高惠民，張婷婷，劉瑞霞，李天鶴，陰赪宏

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院，北京 100026)

多囊卵巢綜合征(PCOS)是臨床中常見(jiàn)的婦科內(nèi)分泌紊亂疾病，與生殖和代謝密切相關(guān)，影響著5%～10%的育齡期女性，是青春期、育齡期女性月經(jīng)紊亂及不孕的原因之一[1]。PCOS除了具有臨床復(fù)雜性之外，還是一種高度異質(zhì)性的疾病，常表現(xiàn)為雄激素過(guò)高、月經(jīng)失調(diào)、多毛、肥胖和不育等。這些癥狀及表現(xiàn)均易使PCOS患者產(chǎn)生焦慮、抑郁等心理障礙，長(zhǎng)期的心理障礙和疾病的相互作用使得PCOS的治療常表現(xiàn)為長(zhǎng)期性、易復(fù)性等特點(diǎn)。PCOS的發(fā)病機(jī)制尚不明確，近年來(lái)隨著測(cè)序技術(shù)和組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的證據(jù)表明腸道菌群和PCOS之間存在著密切的聯(lián)系[2-3]。膽汁酸是膽汁的主要成分，其可以影響腸道菌群的分布及組成[4]，因此探究腸道菌群和膽汁酸的相互作用對(duì)PCOS的影響成為了新的研究方向。本文主要從膽汁酸代謝、腸道菌群以及兩者間相互作用3個(gè)角度闡述其對(duì)PCOS的影響。

一、腸道菌群

腸道菌群是指定居在人體以及其它動(dòng)物消化道的微生物，包括細(xì)菌、古細(xì)菌、真核生物和病毒[5]。據(jù)估計(jì)，人體內(nèi)由微生物構(gòu)成的細(xì)胞數(shù)量約為人類(lèi)細(xì)胞數(shù)量的10多倍，且它們編碼的獨(dú)特基因是人類(lèi)自身基因組的100多倍；這些微生物影響腸道微環(huán)境、自身免疫以及宿主代謝，因此又被稱(chēng)為人類(lèi)的“第二基因組”[6]。雖然腸道菌群的組成是動(dòng)態(tài)改變的，但它們?cè)谌梭w免疫、代謝、結(jié)構(gòu)和神經(jīng)學(xué)方面仍發(fā)揮著許多特定的作用，且對(duì)人體的身心健康產(chǎn)生巨大的影響[7]。

二、膽汁酸

膽汁酸是膽汁的主要成分。在哺乳動(dòng)物中，膽汁酸的合成主要包括經(jīng)典途經(jīng)和替代途徑兩種。大多數(shù)初級(jí)膽汁酸是通過(guò)經(jīng)典途徑以膽固醇為原料合成的，包括膽酸(cholic acid，CA)和鵝脫氧膽酸(chenodeoxycholic acid，CDCA)。其中膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)是這一途徑的主要限速酶。甾醇-27-羥化酶(CYP27A1)和氧甾醇-7α-羥化酶(CYP7B1)則在替代途徑中發(fā)揮催化作用，主要產(chǎn)生CDCA。膽汁酸的合成、代謝以及生物轉(zhuǎn)化均與腸道菌群密切相關(guān)[8]。

三、腸道菌群與膽汁酸代謝的相互影響

腸道菌群可通過(guò)影響膽汁酸的生物轉(zhuǎn)化來(lái)調(diào)節(jié)膽汁酸的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型。腸道微生物中存在3種不同的微生物羥基甾類(lèi)脫氫酶(HSDH)，它們可以使得膽汁酸上特定的羥基發(fā)生氧化和差向異構(gòu)化，從而影響膽汁酸的理化性質(zhì)與生物毒性[9]。其中膽鹽水解酶(BSH)對(duì)膽汁酸進(jìn)行解偶聯(lián)是影響膽汁酸代謝的關(guān)鍵步驟之一。有研究表明，包括乳酸桿菌、雙歧桿菌、腸球桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等在內(nèi)的多種腸道微生物均具有BSH的活性[10]。而菌群中BSH基因豐度與潰瘍性結(jié)腸炎、2型糖尿病、帕金森病及乳腺癌等10種人類(lèi)疾病存在顯著相關(guān)性[11]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)給肥胖小鼠灌胃菌株A. muciniphila后可以有效提高腸-肝軸的線(xiàn)粒體氧化和膽汁酸代謝，有利于改善氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道細(xì)胞凋亡，重塑腸道菌群[12]。對(duì)無(wú)菌動(dòng)物和常規(guī)飼養(yǎng)動(dòng)物的膽汁酸代謝譜進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠腸道內(nèi)除了有低水平的?；切苋パ跄懰?TUDCA)外，幾乎只含有?；?β-鼠膽酸(TβMCA)和?；悄懰?TCA)。TβMCA可以作為抑制劑來(lái)拮抗法尼醇X受體(FXR)與成纖維細(xì)胞因子15(FGF15)的表達(dá)，從而增加膽汁酸合成關(guān)鍵酶CYP7A1的表達(dá)來(lái)參與膽汁酸合成。此外，該研究將FXR基因敲除小鼠培養(yǎng)成無(wú)菌小鼠后進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：腸道菌群通過(guò)FXR依賴(lài)性機(jī)制調(diào)節(jié)腸道中FGF15和肝臟中CYP7A1的表達(dá)[13]。表明腸道菌群對(duì)于膽汁酸代謝有著深遠(yuǎn)的影響。

機(jī)體內(nèi)膽汁酸水平會(huì)進(jìn)一步調(diào)控腸道菌群組成。膽道阻塞會(huì)阻止膽汁流入腸道，導(dǎo)致細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)以及在小腸中的移位；而通過(guò)補(bǔ)充外源性膽汁酸可以逆轉(zhuǎn)這一過(guò)程[14]。此外，膽汁酸具有抗菌作用，不僅可以改變細(xì)胞膜和膜結(jié)合蛋白的流動(dòng)性和滲透性，還會(huì)引起DNA損傷和氧化應(yīng)激，影響RNA和蛋白質(zhì)的形成[15]。膽汁酸的抗菌作用使得其可以重塑腸道菌群。有研究表明，通過(guò)補(bǔ)充外源性的膽汁酸可以增加腸道厚壁菌門(mén)的數(shù)量，降低擬桿菌門(mén)的數(shù)量[16]；這一發(fā)現(xiàn)與通過(guò)高脂飲食干預(yù)后的小鼠腸道菌群特征極為相似：Zheng等[17]發(fā)現(xiàn)，高脂飲食可通過(guò)影響膽汁酸的分泌改變腸道菌群的種類(lèi)和數(shù)量，且這種改變具有時(shí)間依賴(lài)性——高脂飲食誘導(dǎo)后的膽汁酸分泌在12 h后達(dá)到最大化，而腸道菌群的變化在72 h后達(dá)到最大化。

四、腸道菌群-膽汁酸代謝與PCOS

1.腸道菌群在PCOS患者中的變化：自2012年Tremellen等[18]首次對(duì)PCOS和腸道菌群的研究進(jìn)行綜述后，越來(lái)越多的研究開(kāi)始探討PCOS與腸道菌群的關(guān)系。目前達(dá)成一致的觀點(diǎn)是，PCOS患者與健康人群的腸道菌群組成存在差異，主要表現(xiàn)為菌群的alpha多樣性和beta多樣性發(fā)生改變；此外，PCOS患者腸道中的某些細(xì)菌(例如厚壁菌屬和擬桿菌屬)的組成與平衡也發(fā)生了變化[19-21]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，Kelley等[22]通過(guò)來(lái)曲唑誘導(dǎo)建立PCOS小鼠模型后發(fā)現(xiàn)，PCOS小鼠的腸道菌群發(fā)生改變，主要體現(xiàn)在腸道菌群的種類(lèi)和數(shù)量顯著減少以及擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)的豐度發(fā)生了顯著變化。

2.PCOS和膽汁酸：膽汁酸可參與包括糖脂代謝在內(nèi)的多種代謝途徑，與PCOS的發(fā)病密切相關(guān)。Jia等[23]通過(guò)分析PCOS患者的代謝譜后發(fā)現(xiàn)PCOS患者體內(nèi)的多種代謝途徑包括脂代謝、肉堿代謝、雄激素代謝以及膽汁酸代謝均存在紊亂，且發(fā)現(xiàn)PCOS患者的甘氨膽酸減少。Zhang等[24]通過(guò)評(píng)估PCOS患者的循環(huán)膽汁酸譜與高雄激素血癥的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)總膽汁酸水平在PCOS患者中顯著增加，尤其是與甘氨酸和?；撬峤Y(jié)合的初級(jí)膽汁酸，且結(jié)合型初級(jí)膽汁酸與總睪酮和雄烯二酮的血清濃度呈正相關(guān)。但仍需更大樣本量的隊(duì)列研究對(duì)相關(guān)機(jī)制進(jìn)行深入挖掘和探討。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，Gozukara等[25]發(fā)現(xiàn)熊去氧膽酸(UDCA)可以減少PCOS大鼠卵巢中囊狀和閉鎖卵泡的數(shù)量，增加竇狀卵泡的數(shù)量并降低睪酮的水平。這表明UDCA在PCOS的治療中存在巨大的潛力。盡管UDCA對(duì)PCOS有一些有益的影響，但也有其局限性：?jiǎn)我坏膭?dòng)物模型未必能完全復(fù)制出復(fù)雜的人類(lèi)疾病，無(wú)論是在劑量還是治療持續(xù)時(shí)間方面將大鼠模型的結(jié)果應(yīng)用于人類(lèi)都具有一定的挑戰(zhàn)性。因此仍需要研究者們采用不同的建模方法和技術(shù)來(lái)探討膽汁酸在PCOS中的具體作用及其分子機(jī)制，為PCOS的預(yù)防和診療提供新的思路。

3. 腸道菌群與膽汁酸共同作用于PCOS：近年來(lái)一些研究表明，腸道菌群和膽汁酸相互影響并共同參與了PCOS的發(fā)病進(jìn)展。有文獻(xiàn)報(bào)道，與健康對(duì)照組相比，PCOS患者糞便中的普通雙歧桿菌顯著增加[26]。Qi等[27]在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，健康小鼠移植了PCOS婦女的糞便微生物群或被喂食了普通雙歧桿菌后，其所表現(xiàn)的胰島素抵抗(IR)、動(dòng)情周期紊亂和激素水平異常均是PCOS的典型特征；在臨床實(shí)驗(yàn)研究中，他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)PCOS患者的擬桿菌中BSH的豐度顯著增加，這導(dǎo)致PCOS患者的甘氨膽酸脫氧膽酸(GDCA)和TUDCA的水平顯著降低；而給予PCOS小鼠外源性的GDCA和TUDCA后，可通過(guò)上調(diào)白介素-22(IL-22)的表達(dá)來(lái)改善PCOS的表型[27]。在其他動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，Li等[28]發(fā)現(xiàn)抗氧化劑Tempol，除了可以改善PCOS大鼠的腸道和全身氧化應(yīng)激水平之外，還可以改善PCOS相關(guān)的表型并且減輕PCOS大鼠的腸道菌群失調(diào)，調(diào)節(jié)PCOS大鼠的膽汁酸水平，具體表現(xiàn)為T(mén)CA與乳球菌的水平呈負(fù)相關(guān)。表明腸道菌群和膽汁酸存在內(nèi)在聯(lián)系，且參與調(diào)控PCOS性激素水平。

4. 腸道菌群-膽汁酸對(duì)肥胖的影響：肥胖是世界范圍內(nèi)非常普遍的健康問(wèn)題，盡管肥胖未納入PCOS的診斷標(biāo)準(zhǔn)，但約38%～88%的PCOS患者都表現(xiàn)為肥胖或者超重[29]。近年來(lái)，腸道菌群和肥胖之間的聯(lián)系一直備受關(guān)注。有研究表明，高脂飲食可以通過(guò)改變腸道菌群的種類(lèi)和分布從而導(dǎo)致肥胖；且厚壁菌門(mén)與擬桿菌門(mén)的比例越高，腸道菌群從飲食中提取能量的效率就越高，這可能是肥胖發(fā)生的重要原因之一[30]。腸道菌群可以通過(guò)調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝與轉(zhuǎn)化來(lái)維持其穩(wěn)態(tài)。因此腸道菌群-膽汁酸軸與肥胖的關(guān)系成為許多研究者關(guān)注的方向。Zhou等[31]分析并對(duì)比PCOS肥胖患者和非PCOS肥胖婦女的腸道菌群和糞便代謝物的特征變化后發(fā)現(xiàn)，在PCOS肥胖患者中存在4種特征性腸道菌群，包括腔隙桿菌(Lachnoclostridium)、梭桿菌屬(Fusobacterium)、糞球菌屬(Coprococcus_2)和Tyzzerela；此外，TCA可作為一種特征代謝物參與PCOS肥胖的發(fā)展進(jìn)程。膽汁酸可以通過(guò)激活FXR受體和G蛋白耦聯(lián)膽汁酸受體(TGR5)調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽1(GLP-1)的釋放，這一過(guò)程與肥胖的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[32]。通過(guò)補(bǔ)充外源性的產(chǎn)酸擬桿菌后，小鼠的體重與脂肪含量均相應(yīng)下降，但血清中的胰島素、GLP-1以及膽汁酸水平均明顯升高，提示產(chǎn)酸擬桿菌可以改善IR并預(yù)防肥胖癥，且這一作用可能是通過(guò)腸道中的FXR/TGR5/GLP-1信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的[33]。Wei等[34]通過(guò)分析代謝正常的高體質(zhì)量指數(shù)(BMI)人群以及代謝異常的高BMI人群的膽汁酸代謝譜后發(fā)現(xiàn)，代謝異常組的豬膽酸(HCA)、豬去氧膽酸(HDCA)、甘氨豬脫氧膽酸(GHDCA)、UDCA、CDCA和甘氨熊脫氧膽酸(GUDCA)水平顯著降低，且上述膽汁酸均屬于非-12OH膽汁酸；此外，通過(guò)分析高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠(HF-OP)以及肥胖抵抗小鼠(HF-OR)的腸道菌群后發(fā)現(xiàn)HF-OP 組中的C. scindens和C. hylemonae顯著減少，且C. scindens與UDCA、石膽酸(LCA)和脫氧膽酸(DCA)水平呈正相關(guān)，C. hylemonae與UDCA水平呈正相關(guān)，提示腸道菌群失調(diào)會(huì)影響膽汁酸的組成；進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中，給予高脂飲食小鼠組外源性的UDCA后發(fā)現(xiàn)，小鼠的體重下降且相應(yīng)的非-12OH 膽汁酸水平上升，提示膽汁酸的調(diào)節(jié)可作為一種潛在的治療方法來(lái)改善肥胖，且腸道菌群-膽汁酸可能通過(guò)影響肥胖參與PCOS進(jìn)程。

5. 腸道菌群-膽汁酸對(duì)IR的影響：IR是導(dǎo)致PCOS患者生殖功能障礙的原因之一，其通過(guò)影響PCOS患者的排卵功能并參與子宮內(nèi)膜疾病的發(fā)展從而導(dǎo)致不孕。腸道菌群可以通過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)和途徑影響PCOS患者的代謝與IR[35]。He等[36]通過(guò)分析伴有IR的PCOS患者(PCOS-IR)、不伴有IR的PCOS患者(PCOS-NIR)及BMI匹配的健康對(duì)照女性(HC)腸道菌群特征后發(fā)現(xiàn)，與PCOS-NIR和HC組相比，PCOS-IR患者的腸道菌群失調(diào)更嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為腸球菌豐度增加，而腸球菌通過(guò)參與IR相關(guān)的代謝途徑，影響腸道環(huán)境并促進(jìn)PCOS的發(fā)生和發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)PCOS小鼠的擬桿菌豐度明顯高于對(duì)照組，這與PCOS患者的腸道菌群改變情況相似；此外，PCOS小鼠的空腹血糖及胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)均顯著高于對(duì)照組[37]。為了進(jìn)一步探究腸道菌群在PCOS中的作用，Yang等[37]用抗生素處理PCOS小鼠后發(fā)現(xiàn)，小鼠回腸中的FXR mRNA水平與血清中的FGF15水平顯著增加且IR得到改善。FXR被膽汁酸激活后，可使小異二聚體伴侶(SHP)的表達(dá)上調(diào)，SHP通過(guò)下調(diào)CYP7A1和CYP8B1的表達(dá)后減少膽汁酸的合成；給PCOS小鼠補(bǔ)充外源性的FXR激動(dòng)劑CDCA后觀察到小鼠空腹血糖和平均血糖水平均有所改善；基于以上結(jié)論研究者們進(jìn)一步推測(cè)：腸道菌群是導(dǎo)致PCOS患者發(fā)生IR的重要因素，擬桿菌可能通過(guò)擬桿菌- 膽汁酸-腸道 FXR 信號(hào)通路參與PCOS的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸[38]。

五、總結(jié)與展望

隨著新的組學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)方法的不斷出現(xiàn)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸與腸道菌群穩(wěn)態(tài)之間存在著密不可分的聯(lián)系，并且在PCOS的病理生理以及發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色。然而大部分關(guān)于膽汁酸的研究都基于動(dòng)物模型，無(wú)論是小鼠還是大鼠的免疫系統(tǒng)、膽汁酸代謝和腸道菌群組成都與人類(lèi)有很大的不同。通過(guò)抗生素、益生菌、益生元和糞便細(xì)菌移植來(lái)調(diào)節(jié)膽汁酸組成的腸道菌群變化可以改善PCOS。雖然腸道菌群-膽汁酸軸在PCOS患者的發(fā)病過(guò)程中扮演了重要角色，但其確切的分子機(jī)制仍有待闡明，尤其是特定腸道菌群種類(lèi)及其代謝物在調(diào)節(jié)PCOS患者代謝及各種表型發(fā)展中的作用。未來(lái)的研究應(yīng)致力于探討膽汁酸濃度和組成變化與PCOS患者和健康人群的腸道菌群變化之間的關(guān)系，為治療PCOS提供新的理論依據(jù)和方法。膽汁酸與腸道-卵巢軸中宿主-微生物組之間復(fù)雜的相互作用才剛剛開(kāi)始被了解，臨床試驗(yàn)和進(jìn)一步深入的研究可以幫助研究者們探索膽汁酸在健康個(gè)體和PCOS患者中的不同作用，使其作為潛在的治療手段得到最佳利用，這對(duì)于早日研發(fā)更多有效且安全的PCOS治療藥物也有著一定的指導(dǎo)意義。