·综述·
早产是最常见的不良妊娠结局,2019年,其全球发生率约为11.24%,其中,高收入国家的早产率约为8.75%,中高收入国家约为8.22%,中低收入国家约为12.53%,低收入国家约为13.15%,中国发生率为6.34%左右[1]。双胎和多胎妊娠的早产率比单胎妊娠高5～6倍。2018年,美国单胎妊娠在37周前和32周前的早产率分别为2.12%和8.24%,双胎妊娠在37周前和32周前的早产率分别为60.32%和19.52%[2]。2019年中国双胎早产约占双胎妊娠的58.71%[3]。早产会严重威胁新生儿的健康,是导致中国5岁以下儿童死亡的首要原因[4]。除此之外,早产还会增加新生儿呼吸系统疾病、神经系统疾病的风险,导致新生儿出现喂养困难、视觉和听觉问题;从远期来看,早产可引起新生儿儿童期、成年期发育迟缓等,由于新生儿神经发育较差,在儿童期可能会出现行为和学习困难,导致卫生系统成本增加,并给家庭带来沉重的经济和心理负担。
根据早产的发生原因,可以将其分为医源性早产和自发性早产(spontaneous preterm birth,sPTB)。研究表明,医源性早产占早产的20%～30%,而sPTB占70%～80%,是早产的主要原因[5]。一项Meta分析显示,单胎妊娠37周前的sPTB率为6.1%[6]。另一项使用美国人口动态统计数据的基于人群的回顾性研究显示,2005年—2012年美国单胎妊娠医源性早产率从2005年的3.9%下降至2012年的3.2%,sPTB率由5.3%下降至4.5%,但后者占全部单胎妊娠早产的比例稳定在68%左右[7]。而国内一项研究显示,2009年—2016年在广州医科大学附属第三医院住院的双胎妊娠孕妇平均早产率为71.73%,其中72.26%为sPTB,27.74%为医源性早产[8]。sPTB可由多种因素导致,生活环境、遗传、营养缺乏(叶酸等)、感染、宫颈机能不全、多胎妊娠和辅助生殖技术受孕等因素均可增加其风险,但病因并不完全清楚。在sPTB的众多病因中,病原微生物引起的感染被认为是其首要原因,研究显示有超过50%的sPTB与微生物感染有关,尤其是较早孕周[5]。随着高通量测序技术的发展,已经有非常多的研究发现了与sPTB相关的生殖道微生物组(microbiome),也有很多研究建立了基于生殖道微生物组的早产预测模型和预防手段。同时也有研究提示单胎妊娠和双胎妊娠的生殖道微生物组存在差异,对二者的研究应当加以区别。本文将对生殖道菌群和sPTB相关性的研究进行综述,重点介绍预测、预防以及单胎和双胎妊娠期生殖道菌群差异的研究进展。
1.研究现状:
(1)正常非妊娠期生殖道菌群。非妊娠期时,多数妇女的阴道优势菌属为乳酸杆菌。Ravel等[9]根据阴道分泌物进行16S rRNA测序的结果将育龄期妇女的阴道菌群划分为5种群落类型(community state type,CST),I、II、III、V型分别由卷曲乳酸杆菌(lactobacillus crispatus)、加氏乳酸杆菌(L.gasseri)、惰性乳酸杆菌(L.iners)、詹氏乳酸杆菌(L.jensenii)占主导,而IV型以与细菌性阴道病相关的严格厌氧菌占主导。其中,以I型和V型CST占优势对阴道健康有益,其中,卷曲乳酸杆菌作为一种改善和保持阴道健康的益生菌,对于阴道健康至关重要;而CST IV型在阴道菌群中比例升高对阴道健康有害。正常妇女阴道菌群具有种族差异,CST I型在欧洲裔女性中更普遍,III型在非洲裔女性中更普遍,IV型在亚裔女性中仅占10%,而在非洲和西班牙裔中可达30%[5]。
此外,非孕状态下的宫内也并不是严格无菌,而是处于菌群定植状态。子宫颈微生态与阴道相似,以乳酸杆菌为主,但存在更多的细菌种类,如解脲支原体等[5]。
(2)正常妊娠期的变化规律。妊娠期时,正常妇女阴道菌群的定植状态与非妊娠期时有所不同。但对于多数健康妊娠期妇女,阴道菌群仍是以乳酸杆菌为优势菌,并存纤毛菌属(sneathia sanguinegens)、阿托波氏菌属(atopobium)、普雷沃氏菌属(prevotella timonensis)和加德纳氏菌(gardnerella vaginalis)等菌属的相对稳定的菌群结构。对于少数妊娠期妇女,其阴道菌群的优势菌属还有嗜盐单胞菌和无色杆菌等[10]。并且研究发现,印度妇女妊娠期阴道优势菌主要为CST II型,而中国妇女妊娠期阴道优势菌主要为CST I型。2021年德国一项针对613例妊娠期妇女阴道菌群的研究发现[11],在妊娠期时,超过85%的时间以CST I型为优势菌,而分别只有63%和41%的妇女妊娠期曾以CST III型和阴道加德纳氏菌为优势菌,但值得一提的是,该研究除足月分娩的孕妇外,并未排除不良妊娠结局者及患妊娠合并症尤其是合并感染的患者。多项研究发现,与非妊娠期时相比,妊娠期妇女阴道菌群的多样性降低,其中,阴道加德纳氏菌、纤毛菌属和解脲支原体(ureaplasma parvum)等11种微生物的相对丰度随孕龄的增加而降低[12],但分娩前阴道菌群的多样性会增加,阴道菌群变得与非妊娠状态时相似,并被认为是分娩开始的触发因素[13]。对于大多数孕妇而言,乳酸杆菌的多样性随孕龄的增加而逐渐降低,但CST I、II、III、V型中的优势菌相对丰度上升[14];而IV型CST中厌氧菌的相对丰度随孕龄的增加而降低。与非黑人妇女相比,黑人妇女在妊娠期仍存在IV型CST的相对增加,使其阴道菌群的多样性增加[15]。研究表明,IV型CST丰度增加与sPTB有关。除生殖道以外,妊娠期的胎膜、胎盘和羊水中也存在细菌[16],且不同部位所检测到的细菌种类不完全相同,其中羊水含有链球菌属和核梭杆菌,脐带血中包含肠球菌、链球菌、葡萄球菌和丙酸杆菌[17],研究证据表明,其可能来源于母亲的肠道、生殖道和口腔菌群。最新的动物实验发现,羊水和阴道微生物群具有趋同性,但前者乳酸杆菌所占比例低于阴道。羊水中的细菌丰度很低,传统的培养法由于检出率低、菌谱窄等缺点,发现90%的羊水样本是检测不到微生物的,使用16S rRNA基因测序技术能够检测少量微生物存在[18]。与妊娠组织相比,生殖道菌群检测最大的优势是采样便捷,妊娠期可以通过评估阴道分泌物的菌群结构来分析sPTB等不良结局的发生风险,同时也具有潜在的临床干预价值。
2.感染导致sPTB的机制:
(1)sPTB相关的生殖道菌群。出现sPTB的孕妇,其阴道内乳酸杆菌缺乏而微生物多样性增加。Tabatabaei 等[19]的研究也表明,在妊娠头三个月,与由CST I、II、III、V型、青枯雷尔氏菌(ralstonia solanacearum)、长双歧杆菌(bifidobacterium longum)和短双歧杆菌(bifidobacterium breve)组成的阴道菌群相比,由加德纳氏菌、阴道阿托波氏菌、韦荣氏菌(veillonellaceae)组成的阴道菌群,早期sPTB的风险较高,并且提示妊娠头三个月是评估阴道菌群的理想时期,因为这一时期的变化可能与长期妊娠结局有关[13]。如果伴随胎膜早破,阴道拟杆菌(bacteroidetes)、梭杆菌 (fusobacterial)及梭菌(clostridiales)的丰度较高[5]。有研究表明,阴道菌群内克氏动弯杆菌(mobiluncus curtisii)、羞怯动弯杆菌(mobiluncus mulieris)、纤毛菌属可显著增加sPTB发生的风险[20]。Freitas等[21]通过使用cpn60通用靶标测序分别对足月分娩的孕妇(N=170)和发生sPTB的孕妇(N=46)建立微生物区系图谱并进行比较的回顾性研究发现,与足月组相比,49种微生物在早产组中更普遍;例如,普雷沃氏菌属(prevotella timonensis)在早产组中的流行率是足月组的1.58倍;另外,二路普雷沃氏菌(prevotella bivia)、人体普雷沃氏菌(P.corporis)和口颊普雷沃氏菌(P.bucalis)在早产组中流行率也比足月组更高;在46名发生sPTB的孕妇中,有60%检测出柔膜菌纲(mollicutes),30%检测出脲原体属(ureaplasma),并且全部是微小脲原体(U.parvum)而没有解脲脲原体(U.urealyticum)。
(2)微生物导致sPTB的机制。妇女的阴道优势菌属乳酸杆菌,可以将糖原分解为乳酸,使阴道内能保持一定的酸性环境,从而防止病菌的繁殖;也可以产生过氧化氢抑制其他微生物在阴道内的定植。然而,不同乳酸杆菌的产乳酸能力不一样,CST I型较CST II型和CST V型强,惰性乳酸杆菌不能产生过氧化氢,产生乳酸的能力也较差,而且其还分泌胆固醇依赖性细胞毒素溶血素[22]。妊娠期阴道内病原微生物影响妊娠有两种途径。一种为病原微生物入血后扩散至子宫、胎盘导致绒毛膜及羊膜发生炎症反应,另一种为病原微生物经宫颈口感染至胎膜,产生蛋白酶、弹性蛋白酶等多种酶类,以及细胞因子如IL-6、IL-8及TNF-α使基质金属蛋白酶基因表达增强,导致胎膜细胞外基质发生降解,破坏胎膜的完整性,从而导致胎膜水肿、破裂。
3.干预措施:目前,对于生殖道感染引起的早产,并没有相对广谱的治疗方法,目前大多数都是针对确切的疾病,比如细菌性阴道病等。
(1)细菌性阴道病的治疗方法。目前细菌性阴道病常用的治疗方法有三种,即口服治疗、阴道灌洗和阴道菌群移植。一些口服治疗试验已经成功表明,在接受治疗的妇女中,早产率有所下降,但只适用于那些有早产史的妇女;而阴道灌洗可能有破坏乳酸杆菌增加细菌性阴道病的风险,因此不建议采用此方法;阴道菌群移植是一种新的治疗方法,有望取代传统的妊娠期细菌性阴道病的治疗,这不仅对对症治疗有潜在好处,还可以减少早产及其相关风险,改善妊娠结局,取得更好的治愈率[23]。
(2)广谱治疗方法。抗生素和益生菌是目前较为关注的用于生殖道感染引起的sPTB的治疗。抗生素作为抑菌药或杀菌药,对紊乱的阴道菌群的确有一定的改善作用,但其会受到抗生素种类及使用时间等多种因素的影响。目前研究显示,抗生素虽然可以降低母亲感染的风险,但对新生儿结局并无明显提高,且可能造成长期危害。然而,有研究表明,抗生素对胎膜早破与B族链球菌感染有一定疗效[24]。而且在双胎胎膜早破病例中,应用青霉素或头孢菌素和(或)大环内酯类广谱抗生素已显示可改善新生儿结局,降低绒毛膜羊膜炎的风险。益生菌制剂主要包括益生菌、益生元、合生元、后生元。Ansari等[25]认为,由于活体益生菌治疗可能引发强烈的免疫炎性反应,不利于妊娠维持,宜考虑使用后生元来预防早产。
4.预测:针对sPTB,目前已有多种早期预测模型。一项针对150名韩国孕妇的多中心病例对照研究,基于宫颈长度、血白细胞计数和7种微生物建立的早产预测模型,其灵敏度为79%,特异度为83%(AUC=0.84),证实普雷沃特氏菌和解脲支原体增加与早产关联性高[26]。另一项对94名早产(N=38)和足月分娩(N=56)韩国孕妇的病例对照研究[27],通过采集宫颈阴道液检测芽孢杆菌、拟杆菌、放线杆菌等在内的10种细菌后建立的细菌风险评分,预测早产的灵敏度为71%,特异度为59%;当其结合白细胞数据时,其灵敏度和特异度分别上升为77%和67%。Flaviani等[28]对346名不同种族孕妇的宫颈阴道环境进行多数据类型整合和复合统计模型分析后发现,代谢物(亮氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、乳酸、甜菜碱、乙酸、钙离子)的组合与sPTB<37周风险相关(AUC=0.752,95% CI:0.699～0.806),而葡萄糖、天冬氨酸、钙离子、卷曲乳酸杆菌和嗜酸乳酸杆菌的组合与sPTB<34周风险相关(AUC=0.758,95% CI:0.692～0.823),嗜酸乳酸杆菌的相对丰度增加与sPTB<34周的风险降低具有相关性(OR=0.008,95% CI:0.001～0.115)。
由于引起sPTB的原因有很多,故预测时需综合考虑血液检查等其他结果,并关注孕妇生殖道微生物组的分析,以提高预测率。
1.双胎与单胎的比较:目前,仅有一项研究[15]比较了单胎妊娠和双胎妊娠生殖道微生物组,该研究使用16S rRNA基因测序技术对19例双胎妊娠和19例单胎妊娠孕妇的中孕期宫颈分泌物进行了检测。该研究结果显示,与单胎妊娠相比,双胎妊娠中孕期阴道微生物组的α和β多样性显著降低。具体而言,该研究在单胎妊娠的样本中共发现了4 027个OUT,而双胎妊娠中仅有2 425个OUT,二者有1 578个OUT重叠;单胎孕妇和双胎孕妇的阴道微生物类型存在显著差异,双胎妊娠中CST Ⅰ型和Ⅲ型的占比显著高于单胎妊娠。CST Ⅲ型的增加与早产的发生风险之间存在关联,其优势菌可以通过降低微生物的稳定性,向CST IV型转变[29],而CST IV型已被确定为短子宫颈和早产的危险因素[30],因此CST Ⅲ型的增加可能是导致双胎妊娠早产率高于单胎妊娠的原因之一。而CST Ⅰ型和早产之间的关联研究结论不一致。有研究显示CST I型可以作为一种保护剂,防止宫颈细胞失调和由此导致的早产[31-32],但也有研究得出了与此相反的结论[29];此外,该研究也有一定的局限性,首先是样本量较小,其次该研究仅在中孕期进行了一次横断面采样,无法明确双胎妊娠孕妇妊娠期生殖道微生物组随孕龄变化的规律。要想充分展示生殖道微生物组和双胎妊娠sPTB之间的关联还需要进行大样本的研究,并且宫颈分泌物的采样需要从孕早期持续到孕晚期[32]。
2.双胎微生物的特征:Williams等[33]对17个母体-双胎样本进行双胎肠道和胎盘微生物组起源的前瞻性研究发现,对于双胎孕妇而言,乳酸杆菌和链球菌分别是母体阴道和口腔样本中最普遍的属,与单胎孕妇相近;此外,双胎内胎盘微生物组每个属的丰度不同,双胎间胎盘微生物组每个属的丰度也不同。该研究发现,在胎盘样品中,约50%的微生物主要来自9个属,其中,最常见的属为盐杆菌(salinibacter),其次为肠杆菌(enterobacteriaceae unclassified),这与其他研究单胎胎盘中大肠杆菌为丰度最高的菌,且与口腔微生物组最为接近有所区别[34]。而Williams等[33]研究发现,在胎粪样本中,肠杆菌占35.5%,并且是优势菌属,占样本总数的50%。双胎肠道微生物不同于胎盘,也不同于双胎孕妇身体各部分微生物。
综上所述,目前对于单胎妊娠与sPTB之间的相关性研究较多,而对于双胎妊娠的研究有限,然而双胎妊娠的sPTB的可能性大于单胎,因此未来应该更多地关注双胎妊娠,增强对其阴道微生态及其与单胎妊娠的区别的研究,有助于早预防、早改善。同时,为保障母婴安全,应建议患者转诊至三级医院和有新生儿救治能力的医院。对于sPTB,仅对某种确定的疾病有治疗方法,而对于直接改善阴道微生态环境的治疗方法仍然需要进一步探索,明确抗生素、益生菌以及孕激素是否有效果。将来应加强双胎妊娠sPTB及治疗、预防方面的研究。
1 林是琦,闫晓晋,李佳佳,等.1990-2019年中国早产患病率及疾病负担变化趋势研究.中华流行病学杂志,2023,44:229-234.
2 Roman A,Ramirez A,Fox NS.Prevention of preterm birth in twin pregnancies.Am J Obstet Gynecol MFM,2022,4:100551.
3 高丽红,张红,张国华.双胎妊娠不同孕周自发性早产的临床特点.河北医药,2023,45:1692-1695.
4 中国妇幼健康事业发展报告(2019)(一).中国妇幼卫生杂志,2019,10:1-8.
5 蒋湘,应豪.孕妇微生态菌群与自发性早产相关性的研究进展.中华妇产科杂志,2019,54:706-709.
6 Cavoretto P,Candiani M,Giorgione V,et al.Risk of spontaneous preterm birth in singleton pregnancies conceived after IVF/ICSI treatment:meta-analysis of cohort studies.Ultrasound Obstet Gynecol,2018,51:43-53.
7 Gyamfi-Bannerman C,Ananth CV.Trends in spontaneous and indicated preterm delivery among singleton gestations in the United States,2005-2012.Obstet Gynecol,2014,124:1069-1074.
8 龚景进,黄楚君,刘世良,等.双胎妊娠早产的临床特点及危险因素分析.实用妇产科杂志,2019,35:841-845.
9 Ravel J,Gajer P,Abdo Z,et al.Vaginal microbiome of reproductive-age women.Proc Natl Acad Sci USA,2011,108 Suppl 1:4680-4687.
10 Mehta O,Ghosh TS,Kothidar A,et al.Vaginal Microbiome of Pregnant Indian Women:Insights into the Genome of Dominant Lactobacillus Species.Microb Ecol,2020,80:487-499.
11 Witkin SS,Moron AF,Linhares IM,et al.Influence of Lactobacillus crispatus,Lactobacillus iners and Gardnerella vaginalis on bacterial vaginal composition in pregnant women.Arch Gynecol Obstet,2021,304:395-400.
12 Romero R,Hassan SS,Gajer P,et al.The vaginal microbiota of pregnant women who subsequently have spontaneous preterm labor and delivery and those with a normal delivery at term.Microbiome,2014,2:18.
13 Giannella L,Grelloni C,Quintili D,et al.Microbiome Changes in Pregnancy Disorders.Antioxidants (Basel),2023,12:463.
14 Freitas AC,Chaban B,Bocking A,et al.The vaginal microbiome of pregnant women is less rich and diverse,with lower prevalence of Mollicutes,compared to non-pregnant women.Sci Rep,2017,7:9212.
15 Lawlor ML,Goldkamp JM,Boerrigter A,et al.Cervicovaginal microbiome in twin vs singleton gestations.Am J Obstet Gynecol MFM,2022,4:100579.
16 陈运.孕期微生物群落变化与先兆早产相关性的初步研究,2020.
17 徐影,刁飞扬.母体微生物群对妊娠并发症及子代发育的影响.南京医科大学学报(自然科学版),2022,42:1030-1035.
18 张浩南,郭旭,王昊,等.羊水菌群的研究进展.中国微生态学杂志,2018,30:731-734.
19 Tabatabaei N,Eren A M,Barreiro L B,et al.Vaginal microbiome in early pregnancy and subsequent risk of spontaneous preterm birth:a case-control study.Bjog,2019,126:349-58.
20 Elovitz MA,Gajer P,Riis V,et al.Cervicovaginal microbiota and local immune response modulate the risk of spontaneous preterm delivery.Nat Commun,2019,10:1305.
21 Freitas AC,Bocking A,Hill JE,et al.Increased richness and diversity of the vaginal microbiota and spontaneous preterm birth.Microbiome,2018,6:117.
22 陶址,廖秦平.妊娠期阴道微生态变化.中国实用妇科与产科杂志,2021,37:992-4.
23 Jayaram PM,Mohan MK,Konje J.Bacterial vaginosis in pregnancy - a storm in the cup of tea.Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol,2020,253:220-224.
24 Ehsanipoor R.Practice Bulletin No.172:Premature Rupture of Membranes.Obstetrics &Gynecology,2016,128:e165.
25 Ansari A,Bose S,You Y,et al.Molecular Mechanism of Microbiota Metabolites in Preterm Birth:Pathological and Therapeutic Insights.Int J Mol Sci,2021,22:8145.
26 Park S,Moon J,Kang N,et al.Predicting preterm birth through vaginal microbiota,cervical length,and WBC using a machine learning model.Front Microbiol,2022,13:912853.
27 Park S,Oh D,Heo H,et al.Prediction of preterm birth based on machine learning using bacterial risk score in cervicovaginal fluid.Am J Reprod Immunol,2021,86:e13435.
28 Flaviani F,Hezelgrave NL,Kanno T,et al.Cervicovaginal microbiota and metabolome predict preterm birth risk in an ethnically diverse cohort.JCI Insight,2021,6:e149257.
29 Fettweis JM,Serrano MG,Brooks JP,et al.The vaginal microbiome and preterm birth.Nat Med,2019,25:1012-1021.
30 Gerson KD,Mccarthy C,Elovitz M A,et al.Cervicovaginal microbial communities deficient in Lactobacillus species are associated with second trimester short cervix.Am J Obstet Gynecol,2020,222:491.e1-e8.
31 Anton L,Sierra LJ,Devine A,et al.Common Cervicovaginal Microbial Supernatants Alter Cervical Epithelial Function:Mechanisms by Which Lactobacillus crispatus Contributes to Cervical Health.Front Microbiol,2018,9:2181.
32 Brown RG,Marchesi JR,Lee YS,et al.Vaginal dysbiosis increases risk of preterm fetal membrane rupture,neonatal sepsis and is exacerbated by erythromycin.BMC Med,2018,16:9.
33 Williams N,Vella R,Zhou Y,et al.Investigating the origin of the fetal gut and placenta microbiome in twins.J Matern Fetal Neonatal Med,2021:1-11.
34 Aagaard K,Ma J,Antony KM,et al.The placenta harbors a unique microbiome.Sci Transl Med,2014,6:237ra65.