肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）是与雌性和雄性生殖道感染相关的细菌病原体之一，可在其中促进炎症过程和损害生殖功能。在此背景下，中性粒细胞通过释放中性粒细胞胞外陷阱（NETs）构成宿主防御的关键组成部分，NETs是由解聚的染色质、组蛋白和抗菌蛋白组成的网状结构，可捕获并清除入侵的微生物。然而，大肠杆菌与NETs之间的相互作用高度动态，因为该细菌已进化出免疫逃避机制，有助于其在宿主体内持续存在。这引发了一个关键悖论：NETs可能从一种抗菌防御机制转变为一种微环境因子，无意中有利于细菌持续存在和慢性炎症。本综述综合了关于大肠杆菌在生殖道中定植、毒力和免疫逃避机制的最新证据，特别强调了NETosis的调节、生物膜形成及其对抗菌耐药性的贡献。研究人员进一步讨论了NETs作为先天免疫防御机制的双重作用，以及反之，当失调时，它们作为组织损伤、氧化应激和慢性炎症的潜在促成因素。理解大肠杆菌、细胞外陷阱和抗菌耐药性之间的相互作用，为开发新型治疗方法提供了一个有价值的概念框架，旨在限制细菌持续存在、保护生殖功能，并应对日益增长的全球抗菌耐药性威胁。
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**1. Introduction**
本节介绍了大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）作为一种革兰氏阴性菌，通常为人类肠道微生物群的共生成员，但某些菌株可扩散至肠道外，成为肠外致病性大肠杆菌（ExPEC），损害宿主组织完整性，主要影响女性、老年人和免疫功能低下者。在女性生殖道中，E. coli与生殖道感染相关，并已用于子宫内膜炎实验模型以研究细菌诱导的炎症反应。在男性生殖道中，该病原体常与细菌性前列腺炎、非性传播附睾炎和菌精症相关，对精子产生直接有害效应。此外，E. coli是尿路病原体，常与育龄男性上行性急性附睾炎相关，并伴有明显炎症反应，从而破坏精子功能并导致男性生殖功能障碍。E. coli已在与生殖结局受损相关的生殖道感染中被检测到，可能通过涉及生殖道持续炎症的机制。细菌入侵后，子宫和泌尿生殖道的先天免疫系统作为第一道防线，主要依赖中性粒细胞介导的反应。中性粒细胞通过释放中性粒细胞胞外陷阱（NETs）来对抗入侵病原体，NETs是由解聚的DNA和细胞毒性及抗菌蛋白组成的网状结构，可固定并清除微生物。然而，过度或失调的NET形成可能对生殖上皮造成免疫病理损伤，并促进子宫内膜炎等炎症状态的持续存在。同时，E. coli通过核酸酶产生、生物膜形成和对抗菌肽的抵抗来逃避NET介导的杀伤，这促进了细菌持续存在并使病原体清除复杂化。E. coli的抗菌耐药性已成为全球公共卫生重大关注点，对β-内酰胺类、氟喹诺酮类等抗菌药物耐药菌株的增加限制了可用治疗选择，有利于持续感染的建立。尽管近年来对细胞外陷阱和E. coli致病机制的兴趣日益增长，但NETosis、免疫逃避和抗菌耐药性在生殖道内的相互作用仍不完全清楚。一个关键未解问题是，NETs是否主要限制E. coli感染，还是在持续条件下无意中促进了有利于细菌存活的微环境。因此，本综述旨在批判性审视关于细胞外陷阱在生殖道防御中作用的最新证据，并讨论E. coli规避这些免疫反应的机制，从而促进抗菌耐药性、细菌持续存在和生育力损害。
**2. Escherichia coli in the Reproductive Tract**
共生肠道E. coli菌株很少引起疾病，但其中一部分细菌获得了特定毒力特征，增强了其适应肠外生态位并引起广泛感染的能力。影响女性和男性生殖道的细菌感染被认为是导致不孕的重要因素。在锡耶纳大学医院的一项研究中，对285对不孕夫妇在体外受精（IVF）前进行了生殖道病原体检测，结果发现，在感染夫妇中检测到的最常见微生物包括粪肠球菌（32.6%）、E. coli（22.0%）和无乳链球菌（20.5%）。女性阴道乳酸杆菌减少与生殖道病原体存在显著相关，且非感染夫妇的IVF成功率略高于感染夫妇。这些发现强调了细菌性生殖道感染的临床相关性及其对生殖结局和生育力的潜在影响。然而，仅检测到E. coli并不能确立在不孕中的因果作用，疾病发展可能取决于细菌毒力、宿主免疫反应和局部生殖微环境之间的相互作用，这些因素决定了E. coli是被清除还是进展为持续感染和炎症。
**2.1. Female Reproductive Tract**
女性生殖道细菌感染常见，可能导致严重的生殖和产科并发症。阴道微生物群可被多种因素改变，某些E. coli菌株已被确定为阴道感染的潜在病原体，但检测到E. coli并不一定意味着致病性，疾病可能取决于菌株特异性毒力特征和局部宿主-微生物群相互作用。阴道微生物群紊乱与子宫内膜炎、自然流产、不孕和早产等疾病相关，其中一些疾病可能在没有明显临床症状的情况下发生。上行感染被认为与不孕特别相关，因为它们可导致盆腔炎和输卵管炎，最终导致组织粘连和输卵管损伤。子宫内膜炎以子宫内膜炎症为特征，影响生育力，E. coli已用于实验模型以研究细菌诱导的炎症反应。子宫内膜上皮细胞是子宫腔内最早遇到入侵病原体的细胞之一，在子宫先天免疫防御中起关键作用。E. coli感染实验模型显示子宫内膜上皮完整性破坏和中性粒细胞募集。E. coli相关炎症反应可能通过改变内分泌和炎症途径影响生殖功能。E. coli脂多糖（LPS）被子宫内膜中的Toll样受体4（TLR4）识别，触发促炎细胞因子（包括TNF-α、IL-1β和IL-6）的大量释放，这些介质通过抑制颗粒细胞中关键酶的表达和干扰下丘脑-垂体-卵巢轴，抑制黄体生成素排卵前峰。此外，在马模型中，E. coli诱导的炎症改变前列腺素（PGE2和PGF2α）的合成，导致黄体功能异常生长和退化，延迟卵巢周期恢复和延长黄体期。阴道感染的后果高度可变，从心理困扰到自然流产和新生儿低出生体重。
**2.2. Male Reproductive Tract**
几种男性生殖疾病与生育力受损相关，包括影响精液、睾丸和附属性腺的感染。在男性不育患者中，E. coli、解脲脲原体和金黄色葡萄球菌等微生物与精液质量改变相关。这些微生物可能通过直接机制（如与精子相互作用）和间接机制（如诱导氧化应激和激活涉及促炎细胞因子释放的炎症反应）对精子参数产生负面影响。持续免疫激活可能导致精子损伤和男性生殖功能受损。生殖感染和炎症可通过多种机制损害男性生育力，包括影响精子发生、破坏精子功能、增加活性氧（ROS）产生导致DNA断裂或蛋白质氧化修饰、产生抗精子抗体以及阻塞精道。E. coli常与非性传播性附睾睾丸炎和细菌性前列腺炎相关，并已被证明可诱导精子细胞凋亡。有趣的是，病例对照研究报道了E. coli在精液样本中的矛盾性流行，在可育男性中检出率高于不育组，但对精子参数（如形态、活力和活动力）的有害影响在不育组中更为显著，表明宿主易感性和局部免疫环境是病理结局的关键决定因素。临床数据表明，E. coli感染与精子活力降低30%和DNA碎片指数（DFI）增加40%相关，这些损害与精浆中促炎细胞因子（如IL-6、TNF-α和IL-1β）上调密切相关。从局部感染进展为慢性生殖功能障碍的关键临床验证是人体附睾尾部中三级淋巴器官（TLOs）的形成，慢性附睾炎后这些组织化的B细胞和T细胞簇（包括高内皮小静脉HEVs）的形成表明组织长期免疫重塑，可导致永久性结构改变（如纤维化和脓肿形成），即使抗生素治疗后约40%患者仍出现严重精子计数低。大多数E. coli菌株无害，但致病菌株常在男性生殖道感染中分离到，并与精子功能改变相关。E. coli对精子活力的直接有害效应归因于由细菌菌毛（特别是1型和P菌毛）介导的精子凝集，并且与其它细菌相比，E. coli可诱导更高的ROS产生。体外研究表明，E. coli对精子活力的进行性降低依赖于细菌浓度。小鼠模型中，阴道内给予精子凝集性E. coli菌株导致暂时性不孕，清除细菌后可恢复生育力，表明E. coli在生殖道中的持续存在可逆地影响生殖功能。
**3. Pathogenesis and Immune Evasion Mechanisms of E. coli**
致病性E. coli菌株拥有多种毒力因子，使其能够在宿主体内定植、持续存在并造成组织损伤。ExPEC菌株具有多种毒力相关因子，包括粘附素、毒素、铁获取系统、脂多糖、多糖荚膜和侵袭素，这些因子通常由致病岛（PAIs）、质粒和其他可移动遗传元件编码。致病性E. coli感染通过多步级联过程进行，包括粘膜定植、逃避宿主免疫防御、细菌增殖以及最终宿主组织损伤。细菌粘附于宿主细胞是定植的先决条件，涉及细菌粘附素与特定宿主组织上靶受体之间的特异性相互作用。为定植于生殖道和泌尿道，E. coli利用称为菌毛的丝状表面结构，其含有介导与上皮细胞粘附的粘附素。1型菌毛在感染早期阶段至关重要，通过与上皮表面含甘露糖糖蛋白受体的相互作用介导细菌粘附，并促进细菌在生物膜样群落中生长。P菌毛（Pap）促进与特定上皮细胞群的附着，有利于细菌在深层组织中上行和持续存在。细菌细胞表面的多糖荚膜可保护E. coli免受吞噬作用和免疫系统的杀菌活性，某些荚膜的结构多样性可能使E. coli模仿宿主组织成分，从而减少免疫识别。E. coli已进化出多种逃避宿主免疫反应的策略，其中K抗原荚膜作为抗吞噬屏障，减少免疫识别并增强细菌存活。此外，E. coli可通过可逆的遗传开关调节菌毛表达，以适应不同微环境并减少被抗体和免疫细胞识别。某些菌株（特别是尿路致病性分离株）还能在上皮细胞内形成细胞内细菌储库和生物膜样群落，保护细菌免受宿主免疫防御和抗菌治疗，从而促进复发性持续感染。铁在细胞呼吸和DNA复制等关键细胞过程中起重要作用，但宿主内铁可用性受到严格限制，为入侵细菌造成营养挑战。为克服此限制，致病性细菌已进化出专门的铁获取机制，包括铁载体，如肠杆菌素、沙门菌素、耶尔森菌素和需氧菌素，这些分子使得细菌即使在宿主铁限制条件下也能生长，从而增强适应性、持续存在和致病潜力。在从不孕和可育女性高阴道拭子样本中分离的UPEC菌株研究中，毒力基因sfa、afa、cnf1和fim在72.72%的分离株中均被检测到。某些E. coli菌株表达TcpC，一种可干扰NET形成的毒力因子，TcpC促进肽酰基精氨酸脱亚氨酶4（PAD4）的泛素化和降解，从而减少组蛋白瓜氨酸化和染色质解聚，最终抑制NET形成。此外，LPS的O抗原成分被证明可促进NET诱导，同时增强细菌对NET介导杀伤的抵抗，这种双重行为凸显了E. coli与NET相互作用的复杂性。
**4. Innate Immune Response to E. coli and the Formation of NETs**
中性粒细胞胞外陷阱（NET）形成是一种先天免疫机制，涉及释放与抗菌蛋白相关的解聚染色质，有助于病原体的固定和遏制。NET形成涉及细胞内事件，如ROS产生、PAD4激活、组蛋白瓜氨酸化和染色质解聚。在E. coli感染期间，中性粒细胞作为先天免疫反应的一部分被募集，并通过包括NET形成在内的多种抗菌机制促进细菌遏制。然而，NET诱导不应被解释为等同于有效细菌清除。使用尿路致病性E. coli突变体的实验研究表明，LPS的O抗原成分通过TLR4依赖性信号传导和NADPH氧化酶介导的ROS产生促进NET诱导，丢失O抗原显著减少ROS产生和随后的NET形成。E. coli与NET之间的相互作用是双向且菌株依赖性的：细菌成分如LPS的O抗原可促进NET形成，而特定毒力因子如TcpC可干扰此反应。这些发现说明E. coli可能同时触发和调节中性粒细胞抗菌机制，因此NET形成的生物学结果可能更取决于E. coli耐受、逃避或利用由此产生的胞外环境的能力，而非NETosis本身的程度。
**5. NET-Mediated Tissue Damage**
尽管NETs是有效的抗菌结构，在宿主防御中起关键作用，但越来越多的证据表明，当NET形成过度或失调时，也可能导致组织损伤和疾病发病机制。NET形成由多种感染因子触发，但持续或不受控制的NET释放与自身免疫疾病和慢性炎症性疾病相关。在生殖道中，过度NET积累可能损害组织完整性并对生育力产生负面影响。以淋巴细胞和浆细胞浸润为特征的延长炎症反应与慢性子宫内膜变性相关，但细菌是这些病理过程的初始触发因素还是已损伤组织的继发定植者仍不清楚。在男性生殖道中，急性附睾炎患者的研究表明，胞外陷阱可物理性缠绕精子，导致进行性精子活力显著降低。此外，NETosis伴随氧化爆发，增加ROS产生，促进精子质膜氧化损伤，并导致炎症相关的男性不育。在女性生殖道中，马模型实验表明，中性粒细胞响应子宫病原体（如E. coli）释放NETs，但过度NET形成和/或NET降解减少可能导致子宫内膜纤维化和分泌功能受损。最近实验证据进一步阐明了NET介导组织损伤的机制：在牛子宫内膜上皮细胞模型中，NETs不仅作为物理抗菌屏障，还通过NLRP3炎症小体激活和ASC、caspase-1、caspase-4及GSDMD-N上调诱导子宫内膜上皮细胞焦亡，增加促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-18的产生。DNase I处理可减弱这些效应，突显了NETs对子宫内膜炎症损伤的直接贡献。在精子损伤方面，近期共聚焦显微镜研究表明，NETs不仅可物理性缠绕精子，还能缠绕发育中的胚胎，同时损害精子活力，从而降低体外受精（IVF）效率。这些发现挑战了NETs仅为保护性结构的传统观点，并指出其持续存在和清除缺陷可能是生殖组织损伤的潜在决定因素。
**6. Antimicrobial Resistance and Its Relationship with Bacterial Persistence**
ExPEC在肠外生态位中的持续存在可能涉及免疫逃避、生物膜相关存活和抗菌耐药性（AMR）之间的相互作用。尽管这些过程常被单独研究，但越来越多的证据表明它们可能汇聚在一起，有利于细菌在抗菌和免疫压力下持续存在。E. coli在肠外生态位中的持续存在与荚膜结构相关，这些结构可保护细菌免受宿主免疫防御，并可能降低抗菌药物可及性。近期基因组研究表明，有限的荚膜类型（K1、K5、K52、K2和K100）占多药耐药肠外感染的约58%，这种关联可能反映了可移动遗传元件促进荚膜毒力决定因子和抗菌耐药基因共转移的贡献。抗菌耐药性可通过内在机制产生，或通过突变和水平基因转移获得。抗菌药物暴露施加的选择压力有利于耐药细菌群体的持续存在和扩张。获得性耐药决定因子可通过接合、转导和转化在细菌群落内传播。总体而言，肠外E. coli中的抗菌耐药性反映了毒力、免疫逃避、生物膜形成和水平基因转移之间的相互作用。NET衍生的DNA可能进一步支持生物膜形成和细菌转化，尽管其在生殖道感染中的相关性尚不清楚。生物膜形成可通过提供结构化细胞外基质来增强细菌持续存在，该基质限制宿主免疫效应物和抗菌药物的暴露。细胞外DNA是此基质的重要成分，可能包括炎症反应（包括NET形成）期间释放的宿主来源DNA。细胞外DNA的掺入可促进生物膜稳定性并降低抗菌药物敏感性，而生物膜微环境可能进一步有利于缓慢生长细菌群体的持续存在。因此，NET衍生的DNA可能矛盾地从宿主防御组分转变为有利于细菌持续存在的结构资源。
**7. Conclusions**
生殖道被肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）定植可引发先天免疫反应，其中NETs可能发挥双重作用。虽然NETs有助于遏制入侵病原体，但过度或持续NET形成可能促进氧化应激和炎症性组织损伤，可能影响生殖组织完整性和配子功能。因此，NETs的生物学意义可能不仅取决于其形成，还取决于其程度、持续性和及时清除。越来越多的证据表明，肠外致病性大肠杆菌与NETs之间的相互作用涉及多种可能影响细菌持续存在的机制，包括通过毒力因子如TcpC调节NET形成，以及宿主来源的细胞外DNA与生物膜发育之间的相互作用，这可能促进细菌持续存在并降低抗菌药物敏感性。然而，这些机制是否在生殖道中直接汇聚仍有待证实。这些相互关联的过程将NETs置于免疫、微生物适应和生殖功能障碍的交叉路口。因此，一个关键挑战是确定NETs何时从有效的抗菌反应转变为有利于炎症和细菌持续存在的微环境。对这些相互作用更深入的机制理解可能揭示新的治疗机会，旨在调节失调的NETosis、改变生物膜稳定性并增强抗菌疗效。此类方法不仅可改善持续性生殖道感染的管理，还有助于保护生育力。定义这一平衡最终可能对控制感染而不损害先天免疫旨在保护的生殖功能至关重要。
