主要由1α、25-二羟基维生素D3[1,25(OH)2D3]激活,是Vit D的生物活性形式,并作为配体的转录因子发挥调节作用。Vit DR主要用作肠道BA传感器,可被LCA激活,从而保护肠道免受BA毒性,激活VitDR后肠道中FGF19的表达增高,进而造成小鼠BA合成减少[16],形成了肠道微生物群-次级BA-VitD轴,来应对机体的改变。

初级BA在小肠中解偶联成次级BA,这是肠道细菌进行的最广泛的BA转化之一,这个过程需要由细菌胆盐水解酶(BSH)参与,通过水解牛磺酸或甘氨酸与胆汁酸类固醇核心的酰胺键,再经过脱羟基化这个过程,将CA转化为DCA,将CDCA转化为LCA[17]。BSH可以在人类肠道微生物群中117属的591种肠道细菌菌株中找到,其中乳酸菌属、双歧杆菌属、肠球菌属、梭状芽胞杆菌属和拟杆菌属较为常见[18]。BSH有着不同的表型,其中在乳杆菌中发现的BSH-T3显示出最高的酶活性,这表明了乳杆菌的存在最大程度地促进初级BA向次级BA的转化过程。脱羟基化主要在梭状芽胞杆菌参与下完成,近期有研究发现寻常拟杆菌、青少年双歧杆菌和肠玫瑰氏菌可以去羟基化CA,C.scindens去羟基化CDCA,C.hylemonae去羟基化CA和CDCA[17]。

LCA在挽救卵母细胞质量方面具有重要的价值,近期有研究发现,在连续光照下小鼠卵母细胞质量和胚胎发育下降,其中参与次级BA形成的梭状芽胞杆菌属和拟杆菌属两种细菌的丰度呈现下降趋势而引起氧化应激的相关细菌Turicibacter丰度增加;研究进一步发现,光照组小鼠Vit D浓度下降,补充褪黑激素可以提高小鼠卵母细胞质量[19]。梭状芽胞杆菌通过影响初级BA脱羟化来影响次级BA的生成效率,进而影响Vit D浓度,最终干预卵母细胞的发育。褪黑激素已被证明可以调节肠道菌群紊乱并增加拟杆菌门的丰度[20]。上述实验发现,褪黑激素补充剂增加了3种益生菌的丰度,即片球菌、乳杆菌和乳酸球菌,特别是增加了副拟杆菌的丰度。据此推测,褪黑激素通过增加乳杆菌等含有BSH的细菌促进初级BA向次级BA的转化,进而激活Vit DR,促进卵母细胞发育。

Vit D的作用基于组织中Vit DR和1α-羟化酶(CYP27B1)的存在,而Vit DR存在于子宫内膜的腺上皮细胞、输卵管上皮细胞、颗粒细胞和卵巢卵丘细胞中,充分证明Vit D在生殖系统中发挥着重要作用[21]。生殖医学中心进行的一项前瞻性队列研究表明[22],卵泡液中的Vit D浓度高于血清中的Vit D浓度,卵泡液中缺乏Vit D会降低胚胎质量、正常受精、着床率和临床妊娠率,增加不孕几率。综上所述,肠道微生物群可能通过改变BA的脱羟化影响次级BA和Vit D水平。通过补充次级BA激活Vit DR来增加Vit D水平进而挽救卵母细胞发育,可能是提高女性生育能力和卵母细胞发育的潜在治疗选择。

2.3　活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平　氧化应激是指氧化还原系统的不平衡,自由基显著增加到超过内源性抗氧化系统清除能力的水平,人体中95%的自由基属于ROS。ROS是氧自由基的统称,包括超氧阴离子、羟基自由基、烷氧基、过氧基和其他非自由基。细胞生长和代谢需要一定量的ROS,然而,当自由基的产生量超过人体的清除能力时,过多的细胞内ROS会积累,然后攻击生物大分子和细胞器,导致对DNA、蛋白质、脂质和碳水化合物产生不同程度的氧化应激反应[23]。在健康的女性中,ROS和抗氧化剂保持平衡。当平衡被打破,ROS过量时,就会出现氧化应激,并可能导致卵母细胞老化,卵母细胞老化主要表现为卵母细胞数量和质量的下降[24]。

有实验发现,连续光照导致肠道促炎菌Turicibacter增加,进而戊二酸、高香草酸和甲基戊二酸3种肠道微生物代谢物的浓度增加,这些代谢物在肠道中引起氧化应激,其被吸收到血液中后,会随着血液循环到达卵巢,引起卵巢氧化应激,增加卵母细胞的ROS水平,最终导致卵母细胞质量下降[19]。沉默信息调节剂sirtuin 1(SIRT1)蛋白是一种抗氧化剂,最近的研究表明[25],SIRT1与炎症之间存在密切联系,在调节氧化应激引起的炎症中发挥作用。小鼠模型中的SIRT1下降与卵泡的丢失有关,上调SIRT1可提高小鼠受精率。相关研究证明,与生育对照组相比,患有不孕症女性卵巢的SIRT1显著降低。因此,SIRT1在卵母细胞发育中起着至关重要的作用[26]。

前面分析了肠道微生物群-次级BA-VitD轴对卵母细胞发育的影响,而Vit D的缺乏与SIRT1和其他抗氧化剂的减少有关。该研究[27]指出,VitD缺乏会导致抗氧化剂和SIRT1水平降低,炎症、线粒体功能障碍和下丘脑-垂体-卵巢轴凋亡,卵母细胞质量差和不孕,肠道微生物群相关促炎菌如梭菌科、维洛内菌科、巴氏杆菌科和脱硫纤维菌科的丰度增加以及细菌微生物群和免疫系统不相容,促使炎症发生。这些细菌丰度增加还会导致氧化应激产物增多而多种次生BA浓度的降低、ROS过量产生。补充褪黑激素可显著提高LCA的浓度,显著降低高香草酸和甲基戊二酸的浓度,显著提高卵母细胞的质量。根据上述研究推测肠道微生物群的紊乱增加了炎症相关微生物代谢物,减少了次级BA的产生,导致循环中Vit D水平降低,SIRT1等抗氧化剂水平降低,卵巢内ROS水平升高,影响卵母细胞发育。但暂无具体实验证明该猜测,需要进一步研究相关机制。

支链氨基酸(BCAA)作为必需氨基酸,不能合成,哺乳动物生物依赖于外部来源,除了饮食之外,肠道微生物群似乎是这些营养素的重要来源。相关研究[28]证明了肠道微生物群是影响宿主循环BCAA池的重要参与者。有研究[29]表示,BCAA与卵巢炎症相关,饲喂低BCAA饮食的小鼠出现了POI样表型,包括小鼠体内促卵泡生成素水平升高、原始卵泡个数降低以及闭锁卵泡个数增加,体内ROS水平显著增高。而后通过饮用水补充BCAA后发现,小鼠各项水平有所恢复,证明了BCAA膳食补充剂可使小鼠避免因ROS水平增高导致POI。实验发现以低BCAA饮食喂养的小鼠卵巢中的神经酰胺增加,大量神经酰胺诱导卵巢氧化应激,ROS水平升高导致小鼠出现POI。据一项人体研究[30]的已发表数据发现,14 d的低碳水化合物和高蛋白饮食增加了BCAA的血清浓度并减少了神经酰胺。肠道微生物群的改变影响人体内BCAA的生物合成和降解,来自微生物群靶向干预研究的数据表明,通过影响肠道微生物群来调节BCAA存在可行性[31],而BCAA通过对卵巢内神经酰胺水平的调节影响ROS程度,进而影响卵母细胞质量。

综上所述,肠道微生物群紊乱增加了炎症代谢物,引起卵巢ROS水平增高,影响卵母细胞发育。补充SIRT1、BCAA调节卵巢ROS水平从而挽救卵母细胞质量、避免POI可能是未来研究的重点。

3　小　结

总之,肠道微生物群与卵母细胞的发育密切相关。其通过gmGUS影响雌激素水平来影响卵母细胞成熟;通过肠道微生物群-次级BA-VitD轴,影响卵泡液中褪黑激素水平来影响卵母细胞发育,VitD的缺乏会导致SIRT1等抗氧化剂的减少,从而增加肠道内促炎菌和ROS水平升高,通过产生氧化应激产物,导致卵巢氧化应激,加速卵母细胞衰老;低BCAA可导致体内神经酰胺和ROS水平增加,导致POI,通过肠道微生物群来影响BCAA从而调节卵巢ROS水平来挽救卵母细胞质量和避免POI可作为未来研究的方向。但到目前为止,肠道微生物群对卵母细胞的影响绝大多数基于动物模型,临床研究较缺乏,部分动物实验仅通过推测得出。今后研究工作应侧重于探索微生物群介导疾病的潜在原因和潜在机制,并确定新的治疗和预防策略。

参考文献略。

来源：实用妇产科杂志2025年1月第41卷第1期　

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