期刊來(lái)源：中華泌尿外科雜志2019,40(10):794-797
作者：曾嘉榮 吳芃
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摘要
泌尿道微生態(tài)學(xué)是研究泌尿道微生物與宿主相互作用關(guān)系的學(xué)科。隨著技術(shù)的革新，泌尿道微生態(tài)在人體健康與疾病中的角色逐漸為人所知，并已被證實(shí)與多種泌尿系統(tǒng)疾病相關(guān)，包括泌尿系統(tǒng)腫瘤、下尿路癥狀以及結(jié)石等。目前，泌尿道微生態(tài)學(xué)研究尚處于初始階段，其導(dǎo)致疾病的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。本文將對(duì)泌尿道菌群的發(fā)現(xiàn)與泌尿系統(tǒng)疾病的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)闡述。
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人體微生態(tài)學(xué)是研究人體微生物的學(xué)科，包括微生物群或微生物組的特征及其與宿主的相互作用關(guān)系。微生物群是對(duì)特定環(huán)境所有微生物有機(jī)體的總稱，包括細(xì)菌、古細(xì)菌、真核生物、病毒。微生物組是指一個(gè)特定環(huán)境或者生態(tài)系統(tǒng)中全部微生物及其遺傳信息，包括其細(xì)胞群體和數(shù)量、全部遺傳物質(zhì)（基因組）[1]。兩者不完全對(duì)應(yīng)，相對(duì)而言，微生物組的范圍更廣。人體微生態(tài)顛覆了醫(yī)學(xué)上關(guān)于感染、腫瘤、代謝等重大疾病的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，并被證實(shí)與感染性疾病、代謝性疾病、消化道疾病以及精神類疾病等相關(guān)[2]。人體不同部位微生態(tài)研究中，腸道微生態(tài)備受關(guān)注，泌尿道微生態(tài)研究起步較晚且受關(guān)注較少。隨著新技術(shù)的革新，越來(lái)越多的研究結(jié)果顯示，健康人泌尿道同樣存在常駐菌群[3]，并且在維持泌尿系統(tǒng)健康中扮演重要角色。
一、 泌尿道菌群的發(fā)現(xiàn)
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為健康人泌尿道無(wú)菌，一旦檢測(cè)出細(xì)菌即認(rèn)為存在尿路感染或無(wú)癥狀性菌尿。隨著16S rDNA高通量測(cè)序以及增強(qiáng)量化尿液培養(yǎng)技術(shù)（expanded quantitative urine culture，EQUC）等的運(yùn)用，已證實(shí)健康人尿液同樣存在常駐菌群[3]。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了健康人泌尿道無(wú)菌的觀念，并動(dòng)搖了尿路感染的定義基礎(chǔ)。臨床上，標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)結(jié)果常被作為判斷尿路感染的診斷依據(jù)，然而，此方法僅可用于培養(yǎng)某些需氧菌和生長(zhǎng)快速的病原菌，如腸桿菌屬、糞腸球菌屬等。而對(duì)于另一些生長(zhǎng)較慢、厭氧以及對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求較嚴(yán)格的微生物，如棒狀桿菌屬、乳桿菌屬等，則難以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)進(jìn)行分離與鑒定。
EQUC通過(guò)改變尿液菌群生長(zhǎng)條件，包括增加標(biāo)本量、改變不同的生長(zhǎng)介質(zhì)和氣體條件，并延長(zhǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)時(shí)間，能在種水平上鑒定出標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)所遺漏的細(xì)菌。Hilt等[4]的研究結(jié)果也表明EQUC較標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)有更高的細(xì)菌檢出率。EQUC基于培養(yǎng)方法鑒別細(xì)菌類型，難免有所遺漏，而16S rDNA高通量測(cè)序則很好地彌補(bǔ)了這一不足。16S rDNA測(cè)序通過(guò)檢測(cè)高度保守的核糖體RNA基因，即使在菌量較低的情況下也可以在屬水平上確定細(xì)菌種類，較EQUC有更高的細(xì)菌檢出率?；诜肿铀綑z測(cè)的16S rDNA測(cè)序常被認(rèn)為不能判定細(xì)菌存活狀態(tài)，通過(guò)聯(lián)合EQUC及16S rDNA高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)二者檢測(cè)出的細(xì)菌類型存在明顯重疊，表明測(cè)序所鑒定出的細(xì)菌大部分處于存活狀態(tài)[4]。16S rDNA鑒定范圍大多局限于屬水平上的細(xì)菌，而宏基因組測(cè)序不僅能在種水平上鑒定細(xì)菌類型，而且能夠鑒定病毒、真菌等非細(xì)菌微生物，有助于進(jìn)一步深入研究宿主與微生物群的相互作用關(guān)系[5]。
二、泌尿道菌群與泌尿系統(tǒng)疾病
（一）泌尿道菌群與泌尿道腫瘤
1.泌尿道菌群與膀胱癌：目前尚未發(fā)現(xiàn)微生物與膀胱癌之間存在直接聯(lián)系，但已有證據(jù)表明泌尿道菌群與膀胱癌之間可能存在某種關(guān)聯(lián)。鏈球菌屬、梭桿菌屬在膀胱癌組尿液標(biāo)本中豐度明顯高于正常對(duì)照組[6-7]。鏈球菌屬具有較強(qiáng)的侵襲力，并可產(chǎn)生多種酶以及外毒素，促進(jìn)炎癥產(chǎn)生；而梭桿菌屬可通過(guò)募集腫瘤浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)慢性炎癥產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生成[8]。Wu等[9]發(fā)現(xiàn)膀胱癌組菌群豐富度明顯高于正常對(duì)照組，尿液中鞘脂桿菌科和不動(dòng)桿菌屬相對(duì)豐度明顯高于正常對(duì)照組。鞘脂桿菌屬可誘導(dǎo)DNA片段裂解、caspase-3活化，從而導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)變化和細(xì)胞周期縮短，而不動(dòng)桿菌屬可破壞上皮屏障并誘導(dǎo)炎癥產(chǎn)生[10-11]。此外，膀胱癌高復(fù)發(fā)和進(jìn)展患者泌尿道菌群的豐富度增加，提示菌群豐富度的差異可能作為預(yù)測(cè)膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)分層的潛在生物標(biāo)志物[9，12]。Liu等[13]發(fā)現(xiàn)膀胱癌患者癌組織菌群豐富度及多樣性降低，鞘脂單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬等相對(duì)豐富度升高。泌尿道菌群還可能影響卡介苗膀胱灌注療效。目前，經(jīng)尿道膀胱腫瘤電切術(shù)后行卡介苗膀胱灌注被認(rèn)為是中高危非肌層浸潤(rùn)性膀胱癌患者的常規(guī)治療方法，但仍有＞40%的患者對(duì)卡介苗治療無(wú)效[14]。惰性乳酸桿菌可與纖維連接蛋白緊密結(jié)合[15]，而后者也是卡介苗與膀胱壁結(jié)合的細(xì)胞外基質(zhì)分子，惰性乳桿菌與纖維連接蛋白的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合可能影響卡介苗與膀胱壁的相互作用，繼而影響卡介苗的療效[14]。另外，血吸蟲(chóng)感染伴膀胱病變者中梭桿菌屬、鞘氨醇桿菌屬和腸球菌屬的豐度顯著高于單純血吸蟲(chóng)感染者和正常對(duì)照，表明泌尿道特定菌群可能參與血吸蟲(chóng)感染誘導(dǎo)膀胱鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展[16]。
2.泌尿道菌群與前列腺癌：前列腺癌與泌尿道菌群之間的關(guān)系尚無(wú)定論，菌群可能通過(guò)誘發(fā)前列腺慢性炎癥，促進(jìn)前列腺癌發(fā)生[17]。咽峽炎鏈球菌、厭氧球菌屬、乳桿菌屬等既往被認(rèn)為是泌尿生殖系統(tǒng)感染的促炎細(xì)菌，其豐富度在前列腺癌患者中明顯高于良性前列腺增生患者[18]。通過(guò)對(duì)比直腸拭子菌群特征，發(fā)現(xiàn)前列腺癌患者促炎細(xì)菌豐富度升高，如擬桿菌屬和鏈球菌屬等[19]。促炎細(xì)菌進(jìn)入前列腺后可能引發(fā)慢性炎癥，促進(jìn)前列腺增生性炎性萎縮，從而誘導(dǎo)前列腺癌的發(fā)生。此外，癌組織、癌旁組織、正常組織等不同部位的菌群結(jié)構(gòu)特征存在顯著差異，葡萄球菌屬在癌和癌旁組織中較正常組織更為常見(jiàn)[20]。盡管前列腺組織中可以檢測(cè)出菌群DNA，但前列腺本身不太可能存在獨(dú)特的菌群，檢測(cè)到的菌群可能來(lái)源于炎癥病灶或者前列腺鈣化灶[21]。目前尚缺乏泌尿道菌群與前列腺癌關(guān)系的前瞻性多中心臨床研究，關(guān)于促炎細(xì)菌與前列腺癌之間的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。
（二）泌尿道菌群與下尿路癥狀(LUTS)
1.泌尿道菌群與膀胱過(guò)度活動(dòng)癥(OAB)/急迫性尿失禁(urge urinary incontinence，UUI):OAB患者與健康人群的泌尿道菌群結(jié)構(gòu)特征存在顯著差異。不同研究結(jié)論不完全一致，這種差異可能來(lái)源于種族、年齡、激素水平、樣本采集方法、DNA提取和測(cè)序技術(shù)的熟練度等。OAB患者的泌尿道菌群豐富度和多樣性均顯著降低，且與患者抑郁嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[22]。在不同研究中，OAB患者泌尿道菌群特定種屬呈相似的變化趨勢(shì)，即氣球菌屬和變形桿菌屬增多而乳桿菌屬減少[4，22-23]，這些特定菌屬可能是女性O(shè)AB患者區(qū)別于正常女性尿液菌群的生物標(biāo)志物。此外，OAB 患者泌尿道菌群專性厭氧菌屬（如普氏菌屬和梭桿菌屬）顯著減少，而兼性厭氧菌屬（如變形桿菌屬和氣球菌屬）相對(duì)增多[22，24]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，誘導(dǎo)產(chǎn)生OAB 癥狀后的大鼠尿液中鏈球菌屬增多，撤去應(yīng)激因素后，泌尿道菌群特征更接近健康對(duì)照者[25]。
UUI的發(fā)病、癥狀程度以及藥物療效等可能與泌尿道菌群相關(guān)。UUI患者尿液乳桿菌屬減少，而放線菌屬、加德納菌屬和鏈球菌屬等顯著增多[26]。UUI患者尿液的16S rDNA測(cè)序陽(yáng)性率約51%，測(cè)序陽(yáng)性的UUI患者更年輕、體質(zhì)指數(shù)更高、漏尿次數(shù)更多，對(duì)治療反應(yīng)效果更好，而且尿路感染風(fēng)險(xiǎn)更低[27]；UUI癥狀嚴(yán)重程度與患者泌尿道菌群多樣性呈負(fù)相關(guān)[28]。另外，菌群還可能與索利那新療效相關(guān)。索利那新可通過(guò)阻滯膀胱平滑肌的毒蕈堿M3受體抑制膀胱過(guò)度活動(dòng)，但約40%的UUI患者在服用索利那新后療效不佳[29]。索利那新5 mg治療有效的UUI患者，較10 mg治療有效者和索利那新治療無(wú)效者的泌尿道菌群多樣性降低，并且10 mg治療有效組菌群多樣性與索利那新治療無(wú)效組相似[29]。盡管其中的機(jī)制不明，但該研究結(jié)果表明菌群多樣性或可用于索利那新臨床療效的預(yù)測(cè)。
2.泌尿道菌群與慢性泌尿系盆腔疼痛綜合征(urologic chronic pelvic pain syndrome，UCPPS): UCPPS包括慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛綜合征(chronic prostatitis/chronic pelvic pain syndrome，CP/CPPS)和間質(zhì)性膀胱炎/膀胱疼痛綜合征 (interstitial cystitis／bladder pain syndrome， IC/BPS)。UCPPS的發(fā)病機(jī)制尚不明確，激素水平改變、遺傳性酶缺乏以及神經(jīng)源性疼痛等可能參與其中。CP/CPPS和IC/BPS的癥狀與尿路感染相似，但基于標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)方法并未發(fā)現(xiàn)細(xì)菌學(xué)證據(jù)，因此既往觀點(diǎn)認(rèn)為細(xì)菌不參與其發(fā)病。但標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)技術(shù)會(huì)遺漏大部分微生物，其中包括可能的致病菌，新檢測(cè)技術(shù)為探究CP/CPPS及IC/BPS與泌尿道菌群之間的關(guān)系提供可能。
UCPPS中存在盆腔疼痛等癥狀加劇的現(xiàn)象，即“flare現(xiàn)象”，具有“flare現(xiàn)象”的UCPPS患者念珠菌屬攜帶率顯著升高，但泌尿道菌群結(jié)構(gòu)并無(wú)顯著差異[30]。IC/BPS患者尿液菌群中棒桿菌屬豐富度明顯降低，而菌群多樣性及總體菌群結(jié)構(gòu)與健康對(duì)照組相比無(wú)明顯差異[31]；Meriwether等[32]利用O′Leary-Sant問(wèn)卷表將絕經(jīng)前女性分為IC/BPS組與對(duì)照組（O′Leary-Sant問(wèn)卷表中問(wèn)題指數(shù)和癥狀指數(shù)任何一項(xiàng)＞6分為IC/BPS組，兩項(xiàng)均＜6分則為對(duì)照組），結(jié)果表明IC/BPS患者陰道及泌尿道菌群分別與對(duì)照組相比均無(wú)顯著差異。也有研究者得出不同的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)CP/CPPS組的泌尿道菌群多樣性增加，梭狀芽胞桿菌和類桿菌攜帶率增高[33]。而Siddiqui等[34]發(fā)現(xiàn)相對(duì)于健康女性，IC/BPS女性患者泌尿道菌群總體豐富度以及多樣性顯著降低，而乳桿菌屬豐富度升高。盡管結(jié)論不完全統(tǒng)一，但多項(xiàng)研究結(jié)果提示UCPPS患者泌尿道菌群與健康人群相似，然而這一結(jié)論需要更多數(shù)據(jù)支持。
3.泌尿道菌群與良性前列腺增生（BPH）/LUTS：BPH導(dǎo)致LUTS的機(jī)制仍不明確，泌尿道菌群可能影響局部免疫環(huán)境，產(chǎn)生炎癥，進(jìn)而在BPH/LUTS 進(jìn)展中發(fā)揮作用。BPH/LUTS患者清潔中段尿與導(dǎo)管尿菌群檢出率和泌尿道菌群結(jié)構(gòu)存在明顯差異，相對(duì)于中段尿，導(dǎo)管尿能更好地反映BPH/LUTS患者膀胱菌群特征[35]。IPSS是目前公認(rèn)的評(píng)判BPH患者癥狀嚴(yán)重程度的最佳手段，隨著 IPSS評(píng)分的升高，泌尿道菌群檢出率增加[35]。不同嚴(yán)重程度的LUTS其泌尿道菌群結(jié)構(gòu)無(wú)顯著差異，但菌群檢出率存在差異，輕、中、重度 LUTS菌群檢出率分別為22%、30%、57%[35]。此外，念珠菌屬以及鏈球菌屬在重度LUTS患者中更為普遍[35]，值得注意的是，念珠菌屬和鏈球菌屬分別被證實(shí)與UCPPS“flare現(xiàn)象”以及OAB/UUI癥狀相關(guān)[26，30]。
（三）泌尿道菌群與尿路結(jié)石
泌尿道菌群與結(jié)石之間的潛在關(guān)系引起廣泛關(guān)注。Bjazevic等[36]發(fā)現(xiàn)非產(chǎn)脲酶大腸桿菌能增加尿液草酸鈣結(jié)晶對(duì)腎上皮細(xì)胞的黏附力，且受到骨橋蛋白以及Zn2+ 影響。Liu等[37]發(fā)現(xiàn)伴有高草酸尿癥的無(wú)菌小鼠較野生鼠更容易產(chǎn)生腎結(jié)石。另外，Batagello等[38]發(fā)現(xiàn)尿路結(jié)石人群中乳桿菌屬豐富度降低而大腸桿菌屬豐富度增高，提示乳桿菌屬可能對(duì)尿路結(jié)石形成具有預(yù)防作用。相比泌尿道菌群，腸道菌群與結(jié)石的研究更為成熟，Wang等[39]發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，腎結(jié)石組患者腸道菌群多樣性增加，勞特氏菌屬等產(chǎn)短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）的腸道菌屬豐富度以及腸道內(nèi)SCFAs含量降低。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示口服SCFAs（乙酸）后，大鼠結(jié)石形成率由60%降為20%，表明腸道菌群與SCFAs水平可能影響腎結(jié)石形成。腸道中某些以草酸為能源的細(xì)菌可能與尿路結(jié)石形成相關(guān)，如草酸桿菌。此類菌群降解草酸活動(dòng)的減弱會(huì)導(dǎo)致腸道草酸重吸收增加，從而導(dǎo)致尿液中草酸鹽沉積以及結(jié)石形成[40]。
三、總結(jié)與展望
反復(fù)膀胱炎癥被證實(shí)會(huì)增加膀胱癌的發(fā)生危險(xiǎn)[41]，泌尿道中特定菌群，如鏈球菌屬、梭桿菌屬、不動(dòng)桿菌屬等可能通過(guò)誘導(dǎo)膀胱慢性炎癥參與膀胱癌發(fā)病。LUTS病理生理過(guò)程不明確，給疾病防治帶來(lái)很大困難，尋找新的標(biāo)志物有助于提升對(duì)其病理生理學(xué)方面的理解。泌尿道菌群與LUTS的發(fā)病、癥狀程度、藥物療效等相關(guān)，有望成為評(píng)估LUTS風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)后的標(biāo)志物。泌尿道菌群的發(fā)現(xiàn)顛覆了以往疾病治療理念，相比以往消滅全部細(xì)菌的治療策略，利用益生菌調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)與功能，使失調(diào)菌群重新恢復(fù)到平衡狀態(tài)可能成為新的治療研究方向。
目前，泌尿道微生態(tài)研究尚處于初級(jí)階段，大部分研究仍局限于疾病狀態(tài)與菌群多樣性、種類和豐富度的表觀變化關(guān)系，具體機(jī)制尚需進(jìn)一步探索。泌尿道微生態(tài)與泌尿道乃至人體健康和疾病之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，其中哪些微生物是疾病或健康的驅(qū)動(dòng)者，哪些是沉默者；何為正常菌群，何為失調(diào)菌群；菌群與疾病之間何為因、何為果等，這些問(wèn)題需要通過(guò)更高維度研究才能給出答案。EQUC、16S rDNA高通量測(cè)序是目前研究泌尿道微生態(tài)的主要技術(shù)，但進(jìn)一步探索菌群與菌群之間、菌群與機(jī)體之間相互作用則需要借助其他技術(shù)手段，如宏基因組學(xué)、感染基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等，多組學(xué)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、動(dòng)物模式研究和大樣本隊(duì)列研究將成為泌尿道菌群未來(lái)的研究方向。
參考文獻(xiàn)（略）
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