Роль кишечной микробиоты при иммунотерапии рака толстой кишки

Колоректальный рак (КРР) является одной из ведущих причин смертности от онкологических заболеваний в мире [1]. В зависимости от этиологии и патогенеза, КРР классифицируется на спорадический, наследственный и воспалительный. Считается, что в рамках многоэтапного процесса, включающего генетические факторы, образ жизни, особенности пищевого поведения и хроническое воспаление путем накопления множества генетических и эпигенетических изменений происходит возникновение и прогрессирование рака толстой кишки [2–6]. Хроническое воспаление является важным фактором риска, ряд исследований показали, что 5-летний накопительный риск возникновения воспалительного заболевания кишечника (ВЗК) составляет 33%–54% [7–9]. Кроме того, у пациентов с ВЗК, риск развития КРР в 2–4 раза выше, чем у пациентов без воспалительного агента [10].

Хотя множественные мутации необходимы как для воспалительного, так и для спорадического КРР, рак толстой кишки сопряженный с воспалительным процессом может ускорить гиперметилирование, хромосомную и микросателлитную нестабильность и изменить постоянство и разнообразие КМ [11,12,13]. В свою очередь, дисбактериоз кишечных бактерий связан с потерей функции эпителиального барьера, патогенезом ВЗК и колит-ассоциированным КРР [14,15]. Таким образом, эффективная профилактика и лечение ВЗК может значительно снизить частоту колит-ассоциированного КРР.

Из этого следует, что КМ человека, будучи гетерогенной и содержащей по меньшей мере 1000 разновидностей микроорганизмов, необходима для переваривания пищи, контроля кишечного эпителиального гомеостаза и здоровья человека в целом [14].

Симбиотические бактерии слизистой оболочки кишечника повышают его гомеостаз и ингибируют кишечную колонизацию патогенами. При нарушении баланса КM нарушается и слизистая оболочка кишечника, и функция врожденного иммунитета, а количество относительных патогенных факторов растет, что вызывает хронические воспалительные и инфекционные заболевания.

Первоначально, при исследовании мышей с карциномами толстой кишки была выявлена важная модуляционная роль КМ в канцерогенезе, индуцированном воспалением, в замедлении роста опухоли [16,17]. Например, есть данные что у особей, имевших признаки дезорганизации КМ, вызванной приемом антибиотиков, наблюдалось снижение выработки фактора некроза опухоли и, как следствие, снижение эффективности противоопухолевой терапии [18]. Кроме этого, многочисленные виды бактерий, такие как Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum и Peptostreptococcus stomatis имеют высокую степень сродства с КРР [19]. Между тем, некоторые кишечные бактерии могут влиять на чувствительность к химио- и лучевой терапии у пациентов КРР [20,21]. Исследования Vétizou M, PittJM et al. показали, что КM также играет роль в ответе, опосредованном действием ингибиторов иммунных контрольных точек [22,23].

В настоящее время хирургия, химиотерапия и лучевая терапия улучшили выживаемость больных раком толстой кишки и, в определенной степени, снизили частоту рецидивов [24]. При этом 35% пациентов КРР диагностируются уже с имеющимися отдаленными метастазами, что является основной причиной смертности [25]. Очевидно, что профилактика и ранняя диагностика имеют большое значение для прогноза и лечения больных раком толстой кишки.

Таким образом, КМ является обнадеживающим звеном в клиническом применении и играет многообещающую роль в терапии КРР.

Из анализа данных следует, что изменение КМ при химио- и иммуннотерапии рака толстой кишки, определение профиля безопасности и эффективности является крайне необходимым.

Взаимосвязь КМ и рака толстой кишки

Анализ ряда зарубежных исследований показал, что КМ способствует развитию КРР посредством изменения бактерио-кишечных биопленок, гомеостаза микроокружения и иммунной реакции. Бактериальные биопленки состоят из высокоорганизованных многоорганических структур в микробных сообществах слизистой оболочки в кишечнике человека и выступают в качестве первой линии защиты от инвазивных индуцированных микробами воспалительных реакций и продуцирования генотоксических соединений, полученных из бактерий [26–28]. Недавно было выявлено, что уменьшение биологического разнообразия и богатства микробной составляющей с увеличением видов Fusobacterium, Peptostreptococcus, Bacteroides, Eubacterium, Proteobacteria, Prevotella и Clostridium наблюдалось у пациентов с КРР [29,30–34]. У них F. nucleatum способствует переходу предракового состояния в онкологический процесс, а также прогрессированию рака толстой кишки [35,36]. Дальнейшие исследования показали, что F. nucleatum содействует пролиферации клеток КРР посредством индуцирования воспалительной реакции и увеличения количества миелоидных иммунных клеток, подавляющих пролиферацию Т-клеток, тем самым индуцируя Т-клеточный апоптоз [37,38]. Следовательно, КМ является важным аспектом в инициировании и прогрессировании рака толстой кишки.

Взаимосвязь КМ и иммуноонкологии

На сегодняшний день известно, что иммунотерапия способна стимулировать и мобилизировать иммунную систему человека, а также усиливать противоопухолевый иммунный ответ в опухолевом микроокружении, что в конечном итоге вызывает апоптоз раковых клеток и ингибирует рост опухоли. В то же время, отрицательная регуляция опухолевого иммунного ответа является наиболее важной причиной ускользания от противоопухолевой иммуно- терапии, преимущественно за счет рекрутирования или индуцирования воспалительных клеток, включая регуляторные Т- клетки (Treg), миелоидные супрессорные клетки (MDSC) и макрофаги [39]. Кроме этого, цитотоксический Т- лимфоцит-ассоциированный антиген 4 (CTLA-4), рецептор программируемой смерти (PD-1) и лиганд программируемой смерти (PD–L1), иммуносупрессивные цитокины противоопухолевого иммунного ответа, такие как TGF-β, интерлейкин-10 (IL-10), IL-17 и IL-6, также участвуют в отрицательной регуляции опухолевого иммунитета [40–43]. Несколько работ показали, что КМ имеет большую прогностическую ценность при ответе на лечение ингибиторами контрольных точек (check-points inhibitors-ICK) [44–46].

Имеются данные, что Treg могут ингибировать функцию CD4+ T-клеток, CD8+ Т-клеток, дендритных клеток (DC) и естественных киллеров (NK), способствуя формированию иммуносупрессивного микроокружения опухоли [47]. По мнению Geis AL, Fan H et al., амплификация Treg тесно связана с КМ, Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) — ассоциированным хроническим воспалением и канцерогенезом толстой кишки у мышей посредством усиления пролиферации Treg и продуцирования IL-17 [48]. Соответственно, дисбаланс КМ может приводить к усилению регуляции IL-17 в эпителиальных клетках кишечника посредством TLR/MyD88-зависимого сигнального пути в процессе канцерогенеза [49]. Эти исследования подтверждают идею о том, что подавление отрицательных регуляторно-ассоциированных воспалительных клеток и иммуносупрессивных цитокинов путем улучшения КM могут быть перспективной стратегией противоопухолевой иммунотерапии (рис. 1).

Анализ ряда зарубежных исследований показал, что клетки CD4+ CD25+ Treg могут ингибировать иммунную функцию активированных Т-клеток, усиливая экспрессию CTLA-4, которая объединяет B7 на антиген-презентативной клетке (АПК) и затем антагонизирует активацию передачи CD28/B7 и противоопухолевого иммунного ответа [50,51]. По данным исследований на опухолевых образцах животных и людей, одновременное применение антител против CTLA-4 и Bacteroides благоприятно влияет на иммунный ответ DC и Т-клеток с противоопухолевыми свойствами [52]. Кроме того, было обнаружено, что количественное увеличение Bacteroides коррелирует с резистентностью к развитию CTLA-4 –индуцированного колита [53].

Помимо CTLA-4, другой ингибитор иммунной контрольной точки — PD-1 — может связываться с рецептором на поверхности опухолевой клетки PD–L1, сенсибилизировать PD-1/PD–L1 сигнальный путь и стимулировать опухолевые клетки к ускользанию от иммунного надзора и апоптозу [54]. В недавнем исследовании Gopalakrishnan V. et al. утверждалось, что бактерии Clostridiales обнаружены в микробиоме кишечника больных меланомой, подвергавшихся анти-PD-1 иммунотерапии, где основополагающим механизмом может быть усиление пролиферации эффекторных Т-клеток и ингибирование уровня иммуносупрес-

Рисунок 1. Роли кишечной микробиоты в регуляции опухолевого иммунитета.