第三节 疾病状态下尿路细菌微生态的变化

随着现代培养和测序技术的发展，人类尿路细菌微生态逐步进入人们的视野，越来越被认为是影响人类健康和疾病的重要因素。现有的技术已经能够检测整个泌尿系统的微生物，在迄今为止发表的所有研究中，乳杆菌（Lactobacillus）和链球菌（Streptococcus）是在尿路细菌微生态中最常被报道的菌属。越来越多的研究表明，尿失禁、膀胱癌（bladder cancer，BCa）、前列腺癌、肾癌、肾结石、神经源性膀胱功能障碍（neuropathic bladder dysfunction，NBD）、间质性膀胱炎（interstitial cystitis，IC）、慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛综合征（chronic prostatitis/chronic pelvic pain syndrome，CP/CPPS）等泌尿系统疾病患者的尿路细菌微生态存在着不易感知的变化。

一、尿路细菌微生态与泌尿系统肿瘤

关于微生物组的影响及其在健康和疾病中的功能作用有了重大进展。鉴于共生微生物组对人类健康和疾病众多状态的影响，目前已成为研究热点。现有证据表明，结直肠腺瘤、腺癌以及胃癌和胆道癌与微生物存在关联，特别是细菌微生态。细菌可以通过干扰β-catenin信号通路等机制促进癌症的发生，也可以通过代谢途径及产生致癌化学物质（如亚硝胺和乙醛）来调节癌症发生风险。对健康和疾病状态的连续性研究进一步表明，尿路细菌微生态能够影响泌尿系统的状况。相关细菌微生态的确切性质和作用仍在研究中，但它们的潜在参与现已变得愈发明显。

（一）尿路细菌微生态与膀胱癌

膀胱癌是我国泌尿外科临床上最常见的恶性肿瘤之一。世界范围内，其发病率居恶性肿瘤的第9位。膀胱癌的发生是复杂、多因素、多步骤的病理变化过程，既受内部遗传因素的影响，又受外在环境因素，包括慢性感染［如细菌、血吸虫、人乳头状瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染等］的影响。现有研究表明，与膀胱鳞状细胞癌相关的感染危险因素，如血吸虫感染，可诱导内源性N-亚硝胺和氧自由基的合成，从而诱发膀胱鳞状细胞癌的发生。尿路细菌微生态可能通过调节内源性抗肿瘤免疫反应参与膀胱癌的各个发展阶段。新近研究表明，膀胱癌患者的细菌丰度较健康人群明显升高。根据欧洲癌症研究和治疗组织（European Organzation for Research and Treatment of Cancer，EORTC）评分系统，复发或进展风险高的非肌层浸润性膀胱癌（non-muscleinvasive bladder cancer，NMIBC）患者的尿液中也存在更丰富的细菌。例如，链球菌在膀胱尿路上皮癌患者的尿液中富集，但健康人群中尿液的链球菌丰度都接近零，其次在链球菌丰度较低的膀胱尿路上皮癌样本中，发现假单胞菌属和厌氧菌属的丰度最高。在门水平上，丰度最高的门是厚壁菌门（Firmicutes），其次是放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门（Proteobacteria）。另有报道指出，鲍曼不动杆菌的毒力因子具有包括上皮细胞的侵袭、磷脂的降解和生物膜形成的作用，这些都有助于逃脱宿主的免疫反应，以及厌氧菌可诱导炎症和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）重构，可能在膀胱癌发病、进展和复发中发挥关键作用。现有的各项研究结果表明，较高的细菌丰度可能是NMIBC复发和进展风险较高的潜在指标。

除了研究尿路细菌微生态和肿瘤发生之间的联系外，对治疗的影响也在研究中。随着潜在联系被日益重视，通过控制细菌微生态来降低风险或预防疾病复发的可能性变得愈发有吸引力。早在1992年就有学者提出口服抗菌药物对膀胱肿瘤电切术（transurethral bladder tumer resection，TURBT）后复发有预防作用。此外，降低膀胱癌的发生风险，其主要是通过刺激中性粒细胞分泌细胞因子，诱导树突状细胞成熟和产生抗原特异性的细胞毒性T细胞对抗癌细胞。亦有研究表明，使用选定的细菌诱导抗原特异性细胞毒性可能成为对抗癌细胞的新选择。

运用卡介苗（bacillus calmette guerin，BCG）来预防和降低NMIBC患者TURBT术后复发的风险已在临床中广泛应用。BCG中使用的减毒结核分枝杆菌与膀胱癌之间已建立起有益的联系。BCG被认为是通过纤维连接蛋白来刺激免疫反应，从而进入膀胱细胞。现有证据证实，BCG接种到膀胱后，引发细菌炎症反应，诱导抗肿瘤免疫效应。某些特定的共生细菌黏附在纤维连接蛋白上，从而占据卡介苗发挥效用的结合位点，这将降低BCG的效用，并可能降低清除肿瘤细胞所需的强细胞毒性反应。

在现有的诸多研究中，乳酸菌是被经常提及的一种益生菌。研究表明，乳酸菌可以诱导抗增殖和细胞毒性作用，降低膀胱癌的发病率和复发风险。灌注益生菌可能是直接影响膀胱细菌微生态的一种潜在策略，但也可能通过间接机制进行调控。

目前，尿路细菌微生态已成为膀胱癌研究的一个新焦点，其与免疫功能之间的联系尚未被广泛报道，尿路微生物组正成为影响膀胱癌发生、发展和治疗反应的重要因素。

（二）尿路细菌微生态与前列腺癌

早在2017年就有学者提出，在前列腺癌患者中，葡萄球菌属在肿瘤及瘤周组织中富集度更高。Feng等人首次使用宏基因组和转录组学分析来鉴定65例中国前列腺癌患者的肿瘤和邻近良性组织的冰冻标本中的微生物群，共鉴定了超过40种细菌属，其中假单胞菌属、大肠埃希菌属、肠杆菌属、不动杆菌属和丙酸杆菌属的数量最为丰富，但是不同组织类型之间的微生物群特征没有显著差异。只有生殖道支原体与前列腺癌独立相关。运用免疫荧光和RNA测序在标本中发现，痤疮丙酸杆菌是尿路细菌微生态中特殊的一组，亦与前列腺癌的发展有关。

最近的一项研究表明，前列腺癌患者的前列腺液、尿液和精液中的微生物群落存在显著差异，应用前列腺液变性梯度凝胶电泳测序和系统发育分析结果显示，丰度最高的门分别是拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、放线菌门。前列腺癌患者的精液和前列腺液样本中大肠埃希菌的数量也较高，而尿液样本中数量较低；精液样本中肠球菌数量较高，而尿液和前列腺液样本中无显著差异。

虽然已有相关研究证实前列腺癌患者的肿瘤组织和瘤旁组织在细菌微生态方面存在显著差异，但微生物组在前列腺癌病理生物学中的可能作用仍不明确，需要进一步的研究来阐明两者之间的关系。

（三）尿路细菌微生态与肾癌

肾细胞癌（renal cell carcinoma，RCC）是最常见的癌症类型之一。发病率逐年上升，全球每年确诊的新病例超过40万，死亡人数约为17.5万。虽然在过去的数十年里，靶向药物和免疫检查点抑制剂的发展为RCC患者提供了巨大的临床益处，但为了进一步降低RCC的死亡率，更好地了解RCC的发病机制仍是必要的。近年来，越来越多的证据表明，尿路细菌微生态可能在RCC的发生发展中发挥重要作用。随着二代测序技术的应用，越来越多的人认识到微生物群对癌症的影响。最近在尿路中发现的一种独特的微生物群，揭示了微生物群与肾脏之间的直接相互作用程度尚不被充分认识的可能性，尽管这种相互作用与肾细胞癌（RCC）发病机制的关系尚未被研究。随着在物种水平上鉴定特定细菌的技术出现，这可能会促进尿液微生物组与RCC发病率的进一步研究。

国内有学者通过16s rRNA基因测序，对RCC组织及其邻近正常组织中的微生物群进行了分析，以阐明微生物群在RCC发病和发展中可能的作用。在这项研究中，分析了24例RCC患者的肿瘤组织和配对正常组织中的微生物群。在门、纲、目、科、属水平上的微生物分类概况概述了微生物区系的变化，在门水平，相对丰度最高的门分别是变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门；纲水平上相对丰度最高的是α-变形杆菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、杆菌纲；目水平上相对丰度最高的是根瘤菌目、伯克霍尔德菌目、假单胞菌目；科水平上相对丰度最高的是布鲁氏菌科、丛毛单胞菌科、莫拉菌科、Chitinophagaceae；属水平上相对丰度最高的是腐生螺旋体属（Saprospirales）、苍白杆菌属、不动杆菌属、沉淀物杆状菌属（Sediminibacterium）、贪铜菌属（Cupriavidus）。

基于16S rRNA扩增子测序结果预测微生物群落功能（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states，PICRUSt）分析确定的微生物群落预测功能谱，RCC组织与正常组织之间的9条京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路存在显著差异。其中，RCC组织中富集3条通路（膜运输、转录、细胞生长与死亡），而相邻正常组织中富集6条通路（细胞运动、信号转导、代谢、辅因子与维生素代谢、能量代谢、内分泌系统）。

亦有学者收集了10例6个月内无尿路感染史的肾癌患者，行腹腔镜肾切除术后获得组织切片，结果在所有肾脏样本中均发现了大量的微生物，且在良性和恶性肾组织之间存在显著差异。这表明健康肾组织和肾细胞癌组织具有特定的微生物组，从而为肾脏生理学和肿瘤发病机制开辟了新的视角。

现有研究多为回顾性研究，较难确定微生物群变化与RCC之间的因果关系，因此需要更多的大规模前瞻性研究来进一步阐明尿路细菌微生态与肾癌之间的因果关系。

二、尿路细菌微生态与肾结石

肾结石是世界范围内一种常见的泌尿系统疾病。不同地区的患病率为5%～20%，10年随访复发率为50%，部分患者可发展为慢性肾病或终末期肾病。虽然肾结石发生率高，并发症严重，但其形成的病理生理机制尚不完全明确。肠道微生物组在尿液草酸排泄和肾结石形成中的作用一直是研究的热点，研究表明可能与形成肾结石的病理生理过程相关，但肾结石与尿路细菌微生态的关系仍在探索中。产甲酸草酸杆菌（Oxalobacter formigenes）是一种草酸降解菌，在过去的研究中被证实与尿结石的产生呈负相关。已有相关文献报道，尿路微生物组比肠道微生物组更能引起尿结石。

细菌很早就被认为是导致磷酸镁铵类结石的原因，然而其在更常见的草酸钙（CaOx）和磷酸钙（CaPhos）结石形成中的作用尚未被广泛研究。75%的肾结石主要由草酸钙组成，尿草酸盐被认为是一个关键的危险因素。在临床中，无论结石成分如何，泌尿系统结石患者通常伴有泌尿系统感染。一些研究结果表明，尿结石可能与细菌有关。这些细菌可能来自尿液或结石本身。基于16s rRNA基因测序和增强培养（EQUC）技术，有研究者为了确定结石中细菌富集程度是否高于尿液，鉴定了肾结石患者的尿液和结石微生物群。结果表明，与膀胱尿液相比，对结石样本使用EQUC后可以分离出表皮葡萄球菌、阴沟肠杆菌、大肠埃希菌和加氏乳杆菌等细菌，而上尿路的尿液与膀胱尿液相比，菌群组成无明显差异。研究者亦比较了肾结石患者的膀胱尿液和健康人群的膀胱尿液在不同分类水平上的微生物群的相对丰度。在门水平上，拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的平均丰度差异具有统计学意义。在其他分类学水平上，两类人群的膀胱尿液也存在着显著的丰度差异，在属水平上最具代表性的是肾结石患者中的不动杆菌属和健康人群中的普氏菌属。肾结石患者的膀胱尿液和肾盂尿液中的粪杆菌属和乳酸杆菌属的相对丰度明显低于健康人群。与此同时，与健康人群的膀胱尿液相比，肾结石患者的膀胱尿液表现出显著富集的KEGG通路包括近端小管碳酸氢盐回收、离子通道、亚油酸代谢和肾素-血管紧张素系统。

关于尿路细菌微生态是如何促进泌尿系统结石的形成尚未有定论。一种可能的假设是细菌通过柠檬酸裂解酶的产生改变尿液的饱和度，从而降低尿液柠檬酸水平并导致晶体形成，随后细菌可能诱发炎症反应和促炎蛋白的释放，这些促炎蛋白形成结石基质内芯，并由晶体发展为结石。

三、尿路细菌微生态与下尿路症状

（一）尿路细菌微生态与尿失禁

尿失禁（UI）是较为常见的下尿路症状（LUTS），可分为急迫性尿失禁（UUI）、压力性尿失禁（SUI）、真性尿失禁及混合性尿失禁（mixed urinary incontinence，MUI）。现有研究表明，运用16s rRNA测序技术在患有UUI的成年女性中观察到了尿路细菌微生态的改变。UUI患者相较于非UUI患者的尿路菌群有更高丰度的加德纳菌（Gardnerella）和更低丰度的乳酸菌（Lactobacillus），以及微生物多样性较低的UUI患者，其症状更为严重。一些乳酸菌（如卷曲乳酸菌）可能是UUI患者膀胱健康的标志，由于其具有产酸特性，可以通过控制无法在酸性环境中生存的细菌的生长来保护下尿路。亦有研究证实，尿路细菌微生态与UUI的发作、症状严重程度和治疗后罹患泌尿道感染（UTI）的风险相关。总之，迄今为止发表的研究已经证明尿路细菌微生态在UUI和对UUI治疗的反应中有明确的作用。未来对UUI患者的研究应致力于确定不同性别和年龄组之间的尿路细菌微生态差异是否与UUI的易感性有关。

（二）尿路细菌微生态与膀胱过度活动症

膀胱过度活动症（over active bladder，OAB）是一种以尿急、伴或不伴急迫性尿失禁（UUI）为特征，通常伴有尿频和夜尿，并排除尿路感染（UTI）及其他相关病变的下尿路症候群。引发OAB的原因十分复杂，一些OAB症状是由神经肌肉和毒蕈碱受体的问题引发，但一些OAB患者对抗毒蕈碱受体、肉毒杆菌毒素或其他治疗没有反应。一项针对女性OAB患者的研究表明，非OAB人群的细菌多样性程度高于OAB人群，且OAB人群的微生物组表现出较大的差异性。在患病人群中检出最多的门是厚壁菌门，其次是变形菌门、放线菌门和拟杆菌门（图1-2-3-1）。在科水平上，OAB人群的双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）显著多于非OAB组。利用LEfSe算法识别与OAB相关的特定细菌属发现（图1-2-3-2），通过将对照组和OAB组划分为不同的分类，发现OAB类群中有13个属的丰度下降，包括普雷沃菌属（Prevotella）、小杆菌属（Dialister）、具核梭杆菌属（Fusobacterium）、乔奎泰拉菌属（Jonquetella）、弯曲菌杆属（Campylobacter）、大芬戈尔德菌属（Finegoldia）、厌氧球菌属（Anaerococcus）、乳酸杆菌属（lactobacillus）、锥体杆菌属（Pyramidobacter）、脲原体属（Ureaplasma）、肠球菌属（Enterococcus）、新鞘脂菌属（sphingobium）和乳球菌属（Lactococcus）。相比之下，OAB组中有7个属的相对丰度升高，包括纤毛菌属（Sneathia）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、变形杆菌属（Proteus）、创伤球菌属（Helcococcus）、孪生球菌属（Gemella）、支原体属（Mycoplasma）和空气球菌属（Aerococcus）。该研究还发现，多样性较低的异常尿液菌群与较高水平的抑郁和焦虑呈正相关。这表明尿路菌群可能与肠道菌群一样具有与大脑沟通的潜力，特别是可能具有引发中枢敏化的潜能。因此，就像成熟的脑-肠道-微生态轴一样，脑-膀胱-微生态轴也可能存在。

总之，结合现有研究显示，OAB患者的尿路菌群较健康人群，在多样性及丰度上都显著下降，异常的尿路微生物群落可能在OAB的发病机制和治疗中有很强的指示作用。

（三）尿路细菌微生态与间质性膀胱炎

利用高通量测序分析来自患间质性膀胱炎（IC）女性的清洁中段尿，结果显示，与无症状健康个体相比，在分类组成、丰度和多样性方面存在明显差异。尿液中乳酸杆菌属的丰度显著增加，整体丰度和生态多样性下降。乳酸杆菌通常与阴道微生物菌群有关，并可维持一个酸性环境，发挥保护作用，防止感染。新近的一项研究使用Ibis T-5000通用生物传感器系统技术分析了228名IC患者初始和中段尿液样本中的微生物（细菌和真菌），在尿液样本中发现了80多种不同的微生物物种（超过30个属）。虽然复发和非复发病例的菌种组成没有显著差异，但有症状复发的患者念珠菌和酵母菌等真菌的含量较高。

（四）尿路细菌微生态与神经源性膀胱、慢性前列腺炎/慢性骨盆疼痛综合征

通过16s rRNA测序分析，与神经源性膀胱患者相比，膀胱功能正常的男性和女性患者也观察到了尿路细菌微生态的变化，健康人群的膀胱尿液样本显著富集乳酸杆菌属和棒状杆菌属，而其他细菌属，如克雷伯菌、肠球菌和大肠埃希菌主要存在于神经源性膀胱患者的尿液中。另一项对中段尿进行16s rRNA测序的研究表明，与对照组相比，CP/CPPS患者的尿路细菌微生态显示出更高的细菌多样性和梭状芽孢杆菌属的富集。综合相关研究表明，这些变化可能与下尿路症状严重程度、临床表型以及功能代谢途径紊乱有关。

（吴芃　编　郑波　审）