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Treg细胞、肠道菌群与免疫调控:2025年诺奖背景下的深度解析

谷禾健康

2025 年 10 月 6 日,两位美国科学家玛丽·E·布伦科(Mary E. Brunkow)、弗雷德·拉姆斯德尔(Fred Ramsdell)和 一位日本科学家坂口志文(Shimon Sakaguchi)因在外周免疫耐受方面的发现,获得 2025 年诺贝尔生理学或医学奖

他们的发现揭示了人体免疫系统是如何避免自我攻击的,为一个新的研究领域奠定了基础,并推动了新疗法的研发,例如针对癌症和自身免疫性疾病的疗法等,目前,已有多种基于上述原理的疗法正在进行临床试验。

今天谷禾君和大家分享该伟大的发现以及肠道菌群与免疫调控的一些相关知识。

01
Treg细胞的发现与2025年诺贝尔奖的里程碑意义

据诺贝尔委员会官网发布的新闻稿介绍,三位获奖者的集体工作,识别出了一类特殊的免疫细胞,它们如同体内的和平维护部队,主动抑制自身免疫攻击。这类细胞如今被称为调节性T细胞(Tregs)。他们的研究最终发现了控制这些关键细胞发育和功能的“总开关”基因——Foxp3

人体强大的免疫系统必须受到调控,否则它可能会攻击我们自身的器官。三位获奖科学家发现揭示了免疫系统如何避免伤害人体。他们的发现为一个新的研究领域奠定了基础,并推动了新疗法的研发,例如针对癌症和自身免疫性疾病的疗法。

这一荣誉不仅是对免疫学领域一项里程碑式发现的最高认可,也可能标志着我们对免疫系统自我调节机制的理解进入了新纪元。

免疫“刹车片”的早期探索与鉴定

早在20世纪70年代,免疫学界便提出了“抑制性T细胞”的概念,推测存在一类能负向调节免疫反应的细胞。然而,由于缺乏特异性分子标志和可重复的实验验证,这一领域的研究曾一度停滞。

直至1995年,日本免疫学家坂口志文(Shimon Sakaguchi)教授通过严谨的实验,首次明确鉴定出一群表达CD4和CD25(IL-2受体α链)的T细胞亚群。他证实,从正常小鼠体内去除这群细胞会导致严重的自身免疫疾病,而将这群细胞回输则能有效抑制疾病发生。这一开创性工作揭示了免疫系统中存在着一支关键的维和部队,负责维持免疫耐受,防止免疫系统攻击自身组织

FOXP3 —— 主控开关的发现

Treg细胞研究的另一重大突破是对其核心转录因子的鉴定。

2001年,美国科学家玛丽·E·布伦(Mary E. Brunkow)、弗雷德·拉姆斯德尔(Fred Ramsdell)发现,一种名为Foxp3(Forkhead box P3)的基因发生突变,会导致罕见的、致命的自身免疫疾病——IPEX综合征。这一发现为Treg细胞的功能提供了遗传学基础。

注:IPEX综合征是一种罕见且严重的遗传性自身免疫疾病,它的名字是几个单词缩写:Immune dysregulation(免疫失调), Polyendocrinopathy(多发性内分泌病变), Enteropathy(肠病), X-linked syndrome (X连锁遗传)。简单来说,这种疾病的患者免疫系统会发生严重紊乱,错误地攻击自己身体的多个器官。

紧接着在2003年坂口志文的实验室与另外两个独立研究团队几乎同时证实,Foxp3是Treg细胞发育、维持和发挥功能的主控开。Foxp3的发现,使得Treg细胞的研究从依赖表面标志物进入到基于谱系特异性转录因子的准分子调控层面

2025年诺贝尔奖的加冕

基于上述开创性贡献,2025年诺贝尔生理学或医学奖授予了日本科学家坂口志文以及美国科学家玛丽·E·布伦科弗雷德·拉姆斯德尔。诺奖委员会的颁奖词强调了他们的工作揭示了Treg细胞作为免疫系统的“刹车系统”,通过精准抑制过度活跃的免疫反应,维持外周免疫耐受。这一发现不仅深化了我们对免疫系统基本工作原理的理解,更为自身免疫疾病、器官移植排斥、肿瘤免疫逃逸等重大疾病的治疗开辟了全新的途径。

02
Treg细胞的生物学特性与核心功能

定义与核心特征

调节性T细胞(Regulatory T cells, Treg)是一类具有免疫抑制功能的CD4+ T细胞亚群,其核心功能是维持免疫稳态自身耐受

根据来源不同,可分为:

  • 在胸腺中发育成熟的胸腺源性Treg(tTreg)
  • 在外周组织(如肠道)由初始T细胞诱导分化而来的外周诱导性Treg(pTreg)

主要表面标志物

CD4+, CD25high, CTLA-4+, GITR+。在人类中,常结合CD127低表达(CD127low)作为更精确的辅助标志。

关键转录因子

FOXP3(叉头框蛋白P3),是Treg细胞谱系分化和功能维持的核心调控因子。

主要功能

抑制效应性T细胞的活化与增殖;

维持对自身抗原和共生菌群的免疫耐受;

调节炎症反应,防止组织损伤。

稳定性

tTreg细胞的表型和功能相对稳定,而pTreg细胞的稳定性受微环境影响较大。

多维度的免疫抑制机制

Treg细胞通过多种非冗余且协同的机制来发挥其强大的免疫抑制功能,这些机制共同构成了免疫系统的刹车网络

分泌抑制性细胞因子

分泌IL-10、TGF-β、IL-35等细胞因子,直接抑制效应T细胞和抗原呈递细胞(APC)的功能。

代谢干扰

高表达CD25竞争性消耗效应T细胞增殖所必需的细胞因子IL-2;通过表面分子CD39/CD73将ATP代谢为具有抑制功能的腺苷。

调节树突状细胞功能

通过其表面的CTLA-4与树突状细胞(DC)上的CD80/CD86结合,诱导DC表达IDO(吲哚胺2,3-双加氧酶),从而抑制T细胞增殖

细胞溶解作用

通过分泌颗粒酶(Granzyme)A/B和穿孔素(Perforin),直接诱导靶细胞(如效应T细胞)凋亡

03
肠道菌群对Treg细胞的精细调控网络

肠道作为人体最大的免疫器官,是宿主与海量微生物共存的独特场所。肠道菌群及其代谢产物在塑造局部乃至全身免疫系统,特别是诱导和调节pTreg细胞方面,扮演着至关重要的角色。

菌群代谢产物:调控Treg分化与功能的关键信使

肠道菌群通过发酵膳食纤维等营养物质,产生多种小分子代谢物,这些代谢物如同信号分子,深刻影响着Treg细胞的分化、功能和稳定性

★ 短脂肪酸 (Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)

短链脂肪酸是菌群发酵膳食纤维产生的主要代谢物,包括丁酸盐、丙酸盐和乙酸盐,它们是调节Treg细胞的关键分子

  • 丁酸盐:肠道菌群产生的丁酸盐其核心机制是作为一种组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂。通过抑制HDAC,丁酸盐能够促进Foxp3基因启动子区域的组蛋白乙酰化,增强染色质开放性,从而上调FOXP3的表达,促进Treg细胞的分化和功能。产丁酸主要菌Faecalibacterium prausnitzii 分泌的蛋白可通过TLR2/6-JNK通路诱导DC产生IL-10和IL-27。促进Tr1样Treg细胞(一类分泌高水平IL-10的Treg亚群)的分化。
  • 丙酸盐:主要由拟杆菌门细菌产生。研究表明,丙酸盐可通过激活G蛋白偶联受体GPR43,促进Treg细胞前体向成熟Treg细胞的分化。
  • 乙酸盐:由多种菌群产生,是丰度最高的SCFA。双歧杆菌等产生的乙酸盐能够调节DC功能,间接促进Treg细胞的分化。

★ 胆汁酸代谢物

初级胆汁酸由肝脏合成后进入肠道,被菌群(如梭菌属)代谢为次级胆汁酸。这些次级胆汁酸是重要的免疫信号分子

研究发现,一种名为isoalloLCA的次级胆汁酸同样可以作为HDAC抑制剂(特别是HDAC3),促进FOXP3的表达

此外,胆汁酸还可通过激活法尼醇X受体(FXR)和维生素D受体(VDR)等核内受体,调节Treg细胞的分化和功能,抑制肠道炎症

★ 色氨酸代谢物

肠道菌群能够代谢膳食中的色氨酸,产生一系列吲哚衍生物,这些物质通过激活芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor, AhR)来调节免疫。

AhR是一种在多种免疫细胞(包括Treg)上表达的配体依赖性转录因子。菌群产生的吲哚衍生物作为AhR的配体,激活该通路后可促进Treg细胞分化,并增强其分泌抗炎细胞因子IL-10的能力,从而维持黏膜免疫稳态。

特定肠道菌群/益生菌对Treg细胞的调节作用

除了代谢产物,特定的共生菌或益生菌菌株本身也能通过其独特的分子结构或与其他免疫细胞的互作,直接或间接地调节Treg细胞

04
自身免疫疾病中Treg细胞与肠道菌群的关联

自身免疫疾病的根本病理在于免疫耐受的丧失,导致免疫系统攻击自身组织。大量研究表明,Treg细胞的功能缺陷肠道菌群的失调是这一过程中的核心环节。

Treg细胞异常与肠道菌群失调的普遍联系

在多种自身免疫疾病(如类风湿关节炎、多发性硬化症、炎症性肠病)患者中,普遍观察到以下关联:

  • Treg细胞异常:表现为外周血中Treg细胞数量减少、抑制功能下降、FOXP3表达不稳定(易转化为促炎性T细胞)以及Th17/Treg比例失衡(促炎细胞占优)。
  • 肠道菌群失调:表现为菌群多样性降低,产丁酸盐等有益菌(如厚壁菌门)丰度减少,一些潜在促炎菌(如变形菌门)丰度增加。

这些变化形成了一个恶性循环:

菌群失调导致有益代谢物减少,无法有效支持Treg细胞的分化和功能

Treg细胞功能缺陷又进一步加剧了对肠道菌群的异常免疫应答和全身性炎症。

具体疾病中的关联机制研究

★ 类风湿关节炎 (Rheumatoid Arthritis, RA)

Treg细胞异常

类风湿关节炎患者外周血和关节滑膜中Treg细胞数量减少且功能受损,CTLA-4和IL-10表达降低

肠道菌群变化

一个显著特征是Prevotella copri(普氏栖粪杆菌)的丰度显著增加。同时,产丁酸盐的细菌如Faecalibacterium prausnitzii减少

关联机制

研究表明,P. copri的过度增殖可能通过促进IL-6和IL-23等促炎细胞因子的分泌,抑制Treg细胞的分化,从而驱动关节炎症。丁酸盐的减少则直接削弱了对Treg细胞的支持。

★ 多发性硬化症 (Multiple Sclerosis, MS)

Treg细胞异常

多发性硬化症患者外周血Treg细胞数量减少,且向中枢神经系统浸润不足。Treg细胞的稳定性降低,易向Th17细胞转化。

肠道菌群变化

产SCFAs的菌群(如Clostridium cluster XIVa减少,而Akkermansia muciniphilaRuminococcus gnavus等菌的丰度变化与疾病活动性相关。

关联机制

短链脂肪酸的减少导致Treg细胞分化障碍,无法有效抑制攻击髓鞘的自身反应性T细胞。同时,菌群代谢产生的AhR配体减少,可能影响Treg细胞的稳定性,加剧神经炎症

★ 炎症性肠病 (Inflammatory Bowel Disease, IBD)

Treg细胞异常

IBD患者肠道黏膜中Treg细胞数量减少或功能缺陷,特别是分泌IL-10的Tr1样Treg细胞缺乏

肠道菌群变化

菌群多样性显著降低,产丁酸盐的益生菌Faecalibacterium prausnitzii(普拉梭菌)丰度急剧下降是IBD的标志性特征之一。同时,黏附侵袭性大肠杆菌等促炎菌增加

关联机制

F. prausnitzii的减少直接导致丁酸盐供给不足,削弱了肠道屏障功能和对Treg细胞的诱导。菌群紊乱还可能导致TGF-β信号减弱,进一步影响Treg细胞的正常分化与功能,最终导致失控的肠道炎症

05
2025年诺贝尔奖里程碑意义——为多种疾病治疗开辟了全新途径

治疗自身免疫病(增援维和部队)

类风湿关节炎、1型糖尿病等疾病中,免疫系统过度活跃。治疗目标是增强调节性T细胞(Tregs)的力量得以恢复秩序。目前已有疗法通过扩增患者自身的Tregs再回输体内来进行治疗。

癌症免疫疗法(解除武装)

狡猾的癌细胞会利用这套维和系统来保护自己。许多肿瘤会主动招募Tregs在周围形成“保护盾”,阻止免疫系统攻击。因此,治疗目标与第一种恰好相反:暂时削弱或清除肿瘤周围的Tregs,解除武装,让免疫系统得以攻击癌细胞。

器官移植(诱导免疫耐受)

通过驾驭Tregs的力量,有望教导免疫系统容忍移植器官,从而减少对强效免疫抑制药物的依赖。

目前,已有多种基于上述原理的疗法正在进行临床试验。

下一代免疫疗法
靶向肠道菌群—Treg轴的机遇与挑战

近年来的研究深刻揭示了肠道菌群与宿主免疫系统之间复杂的相互作用,特别是其在调节Treg细胞(调节性T细胞)分化与功能中的核心作用,这为免疫介导性疾病的治疗开辟了全新的前沿。

展望未来,靶向“菌群-Treg轴”的免疫疗法展现出巨大的临床转化潜力。其核心机遇在于:

1) 个性化医疗的实现

通过粪菌移植(FMT)、定制化益生菌/益生元配方,或直接补充关键菌株代谢产物,有望为炎症性肠病(IBD)、自身免疫病乃至过敏性疾病患者提供“量身定制”的治疗方案。

2) 拓展癌症免疫疗法边界
优化肠道微生态以增强Treg细胞的适度抑制功能,可能减少免疫检查点抑制剂(ICIs)相关的免疫副作用(如结肠炎),甚至协同增强抗肿瘤效果,实现“增效减毒”。

3) 预防医学的应用

在生命早期通过饮食干预等手段,塑造健康的“菌群-Treg轴”,可能从源头上降低个体未来患上免疫相关疾病的风险

然而,挑战依然严峻。菌群的高度个体化差异意味着通用型疗法难以实现,治疗方案必须高度定制化。如何确保工程菌在复杂肠道环境中的定植效率和安全性,以及如何精确控制Treg的诱导强度以避免过度免疫抑制(例如,在肿瘤患者中可能抑制抗肿瘤免疫),是临床转化前必须攻克的科学难题。

尽管如此,随着我们对这一复杂互作网络的理解日益加深,靶向菌群-Treg轴无疑将为无数免疫相关疾病患者带来颠覆性的治疗希望

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女性阴道健康基石菌中的特殊存在——惰性乳杆菌(Lactobacillus iners)

谷禾健康

阴道微生物组女性阴道健康方面起着重要作用。使用高通量宏基因组和16S rRNA 测序,已在人类阴道中鉴定出250多种细菌。其中,乳杆菌是健康阴道中最常检测到的微生物,其中包括卷曲乳杆菌(Lactobacillus crispatus)、惰性乳杆菌Lactobacillus iners)、詹氏乳杆菌Lactobacillus jensenii)和格氏乳杆菌(Lactobacillus gasseri)。

乳杆菌被认为通过产生有机酸、过氧化氢 (H2O2)、细菌素和其他抗菌化合物来防止病原体入侵,从而对阴道生态有益。月经、怀孕、性行为、阴道冲洗和不受控制地使用抗生素等因素会迅速改变微生物群落。阴道生态系统的破坏的特征是乳杆菌物种的枯竭和非乳杆菌微生物的过度生长

如果把阴道微生态比作一座城市,惰性乳杆菌Lactobacillus iners)就像那位“随时上线的值班员”:它无处不在、反应灵敏,却不总是最强的守护者。与经典的“稳定派”L.crispatus不同,L.iners 更像过渡期的掌舵者——在月经、性行为、抗生素、妊娠激素等因素影响时占据主导地位,帮助群落从一种状态向另一种状态转变。

但这份灵活也带来代价:它产酸与抑菌能力较弱黏附与免疫调控独具一格,因而既能伴随健康,也常与生态失调细菌性阴道病性传播感染妊娠不良风险相伴。认识并理解这位“双刃剑”角色,或许是我们走向更精准的女性生殖健康管理、重塑“好菌优势”的关键一步。

01
L.iners的基本信息

惰性乳杆菌Lactobacillus iners)是阴道微生物群最普遍的成员,然而,其在复杂的阴道微环境中的作用尚不完全清楚。鉴于其在乳杆菌中具有独特属性,且对多种不良生殖结局的影响差异明显,了解其基本特征有助于更全面地认识其在女性健康中的作用。

惰性乳杆菌L.iners)于1999年才首次在阴道和泌尿道标本中被发现;因无法在常规MRS琼脂的标准条件下像其他乳杆菌那样生长而长期被忽视。

1

形态特征

• 革兰氏染色具有可变性

惰性乳杆菌L.iners)起初被归为革兰氏阳性杆状、非孢子形成的兼性厌氧菌,但多项研究表明其并非总呈典型的革兰氏阳性染色,形态亦常似球杆菌。一些报道其多呈革兰氏阴性、短小杆状,耐酸性弱(在pH3培养基中不可存活),这或致其早期在培养与显微观察中被忽视。

L. iners 出现“时而革兰氏阳性、时而革兰氏阴性(或变异性)”主要有以下原因:

细胞壁肽聚糖层很薄:电镜研究显示其PG层显著薄于典型乳杆菌,导致在革兰染色中难以稳定保留结晶紫,呈现革兰阴性或“变异性”外观(可见杆菌或球菌样形态)。

-形态可塑性与菌株差异:同一菌株内及不同分离株之间均可见细胞形态与染色表现的变动,提示菌株层面的结构与功能差异会影响染色结果。

-环境与基因表达的影响:在不同阴道微环境(如细菌性阴道病样环境 vs. 乳杆菌占优势环境)中,L.iners 的基因表达(如调控细胞形态的rodZ等)会改变细胞形态与壁性质,从而影响革兰染色表现。

-方法学与判读偏差:Nugent评分依赖革兰染色形态计分,而L. iners 的“革兰阴性样”表型易被误判为加德纳菌等阴性形态,导致分类偏差,放大了其“阴性”出现的频率。

L. iners 培养分离株的革兰氏染色

Holm JB,et al.Curr Infect Dis Rep.2023

• 厌氧条件下生长能力显著强于其他乳杆菌

该菌在血琼脂上厌氧孵育 24 小时可形成小而光滑圆形、半透明、无色素的菌落;在添加1–5%绵羊或人血的MRS琼脂上多数分离株亦可生长。

研究证实,L. iners 在厌氧条件下可在MRS琼脂上持续生长至少7天显著长于其他乳杆菌

2

基因组和功能

• 较小的基因组对环境波动适应能力较差

惰性乳杆菌L.iners)的基因组很小,平均为1.28 Mbp,而L.crispatus为2.25 Mbp,这已经处于乳杆菌属的较低基因组大小范围内。相应地,L.crispatus泛基因组计数4300个基因,而L.iners的基因组为2300个基因,平均GC含量为 ~33.3%

如此低的基因组大小强烈表明一种寄生性、宿主依赖性的生活方式。此外,人们认为较小的基因组预示着对环境波动的脆弱性更高

• 碳水化合物和氨基酸代谢基因减少

基因组分析表明,L. iners碳水化合物氨基酸代谢相关的基因数量严重减少,而它维持了主要核心代谢蛋白的保守基因和来自宿主或群落的必需化合物的膜转运基因。确定了三个潜在的核心基因(inerolysin、ZnuA 和 hsdR)与L.iners对阴道环境的特异性适应密切相关。

inerolysin是一种异常的成孔型胆固醇依赖溶素,在酸性环境中活性高,能在膜上形成孔洞,或为稳定获取宿主营养所必需;高亲和力锌摄取蛋白 ZnuA 维持金属离子稳态,可能介导对阴道上皮的强黏附;I 型限制性内切酶亚基 hsdR 被认为在细菌性阴道病期间参与抗噬菌体防御

• 独特的肽聚糖层可能有助于吸收营养

此外,L. iners 携带完整的肽聚糖(PG)合成与水解酶基因。与其他乳杆菌物种相比,惰性乳杆菌细胞膜独特而薄的肽聚糖(PG)层可能更容易吸收营养或分泌蛋白质,从而提供必需的营养物质或应对阴道环境的快速变化

3

产酸和过氧化氢能力较弱

• 相较其他乳杆菌抵抗病原体能力较弱

乳杆菌是阴道主要产酸者,能降低pH抑制潜在致病菌。但不同物种的产酸能力存在差异L.crispatusL.gasseriL.jensenii可由糖原发酵生成D-乳酸L-乳酸;而L.iners缺乏D-乳酸脱氢酶,仅产L-乳酸,因此其L/D比值最高。

乳酸异构体对宿主免疫的影响不同;较高的L/D比值可上调 EMMPRIN 并激活 MMP-8,促进细胞外基质分解,利于细菌穿越宫颈并诱发上行感染。此外,D-乳酸对外源细菌的抑制强于L-乳酸,说明L.iners在防御病原入侵方面较弱

• L.iners为主时阴道pH值偏高

研究发现,L.crispatus优势时阴道pH持续偏低;而 L.iners过度生长并不能维持低 pH,且在低 pH 环境中表现较弱。细菌性阴道病常伴随 pH 升高,此时多见加德纳菌L.iners共存而少见其他乳杆菌。

L.iners 缺乏通过丙酮酸氧化产生 H2O2 的机制,而 H2O2 被认为有助于抑制厌氧菌定植。因此,当病原菌挑战阴道环境时,L.iners无法抵抗病原菌的过度生长和pH值的升高,而它可能会持续存在生态失调

4

营养需求

L. iners基因组异常小、代谢受限,却有更复杂的营养需求,使其能适应多样阴道生态位激素和其他因素的波动可能会影响阴道环境,导致粘液和糖原产生、pH 值和微生物种类发生变化,这可能为L.iners提供必需的营养

• 主要对葡萄糖、麦芽糖进行糖酵解

基因组分析表明,除能从葡萄糖、麦芽糖、海藻糖和甘露糖产生酸外,这些菌株不能从L-阿拉伯糖、D-阿拉伯糖醇、环糊精、糖原、N-乙酰葡糖胺、乳糖、甘露醇、松三糖、蜜二糖、甲基β-D-吡喃葡萄糖苷、普鲁兰、棉子糖、核糖、鼠李糖、山梨糖醇、蔗糖、塔格糖、海藻糖或D-木糖产生酸。

• 编码inerolysin使其在失调环境下更具竞争优势

惰性乳杆菌L.iners)对外源氨基酸的依赖性更高。并且L.iners已被证明是迄今为止已知的唯一编码一种形成孔的溶细胞毒素 inerolysin 的乳杆菌物种。

L.iners产生 inerolysin 的能力可能是影响其从阴道环境中获取营养能力的最重要因素之一。与在平衡的微生物环境中相比,超过10%的编码L.iners中 inerolysin 的基因在生态失调中的表达更高。该毒素可直接从宿主组织/细胞释放资源,使L.iners营养匮乏不利条件(如细菌性阴道病,其他乳酸杆菌难以定植)下具竞争优势

注:尽管在乳杆菌中没有发现铁摄取系统,但在乳杆菌中检测到了能够催化亚铁离子并结合原卟啉IX形成血红素的铁螯合酶

5

粘附能力

惰性乳杆菌L.iners)对宿主细胞的粘附被认为通过阻断病原微生物在阴道上皮细胞的结合位点的机制在排除病原微生物方面发挥作用。

• 中性pH值下L.iners与人纤连蛋白的结合强于其他乳杆菌

尽管L.iners缺乏乳杆菌属的大部分主要粘附分子,但它仍然对阴道上皮细胞表现出很强的粘附能力纤连蛋白是阴道上皮细胞外基质中的一种不溶性糖蛋白。L.iners基因组编码一种纤连蛋白结合蛋白,该蛋白含有金黄色葡萄球菌致病菌株共有的基序(纤连蛋白结合蛋白 A),从而介导金黄色葡萄球菌对宿主细胞的粘附和侵袭。研究证明,在更中性的 pH 值下,L.iners与人纤连蛋白的结合明显强于其他乳杆菌物种,这可能导致L.iners在阴道中持续存在,尽管存在病原体或用抗生素治疗。

• L.iners独特的粘附能力会影响其保护作用

一项体外研究报告说,L.iners可能会增加引起‌细菌性阴道病(BV)的G.vaginalis的粘附。研究还证明,L.iners产生溶孔素,这是一种常见于病原菌中的成孔蛋白,可以增强粘附能力。这些发现表明,L.iners独特的粘附功能降低了对健康阴道微生物组免受病原菌侵害的保护

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抗菌和免疫特性

L.iners最常见且持久的阴道共生乳杆菌,能高度适应复杂且动态的阴道环境。环境波动时,其他乳酸杆菌或难以存活,而 L.iners 借助基因组层面的灵活调控——如特异性碳水化合物摄取、纤连蛋白结合、噬菌体防御与惰性溶血素合成——维持稳定丰度。其在多种条件下的生存优势使其在微生物组过渡期常成优势种

• L.iners在不同环境下可能存在免疫保护也可能扰乱稳态

多项研究已证实 L.iners 具备多种免疫特性,其细胞因子调控外源营养摄取噬菌体防御等特性,有助于在不利条件(包括 BV)下生存。L.iners还能限制有害菌获取铁等关键营养,并通过激活上皮先天免疫抑制其生长;此外,通过阴道上皮细胞之间的特定分子相互作用观察到 L.iners 抗炎作用

以 L.iners 为主的阴道微生物组与上皮应激反应的诱导相关。研究发现,L. iners(而非 L. crispatus显著上调人原代阴道上皮的模式识别受体通路并提升 TNF mRNA,显示其对宿主免疫的物种特异调节。有人提出,L. iners 在压力下可激活 TLR 信号、提高 HSP70、抑制自噬,从而扰乱上皮稳态并削弱对潜在病原的识别与应答。相反,多种参与上皮抗菌防御的分子(如 NGAL、钙卫蛋白、透明质酸)又更易被其诱导。

综上,L.iners 既能对抗非生理威胁、促进恢复至更健康状态,又表现促炎特性,且在不同环境下并不总是共生角色。

02
L.iners和女性健康

阴道微生物群维持女性健康的阴道微环境方面起着重要作用,其组成受种族、年龄、妊娠、阴道疾病等多种因素的影响。作为全球育龄女性阴道微生物组中最常见的乳杆菌成员,Lactobacillus iners兼具“普遍性”与“复杂性”

一方面,乳杆菌总体被视为女性阴道健康的关键守护者,通过乳酸与抗菌物质产生抑制病原体、维持低pH与生态稳态;另一方面,L.iners又与经典的有益乳杆菌(如L.crispatus、L.jensenii、L.gasseri显著不同:其基因组较小、代谢能力相对受限、主要产生L-乳酸、能在高低pH及BV阳/阴性环境中存活,因而常被视为生态扰动后的“过渡型”定植者

流行病学与多组学研究提示,L. iners主导的微生物群(CST III型)在多个人群中广泛存在,较缺乏乳杆菌的多样化菌群仍具一定保护性,但与L.crispatus主导状态相比,其对病原体(包括念珠菌)定植与部分不良结局(如阴道生态失调、性传播感染及妊娠不良)的防护可能次优;同时,行为与社会学因素(如无保护性行为、性伴数增加)可能与其主导状态相关

阐明L.iners阴道健康与疾病中的双刃剑角色,并识别可干预的致病特征与潜在生物标志物,至关重要且紧迫。

1

L.iners与阴道生态失调

证据强度:较高

与肠道菌群相比,健康个体阴道微生物环境的一个典型特征是其细菌多样性极低。健康绝经前妇女有五种主要的群落状态类型(CST),即L.crispatus 主导的 CST I、L. gasseri 主导的 CST II、L.iners 主导的 CST III 和 L. jensenii 主导的 CST V,而 CST IV 的特征是缺乏乳杆菌属阴道生态失调细菌多样性高和厌氧菌混合物为特征,经常与多种妇科疾病有关。

• L.iners在孕妇中占比均较高,但健康孕妇中更多

一项研究从中国广州中山大学附属第六医院招募了一组 95 名孕妇。该队列包括 34 名健康孕妇(健康)和 61 名患有至少一种疾病的孕妇。

参与者患有的疾病也被分为妊娠糖尿病(GDM)(n=21)、母体相关不良妊娠结局(MAPO, n=29)、胎儿相关不良妊娠结局 (FAPO, n=13)、阴道感染(n=6)、肝脏或肾脏异常(n=14)、贫血(n=8)、血栓形成倾向(n=4)和辅助受孕(n=11)。

中国孕晚期孕妇阴道微生物组组成及结构

Wang X,et al.NPJ Biofilms Microbiomes.2025

研究发现,在物种层面,健康孕妇的阴道微生物组呈现出独特的分布模式,其中L.iners主导的CST-III型占比高达50%显著高于疾病组的31.15%,但在所有组中,L.iners所主导的分型占比均不低。

• L.iners为主的阴道菌群保护性不及L.crispatus

L.iners常见于健康女性阴道生态失调(如 BV)患者,甚至抗菌治疗者。多项研究表明,L.crispatus与健康相关,而以L.iners为主的群落有时难以提供足够保护以预防失调。

L.iners的存在与较高水平的促炎因子有关,例如白细胞介素1α、白细胞介素18巨噬细胞迁移抑制因子肿瘤坏死因子α,它们负责激活阴道炎症反应

• L.iners适应能力较强,BV患者丰度可能也不低

尽管L.iners的作用仍有争议,但其丰度相对稳定不易被病原体替代。细菌性阴道炎时,L.iners常与潜在有害菌共存,而L.crispatus则很难做到。

其基因组支持对失调环境的适应,可能与代谢、细胞溶解及抗噬菌体防御基因随阴道环境变化而调控有关。其在多种条件下的强生存力提示其既是宿主防御的重要成员,也是可维持与恢复阴道微生物组的持久共生乳杆菌

2

L.iners与细菌性阴道病

证据强度:较高

细菌性阴道病(BV)是育龄妇女中最常见的阴道炎类型。它的特点是乳杆菌属显著减少或消失,伴随着以厌氧菌和兼性细菌为主的更多样化的微生物群的出现,如加德纳菌属、普雷沃氏菌属和阴道曲霉属。

• L.iners是能在细菌性阴道病中存在的乳杆菌

L.iners通常是唯一可以在细菌性阴道病(BV)期间检测到的与BV相关细菌共存的阴道乳杆菌物种。凭借对基因组功能的动态调控,它能在剧变的阴道环境中持续存在;L.iners基因表达的增加可能导致琥珀酸其他短链脂肪酸的产生以及 BV 环境中 pH 值的增加

为了适应BV环境,L.iners可以增加inerolysin和粘蛋白的表达,促进甘油的产生和相关代谢酶的表达,从而保证其从外源获取营养物质。此外,噬菌体是导致 BV 期间乳杆菌种类突然减少的原因之一,而 L.iners 可以上调I型 RM 系统和 CRISPR 等防御系统,以及其特异性 hsdR 基因,以抵抗 BV 期间噬菌体的入侵。

最近的一项研究发现了三种由名为Lactobacillus paragasseri的人类肠道菌株产生的细菌素活性肽。这些细菌素对乳杆菌具有很强的选择性抑制活性,而L. crispatusL. jenseniiL. gasseri仅受到轻微抑制,表明这些乳杆菌衍生的抑制剂可以与甲硝唑联合使用,以改善目前的BV治疗

• L.iners有助于预测细菌性阴道病的状态

由于 L.iners 在 BV 中的共存与其他乳杆菌物种不同,因此L.iners的流行率可以作为微生物指标预测BV的发作或中间状态。此外,L.iners甲硝唑具有耐药性,并且被发现它是主要的乳杆菌物种,即使在用甲硝唑处理BV后也是如此。

与BV期间几乎缺失的保护性乳杆菌相比,L.iners竞争力更强,能在失衡微生物组中共存。有人认为它促成 BV 与非 BV 状态的过渡。值得注意的是,治疗后微生物组常仍以L.iners为主,而未转为L.crispatus优势。因此,L.iners持续存在或致长期阴道失调,尤见于反复治疗后。但仍需研究其究竟是转化生物标志物,还是 BV 的促成因素。

3

L.iners与早产

证据强度:一般,存在矛盾结果

怀孕期间维持阴道微生物组中乳杆菌属的自然健康平衡尤为重要。早期的研究证实,怀孕期间阴道内的高雌二醇水平和随之而来的高糖原水平导致更强的阴道酸化,从而随着妊娠的进展促进乳杆菌物种的流行。

• L.iners的丰度在孕中期和晚期显著下降

许多研究表明,以惰性乳杆菌L.iners)为主的阴道微生物组更有可能在怀孕期间转向生态失调。在之前的研究中,发现健康孕妇L.iners丰度在妊娠中期和晚期显著下降,而 L.crispatus 的丰度在妊娠中期与孕早期相比有所增加

此外,研究发现,阴道清洁度白细胞酯酶活性阳性的升高与 L.iners 而非 L.crispatus 的丰度增加相关。

• L.iners的丰度与早产之间存在一定联系

越来越多证据表明,细菌性阴道病(BV)是不良妊娠结局的重要病因,尤以早产(PTB)为甚。以L.iners占优势的“中间微生物群”被视为 PTB 的潜在风险因素

有研究人员认为,在怀孕早期健康女性的阴道涂片中检测到的L.iners可能与早产(PTB)有关。另有研究也证明了这一点,报告说,妊娠16周时以L.iners为主的阴道微生物组是短宫颈早期 PTB(<34 周)的危险因素,而 L.crispatus 优势在种族更多样化的队列中对 PTB 具有保护作用

来自不同国家的最新研究表明,L. iners 与早产患病率增加之间存在关联L. iners也被证明是黑人孕妇中最丰富的乳杆菌物种。然而,大多数研究并未确定乳杆菌占主导地位的阴道微生物组与黑人孕妇的 PTB 之间存在显著关系。

相反,三项研究报告说,L.iners降低 PTB 风险有关。因此,L. iners 与 PTB 风险之间的关联还存在争议(表1)。此外,有限的样本量、样本采集时间、PTB 定义的差异、种族和地理差异、菌株鉴定方法的差异,以及遗传异常或 PTB 病史等复杂的临床条件,都是影响结果的混杂因素。

L.iners和早产的研究主要结果

Zheng N,et al.Front Cell Infect Microbiol.2021

基于L.iners的特性及其在作为唯一乳杆菌时对病原体保护不足,一些研究者认为它并不直接致孕期感染。事实上,L.iners优势的阴道微生物组较不稳定,孕期易向与BV相关的CST-IV转变;其还可能通过调节局部炎症与影响宫颈完整性,削弱化学与机械黏膜屏障,从而增加早产风险。但仍需进一步研究阐明二者的潜在机制。

4

L.iners与生物膜形成

证据强度:一般

生物膜是紧密附着在表面上的细菌结构,已知它们比浮游细胞对宿主免疫反应和抗生素治疗更具抵抗力。阴道上皮的生物膜与感染密切相关;大量证据显示BV伴随致密的多菌生物膜,其中加德纳菌G.vaginalis)为主导菌。一般认为,加德纳菌启动生物膜形成并促进其他 BV 相关菌附着,进而增厚生物膜;其生物膜还能阻挡抗生素渗透,保护其他菌株。BV 的高复发被广泛归因于此类生物膜既能保护细菌免受抗生素治疗,甚至作为病原体再生的宿主

• L.iners对病原菌的粘附抑制不如其他乳杆菌

阴道本土乳杆菌被认为可以通过空间位阻或粘膜中的受体掩蔽来防止病原菌的定植。先前的研究使用乳杆菌益生菌方法试图清除多微生物生物膜,从根本上阻止细菌毒力并抑制人体阴道感染。

据报道,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)可显著降低 HT-29 细胞系中大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌金黄色葡萄球菌铜绿假单胞菌的粘附,这使其成为治疗 BV 的潜在抗生物膜剂。体外生长的阴道加德纳菌生物膜被罗伊氏乳杆菌RC-14取代,并在有限程度上被L.iners取代。

研究发现,L.crispatus大大降低G.vaginalis菌株对宫颈上皮细胞的粘附,包括来自健康女性和患有BV的女性。有趣的是,L.iners显著降低了健康女性对G.vaginalis菌株的粘附,但却增强致病性G.vaginalis的粘附,表明L.iners可能可以与BV相关的G.vaginalis共存,并可能有助于G.vaginalis主导的生物膜形成

此外,众所周知,念珠菌属,主要是白色念珠菌,可以形成厚而坚韧的生物膜,这大大增加了治疗复发性外阴阴道念珠菌病期间对抗真菌药物的耐受性。有研究报道了各种乳杆菌在共培养时抑制白色念珠菌生物膜形成和生物膜相关基因表达的能力鼠李糖乳杆菌下调白色念珠菌生物膜相关基因表达。相反,与 L.iners 共培养导致生物膜相关基因表达(ALS3 和 ECE1)上调,表明 L.iners 的存在可能表明阴道生态失调的转变;因此,它不应用作白色念珠菌感染的益生菌干预措施。

进一步了解阴道共生乳杆菌生物膜结构和功能之间的相互作用对于确定生物膜相关感染的新治疗方法极为重要。

5

L.iners与性传播感染

证据强度:低

先前的研究报告称,以L. crispatus为主的阴道微生物组与较低的性传播感染患病率有关,而细菌性阴道病性传播感染风险升高有关,例如沙眼衣原体、人类免疫缺陷病毒(HIV)、淋病奈瑟菌、巨细胞病毒和单纯疱疹病毒2型感染。

• 以L.iners为主的阴道微生物群受病原体感染风险更高

有研究报告说,基线时L.iners为主的阴道微生物组显著增加了一年后感染沙眼衣原体的风险。以乳杆菌为主的阴道微生物组中缺乏D-乳酸可能会通过调节宫颈完整性来增加 HIV 横贯宫颈阴道粘液的能力。

许多研究报告称,HPV阳性女性的阴道微生物多样性较高乳杆菌种类丰度较低。与L.crispatus相比,L.iners为主的阴道微生物组与高危 HPV 感染相关。可以推测,阴道生态失调可能会影响宿主对 HPV 感染的先天免疫力,导致发育不良/宫颈癌。

这些发现表明,L.iners可能表现出类似于BV的阴道微生物组组成的快速变化,并且可能是性传播感染下动态阴道环境的有价值的生物标志物

6

L.iners与不孕症

证据强度:较低

阴道生态失调,包括pH值升高、菌群多样性增加细菌性阴道病、外阴阴道念珠菌病和滴虫性阴道炎,被认为是不孕症的危险因素。还有研究报告说,L.iners的丰度与不孕率增加有关。

• L.iners丰度可能对怀孕率存在影响

近期有研究报道,以L.iners为主的阴道微生物组与输卵管性不孕沙眼衣原体感染相关。作为过渡物种,L.iners可能在治疗或体外受精(IVF)所致的高雌激素环境下,促使异常与正常微生物组相互转换

7

L.iners月经周期

证据强度:一般

人类微生物组项目显示,包括阴道在内的各部位微生物群在同一受试者内的时间变化小于个体间差异。月经周期扰动阴道微生物多样性的关键因素。L.crispatus通常在育龄妇女的阴道中占主导地位,而 L.iners 在月经周期过度生长并取代L.crispatus

• L.iners在月经期间明显增加,有助于判断月经时间点

最近的一项研究报告说,L. iners卵泡期复发最频繁的微生物;L.iners和CST IV型在围排卵期占主导地位;在黄体期,最常见的类型是 CST IV。事实上,L.iners的丰度在月经期间显著增加,通常与G.vaginalisAtopobium vaginae的增加同时;然而,在没有干预的情况下,它们随后在月经后减少

由于阴道生态的动态变化是在同一个体月经周期的不同时间点表征的,因此相对于月经周期的采样时刻对于阴道微生态分析非常重要。

L.iners作为改善生殖健康的靶点

鉴于L. iners在阴道微生物组中的高检出率、其在多种阴道环境状态中的存在以及其功能可塑性(无论是通过遗传多样性、维持多菌株、差异基因表达还是两者兼有),特定的L. iners菌株、基因或产物可能成为治疗或预防性调节阴道微生物群的广泛适用靶点。

在关于阴道乳杆菌对半胱氨酸依赖性的报告中证明,L.iners缺乏L.crispatusL.gasseriL.jensenii中存在的外源性半胱氨酸摄取转运系统。相反,L.iners依赖于摄取外源性L-胱氨酸,然后在细胞内将其转化为半胱氨酸。在模拟细菌性阴道病(BV)样菌群的体外实验中,使用胱氨酸摄取抑制剂甲硝唑处理促进L.crispatus的生长,而单独使用甲硝唑处理则导致L.iners的扩增。因此,胱氨酸摄取抑制剂或其他特异性抑制L.iners的试剂未来可能作为细菌性阴道病治疗方案的补充,以调节微生物群组成,促进非L.crispatus乳杆菌属的扩增。

总的来说,卷曲乳杆菌L.crispatus)与最佳阴道健康状况相关,部分原因在于其全球普遍存在以及与积极健康结果的相关性。然而,由于宿主生理或免疫学原因,卷曲乳杆菌的优势状态可能并非某些个体能够合理实现的状态。确实存在稳定的以无害乳杆菌L.iners)为主的微生物群,这些微生物群可能具有特定的菌株水平特征,即宏基因组亚种,并且可能对某些个体而言是最优的。

一种新的干预措施可能是将与细菌性阴道病(BV)风险增加相关的不稳定乳杆菌微生物群调节为由对变异有抵抗力的无害乳杆菌菌株组成的稳定微生物群。

03
总结

本文涵盖了L. iners主要特性健康影响及其在未来女性健康中的潜在作用:

一、L.iners的主要特性

普遍性与过渡性:是育龄女性阴道中最常见的乳杆菌之一,常出现在生态扰动后的过渡阶段,可在健康与失调状态(如BV)中共存。

基因组与代谢:基因组最小(约1.28 Mbp),代谢能力受限,依赖宿主营养;缺乏D-乳酸脱氢酶,仅产L-乳酸,产酸与过氧化氢能力弱于L.crispatus

特异功能基因:携带inerolysin(成孔毒素)、ZnuA(高亲和锌摄取)和hsdR(I型限制性内切酶亚基)等,有利于在酸性、营养匮乏和噬菌体压力下生存

免疫调控:可上调上皮PRR通路与炎症因子(如TNF),在不同环境下呈现抗炎与促炎双重效应。

二、对女性健康的影响

阴道生态:L.iners为主(CST III型)的群落相较L.crispatus主导状态保护性较弱;在细菌性阴道病中常与厌氧菌共存,能耐受甲硝唑并在治疗后持续占优,或与生物膜形成、复发相关。

生物膜与病原体黏附:G.vaginalis黏附抑制弱,甚至增强致病株黏附;与白色念珠菌共培养可上调ALS3/ECE1,提示其不宜作为念珠菌感染的益生菌干预。

妊娠与早产:孕期以L.iners为主的群落较不稳定,易向BV相关CST-IV转变;可能通过局部炎症与宫颈完整性影响,增加早产风险(证据存在异质性)。

性传播感染(STI)与HPV:L. iners主导与较高的STI风险和高危HPV相关;多样性升高、乳酸杆菌减少的状态或削弱对HPV的先天免疫。

月经周期动态:卵泡期与围排卵期更易见L.iners增多,提示其对激素与环境波动高度敏感。

三、未来在女性健康中的作用与方向

风险分层与生物标志物:作为生态扰动与STI动态环境的指示菌,用于BV“中间状态”、治疗后复发风险及HPV/早产风险的预测与监测。

精准干预靶点:围绕其特征通路(inerolysin、金属离子摄取、CRISPR/限制修饰系统、黏附因子)设计干预,限制致病性而非简单清除。

益生策略优化:更倾向于重建L. crispatus优势的“功能性益生”与微生态移植;避免在念珠菌感染等场景使用L. iners相关干预。

个体化管理:结合月经周期、妊娠阶段、性行为模式与种族/地域差异,动态评估菌群状态,制定个体化预防与治疗方案。

总而言之,惰性乳杆菌Lactobacillus iners)在波动环境中具生存与一定保护能力,但其较弱的产酸/抗菌功能与独特黏附、免疫调控特性,关联BV、STI、HPV风险升高以及妊娠不良与不孕。未来应将其作为风险标志与精准干预靶点,聚焦功能替代与群落重建,推动女性生殖健康个体化管理与预防治疗升级

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