《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Research advances on the urinary microbiome in non-infectious urinary tract diseases: from community composition to clinical prospects
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这篇综述系统阐述了颠覆“尿液无菌”传统观念的“尿液微生物组”概念，及其在多种非感染性泌尿系统疾病（如膀胱癌、前列腺癌、肾结石、间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征、尿失禁、良性前列腺增生等）中的研究进展。文章聚焦于疾病相关的微生物群落失衡特征，探讨了其通过慢性炎症、免疫失调、代谢紊乱等核心机制驱动疾病发生发展的作用，并展望了基于尿液微生物谱（如16S rRNA测序、宏基因组学）的非侵入性诊断、预后预测（包括对免疫治疗疗效的影响）及微生态靶向干预等临床转化前景。全文强调了研究方法标准化对推进该领域从基础研究走向临床应用的重要性。
尿液微生物组：颠覆认知的泌尿系统“新居民”与疾病新视角
长久以来，健康个体的尿液在无菌条件下采集被视为是无菌的。然而，随着16S rRNA基因测序、增强定量尿培养和宏基因组学等分子生物学技术的飞速发展，这一“尿液无菌”教条已被彻底颠覆。研究表明，即便没有感染的临床症状，健康个体的尿液中也存在着一个多样化的微生物群落，由此诞生了“尿液微生物组”这一核心概念。它指的是栖息于整个泌尿道的微生物集合体，包括细菌、病毒和真菌，其动态平衡对维持尿路健康至关重要。
基础概念与检测技术：窥探微观世界的窗口
当前，尿液微生物组研究主要依赖于三大方法学：基于16S rRNA基因的扩增子测序、鸟枪法宏基因组测序和增强定量尿培养。16S测序以其相对低廉的成本和成熟的流程，成为描述细菌群落组成的首选技术。但它通常只能鉴定到属一级，且无法区分微生物的死活。鸟枪法宏基因组测序则能对样本中的所有DNA进行无偏倚测序，实现更精确的物种鉴定，并深入探索可能阐明潜在微生物机制的功能基因谱。EQUC则通过使用多种培养基、延长培养时间、模拟厌氧条件，成功恢复了以往“不可培养”的微生物，为后续功能研究提供了活菌分离株。值得注意的是，由于尿液中微生物DNA含量极低，严格控制污染、使用阴性对照和生物信息学去污染步骤对于确保数据可靠性至关重要。研究还发现，女性尿液微生物组的多样性通常高于男性，且以乳酸杆菌复合体为主，这可能与尿路和阴道微生物群之间密切的生态关系有关。
与疾病的交响曲：从关联到机制
越来越多的证据表明，尿液微生物组的失调与一系列非感染性泌尿系统疾病的发生发展密切相关。这些关联并非偶然，其背后可能隐藏着共通的致病机制。
慢性炎症与免疫调控是核心路径之一。微生物群落的失衡可能激活膀胱或前列腺黏膜的先天免疫反应，例如通过Toll样受体触发NF-κB信号通路，导致促炎细胞因子释放。在前列腺癌中，大肠杆菌的反复定植可诱发慢性前列腺炎，导致DNA损伤积累和癌前病变。在间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征中，虽然检测不到传统致病菌，但由菌群失调驱动的“无菌性炎症”被认为是组织损伤和症状产生的重要推手。这种慢性炎症微环境通过活性氧和各种酶的释放，进一步加剧组织损伤、纤维化或肿瘤进展。
微生物代谢产物在疾病中也扮演着关键角色。在肾结石病中，肠道和尿液微生物组共同调节尿草酸盐水平。缺乏如草酸杆菌这样的草酸盐降解菌可能导致高草酸尿症，增加草酸钙结石形成风险。同时，产脲酶细菌可升高尿液pH值，促进磷酸盐结晶。在肿瘤微环境中，尿液微生物的功能预测显示，与碳水化合物和核苷酸代谢相关的通路增强，这可能反映了微生物对肿瘤高代谢需求的贡献。此外，肠道菌群产生的短链脂肪酸、胆汁酸等代谢物，还能通过体循环作用于前列腺肿瘤细胞，影响其生长行为。
细菌的直接作用也不容忽视。某些细菌产物可以直接作用于宿主组织，驱动病理过程。例如，大肠杆菌产生的基因毒素colibactin，可诱导上皮细胞DNA双链断裂。此外，定植于肿瘤组织的细菌还可能通过改变局部缺氧条件或调节吞噬细胞活性，来影响放疗和化疗的疗效。
疾病巡礼：各具特色的微生物指纹
尽管机制有共通之处，但不同的疾病却展现出各具特色的尿液微生物组“指纹”。
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膀胱癌：患者常表现出特征性的菌群失调，如乳酸杆菌复合体减少，而梭杆菌属、放线菌属、不动杆菌属、假单胞菌属等富集。微生物多样性可能与肿瘤侵袭性相关，非肌层浸润性膀胱癌术后微生物多样性高的患者复发风险可能增加。基于尿液微生物谱的机器学习模型已展现出超过80%的诊断准确率，显示出作为无创诊断工具的潜力。此外，特定的微生物特征（如梭杆菌富集）还与肿瘤免疫微环境（如PD-L1表达）相关，可能影响免疫治疗疗效。
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前列腺癌：患者尿液中痤疮丙酸杆菌、梭杆菌属等显著富集，且微生物多样性降低。微生物可能通过诱发慢性炎症、调节肿瘤免疫微环境（如促进巨噬细胞向M2型极化）以及通过“肠-前列腺轴”影响雄激素代谢等多条途径参与癌症发生。尿液中特定的微生物谱有望用于区分前列腺癌与良性前列腺增生。
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肾结石：即使是“非感染性”的草酸钙结石患者，其尿液微生物组结构也发生显著改变。链球菌属在结石患者尿液中富集，且微生物与代谢物（如草酸盐衍生物）的相关网络被重构。细菌甚至可以在晶体表面形成生物膜，作为核心促进晶体生长。未来的干预策略可能包括补充草酸盐降解菌或使用工程菌降解尿液中的结石形成成分。
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间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征：患者尿液微生物多样性通常降低，保护性的共生菌如乳酸杆菌复合体减少，而鞘氨醇单胞菌属等机会致病菌增加。这种菌群失衡可能导致膀胱黏膜防御减弱，更容易受到低度细菌刺激，并通过微生物-神经-免疫相互作用，激活免疫反应并刺激膀胱神经，导致疼痛和尿急。通过膀胱内灌注益生菌或葡萄糖等方法调节菌群，已显示出改善症状的潜力。
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尿失禁：与健康女性相比，尿急型尿失禁女性患者的膀胱尿液微生物多样性增加，乳酸杆菌复合体比例减少，而加德纳菌属、普雷沃菌属等潜在致病菌增多。菌群失衡可能通过产生刺激性代谢物或引发低度炎症，从而增强逼尿肌兴奋性或改变神经敏感性，导致症状。
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良性前列腺增生：患者的尿液微生物α多样性显著高于非BPH个体，且前列腺体积越大，多样性越高。尿道或膀胱的机会致病菌（如大肠杆菌）定植可能引发前列腺组织炎症细胞浸润和细胞因子释放，进而刺激间质细胞增殖。下尿路症状评分较高的男性，其导尿尿液细菌阳性率也显著更高。
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肾细胞癌：初步研究显示，患者尿液中痤疮丙酸杆菌、颗粒丙酸杆菌、加德纳菌属、肠球菌属等特定细菌 taxa 富集，而微生物丰富度降低，表明其泌尿微生物群落发生了重构。
迈向临床：诊断、预测与干预的新曙光
尿液微生物组的研究正从描述性关联向机制探索和临床转化迈进，展现出广阔的应用前景。
在诊断与分型方面，尿液微生物特征有望成为无创的生物标志物。例如，利用机器学习模型分析尿液菌群差异来辅助诊断膀胱癌和前列腺癌，或通过检测尿液中草酸杆菌的有无来预测肾结石风险。特定的微生物谱还有助于区分临床表现相似的疾病，如前列腺癌与良性前列腺增生，或间质性膀胱炎与膀胱过度活动症。
在预测治疗反应方面，治疗前的尿液微生物组分析可能预测疗效。例如，膀胱癌患者特定的菌群特征可能与BCG灌注免疫治疗的应答率相关；肠道和尿液菌群也可能影响前列腺癌内分泌治疗或免疫治疗的效果。
在微生态靶向干预方面，虽然多数研究仍处于起步阶段，但已展现出可行性。例如，口服表达草酸降解酶的工程菌可降低模型动物的尿草酸盐水平；膀胱内灌注益生菌（如乳酸杆菌）或葡萄糖以调节局部微环境，在间质性膀胱炎的治疗中显示出积极效果；粪便微生物移植则可能通过重塑全身免疫环境来增强泌尿系肿瘤免疫治疗的疗效。
挑战与未来
尽管前景广阔，该领域仍面临诸多挑战。研究方法学存在较大异质性，包括样本采集、保存、处理和生物信息学分析流程的差异，这影响了研究间的可比性和可重复性。推动采样、测序和分析工作流程的标准化已成为共识和迫切需求。此外，现有研究大多为观察性，样本量有限，且存在明显的地理偏倚，主要来自高收入国家，限制了结论的普适性。未来需要大规模、多中心、多族群的前瞻性队列研究来验证微生物生物标志物，并通过功能实验阐明因果关系和分子机制。同时，研究视野应超越细菌，涵盖真菌、病毒等尿液微生物组的其他成员，以获得对生态系统更全面的理解。
总之，尿液微生物组研究为我们理解泌尿系统健康与疾病打开了全新的视角。通过深入的跨学科整合，这些努力有望推动基于微生物组的诊断工具和微生态治疗策略的发展，为泌尿系统疾病的精准预防、诊断和治疗开辟新途径。
