Микробиом, иммунная система и рак: три стороны одной медали

Изучение микробиоты человека становится заметной областью исследований злокачественных новообразований (ЗНО), поскольку она участвует во многих аспектах биологии опухоли, таких как регуляция иммунной системы, онкогенная сигнализация, доступность гормонов и метаболизм лекарств и др., способствующих развитию опухоли, прогрессированию и ответу на лечение. Многочисленные исследования, подтверждающие ключевую роль микробиоты в развитии и прогрессировании опухолей, привели в 2022 г. к включению микробиоты в качестве отличительного признака рака [1].

Микробиота содержит в себя все сообщества комменсальных, симбиотических и патогенных микроорганизмов, в том числе бактерии, грибки, археи и вирусы, которые колонизируют желудочнокишечный тракт и другие органы и ткани. В настоящем обзоре мы акцентируем внимание на бактериальной компоненте микробиома как наиболее чувствительной к воздействию пробиотиками. Можно полагать, что после выяснения механизмов взаимодействия по оси опухоль – иммунитет – микробиом – пробиотики управление микробиомом станет возможным, по крайней мере, по двум направлениям ‒ как усилением противоопухолевых свойств компонентов микробиоты, так и воздействием пробиотиками. Мишенями для пробиотиков становятся компоненты микробиоты для редактирования ее состава в сторону усиления противоопухолевых свойств составляющих ее бактерий и микроокружение опухоли независимо от локализации. Для усиления противоопухолевых свойств микробиоты и пробиотиков применяются различные стратегии, в том числе инженерные, включая генную инженерию

Рак молочной железы и микробиота

Рак молочной железы (РМЖ) занимает по заболеваемости первое место у женщин и среди них является второй причиной смерти. Помимо старения и генетики, развитию заболевания могут способствовать факторы окружающей среды (диета, потребление этанола, эндокринные нарушения, малоподвижный образ жизни) [2].

Количество исследований, посвященных различиям между микробиотой кишечника больных РМЖ и здоровых женщин, значительно увеличивается [3–6]. Среди симбиотических микробных популяций человека наиболее тщательно изучены и охарактеризованы бактерии, обитающие в кишечнике. Bacteroidetes , Firmicutes , Actinobacteria , Proteobacteria и Verrucomicrobia являются доминирующими типами, населяющими кишечник, причем их специфическое распределение по желудочно-кишечному тракту варьирует в зависимости от конкуренции за сходные условия окружающей среды и питательные вещества [7].

Кишечная микробиота играет важную роль в таких физиологических процессах, как пищеварение, тренировка иммунитета хозяина, регуляция эндокринной функции кишечника, модуляция неврологической сигнализации, метаболизм ксенобиотиков и др. [8]. Накапливающиеся данные указывают на способность кишечной экосистемы и, более конкретно, специфических бактерий – комменсалов бактерий, ‒ связанных со здоровьем, ослаблять системное воспаление [9], формировать уровень врожденного и адаптивного иммунитета [10].

Связь с клинико-морфологическими параметрами, лечением и исходом при РМЖ

Учитывая сложные взаимоотношения между кишечными микробами и их хозяевами, исследователи также изучают участие микробиоты кишечника в малигнизации и опухолевой прогрессии. Показано, что бактерии-комменсалы способны перепрограммировать микроокружение опухоли у мышей [11] и пациентов, получавших иммунотерапию [12, 13]. Несмотря на различия между идентифицированными микробными таксонами, большинство исследований показывают снижение α-разнообразия в кишечной микробиоте женщин с РМЖ и отличия состава микробиоты у женщин с доброкачественными и злокачественными опухолями [4, 14]. Показано, что по составу фекальной микробиоты можно дискриминировать группы пациентов по размеру опухоли (< vs >pT1), степени злокачественности (G1 и 2 vs G3), лимфогенному метастазированию (N- vs N+) и стадии TNM (стадия I vs стадии II/III) [15]. Более высокое содержание бактерий, характерное для родов Eubacterium (E. rectale, E. eligens), Ak-kermansia muciniphila, классы актинобактерий (Bifidobacterium longum, Collinsella aerofaciens) и Alistipes shahii, были связаны со стадией I или N-, т.е. с группой больных РМЖ с более благоприятным прогнозом. В то же время для группы неблагоприятного прогноза характерна чрезмерная представленность таких видов бактерий, как Bacteroides uniformis, Bacteroides xylanivolvens и Bacteroides intestinalis. Авторы подчеркнули актуальность дополнительного учета уровня и состава бактериальных штаммов микробиоты и их функций, определяемых метаболомным анализом, для определения прогноза течения заболевания. Когорта пациенток с экспрессией специфических функциональных путей, таких как L-аргинин и аденозин рибонуклеотиды, и доминированием таких путей, как 2-оксоглутарат: ферредоксин оксидо-редукция и аденин-аденозиновое восстановление, были связаны с благоприятным прогнозом РМЖ, тогда как биосинтез липидов, тиаминдифосфата, пиридоксаль-5 фосфата, L-треонин и деградация L-гистидина коррелировали с плохим исходом при лечении РМЖ на ранних стадиях [15].

Аналогичным образом различия в метаболических путях микробиома кишечника у больных РМЖ и пациенток с фиброаденомами молочной железы обнаружены P. Yang et al. (2021), что, по их мнению, усиливает значимость бактериальных функций в обеспечении взаимодействия между микробной экосистемой и опухолью молочной железы уже на самых ранних стадиях заболевания [14].

Прогноз раннего РМЖ зависит от параметров клеточной автономии и иммунитета. Влияние кишечного микробиома на клинический исход раннего РМЖ был впервые оценен S. Terrisse et al. [15]. Авторы методом метагеномного секвенирования 16S рРНК(shot gun MG) определили состав фекальной микробиоты в 121 образце от 76 пациенток с ранним РМЖ, включающих две группы (ER+ vs ER-(TNBC)), 45 из которых были обследованы до и после химиотерапии. Эти пациентки были включены в проспективное исследование для регистрации побочных эффектов, связанных с лечением РМЖ. Проанализированы связи исходной или постхимиотерапевтической микробиоты кала и метаболом плазмы пациенток с прогнозом РМЖ, а также с побочными эффектами, вызванными терапией. Изучена клиническая значимость этих результатов у иммунокомпетентных мышей с гуманизированным кишечником, колонизированным микробиотой пациенток с РМЖ, которым впоследствии была проведена гистосовместимая с РМЖ мыши химиотерапия. Авторы считают, что полученные данные свидетельствуют о том, что отдельные комменсалы из микробиома кишечника влияют на прогноз РМЖ у пациенток и агрессивность опухоли РМЖ у мышей, химиотерапия может изменить баланс между благоприятными и неблагоприятными видами. При этом отдельные комменсалы могут влиять на вероятность развития неврологических побочных эффектов. Эти результаты, полученные в условиях адъювантной и неоадъювантной химиотерапии, требуют, по мнению авторов, проспективной проверки. Содержание микробиоты молочной железы может иметь значение для прогноза риска регионального рецидивирования [16].

Механизмы влияния микробиоты на канцерогенез молочной железы

По мнению M. Di Modica et al. (2022), кишечные микроорганизмы могут влиять на развитие и прогрессирование РМЖ с помощью нескольких механизмов: прямое влияние на канцерогенез; эстрогенозависимые механизмы, такие как регуляция метаболизма эстрогенов; эстрогенонезависимые механизмы, включая выработку микробных метаболитов и регуляцию иммунной системы [6].

Данные, полученные в работе S. Terrisse et al. [15], согласуются с результатами ранее проведенного анализа shot gun MG фекалий 18 женщин в пременопаузе и 44 женщин в постменопаузе с РМЖ [17]. У женщин в постменопаузе выявлены значительные различия между больными РМЖ и контролем, с увеличением α-разнообразия и представителей провоспалительных энтеробактерий (E. coli, Klebsiella spp.) и сопутствующим снижением Eubacterium eligens у пациенток с РМЖ, коррелирующим со снижением уровня лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль (tumor-infiltrating lymphocytes-TILs). Следует отметить, что корреляционная связь между Eubacterium eligens и TILs, выявленная J Zhu et al. [17], не подтверждена в работе S. Terrisse et al. [15], т.е. не было отмечено какой-либо существенной корреляции между микробиотой кишечника и плотностью TILs. Авторы обращают на это внимание и объясняют тем, что кишечная экосистема женщин, связанная с развитием ER+ РМЖ, может быть относительно бедна высокоиммуногенными комменсалами, такими как A. muciniphila, B. fragilis, E. hirae, Bifidobacteria spp., Eubacteriacea spp [15]. Кроме этого, важную роль играет популяционный состав ТILs. В другом исследовании в реальном времени изучали содержимое фекалий больных РМЖ с помощью qPCR генов, кодирующих различные бактериальные семейства. Авторы пришли к выводу, что кластеры Clostridium leptum и C. coccoides, представители которых экспрессируют β-глюкуронидазу, способствующую реабсорбции свободных эстрогенов, были обогащены у больных РМЖ II–III стадии, в отличие от пациенток с I стадией РМЖ [18].

В 2015 г. M.R. Rutkowski et al. впервые предложили гипотезу о том, что микробиота кишечника может определять прогноз внекишечного рака (в частности, яичников и молочной железы) посредством воздействия на Toll-подобный рецептор 5 (TLR5). Распознавание TLR5 комменсалами, экспрессирующими жгутики, может способствовать системному воспалению и, как результат, развитию и прогрессированию РМЖ. Передача сигналов TLR5 стимулирует рециркуляцию IL-6, мобилизует миелоидные клетки-супрессоры и вызывает иммуносупрессивные галектин-1-продуцирующие γδT-клетки [19]. Комменсальный дисбактериоз может вызвать системное воспаление, которое индуцирует отложение коллагена и ускоряет фиброз ткани молочной железы, нормальной и опухолевой, через инфильтрацию миелоидными клетками [20]. Помимо усиления системного воспаления, дисбактериоз кишечника может изменить метаболизм всего организма.

Микробиота кишечника влияет на метаболизм эстрогенов, что сказывается на хорошо известном вкладе эстрогенов в развитие гормонозависимого РМЖ. Экспрессия ферментов β-глюкуронидазы (BGUS) у бактерий, таких как Escherichia и Shigella , которые принадлежат к типу Proteobacteria, способствует реабсорбции половых гормонов через энтерогепатический путь, увеличивая уровни циркулирующих эстрогенов и, таким образом, влияя на рост РМЖ [25, 26].

Влияние бактериальных метаболитов на канцерогенез

Среди эстрогенонезависимых путей, влияющих на РМЖ, метаболиты бактерий, которые образуются в результате ферментации клетчатки, метаболизма желчных кислот (ЖК), метаболизма липидов и метаболизма/элиминации холестерина, могут прямо или косвенно влиять на пролиферацию и дифференцировку опухолевых клеток [27]. Известным механизмом, с помощью которого микробиота кишечника влияет на рост рака, является выработка короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs), таких как ацетат, бутират и пропионат, которые являются основными метаболитами, получаемыми в результате микробной ферментации нерастворимых пищевых волокон в кишечнике, и являются важными метаболитами для поддержания кишечного гомеостаза. SCFAs модулируют различные аспекты кишечных эпителиальных клеток и лейкоцитов. Они обычно используются колоноцитами в качестве источника энергии, но также действуют как регуляторы в клетках посредством прямой активации рецепторов, связанных с G-белком (GPRs), и ингибирования гистоновых деацетилаз (HDACs) [28]. Установлена ингибирующая функция SCFAs в развитии колоректального рака [29]. Показаны противоопухолевые свойства Berberine в качестве индуктора апоптоза в клетках РМЖ in vitro [30]. Другой метаболит комменсалов, пропионат, ингибирует рост опухоли, эпителиально-мезенхимальный переход (EMT) и индуцирует апоптоз в клетках РМЖ путем связывания с рецепторами GPR43 и GPR41 и ингибирования инвазивного фенотипа [31], тогда как бутират натрия индуцирует дозозависимое ингибирование пролиферации и апоптоза клеток РМЖ [32]. Подобно SCFAs, кадаверин, другой бактериальный метаболит, образующийся при декарбоксилировании лизина и аргинина, отрицательно влияет на пролиферацию, клеточную миграцию/инвазию и EMT клеточной линии 4T1 опухолей молочной железы, путем связывания с рецептором-1, ассоциированным с амином (TAAR1, trace amine associated receptor 1, который участвует в иммунологических функциях, снижая агрессивность РМЖ [33].

Желчные кислоты синтезируются из холестерина в печени и выделяются в тонкую кишку для улучшения переваривания и всасывания липидов и жирорастворимых витаминов. Их реабсорбция происходит в подвздошной и толстой кишках, и лишь небольшая часть выделяется с калом. Бактерии в желудочно-кишечном тракте экспрессируют ферменты гидролазы желчных солей и инициируют метаболизм ЖК путем деконъюгирования глицина или таурина из стерольного ядра первичных ЖК (т.е. холевой и хенодезоксихолевой кислот). Этот механизм предотвращает их реабсорбцию в подвздошной кишке и способствует их попаданию в толстую кишку, где бактерии опосредуют их превращение во вторичные биологически активные вещества, например дезоксихолевую кислоту (DCA) и литохолевую кислоту (LCA, lithocholic acid) [34].

Показано, что DCA способствует метастазированию опухолей молочной железы, которые были трансплантированы в жировую подушечку мыши. Метастазирование увеличивалось за счет повышения уровня Flk-1, (kinase insert domain receptor) и (VEGFR, KDR), главного медиатора VEGF-индуцированной пролиферации и миграции эндотелия, и за счет уменьшения опосредованного церамидом апоптоза клеток РМЖ [35]. Исследования in vitro показали, что солевая форма DCA оказывает дозозависимое действие на клетки MCF7, при физиологическом уровне стимулирует клеточную пролиферацию посредством индукции фосфорилирования AKT и экспрессии циклина D1, но в супрафизиологических концентрациях становится цитотоксичной, индуцируя апоптоз [36]. LCA образуется в результате трансформации хенодезоксихолевой кислоты и урсодезоксихолевой кислоты путем дегидроксилирования анаэробными бактериями (в первую очередь, Clostridiales ), ингибирует EMT и метастазирование, способствуя противоопухолевому иммунитету за счет редукции клеточной пролифирации и агрессивности, и изменениям в клеточном метаболизме [37]. Вторичные ЖК (DCA и LCA) также могут влиять на развитие и прогрессирование опухоли благодаря своим иммуносупрессивным свойствам. DCA подавляет иммунную активацию в моделях хронического воспаления путем связывания с фарнезоидным X-рецептором (FXR (NR1H4, nuclear receptor subfamily 1 group H member 4), ядерным рецептором ЖК и TGR5 (Gpbar1), рецептором ЖК, связанным с G-белком, на макрофагах и моноцитах. Таким образом, в то время как DCA обеспечивает улучшение при таких патологических состояниях, как колит и диабет, вызванных ожирением [38], в опухолях он может способствовать созданию проопухолевого микроокружения. Аналогичным образом, LCA контролирует адаптивный иммунитет, препятствуя активации клеток Th1 и ингибируя высвобождение гамма-интерферона (IFNy) и фактора некроза опухоли альфа (TNFα) через рецептор витамина D, который участвует в передаче сигналов ЖК [39].

Регуляция иммунного воспаления

Регуляция иммунного воспаления является еще одним механизмом, который связывает кишечную микробиоту с ростом опухоли [40]. Выявлено влияние кишечной экосистемы на иммунную инфильтрацию опухоли с ее последующим воздействием на рост РМЖ [41]. Основная функция микробиоты в опухолевом иммунном микроокружении изучена на различных моделях (EL4 lymphoma, MC38 colon carcinoma, BP melanoma cells, TUBO breast carcinoma cells), включая РМЖ. При этом показано, что наличие или отсутствие кишечных коммен-сальных бактерий различает противоопухолевое или проопухолевое иммунное микроокружение.

Продуцируемые микробиотой медиаторы или метаболиты (например, микробный метаболит c-di-AMP) перепрограммировали мононуклеарные фагоциты в опухоли в иммуностимулирующие моноциты и дендритные клетки (DCs), которые, высвобождая IFN типа I, способствовали поляризации макрофагов в сторону противоопухолевого фенотипа и стимулировали реципрокные взаимодействия между естественными киллерами (NK) и DCs [42]. Этот каскад искажен у «безмикробных» мышей, у которых наблюдалась дифференцировка моноцитов в проопухолевые макрофаги.

Микробиота молочной железы

Считалось, что ткань молочной железы и молоко стерильны, но позже было установлено, что микроорганизмы все же обитают в молочной железе [43]. Бактерии колонизируют молочную железу несколькими путями: они могут выделяться из кожи и получать доступ к молочной железе через сосок, перемещаться из кишечника или достигать молочной железы путем интернализации в макрофагах [44]. Нормальная ткань молочной железы имеет уникальный по сравнению с другими участками тела бактериальный состав, состоящий из Proteobacteria , Firmicutes , Actinobacteriaи и Bacteroidetes [45], и, подобно микробиоте кишечника, на ее состав влияет образ жизни и этническая принадлежность [46].

Разнообразная микробиота опухолей молочной железы по сравнению с их нормальными аналогами, с большой долей вероятности, вовлечена в развитие и прогрессирование РМЖ. Анализ крупнейшей когорты микробиомов опухолей (включая 1526 опухолей 7 типов: легких, яичников, поджелудочной железы, меланомы, костей, головного мозга и молочной железы) подтвердил, что РМЖ обладает богатым и разнообразным микробиомом, и продемонстрировал, что живые бактерии существуют в раковых клетках и иммунных клетках в микроокружении опухоли [44]. Кроме того, недавнее исследование показало, что внутриклеточная микробиота, обитающая в опухоли, способствует агрессивности рака и метастатической колонизации, участвуя в реорганизации актинового цитоскелета опухолевых клеток, повышая их устойчивость к напряжению сдвига жидкости при поступлении в системный кровоток [47].

По сравнению с нормальной прилегающей тканью ткань РМЖ имеет значительно меньшую бактериальную нагрузку и более разнообразный бактериальный состав, содержащий больше про-теобактерий и фирмикутов и меньше актинобактерий [48]. Эти результаты согласуются с анализом секвенирования РНК из Атласа генома рака (TCGA) [49]. Анализ микробиоты 668 образцов ткани раковой опухоли груди и 72 нераковых соседних тканей обнаружил увеличение протеобактерий в опухолевых тканях и актинобактерий в немалиг- низированных соседних тканях [50]. Кроме того, в других исследованиях сообщалось, что E. coli и Bacillus cereus более распространены в тканях РМЖ, чем в нормальных тканях молочной железы [51], а такие роды, как Fusobacterium, Atopobium, Gluconacetobacter, Hydrogenophaga и Lactobacillus, коррелируют со злокачественностью опухоли. Примечательно, что даже при анализе последовательностей бактериальной 16S рРНК выявились различия между нормальной тканью, прилегающей к опухоли, у женщин с РМЖ и тканью молочной железы здоровых добровольцев, с более высокими относительными уровнями Bacillus, Enterobacteriaceae и Staphylococcus, обнаруженными в нормальных тканях, прилегающих к опухоли [52].

Следует отметить, что Porphyromonas , Lac-ibacter , Ezakiella и Fusobacterium были более распространены в опухолях более высокой стадии по сравнению с опухолями более низкой стадии. Лимфоваскулярная инвазия положительно связана с Lactobacillus и отрицательно коррелировала с Alkanindiges , тогда как лимфогенное метастазирование было связано с Acinetobacter и Bacteroides , но отрицательно ‒ с Achromobacter [53]. Ткань РМЖ от пациентов с рецидивом характеризуется более высоким уровнем Enterococcus , Cutibacterium и бактерий, которые экспрессируют гены, участвующие в путях взаимопревращения пентозы и глюко-роната. Показана возможность того, что функция микробиоты в онкогенезе РМЖ подкрепляется ассоциацией специфических бактерий (например, Haemophilus influenzae и Listeria fleischmannii ) с генами, которые экспрессируются опухолевыми клетками, такими как те, которые участвуют в EMT и опосредуют контрольную точку повреждения ДНК G2-M, фактор транскрипции E2F и пути сборки митотического веретена. Более того, способность E. coli (члена семейства Enterobacteriaceae ) и Staphylococcus epidermidis индуцировать двухцепочечные разрывы ДНК в клетках HeLa подтверждает их прямое участие в возникновении опухоли [52]. В частности, E. coli в сочетании с мутациями в клетках ткани молочной железы может способствовать развитию РМЖ через колибактин, генотоксин, который вызывает разрывы двухцепочечной ДНК, как это было замечено при колоректальном раке [51]. Протуморогенная активность также была описана для Fusobacterium nucleatum , бактерии полости рта, которая была вовлечена в заболевание пародонта, достигает толстой кишки через кровоток. F. nucleatum обычно ассоциируется с плохим прогнозом при раке толстой кишки и недавно была идентифицирована в образцах РМЖ. В экспериментальных моделях при внутривенном введении мышам-опухоленосителям F. nucleatum специфически колонизирует опухоли молочной железы, способствуя росту и метастатической прогрессии и уменьшая количество инфильтрирующих опухоль Т-клеток [54].

Бактерии ткани молочной железы, даже в небольшом количестве, могут также потенциально влиять на местное иммунное микроокружение: A. Tzeng et al. (2021) обнаружили у пациенток связь между специфическими бактериями молочной железы и локальными иммунными инфильтратами. В здоровых контрольных группах и опухолевой ткани Acinetobacter положительно коррелировал с уровнями CD8+ Т-клеток. В опухолевой ткани Methylibium , Pelomonas и Propionibacterium были в значительной степени связаны с генами иммунокомпетентных клеток. Причем Methylibium отрицательно коррелировал с экспрессией ICOS (inducible T cell costimulator), который играет важную роль в клеточном сигналинге, иммунном ответе и регуляции клеточной пролиферации, и с экспрессией гена TBX21(T-box transcription factor 21), кодирующего Tbx21-специфический для Th1 клеток трансрипционный фактор, который контролирует ключевой Th1 цитокин и интерферон гамма. Propionibacterium отрицательно ассоциировался с IP-10 и MIP-1B, двумя эффекторными молекулами, которые продуцируются при активации TLR [53].

Колоректальный рак и микробиом

Колоректальный рак является третьим по распространенности ЗНО в мире с плохим прогнозом, что требует новых стратегий терапии. Многочисленные исследования часто наблюдали проникновение бактерий в ткани первичной опухоли, полученные от пациентов [2]. Одной из основополагающих работ, рассматривающих роль микробиома в канцерогенезе и прогрессировании колоректального рака, следует признать исследование A.A. Hibberd et al. (по результатам клинических испытаний (Trial registration number: NCT03072641) [55], которые изучали изменения микробиоты толстой кишки у больных КРР и возможность ее модификации путем введения пробиотиков. Авторы исследовали состав микробиоты пациентов с раком толстой кишки по сравнению с лицами контрольной группой без опухолевых или воспалительных заболеваний. Использовали образцы биопсии нормальной слизистой оболочки и опухоли, полученные при колоноскопии (n=15). Последующие образцы были взяты во время операции из опухоли и близлежащей слизистой оболочки у больных КРР, восемь из которых получали по 2 таблетки в день по 1,4 × 1010 КОЕ Bifidobacterium lactis Bl-04 и 7 × 109 KOE Lactobacillus acidophilus NCFM. Также исследованы образцы фекалий, полученные при колоноскопии, до и во время операции. В качестве контроля использовались биоптаты от 21 здорового участника контрольной группы, полученные при колоноскопии, а также образцы их фекалий. Микробиоту толстой кишки и фекалий оценивали с помощью 16S рРНК секвенирования. Показано, что микробиота опухоли характеризо- валась повышенным микробным разнообразием и обогащением несколькими таксонами, включая Fusobacterium, Selenomonas и Peptostreptococcus, по сравнению с контрольной микробиотой. Так, Fusobacterium был повышен более чем в 30 раз по сравнению с контрольными биоптатами, что подтверждало важность этих бактерий как потенциальных маркеров КРР. У больных раком толстой кишки, получавших пробиотики, наблюдалось повышенное содержание бактерий, продуцирующих бутират, особенно таких как Faecalibacterium и Clostridiales spp., в опухоли, неопухолевой слизистой оболочке и фекальной микробиоте по сравнению с пациентами без пробиотикотерапии. Таксоны, ассоциированные с колоректальным раком, такие как Fusobacterium и Peptostreptococcus, имели тенденцию к снижению в фекальной микробиоте пациентов, получавших пробиотики. В заключение авторы делают выводы, что микробиомы больных КРР имеют отчетливые различия в характеристике микробиоты в опухолевой ткани и близлежащей слизистой оболочке, которая была изменена пероральным введением пробиотиков, по сравнению с контролем. Эти результаты показывают потенциальные терапевтические преимущества пробиотиков для манипулирования микробиотой при КРР [55].

Представляет большой интерес чрезмерно высокая представленность в образцах колоректального рака Peptostreptococcus и Fusobacterium , обычно определяемых при периодонтите. A.D. Kostic et al. показали, что Fusobacterium nucleatum (как и некоторые другие фузобактерии) обладают сахаролитическими свойствами, что делает их уникально адаптированными к опухолевому микроокружению, способствует ускорению онкогенеза колоректального рака и усилению провоспалительного потенциала в микрокоружении опухоли. Содержание Fusobacterium было повышено более чем в 30 раз в опухолевых биоптатах по сравнению с контролем, подтверждая важность этих бактерий как потенциальных маркеров КРР [56]. Эти результаты подтверждены и в большом (103 CRC) когортном исследовании, проведенном S.H. Wong et al. [57]. По их данным, Fusobacterium nucleatum, Peptostreptococcus anaerobius и Parvimonas micra являются многообещающими в качестве микробных маркеров КРР, поскольку имеется увеличение их относительной численности в фекалиях больных КРР в 132, 37 и 41 раз соответственно по сравнению с контролем.

Кроме вышеуказанных бактерий, существуют дополнительные таксоны, чрезмерно представленные в образцах опухоли и слизистой оболочки при раке толстой кишки, они включают типы Tenericutes и Euryarchaeota , а также род Methanobrevibacter . Как Tenericutes , так и Methanobrevibacter ранее были связаны с микробиотой аденомы. Тип Tenericutes включает паразитарных патогенов

( Mollicutes ), которые ранее рассматривались в качестве возбудителей других видов рака [58]. Methanobrevibacter связывают с множеством кишечных расстройств и колоректальным раком, хотя механизм связи с КРР остается неизученным Другие роды, связанные с опухолью, происходили из Firmicutes ( Selenomonas , Clostridium , Dialister и Parvimonas ); однако были опубликованы противоречивые данные об их присутствии в аденоме и ткани КРР [55]. Обращают внимание на повышенные уровни в биопсийных образцах у здоровых лиц в контрольной группе бактерий рода Streptococcus (а именно Streptococcus thermophilus ). Хотя ранее [59] было показано, что представитель этого рода Streptococcus bovis ассоциирован с КРР [55].

Одной из проблем при изучении связи микробиоты и опухоли является то, что прямое измерение численности бактерий в опухоли остается сложной задачей. M. Guo et al. в 2019 г. предложен принципиально новый подход к измерению численности бактерий, который заключается в использовании «неотмеченных» считываний данных секвенирования всего генома хозяина (hWGS), обычно рассматриваемый как загрязнения и отбрасываемый [60]. Авторы разработали строгие биоинформатические и статистические процедуры для идентификации проникающих в опухоль бактерий, связанных с колоректальным раком. При этом использовались данные секвенирования всего генома тканей аденокарциномы толстой кишки, не сопоставленные с эталонным геномом человека. Отобраны несопо-ставленные пары считываний, они были направлены в справочную коллекцию микробиома человека, а затем вычислили их относительную численность среди микробов с помощью оценки максимального правдоподобия (ML). Авторы проанализировали и сравнили относительное количество и разнообразие инфильтрирующих бактерий между тканями первичной опухоли и соответствующими образцами нормальной крови. Результаты показали, что ткани первичной опухоли содержали гораздо больше разнообразных инфильтрирующих бактерий, чем обычные образцы крови. Относительное содержание Bacteroides fragilis , Bacteroides dorei и Fusobacterium nucleatum было значительно выше в первичных колоректальных опухолях. Эти три бактерии входили в десятку наиболее выявляемых микробов в тканях первичной опухоли, но редко обнаруживались в образцах крови здоровых. Результаты совпадали с данными предыдущих исследований при использовании альтернативных подходов: большинство из этих бактерий также было тесно связано с колоректальным раком.

Микробиота и рак шейки матки

Влагалище женщины – орган с защитным эпителием и богатым разнообразным микробным ландшафтом [61]. Микробиом влагалища состоит из бактерий, обитающих в многослойном плоском неороговевающем эпителии, покрытом слоем слизи, богатым муцином, что обеспечивает поверхность прикрепления для комменсальных и доминирующих видов лактобацилл, продуцирующих молочную кислоту. Лактобациллы, наиболее распространенная нормальная вагинальная флора, вовлечены в поддержание кислого pH влагалища за счет производства молочной кислоты. Кислотность влагалища играет важную роль в предотвращении колонизации влагалища патогенными организмами. Кроме того, бактерии, продуцирующие молочную кислоту, подавляют рост патогенных бактерий во влагалище за счет продукции бактериоцинов и биосурфактантов. Нормальную вагинальную флору образуют разные штаммы лактобактерий, такие как Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus gallinarum, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus johnsonii и Lactobacillus iners, которые играют важную роль в вагинальном микробиоме [62]. Реже наблюдаются другие штаммы Lactobacillus, в том числе Lactobacillus fermentum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Lactobacillus jensenii, Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus vaginalis и Lactobacillus salivarius [63]. Отсутствие лактобацилл или наличие некоторых других микроорганизмов, таких как Bifidobacterium, Protella, Pseudomonas и Streptococcus, не всегда связано с патологией [64].

Эпителиальные клетки являются субстратом для продукции молочной кислоты [65]. В детстве и в период менопаузы вагинальный эпителий становится тоньше, атрофичнее, в нем снижается содержание гликогена, что вызывает увеличение рН влагалища и способствует росту многих патогенных микроорганизмов. Во взрослом возрасте гликоген в изобилии откладывается в вагинальном эпителии по мере увеличения уровня эстрогена. Выработка молочной кислоты и снижение уровня pH обеспечивают более кислую среду, наиболее подходящую для роста Lactobacillus и других ацидофильных организмов, снижают вероятность размножения патогенной микрофлоры. Помимо непосредственного воздействия на патогены, молочная кислота в нижнем отделе репродуктивного тракта подавляет провоспалительную реакцию макрофагов и действует как противовоспалительное средство. Кроме того, это соединение может индуцировать противовоспалительный интерлейкин (IL)-10 и уменьшать продукцию провоспалитель-ного IL-12 дендритными клетками, способствуя снижению цитотоксичности естественных киллеров (NK) [61].

С другой стороны, есть сведения, что концентрация лактата была выше в опухолях шейки матки с метастазами по сравнению с РШМ без метастазов, и поэтому содержание лактата в опухоли было предложено в качестве потенциального прогностического фактора и маркера риска метастазирова- ния и рецидива заболевания [66]. Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования двойной роли лактата в норме и при РШМ [67].

Изменения вагинальной микрофлоры отмечены при разных патологических состояниях из-за: 1) инфекций, передающихся половым путем (ИППП), таких как трихомониаз, 2) колонизации микроорганизмами, которые не являются частью нормальной вагинальной флоры, такими как Streptococcus pneumonia, Haemophilus influenza и Listeria monocytogenes, 3) гиперпродукции микроорганизмов, входящих в состав нормальной вагинальной флоры, например E. coli [62]. Проведено несколько исследований по изучению бактериального состава влагалища при разных патологических состояниях, для того чтобы найти возможную связь между вагинальной флорой и вагинальными заболеваниями. Бактериальный вагиноз (БВ) является одной из наиболее частых вагинальных патологий. По сути, это полимикробная инфекция, поэтому качество и количество лактобацилл и ряда анаэробных бактерии, особенно Mycoplasma hominis, Gardnerella vaginalis и штаммы Mobiluncus, играют роль в этой инфекции. R. Tamrakar et al. показали, что уровни Lactobacilli crispatus, L. jensenii и L. gasseri были значительно выше у женщин с нормальной микрофлорой влагалища, чем у женщин с БВ. Напротив, уровни мегасферы и лептотрихии были значительно ниже у женщин с нормальным влагалищным составом флоры, чем при БВ. В присутствии L. iners обнаружена повышенная колонизация бактериями, связанными с БВ, такими как Megasphaera, и Леп-тотрихия [68]. В более позднем исследовании показано, что Gardnerella vaginalis, Prevotella bivia, Atopobium vaginae и megasphaera играют важную роль в патогенезе БВ [69]. Состав вагинальной флоры также может изменяться во время менструального цикла из-за колебаний уровня эстрогена и гликогена и, следовательно, рН влагалища. Снижение эстрогена во время менструального цикла вызывает повышение уровня pH и поэтому может способствовать росту патогенных организмов, таких как Gardnerella vaginalis, Atopobium и Protella [70]. Использование противозачаточных препаратов, таких как депомедроксипрогестерона ацетат, может вызывать системные гипоэстрогенные состояния, связанные с истончением гликогено-богащенного вагинального эпителиального слоя, снижением колонизации Lactobacillus и ослаблением барьера вагинальной флоры против БВ [71]. Кортизол также может способствовать инфицированию БВ через изменение транскрипционных ядерных факторов. Ядерный фактор-каппа B (NF-κB (NFKB3-BCL3 proto-oncogen) уменьшает уровень антимикробных белков, таких как муцин, иммуноглобулины (IgA и IgG), бета-дефензин, ингибитор секреторной лейкоцитарной протеазы (SLPI6 – secretory leukocyte peptidase inhibitor 6), который обрадает антимикробной, антигрибковой и противовирусной активностью, нейтрофильный желатиназа-ассоциированный липокалин (NGAL или LCN2-MMP9 lipocalin 2), играющий роль во врожденном иммунитете, а также увеличивает уровень провоспалительных цитокинов [61].

Бактерии, ассоциированные с БВ, могут быть факторами риска воспалительных заболеваний органов малого таза, и воспаление верхних отделов половых путей может привести к раку яичника [72]. Анализ вагинальной микробиоты показал, что уменьшение количества Lactobacilli коррелирует с увеличением микробного разнообразия вагинальной флоры женщин и с наличием инфекции вируса папилломы человека (ВПЧ) [73]. Хотя ВПЧ-инфекция играет ключевую роль в патогенезе рака шейки матки, наличие вируса недостаточно само по себе. Такой фактор, как микробная флора шейки матки, также связан с развитием РШМ [74]. Фактически уменьшение количества Lactobacilli «прокладывает путь» для роста других микроорганизмов, вызывающих БВ, и для инфекции ВПЧ, о чем свидетельствует корреляция между БВ и развитием цервикальной интраэпителиальной неоплазии (CIN) [75]. Показано, что изменения микробного сообщества могут привести к модификации состава цервико-влагалищных метаболитов. Женщины с ВПЧ и дисплазией шейки матки имеют более разнообразный микробный состав, чем женщины с нормальным эпителием [67].

Хотя связь между дисбактериозом и развитием CIN остается во многом не изученной, тем не менее рекомендовано лечить это заболевание т. к. дисбактериоз повреждает эпителиальные клетки, что облегчает проникновение ВПЧ в клетки базального эпителия, и приводит к пролонгации жизненного цикла вируса, сопровождающегося длительной инфекцией и воспалением, развитием дисплазии и малигнизацией [75]. Известно, что длительная персистенция ВПЧ обеспечивает его интеграцию в геном клеток шейки матки, что резко увеличивает риск малигнизации CIN [76]. Взаимосвязь между количеством Lactobacillus iners , высоким уровнем ВПЧ инфекции и раком шейки матки подтверждена в некоторых исследованиях. В настоящее время на первый план в качестве важного этиологического фактора развития РШМ выдвигают метаболиты, продуцируемые анаэробными бактериями, которые увеличивают риск высококанцерогенной ВПЧ-инфекции [77, 78].

Заключение

Многочисленные данные литературы, подтверждающие важную роль микробиоты в развитии и прогрессировании рака, свидетельствуют о целесообразности использования характеристик микробиома в качестве маркеров риска малигниза-ции, прогноза клинического течения заболевания, показаний для назначения терапии и противоопухолевых эффекторов, а также модификации эффективности стандартных терапевтических воздействий. Роль микробиома в патогенезе ЗНО реализуется посредством его участия в неопластической трансформации эпителия; регуляции опухолевой прогрессии в условиях злокачественного процесса; модификации терапевтического эффекта лекарственных препаратов и разработке оригинальных противоопухолевых агентов на основе пробиотиков.

Имеющиеся сведения о механизмах взаимодействия микробиоты и факторов организма, способствующих неопластической трансформации эпителия, открывают перспективу профилактических воздействий, в первую очередь, с использованием пробиотиков, способных редактировать состав микробиоты, для усиления противоопухолевых свойств составляющих ее бактерий и воздействия на микроокружение опухоли. Для усиления противоопухолевых свойств микробиоты и пробиотиков применяются различные стратегии, включая генную инженерию. Ключевым вопросом для разработки специфичных вариантов пробиотических препаратов является взаимодействие пробиотиков с локальным иммунным компонентом, прежде всего с опухолеассоциированными макрофагами (ОАМ), которые могут как осуществлять толерогенный фагоцитоз и деградацию бактерий,