综述丨Microbiol Mol Biol R: 女性生殖道微生物群在妇科和生殖健康中的作用

编译：微科盟蔚蓝，编辑：微科盟居居、江舜尧。

导读  

女性生殖道微生物组的特点颠覆了一个传统观念，即高生物多样性是最佳生态系统的标志。由乳杆菌(Lactobacillus)组成的均质阴道微生物组通常与健康有关，尽管并不普遍正确，但由其他分类群组成的阴道微生物组通常与生态失调和更高的疾病风险相关。在过去的十年中，人们对这些独特生物系统的了解进展迅速。令人感兴趣的是，大量研究致力于破解女性生殖道微生物组中的微生物如何影响妊娠，尤其是产生不良后果的妊娠，包括但不限于早产。本文回顾了最近的研究成果，这些研究揭示了女性生殖道微生物影响妇科和生殖健康的机制。

论文ID

原名：Roles of the Microbiota of the Female Reproductive Tract in Gynecological and Reproductive Health

译名：女性生殖道微生物群在妇科和生殖健康中的作用

期刊：Microbiology and Molecular Biology Reviews

IF：13.044

发表时间：2022.10.12

通讯作者：Gregory A. Buck

通讯作者单位：美国弗吉尼亚联邦大学医学院

综述目录

1 前言

2 阴道微生物组

3 宫颈微生物组

4 上生殖道的微生物群

5 女性生殖道菌群与早产

6 阴道病毒组和阴道健康

7 解决阴道微生物群失调

8 展望

主要内容

1 前言

女性生殖道由阴道、子宫颈、子宫、输卵管和卵巢组成，子宫颈连接上生殖道和阴道(图1)。长期以来，人们都知道女性生殖道中微生物的存在和入侵会影响生殖健康。乳杆菌(Lactobacillus)通常是阴道微生物组(VMB)中最丰富的分类群，产生乳酸和细菌素进而抑制与生态失调相关的微生物，并维持内稳态、降低疾病风险。乳杆菌为主的VMB是女性生殖健康的标志。VMB比其他身体部位(如口腔和胃肠道)的微生物群落更简单，后穹窿和入口的阴道微生物群落组成大体类似于阴道壁的微生物群落组成。与妊娠早期相比，妊娠晚期的VMB趋向于更稳定和乳杆菌主导的状态，这可能是一种保障妊娠成功的进化选择机制。以其他分类群为主的VMBs，例如与细菌性阴道病(BV)相关的VMBs通常被认为是不理想的，并与较高的不良健康风险相关，包括细菌、病毒和寄生性传播感染(STIs)风险的增加，以及不良妊娠结局(包括但不限于早产(PTB))。侵入上生殖道的微生物引起的炎症可导致不良妊娠结局，但这类微生物的来源尚不清楚，健康女性的上生殖道中是否存在天然微生物群仍存在争议。

最近的研究加深了人们对女性生殖道微生物群影响妇科和生殖健康机制的了解。本文综述了女性生殖道多个生态位中微生物的特征及其对人类健康的影响。本文也讨论了微生物维持阴道健康或增加不良生殖健康风险的机制。女性生殖道中的微生物对不良妊娠结果的贡献在最近的研究中有较大影响力。本综述引用了过去十年的研究，在此期间，包括高通量基因组和转录组学分析在内的先进多组学技术导致该领域的快速发展。我们讨论了预测、预防和可能的干预措施以防止不良妊娠结果。

2 阴道微生物组

2.1 人类阴道微生物组的组成

美国国立卫生研究院人类微生物组项目(HMP；www.hmpdacc.org/hmp)于2008年启动，旨在定义健康领域的人类微生物群。这些早期研究证实与其他身体部位(如口腔和胃肠道)的微生物群落相比，无症状的白人育龄期女性的VMB显示出最低的群落丰富度和多样性，它通常由乳杆菌属成员主导(图1)，且阴道入口、阴道壁和后穹隆的微生物群落几乎没有区别。对不同种族的研究表明，乳杆菌(例如Lactobacillus crispatus、L. gasseri、L. jensenii和L. iners)和其他一些类群(例如BV相关细菌1 (BVAB1；“CandidatusLachnocurva vaginae”)、Gardnerella vaginalis、Sneathia amnii等)是VMB中最丰富的物种(图1)。一项采用高通量16S rRNA分类分析的标志性研究将不同种族的非妊娠育龄期妇女的VMBs分为以乳酸杆菌为主的四种群落状态类型(CSTs)，即CSTI (L. crispatus)、CST II(L. gasseri)、CST III(L. iners)和CST V(L. jensenii)，以及第五种——更为复杂的CST IV(主要由几种厌氧菌构成)(图1)。最近的一项研究将CST IV细分为7个亚型，主要由不同的非乳杆菌物种构成。另一种可供选择的类似VMBs分类方法是根据样本中的优势分类单元将其划分为“vagitypes”。最近建立了VIRGO数据库，该数据库允许使用宏基因组和宏转录组数据在亚种水平上对阴道细菌进行分类。这些分类方法是基于高通量核酸测序揭示的VMB分类或基因谱的生物信息学分析。在诊断环境中，临床的半定量显微镜观察通常用于对阴道微生物组进行分类；包括Amsel标准或半定量Nugent评分用于诊断BV，Donder评分用于诊断需氧菌性阴道炎(见下文)。

图1 女性生殖道的微生物群。在显示VMB组成的饼图中，分类单元用颜色编码并标注到物种水平。饼图边缘的灰色条纹突出显示了乳杆菌属的物种。饼图中的数据来自先前对2582名无症状育龄期女性的研究，其中27.2%妊娠，52%为黑人，20%为白人，28%为非黑人西班牙裔。VMB可分为五种群落状态类型(CSTs)，并列举了这些CSTs的优势种。宫颈微生物组的组成与VMB相似。女性生殖道上部是否存在微生物群仍有争议。

2.2 影响阴道微生物组组成的宿主因子

雌激素是维持阴道微生物群的关键宿主因子。它促进阴道上皮增厚和细胞内糖原的产生。宿主糖原可被宿主α淀粉酶水解为葡萄糖和麦芽糖，乳酸杆菌将葡萄糖和麦芽糖发酵成乳酸，降低局部pH值 (图2)。此外，体外和计算机研究表明多种阴道细菌编码可将糖原代谢为葡萄糖和麦芽糖的淀粉样酶。糖原可能是由乳杆菌物种分泌的高浓度乳酸和细胞溶素诱导的上皮细胞溶解释放出来的，而糖原的释放可能与透明质酸酶-1和基质金属蛋白酶-8有关。随着青春期雌激素水平的升高，女性生殖道的pH值变为酸性，多个队列的meta分析表明VMB变得更加稳定且更有可能由嗜酸乳杆菌主导。同样，VMB的稳定性和雌激素的浓度在月经周期和妊娠期间波动，但这两者可以一直观察到正相关性，即较高水平的雌激素与VMB的稳定性增加相关，并且明显促进阴道健康(图3)。由于雌激素水平下降，在妊娠后和绝经期间则情况相反，绝经后妇女的雌激素治疗维持了乳杆菌占优势的状态。使用含雌激素的避孕药往往会增加乳杆菌的流行率，降低育龄期妇女BV的发病率。这些数据进一步支持了雌激素和VMB调节之间的因果关系。正如最近的一篇综述所示，孕激素与雌激素不同，对VMB的影响在不同的研究中并不一致；而睾丸激素水平的升高似乎与患有多囊卵巢综合征的女性更复杂的VMB有关。

种族是区分育龄期女性VMB组成的另一个重要因素。在白人女性中最占优势的分类单元通常是L. crispatus，而L .iners在亚裔、西班牙裔和黑人女性中普遍存在。白人和亚洲女性的平均阴道pH值低于西班牙裔和黑人女性，这与丰度较高的乳杆菌相一致。黑人女性的VMBs稳定性较差，这与她们更复杂的微生物群落一致，并表现出更高流行率的BVAB1、G. vaginalis、S.amnli和其他几种与BV相关的厌氧菌。黑人女性患STIs和不良妊娠结局的风险也更高。基因差异(例如不同种族个体间的已知序列变异)以及种族间的环境差异(例如社会经济地位和压力)都可能导致VMB组成中的这些种族差异，一些研究已经确定了女性遗传背景和特定细菌类群之间的遗传联系。此外，这些研究还表明种族背景和VMB中某些细菌类群之间存在遗传关联。因此，种族对VMB的影响可能是由多种因素介导的，包括个人的遗传背景和环境条件。由于结构性种族主义是影响环境条件的关键因素，与种族有关的VMB差异可能是由结构性种族主义造成的。然而，目前的研究尚未量化这些因素对VMB组成的贡献，这些因素影响VMB的机制尚不清楚。

图2 阴道微生物群在妇科和产科健康中的作用。母体雌激素促进阴道上皮细胞产生糖原。糖原从上皮细胞分离或溶解释放到女性生殖道，被人和细菌的α-淀粉酶代谢为葡萄糖和麦芽糖。葡萄糖和麦芽糖可以被乳酸杆菌进一步发酵为乳酸，从而支持乳杆菌属成员的增殖。乳酸降低阴道pH值进而抑制与生态失调相关的物种的定植和增殖。细菌素可能也在控制与BV和其他有害条件相关的微生物的定植和增殖中发挥作用。乳酸似乎通过增加抗炎细胞因子IL-1RA和抑制促炎细胞因子和趋化因子(包括IL-6、IL-8、TNF-α、RANTES和MIP-3α)抑制由机会致病菌感染可能引起的宿主炎症。此外，乳杆菌类群似乎还能促进粘膜和上皮屏障的完整性，有助于防止这些有害微生物滋生。相反，较不利的分类群通过诱导炎症(①)、形成生物膜(②)和产生其他毒力因子(③)，包括但不限于毒素(如vaginolysin和inerolysin)、蛋白酶、粘蛋白酶或唾液酸酶诱导不良结果。其他BV相关毒力因子见表2。

图3 妊娠期阴道微生物群的变化。雌激素是调节VMB稳定性的关键因素之一。妊娠期雌激素的浓度和VMB的稳定性增加正相关。当乳酸杆菌的丰度增加，与阴道失调有关的物种则丰度下降，如G. vaginalis、A. vaginae以及P. bivia。这种VMB的变化在妊娠早期以及在黑人女性中更为明显。分娩后，雌激素水平和VMB的稳定性都大大降低，VMB从最佳状态转变为失调状态，通常需要超过40周的时间才能恢复。

2.3 乳酸杆菌和阴道健康

乳杆菌属通常是VMB中的优势类群，这些类群在对抗生态失调相关微生物中发挥着重要作用。如前所述，乳酸杆菌降低阴道pH值。低pH抑制与BV有关的厌氧菌增殖，并被认为在一定程度上降低了人体免疫缺陷病毒(HIV)感染、其他病毒感染和其他STIs的易感性(图2)。乳酸也可透过革兰氏阴性类群的外膜，可能增强了体外其他因素对这些细菌的影响。在有氧条件下，许多乳杆菌物种产生H2O2的能力较其他潜在阴道定植菌具有选择性优势，但女性生殖道中大部分无氧环境可能会阻止体内产生H2O2。乳杆菌也产生细菌素，并以其他细菌类群为目标，允许前者增殖。阴道标本培养物中提取的L. crispatus分离株基因组中已经确定了多个假定的细菌素基因。体外实验证明从L. gasseri菌株中鉴定出来的Gassericin E可抑制其他物种，包括G. vaginalis。尽管这些细菌素的抗菌谱可能会影响VMB的组成，但仍缺乏体内证据表明乳杆菌细菌素具有减弱其他类群生长或定植的功能。最后，体外研究表明，乳杆菌产生的各种粘附素促进其在上皮表面的定植，并抑制与生态失调相关微生物的定植，如G. vaginalis和大肠杆菌。L. crispatus还通过在体外产生一种生物表面活性物质来减少念珠菌(Candida)的粘附，并通过调节HeLa细胞模型中toll样受体(2和4)、白介素8 (IL-8)和β防御素2和3的产生促进上皮细胞的防御，从而抑制白色念珠菌(Candida albicans)感染。

乳杆菌与宿主相互作用影响整体阴道健康。多种阴道上皮细胞模型显示D-乳酸、L-乳酸和VMB相关代谢产物的混合物诱导抗炎细胞因子IL-1RA，同时抑制促炎细胞因子，包括IL-6、IL-8、TNF-α、RANTES和巨噬细胞炎症蛋白3α(MIP-3α)(图2)。L-乳酸对IL-1RA的诱导和IL-8的抑制在女性生殖道上皮的器官型组织模型中得到证实。尽管其他体外研究表明一些乳杆菌菌株刺激促炎反应，但这些菌株在VMB中都不丰富。体内和宫颈上皮细胞模型研究都表明乳杆菌产生的乳酸和由此产生的阴道酸性pH值也能提升阴道上皮屏障的完整性，抑制其他厌氧菌和病原体的定植(图2)。因此，显然保护性乳酸杆菌的优势与较低的亚健康状态风险相关。然而，乳酸杆菌的过度生长可能与细胞溶解性阴道病相关，其定义为上皮细胞损伤、溶解和由于乳酸过量产生引起的结垢。与BV相比，细胞溶解性阴道病并不常见，但强调了在临床环境中对VMB进行定量评估的重要性。

VMB中最丰富的乳杆菌属物种是L. iners和L. crispatus，其次是L. gasseri和L. jensenii(图1)。L. crispatus、L. jensenii和L. gasseri产生H2O2，L. crispatus与较低的阴道pH值有关，在白人女性中可遗传。此外，L. crispatus占优势的VMB比L. iners占优势的VMB产生更高水平的D-乳酸(而非L-乳酸)，而D-乳酸的减少与PTB有关。如上所述，较低的pH值既能抑制菌群失调，又能促进抗炎和抗菌效果。L. crispatus主导的VMB在妊娠期更稳定，并且在患PTB的孕妇中的发病率降低。L. crispatus上清液可以减弱LPS或G. vagalis介导的宫颈上皮屏障的破坏，逆转G. vagalis诱导的宫颈上皮细胞模型中炎症相关microRNA (miRNA)的表达。L. iners通常在黑人女性中占优势，它不产生H2O2，且产生D-乳酸的效率低于其他乳酸菌，它还产生一种胆固醇依赖性溶细胞素(inolysin)，并且不抑制脂多糖(LPS)或G. vaginalis对宫颈上皮的破坏。L. crispatus在很大程度上排斥其他细菌类群，与L. crispatus相比，L. iners经常与G. vaginalis在体内共存，并与PTB、流产和妊娠期间宫颈不全有关。尽管乳酸杆菌似乎对阴道整体健康有益，尤其是L. crispatus，但乳酸杆菌在维持阴道健康中的作用尚不清楚。最近的菌株水平研究表明，L. iners基因组在单核苷酸多态性(SNPs)和特征基因的存在方面是相当保守和相似的，但在噬菌体、质粒和一些非特征基因的存在方面有所不同，这些基因对VMB和女性健康的影响仍需要进一步探索。目前尚不清楚这些明显的菌株差异是否与L. iners对女性生殖健康的不同影响有关。有趣的是，在患BV女性的VMB中，包括编码inerolysin、粘蛋白、甘油转运、相关代谢酶以及属于CRISPR系统的蛋白质在内的几种L. iners基因的表达均上调，这表明L. iners毒力基因表达的调控与VMB的生态失调有关，但其机制尚不清楚。

最近的一项大规模代谢组学研究表明可以通过使用机器学习模型的VMB的代谢物谱来预测阴道细胞因子谱和VMB中乳杆菌的流行率。这些模型可以利用代谢物谱进一步区分L. crispatus和L. iners主导的VMBs。因此这一研究证明了VMB的组成、微生物代谢物和宿主免疫反应之间的相互作用。

2.4 不利健康条件下的阴道微生物组

2.4.1 细菌性阴道病

阴道炎是用以描述阴道感染或炎症的各种情况的一个术语。最常见的阴道炎有BV、外阴阴道念珠菌病或“酵母菌”阴道炎和滴虫性阴道炎。BV的全球患病率为23%-29%，其特征是VMB中的乳酸杆菌被厌氧革兰氏阴性菌取代。尽管许多具有BV样阴道微生物群的女性没有临床症状，但最近的一项meta分析估计，34.9%的女性实际上有症状。这些女性的阴道分泌物增多，伴异味和瘙痒，通常没有明显的局部炎症。根据Amsel诊断标准，需要有以下三种情况存在：阴道分泌物pH值≥4.5、存在被细菌包裹的脱落“线索”细胞，以及在分泌物中加入氢氧化钾后产生胺臭味。Nugent评分包括列举大革兰氏阳性杆菌(乳杆菌)、小革兰氏染色不定杆菌(G. vaginalis)、小革兰氏阴性杆菌(Bacteroides spp.)和弯曲革兰氏染色不定杆菌(其他类群)。一些类群通常在BV患者的VMBs中富集(表1)，包括Gardnerella、Atopobium、Prevotella、卟啉单胞菌属(Porphyromonas)、Sneathia、Mobiluncus、Mycoplasma、BVAB1、BVAB2、Mageeibacillus indolicus(BVAB3)以及消化链球菌属(Peptostreptococcus)。尽管Mobiluncus spp.被认为是BV中所观察到的弯曲杆菌的主要贡献者，但最近的分子研究表明，这些弯曲杆菌主要是BVAB1。甲硝唑治疗BV最初通常是成功的，但在12周至12个月内复发率可接近50%。

至少95%临床诊断的BV中存在G. vaginalis，但其作用尚未得到证实。最近，G. vaginalis分离株被重新划分为4个分支和13个公认的基因组物种，包括“真正的”G. vaginalis、G. leopoldii、G. piotii和G. swidsinskii。最近的一项研究表明进化支1和2与BV相关，包括G. vaginalis、基因组物种2和3。另一项研究认为进化支1 (G. vaginali和基因组物种2)和进化支3(基因组物种8、9和10)与BV相关，而进化支2(基因组物种3)与中间微生物群相关。许多(但不是全部) G. vaginali菌株会产生vaginolysin，这是一种胆固醇依赖性的成孔溶细胞素，通过在细胞膜上穿孔杀死哺乳动物细胞。在vaginolysin氨基酸序列中发现的物种特异性变异可能有助于与这些Gardnerella菌株相关的不同致病性。在没有症状的女性中发现了所有四个分支的成员，尽管丰度较低，而且大多数VMBs中有Gardnerella的女性携带有多个Gardnerella菌种。Gardnerella的一些菌株比其他菌株更精于生物膜形成或在体外与乳杆菌菌种的竞争。关于Gardnerella的不同菌株、不同的亚群及其与妇科和产科健康的关系，仍有待进一步了解。

BV相关细菌产生生物膜，通过唾液酸酶、溶细胞素和其他酶破坏阴道粘膜和上皮屏障，增加阴道pH值，并产生增强其定植能力的酶(表2)。VMB中的基因表达已被证明受到VMB组成的影响。由于大多数BV相关的细菌在CST IV中的相对丰度较高，负责唾液酸酶产生的基因在有CST IV的VMB中表达量最高，而在L. iners和G. vaginalis中编码胆固醇依赖性溶细胞素基因的高表达与乳杆菌的消耗有关。宫颈阴道上皮细胞模型显示BV相关阴道代谢物的混合物可以通过增加促炎细胞因子(即肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和IL-8)促进阴道炎症，但抑制趋化因子(RANTES、IP-10)产生，这可能是一种免疫逃逸的机制。其他上皮细胞模型显示，成孔毒素，如G. vaginalis产生的vaginolysin和L. iners产生的inerolysin，与阴道上皮细胞质膜内的脂阀结合并介导细胞溶解，这可能是BV的致病机制。有趣的是，服用他汀类药物降低全身胆固醇水平的女性通常表现出Gardnerella的流行率降低，他汀类药物保护培养的阴道上皮细胞不被vaginolysin溶解。其他与BV相关的类群(如Sneathia amnii)也表达了在发病机制中尚未明确涉及的毒素。

阴道生物膜保护BV相关的分类群不被较低pH值和乳酸、乳酸杆菌产生的抗菌素、宿主免疫系统和抗生素清除(图2)。尽管对这些生物膜仍知之甚少，但人们认为这些生物膜可破坏上皮屏障的完整性，并且是BV形成及其复发倾向的重要因素。与体外浮游培养物相比，G. vaginalis生物膜中与生长和vaginolysin产生相关的基因转录下调，这对阴道中G. vaginalis的长期生存有益。然而，G. vaginalis与粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和Actinomyces neuii共培养似乎在转录水平上促进了G. vaginalis的生物膜形成和毒力。已知的生物膜基质包含多糖、胞外蛋白质和细胞外DNA。DNase处理可以减少体外G. vaginalis生物膜的形成，表明胞外DNA是G. vaginalis生物膜基质的重要成分。然而，由于缺乏该类群的遗传工具，对G. vaginalis产生多糖和胞外蛋白相关基因的研究受限。G. vaginalis与BV相关细菌的种间相互作用显著促进生物膜的形成。体外研究表明G. vaginalis的最初附着可能由L. iners或Peptoniphilus spp.介导，而其他类群(如Atopobium vaginae、Prevotella bivia、具核梭杆菌Fusobacterium nucleatum和Mobiluncus spp.)促进了生物膜的形成。为更好地维护女性生殖健康，需要深入了解阴道生物膜。

几种与阴道pH值升高、阴道异常气味/分泌物或线索细胞的存在相关的生物胺、短链脂肪酸和长链脂肪酸，如酪胺、N-乙酰腐胺、尸胺、deoxycarnitine等，这些生物胺在BV患者或CST IV的VMBs中浓度较高，并与促炎反应的激活相关。与这些结果一致的是，在许多BV相关细菌的基因组中发现了负责生物胺产生的基因。相反，与健康相关的代谢物的浓度，如乳酸、苯丙氨酸、酪氨酸、谷胱甘肽等，在无症状参与者和以保护性乳杆菌为主的VMBs中较高。

表1 阴道炎患者阴道菌群组成。

aBVAB1，“Candidatus Lachnocurva vaginae”；BVAB2，LachnospiraceaeBV-associated bacterium 2；BVAB3，Mageeibacillus indolicus。

b2018年A. vaginae被重新分类为一个新属，并更名为Fannyhessea vaginae。

表2 细菌性阴道病相关毒力因子。

2.4.2 外阴阴道念珠菌病

外阴阴道念珠菌病通常发生在阴道环境因抗生素治疗、激素变化、代谢性疾病、免疫功能低下、性活动或允许酵母菌(主要是念珠菌)以菌丝形式在女性生殖道定植的其他情况下。白色念珠菌和其他念珠菌与上皮细胞膜上的甘露糖凝集素结合，是主要的病原体。为应对宿主环境条件的改变，念珠菌在向菌丝形态转变的过程中经历了整体转录变化。一些白色念珠菌菌株的菌丝形成阴道生物膜，并分泌念珠菌素，一种破坏上皮细胞膜的细胞溶解肽毒素，可穿透上皮细胞层。表皮生长因子受体被激活，诱导丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号、MKP1激活、促炎介质提升、中性粒细胞招募和17型免疫。育龄期女性外阴阴道念珠菌病的VMB一般比无症状女性更复杂，但在统计学上不及BV女性复杂(表1)。体内研究表明乳杆菌定植可能不会降低外阴阴道念珠菌病的风险，L. crispatus定植甚至与白色念珠菌定殖增加有关。然而，在体内L. crispatus占优势的VMB与L. iners占优势的VMB相比，白色念珠菌定植和外阴阴道念珠菌病的风险更低，在体外L. crispatus抑制白色念珠菌菌丝形成以及酵母菌诱导的先天免疫反应。显然外阴阴道念珠菌病与VMB有关，但尚不清楚它是否与特定的乳杆菌物种(如L. crispatus)或者乳酸杆菌优势(而不是乳酸菌的存在)有关。

2.4.3 性传播感染

阴道生态失调与STIs的风险增加有关，包括HIV、单纯疱疹病毒(HSV)、人乳头瘤病毒(HPV)、淋病、衣原体和滴虫病以及HPV持续感染。HSV感染也被证明能促进阴道生态失调。据报道，在南非年轻女性和小鼠模型的宫颈阴道灌洗液中，VMB中生态失调相关的分类群与CD4阳性T细胞的增加相关。这种CD4阳性T细胞(HIV的靶点)水平的增加可能有利于HIV在阴道生态失调中的传播。体外和体内实验证据表明，BV相关的细菌类群增强了HIV RNA的表达。BV相关的毒力因子(如vaginolysin、inerolysin、粘蛋白酶、唾液酸酶等)可能影响阴道上皮和粘膜屏障的完整性，也可能促进这些感染。相反，如上文所述，保护性乳杆菌抑制BV相关菌种的生长以及上皮细胞的促炎反应，并保护上皮屏障的完整性，这可能解释了这些类群抑制HIV感染的原因。

滴虫病是最常见的非病毒性STI，通过引发宿主炎症反应对阴道组织造成严重损伤，并破坏阴道生态。阴道毛滴虫(Trichomonas vaginalis)与一些细菌类群密切相关，包括VMB中的Mycoplasma hominis、“Candidatus Mycoplasma girerdi”、Veillonella montpellierensis、Prevotella amnii、Sneathia sanguinegens、Anaerococcus以及Parvimonas spp.(表1)。M. hominis被认为是细胞内的，而“Ca. Mycoplasma girerdii”可能是兼性内共生体。此外，有一些证据表明这些类群与T. vaginalis共存，至少M. hominis增强了T. vaginalis的致病性。

2.4.4 脱屑性炎性阴道炎和需氧性阴道炎

早在60多年前就被首次描述的脱屑性炎性阴道炎是一种病因不明的炎症性疾病，与脓性分泌物、阴道瘙痒、性交困难和阴道壁发炎有关。与需氧肠道细菌(包括大肠杆菌、链球菌、葡萄球菌、肠球菌物种)阴道定植有关的类似情况被称为需氧性阴道炎(表1)。这两种情况都与阴道乳酸杆菌的缺乏有关，其流行病学流行程度与BV相似。抗生素治疗的阳性反应支持其细菌病原学，但减轻炎症的类固醇也能同样减轻症状。因此，微生物组在需氧性和脱屑性炎症性阴道炎中的作用仍有争议。

在需氧性阴道炎中最常见的细菌通常在VMB中丰度较低，如B组链球菌(GBS，或无乳链球菌Streptococcus agalactiae)、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。然而，这些细菌的子宫内感染可导致严重的生殖后果，包括但不限于死产和新生儿败血症。GBS定植似乎不影响育龄期非妊娠女性VMB的组成，但据报道小鼠模型VMB中的G. vaginalis可增强GBS的定植和感染。

2.5 阴道微生物群与妊娠

如前所述，妊娠期间雌激素水平的增加促进糖原的产生，并导致乳杆菌产生乳酸(图2)。与这些观察结果一致的是，妊娠晚期的VMB似乎比妊娠早期稳定性更强并表现出乳杆菌优势，并且妊娠期VMB的转变发生在妊娠早期(图3)。妊娠晚期乳酸杆菌丰度更高，与阴道生态失调相关的分类群丰度相应降低，包括但不限于G. vaginalis、A. vaginae和P. bivia。

以乳杆菌为主的阴道群落在妊娠期间相当稳定，或倾向于转变为以其他乳酸菌为主的阴道群落。在妊娠中期与生态失调相关的阴道菌群倾向于转向以乳酸杆菌为主的菌群。G. vaginals主导的VMB不太稳定，通常会转变为L. iners主导的VMB。这些转变与妊娠期向更有利阴道环境的进化是一致的。

可能是因为在怀孕前，乳杆菌在白人女性中较黑人女性中更占优势，在妊娠期间黑人女性以乳杆菌为主导的转变和VMB稳定性的增加比白人女性更明显(图3)。同样，宏基因组学数据表明代谢活性仅在黑人女性中简化，而在非黑人女性中没有。因此妊娠似乎对黑人女性的VMB有更明显的影响。

产后雌激素水平迅速下降。可能的结果是，VMB的稳定性也下降，无症状女性恢复更稳定的VMB可能需要几个月的时间(图3)。这种产后VMB紊乱的发生与妊娠期间的群落结构和种族背景无关，表现为乳杆菌流行率降低和厌氧菌流行率增加，包括Peptoniphilus、Prevotella和Anaerococcus，这通常与较不理想的健康结果相关(图3)。与这一观察结果一致，小于1年的妊娠间隔与妊娠并发症(包括PTB)的风险增加相关。

3 宫颈微生物组

宫颈连接子宫和阴道(图1)。使用宫颈刷或拭子收集宫颈样本，在收集过程中阴道污染被最小化。在育龄期妇女中，宫颈菌群与阴道菌群的组成通常相似。最近对宫颈微生物群的研究主要集中在其与宫颈癌的关系上。宫颈癌是最常见的传染性癌症之一，与高危HPV感染密切相关。持续高危HPV感染增加了宫颈上皮内瘤变(CIN)的风险。在CIN中，HPV DNA整合到宫颈上皮细胞的染色体中，诱导改变导致宫颈恶性肿瘤。CIN和宫颈癌患者的宫颈菌群更为复杂。在一项亚洲女性队列研究中，用于切除上皮内病变的环形电切术被证明可以降低宫颈微生物组的复杂性。HPV阴性患者的宫颈微生物组组成与上皮内病变或宫颈癌患者的宫颈微生物组组成显著不同。一些类群，如Gardnerella、L. iners、A. vaginae、Mycoplasma、Sneathia和Fusobacterium，其中大部分与VMB的生态失调相关(表1)，并在BV中产生毒力因子(表2)，已被报道为CIN和宫颈癌的风险因素。已有假说认为，与生物异常相关微生物的过度生长导致上皮和粘膜屏障完整性的损伤，从而允许HPV攻击宫颈上皮细胞，但其机制尚未得到证实。由于慢性炎症似乎有利于恶性肿瘤，与宫颈微生物群失调相关的局部炎症可能也参与了宫颈和其他妇科癌症的进展。相反，乳杆菌与高危HPV感染的较高清除率相关，而宫颈微生物组中L. crispatus与CIN的较低风险相关，可能是由于乳杆菌抑制了与生态失调相关微生物的生长和宿主炎症反应。

与宫颈微生物组类似，HPV感染和CIN的个体中的VMB更复杂，并包含更高丰度的生态失调相关类群，如Sneathia和G. vaginalis。由于阴道和宫颈距离很近，两者的微生物群组成相似，在宫颈癌的发展过程中表现出相似的变化也就不足为奇了。

4 上生殖道的微生物群

4.1 上生殖道存在微生物群吗？

未感染的上生殖道存在固有微生物群这一概念仍有争议。多项研究支持上生殖道中微生物组的存在。然而，由于这些位点的微生物生物量较低，样本收集和处理过程中的潜在污染或所谓“kitome”中存在的较低水平的细菌DNA会扰乱基于DNA测序的结果。最近综述认为子宫缺乏原生微生物组，而其他研究则在上生殖道发现了微生物组的证据。几项严谨的对照研究没有在胎盘样本中检测到正常的微生物群，另一项研究也没有在出生前胎儿胎粪中检测到微生物群。但显然病原体可以导致胎盘、子宫、输卵管和卵巢的感染，需要进一步的研究来确认女性上生殖道中原生微生物组的存在并描述其特征。

4.2 上生殖道微生物群的起源

VMB和PTB生态失调之间的相关性以及在羊水和羊膜中发现的类群与VMB的相似性表明，病原体从下生殖道上升到宫腔，引起宫腔感染和妊娠问题，包括PTB。与这一假设相一致的是，一项对怀孕小鼠的研究观察到生物性发光的大肠杆菌从阴道上升到宫腔导致早产。然而，小鼠和人类女性生殖道在解剖学和生理学上都有很大差异，使得这些观察结果难以推广。也有人提出细菌从口腔经血液传播，从而侵染子宫，因为在子宫中发现了类似的口腔类群，牙周炎已被确定为PTB的风险因素。在绒毛膜羊膜炎中也发现了阴道和口腔微生物群落中共有的分类群，在因宫内感染导致胎膜早破的妇女和小鼠的羊水中也发现了口腔细菌。然而，人类口腔类群在VMB中也很常见，并不排除子宫中该群体的存在是否由于下生殖道扩散。关于上生殖道微生物起源的其他假说包括从受感染的输卵管迁移和侵入性操作中的意外传播。提供菌株水平分辨率的宏基因组研究将有助于证实或辩驳VMB、口腔微生物组、宫内感染和不良妊娠结局之间的联系。

4.3 微生物上行至子宫腔

通常，宫颈粘液栓可以防止微生物上行进入宫腔。然而这个堵塞物可能会被细菌产物破坏。GBS能产生消化透明质酸(一种保护性多糖)的透明质酸酶，并能促进上行性感染。令人惊讶的是，受感染上皮细胞的脱落(也称为剥脱或脱落)并没有减少GBS在阴道的定植，而是增加了GBS的传播和上行。BV相关细菌，如G. vaginalis、P. bivia、M. hominis和脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)产生的唾液酸酶和粘蛋白酶破坏粘膜和宫颈栓，在小鼠模型中有利于入侵上生殖道，并在体内增加早期PTB的风险。然而，尚不确定这些唾液酸酶是否促进了其他微生物(GBS或大肠杆菌)的上行感染，尽管宫颈长度短被认为有利于微生物的上行，并已被证明是PTB的风险因素。此外，宫颈基底部的子宫蠕动收缩已被证明可以促进精子大小的白蛋白球经宫颈的运输，这也可能促进病原体的上行。

5 女性生殖道菌群与早产

5.1 微生物群与早产

PTB定义为由于多种原因导致的妊娠不足37周的分娩，例如出于医疗原因的剖宫产或引产、胎膜早破(PPROM)、胎膜完整的自然分娩等。PTB是全世界5岁以下儿童死亡的主要原因(17.7%)。据推测，由微生物引起的宫内感染可以激活先天免疫系统，从而增加自发性PTB的风险。据估计，高达25-40%的自发性PTB由微生物引起。

在宫内感染中检测了Chlamydia trachomatis、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、大肠杆菌、具核梭杆菌、GBS、Mycoplasma hominis、Neisseria gonorrhoeae、金黄色葡萄球菌和缓症链球菌(Streptococcus mitis)等细菌物种，可诱发PTB(表3)。虽然仍不确定阴道微生物是否需要上行和宫内感染来诱导自发性PTB，但在患PTB女性的VMB中，阴道中经常检测到的几种微生物的相对丰度增加，例如， Ureaplasma、GBS和某些BV相关分类群。其他微生物(如HIV和HPV)已被报道与PTB的风险增加有关，但由HIV诱导的PTB似乎与VMB无关。

表3 与女性生殖道微生物组或微生物感染相关的早产风险因素。

a除非另有说明，风险因素显示在患PTB的女性中浓度/丰度升高。BVAB1，“Candidatus Lachnocurva vaginae”；BVAB2，LachnospiraceaeBV-associated bacterium 2；BVAB3，Mageeibacillus indolicus；TM7-H1，“Candidatus Saccharibacteria” genomospecies TM7-H1；SARS-CoV-2，严重急性呼吸综合征冠状病毒2型。

b大多数在PTB中数量增加的阴道菌群也被报道为宫内感染的风险因素。

5.2 微生物群与免疫反应

GBS产生一种β-溶血素/溶细胞素，诱导炎症和母胎屏障的破坏，导致小鼠模型中PTB的高风险。尽管通常存在于VMB中并具有较高的丰度，一些BV相关细菌通过在宫颈阴道部、宫颈内和树突状细胞模型中产生短链脂肪酸来刺激促炎反应(表2)，而VMB中非乳杆菌类群引起的促炎反应的增加与PTB有关。脂多糖被广泛用于促进小鼠模型炎症进而诱导PTB，但脂多糖在女性生殖道的作用还不清楚。几种促炎细胞因子和趋化因子，即IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、MIP-1β和嗜酸细胞活化趋化因子，已被报道在患有自发性PTB孕妇的羊水、宫颈阴道液和血浆中浓度升高，以及宫颈IL-1β、IL-6、IL-8、IL10、嗜酸细胞活化趋化因子、MIP-1β和GM-CSF的水平与VMB中的细菌有关(表3)。β-防御素-2是一种具有广泛抗菌活性的肽，据报道与宫颈阴道微生物有关的自发性PTB风险较低有关，但这种现象只在黑人女性中观察到。

5.3 早产中的阴道微生物群

早产妊娠的VMBs的16S rRNA分类谱通常比足月妊娠的VMBs更复杂。由于乳杆菌对阴道整体健康的保护作用(图2)，在以PTB为结局的妊娠中观察到乳杆菌(主要是L. crispatus)的流行率下降并不足为奇(表3)。此外，一些类群已被确定为PTB的风险因素(表3)。这些分类群通常在怀孕早期更容易被观察到，可能是由于妊娠对乳杆菌占优势的VMB的普遍均质效应。同样，在无症状女性中怀孕早期阴道pH值和革兰氏染色也可以更好地预测PTB。许多与PTB相关的类群都是CST IV的组成部分，如Gardnerella、Atopobium、Dialister、Megasphaera、Prevotella和Sneathia等(表3)。因此CST IV与PTB呈正相关。如上所述，破坏粘膜和宫颈栓并促进促炎反应的毒力因子，如唾液酸酶、β-溶血素/溶细胞素和透明质酸酶，增加了微生物上行至宫腔。产生这些毒力因子并增加促炎反应的细菌增加了PTB的风险是合理的，如Gardnerella spp.、Mycoplasma hominis、Prevotella spp.和GBS (表3)。然而在其他PTB相关类群中PTB相关毒力因子尚未被识别，如BVAB1、TM7-H1、Dialister spp.等。需要继续研究以确定哪些类群是增强PTB风险的关键，并探索更多PTB相关的毒力因子及其诱导PTB的机制。其他研究未能确定与PTB风险相关的微生物组成分。这些研究可能由于其队列的种族组成、采样的孕龄、样本量低或参与者接受的治疗(如抗生素和雌激素)而遗漏了信号。这些研究也存在显著的技术差异，包括自发性PTB的定义、采用的不同测序技术以及应用的差异分析工具和数据库。

在基于16S rRNA的研究中，VMB的宏基因组学和宏转录组学数据已经确定了一组基本相同的细菌是PTB的风险因素。最近关于VMB和PTB的代谢组学研究在研究设计、样本来源、代谢组学技术和统计方法方面不一致，导致结论的不一致。最近一项代谢组学出版物的综述列出了163种可能与PTB相关的代谢物，其中只有4种代谢物(即肌醇、肌酐、组氨酸和5-羟脯氨酸)在多项研究中与PTB相关。因此，有必要进行更深入的代谢组学研究。

5.4 与阴道微生物群和早产相关的临床问题

如上所述，宫颈短是自发性PTB的风险因素，可能是由于其可促进微生物上行(表3)。此外，育龄期女性宫颈短与以L. iners或厌氧菌为主(而非以L. crispatus为主)的次优VMBs相关，这可能进一步增加PTB的风险。宫颈环扎术被广泛用于有PTB风险的孕妇进而预防PTB。与单丝环扎术相比，编织环扎术与VMB中更大的生态失调和更高的PTB风险相关，可能是因为前者的不规则结构提供了更容易定植的生态位。

宫颈重塑是描述妊娠后宫颈细胞外基质结构和力学性能变化的术语。在小鼠感染模型中，过早的宫颈重塑导致12.5%的PTB，并可由脂多糖诱导。一项以白人女性为主的队列研究表明，极度的宫颈缩短与非最佳VMB相关。根据这些结果，由微生物引起的促炎反应被认为是刺激宫颈过早重塑和随后的PTB的风险因素。

类似于VMB和PTB之间的关系，乳杆菌数量减少的更复杂的VMB与PPROM相关。最近已对PTB和PPROM之间的关系进行了综述。值得注意的是，VMB的组成和妊娠中期检测到的较高阴道细菌负荷均与复发性PTB相关，这再次强调了在临床环境中对VMB进行定量评估的重要性。

5.5 细菌性阴道病与早产

有趣的是，G. vaginalis产生已知的毒素，如vaginolysin和唾液酸酶，长期以来一直是患BV女性VMB的标志，但并未普遍与PTB相关。然而如上文所述，G. vaginalis最近被重新定义为4个分支和多达13个假定基因组物种，尽管至少有一个亚群与PTB初步关联，但还需要进一步研究来验证每个分类群对生殖健康和PTB风险的可能贡献。尽管BV和一些BV相关类群被认为是PTB的风险因素(表1和表3)，且BV的有效治疗似乎可以减弱PTB相关炎性反应，但目前的治疗策略(通常是甲硝唑或克林霉素)似乎并不能降低PTB的风险。尽管这一观察结果可能表明BV相关VMB与PTB风险无关，但也有其他合理的解释。有可能相关细菌对甲硝唑的耐药性导致了这些细菌的持续或快速再生，或者是治疗未能逆转其负面影响(例如这些类群的炎症反应)。或者L. iners对甲硝唑的螯合作用可能降低抗生素的疗效效果使BV复发，从而不能降低PTB风险。更有效地消除BV相关的VMB似乎是可能的，例如使用多种抗生素，然后重建以乳杆菌为主的微生物群，或许使用益生元或益生菌既可以改善BV的治疗效果，也可以降低PTB的风险。

5.6 早产预测

多种参数如宫颈长度、VMB组成、炎症细胞因子的局部表达，已被报道可预测PTB。部分研究表明，其中一些生物标志物在妊娠早期相关性更强，可能是由于随着妊娠进展VMB趋于单一，乳杆菌占优势(图3)。使用S. amnii、BVAB1、Prevotella簇2和TM7-H1等四个类群的丰度预测PTB的模型对妊娠早期VMB有较高的敏感性和特异性。近期其他预测PTB风险的模型使用了来自血浆的综合蛋白质组学和转录组学数据以及来自尿液样本的代谢组学数据，或结合了宫颈长度、孕龄、羊水葡萄糖和IL-6。一个更完善模型囊括的数据可以包括阴道类群丰度、人类基因表达、代谢组学(如D-乳酸)和细胞因子谱(如IL-6)以及人口统计学和临床参数(如宫颈长度、早产史、种族和社会经济地位)，从而对早产和其他不良妊娠结局的风险进行精准早期预测。

6 阴道病毒组和阴道健康

在对女性生殖道微生物群的研究中病毒组的成分很大程度上仍然是缺失的。噬菌体已被证明有助于维持肠道微生物群的稳定，在VMB中也大量存在。最近的研究表明，阴道病毒群与VMB和BV状态的组成有关，并且已经确定了针对BV相关分类群的阴道病毒。此外，具有抗噬菌体防御系统功能的CRISPR基因已被报道在BV女性的VMB中上调，这意味着噬菌体可能在调节VMB的细菌成分中发挥作用。此外，一项早期研究表明，妊娠前三个月真核病毒组的较高病毒多样性和丰富度与PTB高风险相关，从而表明病毒体可能在产科健康中发挥重要作用。因此，需进一步研究生殖道病毒体。

7 解决阴道微生物群失调

约50% BV患者在甲硝唑治疗后12周至12个月内复发。用其他对革兰氏阳性菌更有效的抗生素治疗(如红霉素)似乎可以改变微生物群的平衡，导致阴道生态失调。如上所述，雌激素增加阴道上皮的糖原含量，有利于乳杆菌的增殖。雌激素用于治疗与雌激素缺乏相关的萎缩性阴道炎，如绝经和产后生态紊乱。然而，某些临床标准，如妇科、乳腺、其他恶性肿瘤或其风险，可能是使用雌激素的禁忌症。因此，低剂量经阴道外用雌激素已被证明能有效地产生更理想的富含乳杆菌的VMB，而不会增加雌激素敏感性癌症的风险。此外，应该更多地关注非雌激素治疗，如益生菌、益生元、VMB移植或可能的他汀类药物。服用他汀类药物的女性更有可能出现以乳杆菌为主的VMB，这可能是因为抑制了来自G. vaginalis的vaginolysin毒素的毒性。最近有研究显示甲硝唑治疗后，将L. crispatus引入生殖道可在第12周使BV复发降低15%。同样，将健康供体富含乳杆菌的VMB移植给5名复发性BV的育龄期妇女，至少有4名受体得到了长期缓解。尽管这种移植会带来风险和其他挑战，但这些结果对未来发展非侵入性益生菌治疗VMB生态失调提供了希望。

8 展望

在过去十年间，我们对女性生殖道微生物群的了解进展迅速。虽然并非普遍如此，但理想的VMB通常以乳杆菌为主(特别是L. crispatus、L. jensenii或L. gasseri)，而以其他类群为主(如G. vaginalis、A. vaginae、BVAB1、Mycoplasma spp.、Sneathia spp.、Ureaplasma spp.、大肠杆菌和GBS)的VMBs通常与不良条件相关，如BV、需氧性阴道炎、外阴阴道念珠菌病、STIs、病毒感染、宫颈癌和不良妊娠结局(如PTB)。但这一结论可能言过其实，因为可能被认为是不良的VMB谱在无任何临床症状、不适及并发症的情况下也很常见。虽然目前研究已经取得了较大进展，但显然我们对女性生殖道的微生物群对人类健康和疾病的贡献仍然缺乏了解。

女性生殖道生态失调通常使用抗生素或抗真菌药物治疗，初期治疗效果较好。尽管BV最初对抗生素治疗有效，但其高复发率仍然是一个谜。几种毒力因素(例如生物膜的形成和抗生素耐药性)与BV复发有关，需要深入的菌株水平分类学和以基因为中心的研究来剖析相关分类群的持续机制。益生菌结合抗生素和雌激素的应用可能有助于改善VMB的内稳态，从而改善阴道健康。与其他乳杆菌菌株相比，具有阴道保护作用的乳杆菌作为可能的益生菌已引起了极大的关注。其他药物组合(如他汀类药物和维生素D)可能也有帮助。未来的研究无疑将阐明这些可能性。但显然，要找到一种能产生稳定的促进健康的VMB的联合疗法仍需要很多努力。

尽管已经建立了小鼠和上皮细胞模型，但由于缺乏更好的模型，对VMB的研究受到了阻碍，因为即使是非人类灵长类动物也与人类女性生殖道的阴道生理学有很大的不同。在缺乏良好动物模型的情况下，建立三维(3D)类器官模型将大大推进该领域的进展。VMB中大部分丰富的类群是可培养的(如G. vaginalis、S. amnii、A. vaginae和P. bivia)，但其他类群(如BVAB1和“Ca. Mycoplasma girerdii”)在体外仍然难以培养。单基因缺失、全基因组突变、空间基因组学和转录组学等分子方法在阐明这些细菌引起疾病的机制方面也很重要。尽管宏基因组学和宏转录组学的结果在很大程度上证实了PTB的VMB的组成和细菌风险因素是在基于16S rRNA的研究中确定的，但更深入的纵向宏基因组和宏转录组学研究将有助于确定与BV相关的进化支和基因，特别是G. vaginalis和L. iners。

综上所述，最近的研究改变并大大提高了我们对女性生殖道微生物群影响的认识。需要继续深入研究以阐明相关的具体分类群及其发挥作用的机制。宿主遗传学和病毒体所发挥的作用还有待探索。总体而言，更好地了解生殖道的微生物群对改善人类健康和福祉带来较大前景。