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尿液微生物群与良性前列腺增生相关性的研究进展

2024-04-09 81 上传者：管理员

摘要：良性前列腺增生是老年男性中一种常见疾病，发病率高，严重影响患者的生活质量。随着高通量测序技术的应用，越来越多的证据表明正常人尿液中存在丰富多样的微生物群，微生物群的失调会通过多个途径诱发前列腺炎症或前列腺上皮细胞的损坏，导致前列腺组织的增生和下尿路症状的加剧。本文从良性前列腺增生患者中尿液微生物群的特点、作用机制和预防及治疗等方面作一综述，为良性前列腺增生的预防和治疗提供新的方向及手段。

关键词：
下尿路症状
前列腺炎症
尿液微生物群
排尿困难
良性前列腺增生
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良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia, BPH)是导致老年男性排尿困难最常见的一种良性疾病，且多数伴有下尿路症状(lower urinary tract symptoms, LUTS)[1,2]。国内的一项荟萃分析显示，40岁及以上男性BPH的总患病率高达36.6%,且呈逐年增加的趋势[3]。BPH严重影响患者的生活质量，即使接受了及时、规范的药物治疗，最终仍可能需要接受手术干预[4,5]。BPH与慢性前列腺炎症存在密切关联，但炎症的起因尚不完全清楚[6]。近些年许多研究证明健康人的尿液中依然存在多种微生物，并且这些尿液微生物群影响着BPH相关的前列腺炎症[7]。本研究拟总结关于BPH患者中尿液微生物群的特点、作用机制、预防及治疗的研究现状，旨在为进一步的研究提供新思路。

1、尿液微生物群样本的留取及检测方法

1.1尿液标本的留取方法及存储方式

尿液微生物群的菌群量相对较少，且容易被污染，故合理的取样非常重要[8,9]。一项研究发现从同一男性获得的中段尿和导尿管尿液检测的结果并不相同，这是因为自然排尿时尿道中的微生物群会被带到尿液标本中[10]。经尿道插入导尿管留取尿液所提供的细菌数量低于中段尿液样本[11]。多数研究者是通过尿道插管收集30～50 mL尿液标本，可提供95%的成功率[12]。一般认为，取样后应立即在-80℃的液氮中快速冷冻，如果冷冻过程被推迟，受外界环境的影响，可能会改变尿液微生物群的组成[8]。尽管对不含防腐剂的样品进行即刻冷冻一直是该领域的金标准，但防腐剂的使用可以最大限度地减少样品长时间运输对结果产生的不利影响，可能代表了一种新的金标准[13]。然而，人们对防腐剂的选择和储存条件对样品的影响以及由此产生的测量结果知之甚少。有研究表明OMNIgene GUT OMR-200在不同储存温度之间产生较低的宏基因组变异，而Zymo DNA/RNA Shield则产生较低的宏转录组变异，并推荐使用OMNIgene GUT OMR-200防腐剂进行院外样本研究，Zymo DNA/RNA Shield进行宏转录组学研究[14]。

1.2尿液微生物群的生物信息学分析

对于新兴的研究领域，应建立清晰明确的方法和技术标准，以避免出现偏差或不确定的结果[15]。常规的尿液细菌培养技术很难发现低容量的细菌，为了克服这些局限性，人们已经进行了许多不依赖于培养的尝试，如强化尿液培养技术(expanded quantitative urine culture, EQUC)、宏基因组技术[如定量聚合酶链反应(PCR)扩增16S rRNA基因、shotgun测序],这些技术对低容量微生物群极其敏感[11,16,17]。

宏基因组学越来越多地用于描述生物样本中的微生物群落。理想情况下，生物样本处理过程中所涉及的步骤不应改变微生物组的组成，以免对检测的微生物群落组成产生错误的结果。通常，微生物组研究依赖于DNA或RNA测序来确定样本中各种生物体、基因或RNA的相对丰度。不同样品的保存方法和保存条件、DNA提取方法、测序文库制备方法和生物信息分析可能会影响样品中微生物和微生物基因的测量相对丰度[18,19,20]。尽管大多数微生物组研究侧重于测量相对丰度，但有新的证据表明，微生物总数和浓度(或“绝对丰度”)的测量提供了更丰富的样本信息[14]。

评价测序数据质量的主要指标包括：样品测序数据量、碱基质量、有效测序长度、测序标签跃迁率等[21]。目前已有多款生物信息开源软件用于测序数据评价，如FastQC、ngsReports、MultiQC、fastp、PRINSEQ、Trimmomatic等。微生物物种判定算法是宏基因组高通量测序(metagenomics next generation sequencing, mNGS)生物信息分析过程中的核心，根据测序范围不同，物种鉴定方法可以分为标记基因分类和完整基因组分类2种[21]。生物信息学结果可以提供多维度的指标判定微生物，包括按单一物种的序列数、特异序列数、覆盖长度、平均覆盖深度、覆盖均一度等[22]。将获取的原始数据进行接头、低质量序列过滤，实现从原始数据到高质量数据的转换，通常采用的软件有Trimmomatic和fastp,一般也是采用fastq格式存储[23,24]。过滤后的序列输入微生物数据库，常用的物种分析软件有MetaPhlan、HUMAnN、QIIME、LMAT、MEGAN、mOTU及MetaPhyler等。准确鉴定物种的特异性序列数应至少覆盖该物种基因组3个不同区域，必要时可执行DNA-氨基酸的比对或重头组装，以增加新物种发现概率[21]。文库制备和测序平台在基于宏基因组的微生物群落表征中引入了系统偏差，这些发现表明，在检测微生物群落结构的微小变化时，文库制备和测序的一致性是减少结果偏差的重要一环[25]。从采样到脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)提取和基因测序，都容易检测到污染DNA或交叉污染DNA,为减少结果偏倚，建议在尿液微生物群研究过程中，遵循Eisenhofer(RIDE标准),使研究报告标准化，以收集更可靠、更公正的数据[16]。

2、BPH患者的尿液及前列腺组织中微生物群特点

2.1 BPH患者的尿液微生物群特点

尿液和前列腺组织内的微生物群既存在差异，又有密切关联。国际前列腺症状评分较高的患者更有可能检测到细菌，这项研究首次证明了男性尿液微生物群与LUTS之间的关联[10]。Lewis等[26]发现男性中段尿的微生物群数量随着年龄的增长而减少，多样性反而增加，这种变化与老年男性LUTS的发病可能存在相关性，但该研究缺少直接的证据，且无进一步随访数据。Lee等[27]发现BPH患者和对照组中的尿液微生物群种类和构成比存在差异，其中BPH组样本中含有丰富的普雷沃菌属(Prevotella)、韦荣氏球菌属(Veillonella)、链球菌属(Streptococcus)、卟啉单胞菌属(Porphyromonas)、空肠弯曲菌属(Campylobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、埃扎基耶拉菌属(Ezakiella)、埃希氏菌属(Escherichia)、戴阿利斯特杆菌属(Dialister)。另外，尿液样本中含有嗜血杆菌属(Haemophilus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、狡诈菌属(Dolosigranulum)、李斯特菌属(Listeria)、考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)、水栖菌属(Enhydrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、瘤胃球菌属(Ruminococcus torques)、栖粪杆菌属(Faecalibacterium)和大芬戈尔德菌属(Finegoldia)的患者贮存和排尿症状更加严重。

2.2 BPH患者的前列腺组织微生物群特点

有研究收集了47个前列腺组织、26个插管尿液样本，其中约70%的前列腺组织标本和约80%的导尿标本中发现厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria),但前列腺组织与尿液中的菌群构成比存在显著差异[28]。该研究同时指出前列腺组织内的细菌位于前列腺导管中，这表明细菌是通过泌尿道而不是血管到达前列腺组织的，解剖上存在关联[28]。日本的一项研究中大约7.2%(7/97)的无明显LUTS的男性前列腺组织中发现5种细菌：轻链球菌(Streptococcus mitis)、溶血葡萄球菌(Staphylococcus haemolyticus)、沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)、痤疮丙酸杆菌(Cutibacterium acnes)和嗜酸菌属(Acidovorax sp),且这些患者的前列腺组织中发现腺体上皮增生，推测这些细菌可能与BPH早期的病理改变相关[29]。不同BPH组织中的炎症可能是由于不同微生物的感染所致，为了了解BPH组织的细菌组成，有研究对BPH患者的前列腺组织样品进行了细菌培养和基因组分析[30]。在36个样本中，有20个样本(55.5%)为培养阳性，阳性病例中，按占比依次为：厚壁菌门(22.2%)、变形菌门(11.1%)、微球菌属(13.8%)、肠球菌属(5.5%),沙雷氏菌属、金黄色假单胞菌、泛菌属各占2.8%[30]。各个文献存在矛盾和互补的结果，但纳入的样本量较少，随访时间短，还需更高质量的研究来证实这些发现。

3、尿液中微生物群促进BPH进展的机制

3.1炎症因子

前列腺慢性炎症的发生与尿液微生物群密切相关，而慢性炎症又是导致BPH进展和IPSS增加的关键因素[31]。Di Silverio等[32]发现43%的男性患有慢性炎症，其中69%的炎症属于慢性炎症，且前列腺内的炎症程度随着前列腺体积和年龄的增加而显著增强。在BPH早期患者中，发现有高于正常前列腺组织的IL-6(interleukin 6)、IL-8、IL-15、IL-17、转化生长因子(TGF-β)和CXCL-10等炎症因子的表达[33]。其中IL-8在前列腺移行区的炎症反应中起关键作用。随着炎症细胞数量的增加和细胞因子的不断分泌，刺激上皮细胞和间质平滑肌细胞增殖、腺体增生和纤维化[34]。而白细胞介素又可通过合成二氢睾酮和转化生长因子以刺激雄激素受体；所以，即使存在5α-还原酶抑制剂，前列腺组织依然可以增生[33]。目前，炎症因子相关的研究是一个热门话题，将来从炎症方面治疗BPH或许是一个可行的选择。

3.2炎症小体

炎症小体在由尿液微生物群引起的前列腺炎症中发挥重要作用，促进BPH、膀胱出口梗阻(bladder outlet obstruction, BOO)的发生，最终危害身体健康[35]。炎症小体是负责启动炎症反应的多蛋白寡聚体，具有促进IL-1和IL-18的成熟和分泌，以及细胞焦亡的作用[36]。NLRP3炎症小体(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)是一种分布于全身各类组织中调节炎症反应的蛋白复合体，结构包括NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白和pro-caspase-1[36]。BOO会触发由NLRP3炎症小体介导的炎症过程，进而引发负面的下游事件，如膀胱组织的缺氧-再灌注、膀胱腔内压力增加和重复拉伸诱导的损伤，最终引发储尿期、排尿期症状和膀胱壁的纤维化[37]。虽然BOO最常见的原因是BPH,但BPH本身可能是炎性体激活的结果，因果关系并未明确[37]。通过了解炎症小体在病理过程中的作用，我们可以使用靶向药物来预防BPH及其症状。

3.3细胞内细菌

细胞内细菌的存在已经被人们熟知，然而，细胞内细菌在BPH合并的LUTS中的作用知之甚少。Contreras-Sanz等[38]发现大约80%的LUTS合并脓尿患者的尿路上皮脱落细胞中可见细胞内细菌，而细胞内细菌诱发尿路上皮细胞内三磷酸腺苷信号通路的改变，介导膀胱充盈和紧迫感，最终导致LUTS的出现。泌尿道致病性大肠杆菌(uropathogenic Escherichia coli,UPEC)是细胞内细菌中常见的一种，具有易侵入膀胱壁及隐匿性的特点，利于细胞内细菌群落的形成，从而躲避尿液细菌培养和抗生素治疗，易导致反复的泌尿道感染[39]。另外，UPEC释放多种介质并破坏尿路上皮屏障，诱导免疫细胞浸润和释放促炎细胞因子进而使外周传入神经更加敏感，同时膀胱也变得敏感，加剧了LUTS的程度[40]。

3.4 DNA损伤

BPH患者组织中存在多种不同的微生物，前列腺的细菌感染或细菌产生的某些毒素可能在正常的前列腺上皮细胞中引起DNA损伤，如变形杆菌与炎症水平和DNA损伤水平相关[41]。先前也有研究报道大肠杆菌在体内诱导的DNA损伤，以及在触发哺乳动物细胞中基因组不稳定性方面起重要作用[42]。前列腺上皮细胞如果长期暴露于外源或内源性DNA损伤环境中，频繁的DNA损害及修复将使细胞面临基因突变的风险，且未修复的DNA损伤可能导致正常细胞的异常化生[43]。炎症反应间接聚集和激活免疫细胞作为宿主对感染的反应将产生高水平的活性氧，而这也是一种DNA破坏剂[44]。

4、治疗方法

目前诊断BPH的微生物疗法较少，很多还未能在临床上得以推广。最近，提出了几种新的治疗方法，例如补充活益生菌、细菌疗法，以恢复生态平衡并阻止生态失调-泌尿生殖系统感染的恶性循环[45]。虽然病原菌引起的急性和慢性炎症促进BPH的发病，然而在临床过程中重复或过度使用抗生素可能导致菌群失调[45]。噬菌体是一类专门感染和杀死细菌的细胞内病毒，最近有研究显示使用膀胱内滴注噬菌体溶液治疗复发性尿路感染取得了很好的效果，这种治疗方法可能会减少抗生素的过度使用并保护患者免受多重耐药细菌的侵害[46]。但噬菌体疗法在泌尿外科的使用仍处于起步阶段，监管机构尚不允许在临床研究之外的情况下使用噬菌体疗法，或仅作为个体化的实验性治疗尝试[47]。另外，OM-89(Uro-Vaxom)是一种来自18种不同UPEC菌株的膜蛋白的冻干制剂，其治疗复杂性尿路感染的安全性和有效性已经在临床得到了验证，也是国际指南推荐的疫苗[48]。这些发现开辟了一个新的研究领域，以探索未来针对膀胱特定微生物的药物。

5、总结与展望

人体和微生物组之间的相互作用非常复杂，我们对这些关系的探索已经得到了迅速发展。尿液微生物群的种类丰富多样，通过多个途径诱发前列腺炎症或前列腺上皮细胞的损坏，刺激前列腺组织的增生和LUTS的加剧，深入了解其作用机制将有利于发现新的治疗药物。微生物群除了细菌以外，还包括真菌和病毒，但是它们与泌尿系统疾病的相关性尚不清楚[49]。因此，还需要更多的基础研究及精心设计的前瞻性研究，以更加深入地了解尿液微生物群与人体的关系，为BPH的预防和治疗提供新的方向及手段。

文章来源:崔得恒,陈国强,罗建斌,等.尿液微生物群与良性前列腺增生相关性的研究进展[J].临床泌尿外科杂志,2024,39(04):353-357.