《Infection and Immunity》：Underexplored maternal microbiomes: immune, metabolic, and microbial pathways shaping pregnancy outcomes
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本综述系统阐述了母体多部位微生物组（如宫颈阴道、泌尿、肠道微生物组）通过免疫调节（如SCFAs、BEVs）、代谢通路（如雌激素代谢）及微生物易位等机制影响妊娠结局（如早产PTB、妊娠期糖尿病GDM）。作者强调需将母体微生物组视为协同网络，并展望了基于微生物组的干预策略（如益生菌、阴道微生物移植VMT）在精准医学中的潜力。
微生物组与妊娠期的激素适应
妊娠期生理和解剖变化影响多个器官系统，包括生殖、呼吸、内分泌、胃肠道、循环、血液和肾脏系统。这些适应显著影响母体口腔、宫颈阴道和肠道微生物组的组成。妊娠激素（如人绒毛膜促性腺激素、人胎盘催乳素、雌激素和孕酮）也会影响母体微生物组，反之亦然，凸显了复杂的双向关系。已知肠道中的微生物通过雌激素组（一组编码将雌激素从葡萄糖醛酸中解离的酶的基因集合）调节循环雌激素水平，影响女性生殖健康。在妊娠期间，“孕酮阻断效应”通过下调收缩相关蛋白（如催产素受体、连接蛋白-43和前列腺素受体）来抑制子宫肌层收缩性。这种效应维持子宫静止，有助于防止早产性宫缩和流产，同时为胎儿生长提供稳定环境。除了对子宫的影响外，孕酮诱导的平滑肌松弛通过降低蠕动影响胃肠道，通过血管舒张和支气管舒张影响血管和呼吸系统，并通过降低膀胱张力影响泌尿系统。总的来说，这些变化影响了这些身体部位微生物群落的生长和组成。然而，关于个体或联合的激素变化如何随时间影响微生物群组成的机制理解，以及微生物衍生代谢物对妊娠维持的贡献，仍然有限。值得注意的是，微生物内分泌学已经成为一个致力于理解微生物群与宿主内分泌系统之间双向通讯的领域。
在这种背景下，研究妊娠激素对生殖腔内微生物动力学影响的研究已经开始揭示潜在的机制。接受体外受精（IVF）女性的卵泡液已被证明含有形成生物膜的细菌。鉴于这些激素-微生物相互作用，IVF治疗周期传统上涉及使用外源性重组激素进行控制性卵巢刺激，以刺激卵泡成熟，促进卵母细胞成熟和排卵，并支持黄体期以优化胚胎植入。值得注意的是，超生理的IVF激素会系统性地影响微生物组，有研究报告了阴道、子宫内膜和肠道微生物群的变化，尽管这些微生物变化的临床相关性和时间仍不清楚。
此外，有证据表明，微生物肠道衍生代谢物诱导肠道激素分泌，这些激素作用于下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴，促进FSH和LH的分泌，两者都参与卵泡成熟。与此一致的是，雌二醇和孕酮调节卵巢卵泡液中特定细菌类群的生长，包括乳酸杆菌属、链球菌属和双歧杆菌属，同时抑制大肠杆菌和无乳链球菌的生长。
在门水平上，女性上生殖道（子宫内膜和输卵管）主要以变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为主，这与厚壁菌门丰富的下生殖道形成对比。这种微生物组成的梯度表明沿生殖道在群落水平上存在独特但知之甚少的功能。尽管某些类群可能支持生殖功能，但最近一项荟萃分析发现，在接受IVF的不孕女性中，卵泡液的细菌定植与较低的临床妊娠率相关。然而，证据有限，并且由于研究的异质性，没有特定的类群与结果一致相关。相互矛盾的结果可能反映了宫颈阴道健康状况，因为乳酸杆菌属的优势与IVF成功相关。值得注意的是，卵泡液微生物群的多样性与MHC位点的多样性呈正相关，这反映了在肠道微生物组中的发现，这是一个在生殖微生物组研究中经常被忽视的生物学变量。
到目前为止，微生物群在卵巢和其他生殖生态位中的作用尚不清楚，并且这些生态位的定植是有益、有害还是偶然的仍不清楚。然而，在无菌小鼠模型中的新发现表明，肠道微生物定植和相关的短链脂肪酸（乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐）可以影响卵巢储备，指出了一条先前未被充分认识的肠-卵巢通讯轴。
妊娠期呼吸道微生物组动态
关于妊娠期呼吸道微生物组的研究有限。在小鼠中，确定妊娠相关对肺部微生物群的影响因饲养条件和物种特异性行为（如食粪行为）而变得复杂。而在人类中，对口腔上呼吸道和女性上生殖道的研究受到污染和固有的低生物量的限制。尽管存在这些局限性，研究发现妊娠会增加早孕期女性上呼吸道的微生物多样性。虽然孕妇和非孕妇的上呼吸道微生物组总体组成相似（放线菌门、变形菌门和厚壁菌门），但产次与不同的类群相关，包括经产妇女中莫拉克斯菌属丰度较高，而初产妇女中棒状杆菌属增加。此外，母亲与后代同住与母亲上呼吸道微生物趋同（母亲获得儿童相关细菌）相关。妊娠期间的病毒感染，如SARS-CoV-2，也与鼻咽微生物组多样性增加以及拟杆菌门和软壁菌门成员相关。值得注意的是，这些微生物变化被认为在有既往SARS-CoV-2感染的女性中持续存在。
据提出，人类肺部微生物组与口腔和肠道微生物群密切相关，形成一个影响呼吸系统和全身健康的跨区室网络。虽然对妊娠如何调节微生物组跨区室网络的机制理解有限，但最近一篇系统性综述认为，口腔微生物群在整个妊娠期基本稳定。然而，已报道核心细菌丰度的显著差异，如链球菌属、卟啉单胞菌属和嗜血杆菌属。妊娠期口腔微生物组与母体系统健康和出生结局之间的关联尚无定论，需要进一步研究。
微生物群驱动的妊娠和胎儿健康调节
在小鼠研究中，已证明孕酮可调节肠道微生物群组成，导致怀孕雌性中产短链脂肪酸的双歧杆菌物种丰度增加。在人类中，孕妇的肠道微生物群在妊娠早期富含厚壁菌门成员（例如，丁酸盐生产者），而妊娠晚期显示变形菌门（通常与炎症相关）和放线菌门（通常参与碳水化合物发酵和短链脂肪酸生产）增加。值得注意的是，用来自孕妇妊娠晚期微生物群定植的无菌小鼠表现出脂肪增加和炎症，可能支持胎儿生长。一项在无菌怀孕小鼠中的研究提供了关于双歧杆菌物种如何调节胎盘代谢和内分泌功能的新见解。另一项研究报告，万古霉素诱导的肠道菌群失调（其特征是拟杆菌门增加和厚壁菌门减少）会损害胎盘NK细胞效应功能。
肠道微生物群组成的变化和相关的微生物代谢物与妊娠期间的免疫调节有关，并显示在小鼠模型中支持健康胎盘形成。肠道共生菌阿克曼菌分泌细菌胞外囊泡，促进胎盘发育并减轻小鼠模型中的先兆子痫样表型。这种细菌还在妊娠期间将肠道微生物组转向更具代谢活性的、产短链脂肪酸的厚壁菌门。在暴露于阿克曼菌的母鼠中，发现血清中短链脂肪酸和氨基酸水平升高会影响大脑发育和肠道干细胞的分化。这项研究与母体微生物组在小鼠胎儿大脑发育中的作用一致。此外，已知肠道微生物产生几种干细胞分化因子，包括短链脂肪酸；有机酸如乳酸和琥珀酸；吲哚衍生物；和次级胆汁酸。
母体肠道微生物群，特别是双歧杆菌属及其代谢物肌苷，可以表观遗传编程后代T细胞抗病毒免疫。此外，已发现迟缓埃格特菌代谢胆汁酸糖皮质激素，这些激素作用于γ-氨基丁酸（GABA）受体，当其减少时，与产后抑郁相关。另一种肠道共生菌，脆弱拟杆菌，也被发现可以抑制胆汁酸传感器FXR（法尼醇X受体），导致妊娠期肝内胆汁淤积。值得注意的是，几种胆汁酸衍生物被发现是妊娠期特有的。然而，这些代谢物如何被微生物群处理及其产生的生物学作用仍然知之甚少。除了肠道衍生代谢物外，细菌衍生的胞外囊泡越来越被认为能够穿过胎盘并到达羊膜腔内。
微生物组不仅影响孕妇和发育中的胎儿，还在孕前发挥作用。在小鼠中，由抗生素或渗透性泻药引起的父代肠道微生物组破坏会损害生殖细胞，并通过影响精子生物学和胎盘功能导致不良胎儿结局。引人注目的是，如果在受孕前恢复父代肠道微生物群，这些跨代效应是可逆的。这些结果凸显了父代微生物组对妊娠、胎儿发育和生殖健康的一个先前被忽视的贡献。虽然尚未完全理解，但肠道细菌（但不限于此）与生殖功能之间的联系表明，父母双方的微生物组破坏可能导致后代的不良结局。这扩展了微生物组研究在健康与疾病发育起源（DOHaD）研究领域内的相关性。
妊娠期和健康中的宫颈阴道微生物组
阴道健康的特征是低细菌多样性，主要由少数乳酸杆菌属主导，与肠道微生物组形成对比，后者高多样性与肠道健康相关。当宫颈阴道微生物组耗尽这些乳酸杆菌，并且厌氧菌增加时，这被认为是菌群失调，并与最常见的妇科疾病——细菌性阴道病（BV）相关。这种健康范式在疾病状态和条件下都被观察到，包括早产（PTB）。
妊娠期乳酸杆菌的丰度和稳定性被认为是由雌激素水平驱动的，并与更好的妊娠健康结局相关。相反，孕激素与抑制阴道乳酸杆菌相关，推测是通过改变阴道液中的无细胞糖原水平，这些糖原被宿主和细菌糖苷水解酶分解成麦芽糖糊精，在厌氧条件下被乳酸杆菌利用。在整个妊娠期，宫颈阴道微生物组随着生理和激素变化而发生转变。几项人类研究发现，与非孕妇相比，孕妇的宫颈阴道微生物组中乳酸杆菌的流行率和丰度更高。此外，与妊娠早期相比，妊娠晚期与乳酸杆菌优势增加相关。因此，有人提出乳酸杆菌有助于成功的出生结局，并在妊娠期间保护宫颈阴道环境免受感染。乳酸杆菌可能不仅通过产生抗菌化合物，而且通过与宿主相互作用和加强粘膜屏障完整性，促进宿主先天免疫和通过其肽聚糖和信号肽抑制宿主炎症，从而对宫颈阴道稳态至关重要。激素对宫颈阴道环境的影响甚至在分子水平上也被观察到，代谢变化早在妊娠初期就开始了。随着妊娠进展，乳酸和氨基酸水平增加，而葡萄糖、有机酸和生物胺下降。这些特征是来自宿主 alone、微生物组还是两者共同作用正在进一步研究中。此外，认为阴道微生物可能对促进婴儿免疫系统很重要。由于这些联系，许多人类研究调查了微生物从母亲传给婴儿以及新生儿和婴儿肠道微生物组的潜在播种。但研究仍在进行中，以确定这对婴儿的长期影响。可能影响成功妊娠和新生儿结局的一个因素是增加的产次或先前生育过的母亲。经产与阴道乳酸杆菌的减少相关，而较长的妊娠期（37-42周）与较高的丰度相关，尤其是在未产妇中。
宫颈阴道微生物组被认为是早产风险和其他妇科后遗症的关键参与者，因为它在产后发生显著变化，变得更加多样化和乳酸杆菌耗尽。然而，微生物组可以随时间恢复到之前的乳酸杆菌优势状态。这种组成变化主要由妊娠激素（如雌激素）介导，雌激素驱动组织结构重塑和糖原沉积。雌激素还在维持阴道和泌尿微生物组中的乳酸杆菌属方面发挥关键作用。
宫颈阴道环境也可能因妊娠以外的其他因素而改变，包括性传播感染（STIs）、抗生素使用、吸烟、激素疗法、环境暴露和绝经状态。其中一些因素可以直接影响微生物；例如，抗生素使用和吸烟可以释放溶原性噬菌体并耗尽促进健康的乳酸杆菌。其他因素影响宿主微环境，包括激素变化（无论是处方还是自然发生的，贯穿女性一生），这些变化可以增加或减少糖原沉积。生育史也对母体微生物群组成产生持久影响，可能由分娩相关炎症、激素转变和阴道环境中的免疫记忆介导，尽管其他部位可能也参与其中。然而，宫颈阴道环境可以恢复到其原始的微生物组成，对微环境只有微小的改变，或者可以转变为以乳酸杆菌减少为特征的更多样化状态，使其更类似于细菌性阴道病。
与阴道微生物组相关的风险和不良妊娠结局
不良妊娠结局的风险因素包括性传播感染史和细菌性阴道病、母亲产次、个人或家族早产史、环境因素（烟草/药物使用、邻苯二甲酸盐暴露）以及心理社会或感知压力。值得注意的是，产前压力导致阴道菌群失调，可能播种新生儿微生物群落，影响早期免疫和发育结局。宫颈阴道微生物组的扰动通过涉及激素失调、炎症和感染的机制与早产风险相关。几种病原微生物与早产风险增加相关，包括B族链球菌、阴道毛滴虫、沙眼衣原体、淋病奈瑟菌、脲原体、支原体、人乳头瘤病毒（HPV）和人类免疫缺陷病毒（HIV）。然而，通过下一代测序研究，我们现在知道更多的细菌和细菌群落可能导致不良妊娠结局。此外，相关的生物体和条件的群落，包括细菌性阴道病，驱动菌群失调并将微生物组转向疾病状态，这可能增加这些不良妊娠结局的风险。有趣的是，越来越多的证据表明，多微生物条件可以在伴侣之间交换，突出了在妊娠并发症和治疗策略中需要考虑的额外因素。
研究观察到卷曲乳酸杆菌和詹氏乳酸杆菌的减少以及细菌性阴道病相关细菌（BVAB）的增加，包括斯内斯菌、普雷沃菌、加德纳菌、脲原体和支原体，这些与早产和胎膜早破相关。人们越来越认识到宫颈阴道微生物组在宿主相互作用中的作用，特别是其对免疫和代谢调节的影响。与早产相关的代谢物，如乳酸、琥珀酸和碳水化合物的减少，以及多胺、脂肪酸和外源性物质的富集，与阴道乳酸杆菌的减少和细菌性阴道病相关细菌丰度的增加相关。此外，早产的免疫蛋白质组学特征表明宫颈阴道环境中促炎细胞因子和与炎症相关的代谢物增加。众所周知，失调的宫颈阴道微生物群通过部分富含免疫刺激蛋白的细菌胞外囊泡改变免疫代谢微环境，这些囊泡触发下生殖道和上生殖道的反应。此外，一些细菌性阴道病相关细菌具有从阴道上行到子宫的假定能力，引起宫内感染，导致炎症和前列腺素过度产生，进而引发宫缩。除了细菌，扭矩特诺病毒与妊娠期炎症增加相关，这也可能有助于早产风险。在酵母菌物种中也观察到了这一点。需要进一步的研究来理解病毒组、真菌组和原生动物群落与细菌之间的跨界相互作用，这可能影响妊娠结局。例如，最近的工作确定了人类子宫内膜异位症进展中的真菌-细菌-宿主相互作用，并在小鼠模型中验证了发现。
除了微生物和宿主相互作用外，社会人口因素也影响生殖结局。有人认为宫颈阴道微生物组可能导致早产中观察到的健康差异。然而，这些人群的社会文化、经济、政治、教育、心理社会压力或历史结构性驱动因素也可能是需要进一步调查的重要风险因素。心理社会压力尤其与早产风险增加相关，并可能通过压力相关的炎症途径影响宫颈阴道微生物组，可能促进细菌性阴道病。将健康的社会决定因素与母体微生物组研究相结合，对于更好地理解和解决生殖健康结局的全球差异至关重要。
调节阴道微生物组以改善妊娠结局
在妊娠前或妊娠早期监测并可能调节阴道微生物组和宫颈阴道微环境可以带来更好的妊娠结局。一些潜在的候选疗法已被用于改善炎症状态，如类固醇和激素疗法。由于细菌性阴道病与早产之间的联系已经确立，以前用于细菌性阴道病治疗的方法可以作为早产的预防性治疗是合理的。目前诊断和治疗微生物组相关状况的方法仍在发展，并产生了可变的结果，通常基于小规模参与者队列的研究。最近，细菌性阴道病治疗的范式转变现在支持治疗双方伴侣以实现持续的临床缓解。为了确定这些方法的有效性和安全性，更大规模、设计良好、地理多样和包容人群的研究是基础。因此，美国预防服务工作组目前不建议筛查细菌性阴道病以降低早产风险。阴道微生物组移植（VMT）的使用已被提出用于预防早产。初步数据表明阴道微生物组移植对一名复发性流产患者有益且具有长期影响，该患者成功妊娠并足月分娩。也就是说，这只是一个单一例子，需要更多的临床试验来评估疗效并监测对母婴二人的长期影响。其他涉及活体生物治疗剂的潜在治疗方法已被提出，包括Lactin-V，目前正在评估其在孕妇中的安全性和耐受性。进一步的研究旨在评估生物治疗剂在预防早产中的作用，并对其他不良妊娠结局具有潜在意义。
饮食和维生素补充剂也被认为是调节微生物组的一种自然方式，可能是在妊娠期改善母婴健康的一种更易获得的方式。益生元、益生菌和后生元已被用作炎症性胃肠道疾病的疗法，结果有希望或好坏参半。除了活体生物治疗剂外，这些方法应被视为未来临床研究的可能候选者，以评估其对宫颈阴道和子宫环境的长期影响，因为目前似乎在妊娠期服用益生菌没有观察到差异。此外，诊断技术的发展，从新型微生物/代谢生物标志物组、微流控诊断到监测生殖器炎症，仍然是活跃的研究领域，并有望改善孕产妇和新生儿健康的可及性和控制。
随着该领域的快速发展和调节微生物群的新策略的出现，定义这些疗法的质量、纯度、效价、安全性、时机和可及性，以及谁最受益以及可能发生什么不良事件至关重要。安全性在考虑活体生物治疗剂对宿主健康的长期影响、其对微生物群的影响以及抗生素抗性基因水平转移的可能性时尤为关键。虽然几种微生物组调节干预措施可用于健康个体，但仍需要更多基于证据的建议用于脆弱人群，如孕妇和早产新生儿，以正确定义风险-获益特征。
妊娠期泌尿微生物组的临床方面和意义
在泌尿系统中，输尿管张力降低加上妊娠子宫对输尿管的机械压迫增加了膀胱残余尿量，导致尿潴留和尿失禁。这些变化增加了细菌定植和尿路感染（UTIs）发展的风险。通常，妊娠期尿路感染始于无症状菌尿（ASB），约25%的无症状菌尿病例发展为上尿路感染（肾盂肾炎）。
菌尿在孕妇和非孕妇中的发生率相似，患病率为2-7%，并且通常是短暂的，尤其是在育龄妇女中。无症状菌尿缺乏症状的根本原因尚不清楚，尽管经常检测到泌尿免疫宿主反应（脓尿）。因此，菌尿并不一定表示尿路感染。此外，几个因素导致妊娠期尿路感染，如泌尿生殖道异常、初产、既往尿路感染、糖尿病和低社会经济地位。
筛查无症状菌尿是一项常规妊娠检查，通常在妊娠早期或中期进行一次，如果结果阳性且患者被认为有上尿路感染的高风险，则建议抗生素治疗（当前美国护理标准）。然而，支持无症状菌尿治疗以减少与上尿路感染相关的不良妊娠结局（如低出生体重和早产）的证据相对较弱。虽然无症状菌尿可能仍有进展为上尿路感染的风险，但过度治疗引起了对不必要的抗菌素耐药性风险的担忧。此外，来自小鼠研究的新证据表明，妊娠期使用抗生素导致的肠道相关菌群失调可能对后代免疫发育（如抗病毒免疫）产生负面影响。母体肠道菌群失调也与胎盘代谢、功能和免疫的改变有关。考虑到这些因素，了解妊娠期母体泌尿微生物组变得越来越重要。无症状菌尿代表了一种临床相关且可及的状况，可以作为探索妊娠期尿路组动力学的代理。
在非孕妇中，尿路组显示出高度的个体间变异性，并且通常无症状。依赖培养和不依赖培养的方法的进展揭示了比以前认识的更大的微生物多样性，优势属包括乳酸杆菌属、粘液乳酸杆菌属、侧乳酸杆菌属和棒状杆菌属。尿路组包含一系列具有不同生态作用的微生物，包括病原体、病原共生菌、共生菌、 commensals 和定植菌，反映了一个高度动态的微生物环境。
重要的是，阴道微生物群并不能准确代表下尿路（尿道和膀胱）的微生物组成，尽管这些部位之间存在一些相似之处。此外，女性膀胱粘膜的微生物群落与尿液样本中发现的微生物群落不同。这些区别强调了在尿路组研究中仔细采样策略的重要性（即中段清洁排尿样本与导管插入术）。膀胱上皮细胞的脱落也可能影响泌尿微生物谱，为其解释增加了另一层复杂性。最后，虽然16S rRNA测序高度敏感，但一些微生物仍然只能通过基于培养的方法识别。考虑影响泌尿微生物组的相关协变量已被证明在预测临床关联时可以提高多变量模型的稳健性。
在整个妊娠期，母体尿路组的组成随着激素和免疫变化而发生转变。早孕期女性的尿路组富含乳酸杆菌，其次是加德纳菌，与非孕妇相似，后者也含有链球菌属、葡萄球菌属和普雷沃菌属。在妊娠中期和晚期，乳酸杆菌和普雷沃菌在尿路组中占主导地位。分娩后，雌激素和孕酮水平的急剧下降，以及产后炎症，增加了尿路组中变形菌门的丰度。尿雌激素水平与乳酸杆菌和双歧杆菌的丰度呈正相关。在接受体外受精受孕的孕妇中观察到的尿路组改变进一步支持了这些模式，葡萄球菌属增加而乳酸杆菌减少，后者通常在孕前富集并与更好的体外受精结局相关。
鉴于尿路感染会增加早产风险，研究人员评估了妊娠中期尿路组的预测价值。这支持了细菌在不同身体部位之间交换或共享的概念，例如在大肠杆菌菌株中，它们在肠道、阴道和膀胱之间流动（例如肠-膀胱轴），为复发性尿路感染建立储存库。虽然妊娠期尿路组的组成不能预测早产，但特定的细菌，如普雷沃菌、萨特菌、惰性乳酸杆菌、布劳特氏菌、考克氏菌、毛螺菌科和粘质沙雷菌，与早产风险相关。在健康的青少年妊娠（<17岁）中，惰性乳酸杆菌和北里乳酸杆菌随着孕周逐渐增加。相反，在患有尿路感染的青少年中，惰性乳酸杆菌的动态不同，从妊娠早期到中期上升，此后下降，而复发性感染在整个妊娠期呈现稳定下降。目前尚不清楚这些低丰度病原共生菌或机会性病原体的存在是短暂的还是表明早期转向优势的健康相关尿路组。无症状菌尿个体与有症状感染个体之间尿路组组成的相似性表明，泌尿症状的出现可能更多地由宿主免疫反应性驱动，而不是仅仅由细菌的存在引起。在某些情况下，微生物可能进入非典型身体部位并干扰现有的生物群，从而引发疾病。这种现象，被称为隐蔽发病机制，描述了引发疾病的微生物
