Lactobacillus gasseri后生元改善与年龄相关的子宫内膜容受性下降

《Cell Host & Microbe》：Lactobacillus gasseri postbiotics ameliorate age-related decline in endometrial receptivity

　　

子宫内膜衰老导致高龄育龄女性生育力下降，新兴证据表明其与子宫微生物组重塑有关，尤其是乳杆菌（Lactobacillus）丰度减少。研究人员利用一项具有临床随访的横断面人类队列，发现了子宫内膜微生物组的年龄相关转变，其特征是有益的乳杆菌富集状态丢失及惰性乳杆菌（Lactobacillus iners）增加。这种转变与子宫内膜容受性受损及较差的胚胎移植结局相关。对生殖道分离株的功能筛选突出了Lactobacillus gasseri作为候选菌株，其具有强抗氧化、抗炎及黏附相关活性。在细胞和小鼠模型中，L. gasseri及其胞外多糖（exopolysaccharides, EPSs）可减轻子宫内膜衰老并改善老龄小鼠的胚胎着床。机制上，这些效应至少部分通过调节Hippo-YAP信号通路介导。这些发现提示，恢复有益乳杆菌和应用EPSs可能作为改善高龄育龄女性子宫内膜功能及生育结局的互补策略。

随着全球平均生育年龄持续上升，生殖衰老已成为日益普遍的临床挑战。子宫内膜衰老（endometrial senescence）被认为是决定高龄女性生殖成功的关键因素之一。虽然辅助生殖技术（assisted reproductive technologies, ART）如卵子捐赠和胚胎遗传学检测部分缓解了卵巢因素，但年龄相关的子宫内膜功能损伤仍未得到充分解决。近年研究揭示子宫腔并非无菌环境，而是存在独特的微生物群落。乳杆菌（Lactobacillus）主导的微生物状态通常与生殖健康相关，而年龄相关的子宫内膜乳杆菌丰度下降与内膜功能障碍有关，但其因果关系及介导机制尚不明确。此外，乳杆菌来源的胞外多糖（exopolysaccharides, EPS）作为后生元（postbiotic）具有抗氧化和抗衰老潜力。因此，研究人员开展本研究，旨在评估年龄相关乳杆菌丢失是否参与子宫内膜衰老，并鉴定起作用的微生物效应因子。该研究结合横断面人类队列、菌株功能筛选、细胞和小鼠模型，最终确定Lactobacillus gasseri及其EPS为候选干预靶点，并阐明其通过Hippo-YAP信号通路发挥保护作用的机制。论文发表在《Cell Host 》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：①人类子宫内膜样本队列来自北京大学第三医院生殖医学中心（2021年7月至2022年8月），共149例不孕患者，按年龄分为青年组（YC，<30岁）、中年组（MAG，30–35岁）和高龄组（AMA，≥35岁）；②基于PacBio平台的16S rRNA全长基因测序及去污染分析；③生殖道乳杆菌菌株分离与功能筛选（生物膜形成、抗菌、黏附、抗氧化及EPS产量）；④D-半乳糖（D-galactose, D-Gal）诱导人子宫内膜基质细胞（human endometrial stromal cells, hESCs）衰老模型及11月龄老龄小鼠模型；⑤EPS提取纯化与理化表征；⑥RNA-seq转录组分析；⑦基因敲除/敲低策略（细菌LGAS_1153缺失突变体、细胞shYAP1、小鼠AAV9-shYap1）。

**子宫内膜乳杆菌组成与胚胎移植结局密切相关**
研究人员通过横断面队列分析发现，不同年龄组的子宫内膜微生物α多样性和β多样性无显著差异，但乳杆菌属相对丰度在MAG和AMA组显著低于YC组。物种水平上，卷曲乳杆菌（Lactobacillus crispatus）和L. gasseri随年龄下降，而L. iners增加。对内膜组织的绝对定量和蛋白检测显示，高龄患者乳杆菌载量低，且子宫内膜容受性标志物HOXA10（homeobox A10）和LIF（leukemia inhibitory factor）表达下降。在胚胎移植（embryo transfer, ET）随访中，获得临床妊娠的患者子宫内膜乳杆菌丰度更高，物种模式表现为L. crispatus较高而L. iners和阴道加德纳菌（Gardnerella vaginalis）较低。

**功能筛选鉴定Lactobacillus gasseri为领先候选菌株**
研究人员从生殖道分离出5种乳杆菌，通过生物膜、抗菌、黏附、抗炎和抗氧化等多参数评估，发现L. gasseri在黏附、抗氧化、抑制病原菌以及EPS产量方面表现最优。其中L. gasseri的EPS产量最高（19.6±0.66 mg/100 mL），且单位质量抗氧化能力最强，因此被选为后续机制研究的领先菌株。

**L. gasseri及其EPS减轻子宫内膜衰老**
在老龄小鼠中，阴道给予L. gasseri（10⁸ CFU）28天可显著减少子宫内膜衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）阳性区域，降低衰老标志物P16和P21的表达，并减少内膜纤维化面积。在体外，LG-EPS在D-Gal诱导衰老的hESCs中呈剂量依赖性地恢复细胞增殖，降低SA-β-gal阳性率，缓解G0/G1期阻滞，抑制P16和P21上调，减少活性氧（reactive oxygen species, ROS）并增强蜕膜化能力。

**L. gasseri的EPS介导其抗衰老效应**
通过比较基因组学鉴定出EPS生物合成基因簇，并构建LGAS_1153缺失的EPS缺陷突变体（ΔEPS）。该突变体EPS产量降低67%，细菌上清抗氧化能力显著下降，生物膜形成受损。体内实验中，ΔEPS不能减轻老龄小鼠的子宫内膜衰老，而补充外源EPS可恢复其效应，表明LG-EPS是L. gasseri抗衰老作用的关键介导因子。

**L. gasseri EPS通过Hippo信号改善子宫内膜容受性**
转录组分析显示，老龄小鼠子宫内膜中Hippo信号通路过度激活，而L. gasseri治疗可抑制该通路。qPCR和Western blot证实L. gasseri上调容受性标志物（Hand2、Hoxa10等），并提高胚胎着床率。在细胞模型中，EPS处理抑制D-Gal诱导的LATS1和YAP磷酸化，恢复YAP核转位，从而改善子宫内膜容受性。

**YAP是EPS介导的抗衰老效应所必需的**
在hESCs中敲低YAP1显著削弱EPS的抗衰老和促容受性作用。在小鼠子宫中通过AAV9-shYap1敲低Yap1后，L. gasseri无法减轻子宫内膜衰老或改善着床。这些结果表明YAP是L. gasseri EPS发挥保护作用的必要介质。

在讨论部分，研究人员指出，年龄相关子宫内膜乳杆菌下降与既往报道一致。虽然临床妊娠率在年龄组间无显著差异，但妊娠组乳杆菌信号更强，提示微生物信息可作为年龄的补充。局限性包括单中心队列、低生物量样本污染风险以及激素变化的混杂作用。研究还指出L. gasseri可能不是唯一有益菌，但EPS是重要的后生元候选。机制上，L. gasseri通过EPS抑制Hippo信号过度激活，恢复YAP活性，从而减轻衰老并改善容受性。研究结论为：L. gasseri及其EPS能够保护子宫内膜免受衰老和容受性损伤，恢复有益乳杆菌和应用EPS可能是改善高龄女性子宫内膜功能和生育结局的互补策略。