Тестикулярный микробиом у инфертильных мужчин

Сегодня в научных кругах широко известен и до казан тот факт, что средний человеческий организм на селяет в три раза больше клеток, отличных от человека, чем клеток самого человека, или приблизи тельно столько же [1]. Речь идет, конечно же, о челове ческом микробиоме, который является совокупностью всех микробных биотопов, колонизирующих ткани и биологические жидкости организма вместе с соответ ствующими анатомическими участками и, конечно, не существует изолированно от функционирования орга нов и систем, а также физиологического гемостаза человека [2]. В контексте геномики понятие «микро биом человека» также используется для обозначения коллективных геномов резидентных микроорганизмов [3].

К основным типам микроорганизмов, формирую щих различные вариации человеческого микробиома, относятся бактерии, археи, грибы, протисты и вирусы. Некоторые из них выполняют задачи, полезные для че ловека-хозяина, участвуя в формировании симбиоти ческих или комменсальных взаимоотношений. Те микробы, которые рутинно при физиологических про цессах жизнедеятельности не вызывают заболевания, считаются нормальной флорой или нормальной мик робиотой [4]. Парадокс заключается в том, что совре менному научному сообществу до сих пор не совсем ясна роль и конкретные функции большинства микро сообществ,несмотря на их видовое разнообразие и численное превосходство над клетками человеческого организма. В этой статье приведен обзор публикаций, прямо указывающих на степень важности оценки со стояния микробиома отдельных человеческих популя ций как фактора развития заболеваний,в том числе, урогенитального тракта.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Выполнен обзор литературы на основе данных опубликованных в базах Научной электронной биб лиотеки и PubMed . Поиск был проведен по ключевым словам: микробиом (microbiome); микробиота (microbiota); тестикулярная ткань (testicu lar tissue); азооспермия (azoospermia); секвенирование (sequencing); геном (genome); мужское бесплодие (male infertility). Всего было проанализировано 167 источни данного обзора были отобраны 48 публика ций.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Исследования микробиома

В последние годы все чаще публикуются работы, в основе которых лежит секвенирование генома микро биоты человека с целью детального ее изучения. В ис следованиях сообщается, что суммарно ДНК микробных колоний в организме содержит больше генов,от ветственных за выживание человека, чем непосред ственно человеческая ДНК, что заставляет задуматься о бактериальном микробиоме как об одном из осново полагающих звеньев в поддержании физиологического гомеостаза [5, 6].

Одной из самых изученных анатомических обла стей с точки зрения населяющих ее микробных популя ций является желудочно-кишечный тракт. В частности, триллионы микроорганизмов колонизируют кишечник человека. Они рассматриваются как потенциальные ключевые факторы здоровья и, как правило, имеют схо жее разнообразие у лиц сопоставимого географического и национального происхождения [7, 8]. Так, был проведен ряд масштабных исследований, посвященных вкладу этнической принадлежности в вариации микробиома и оценке его диверсификации на глобальном популяционном уровне [9, 10]. Происхождение и место проживания способствовали объяснению межиндивидуальных различий в составе кишечной микробиоты: исследователями были сформированы три основных полюса в зависимости от преобладания конкретных видов микроорганизмов – оперативных таксономических единиц (OTЕ, англ. – Operational Taxonomic Unit -OTU) классифицированных как Prevotella (марокканцы, турки, ганы), Bacteroides (африканские суринамцы, южноазиатские суринамцы) и Clostridiales (голландский) [11, 12]. Голландцы продемонстрировали наибольшее разнообразие кишечной микробиоты,а суринамцы Южной Азии – наименьшее с соответствующим истощением в многочисленных ОТЕ [13, 14]. Так, следует отметить, что этническое происхождение людей может быть важным фактором в структурном составе микробиоты человека, что необходимо учитывать при дальнейшем изучении данной темы и потенциальном будущем применении полученных результатов в этнических обществах [15]. Однако, на сегодня многообразие человеческого микробиома охарактеризовано лишь небольшими выборками из людей, живущих в отдельных географических точках, что диктует актуальность дальнейших исследований в этой области, а также их масштабирование, особенно в тканях, не относящихся к кишечнику, таких как урогенитальный тракт [16, 17].

Анализируя литературу и последние научные публикации, хочется отметить, что микробиота мужского урогенитального тракта, включая секрет семенной жидкости, остается одной из самых малоизученных в сравнении с другими биотопами человеческого организма [18]. На протяжении многих лет эякулят соматически здорового мужчины было принято считать стерильной средой, и, соответственно, обнаружение любого титра микроорганизмов ассоциировалось с наличием патологии [19]. Однако, многочисленными исследованиями подтверждено и доказано не только наличие специфического микробиома в каждой анатомической области тела, но и его огромное значение в развитии патологии. Так, микробиом в коже человека, кишечнике, ротовой полости, влагалище и уретре играет ключевую роль в здоровье человека, а также при заболеваниях самых различных этиологий, в частности, говоря в контексте урологической проблематики, при азооспермии [20 – 22]. Также микробиом кишечника может модулировать проницаемость гемато-семенникового барьера и может играть роль в регуляции эндокринных функций яичка, что является одним из аспектов научного «прорыва» последних лет в тематике микробиома – открытие синдрома повышенной эпителиальной проницаемости кишечника (СПЭП) [23].

Возвращаясь к проблеме азооспермии, важно упомянуть статистику: данная нозология затрагивает 1% общемировой мужской популяции и может быть причиной до 20% случаев идиопатического мужского бесплодия [24–26]. Азооспермия может быть вызвана отсутствием образования сперматозоидов в яичках (секреторная или необструктивная азооспермия; НОА) или неспособностью сперматозоидов достичь эякулята (экскреторная или обструктивная азооспермия; OA) [27]. В ряде авторитетных исследований было доказано, что в числе факторов,ответственных за азооспермию, лежит и генетика [28, 29]. В других работах изучалась роль микроорганизмов в развитии идиопатического мужского бесплодия [30, 31]. Так, Lactobacillus iners, Gardnerella vaginalis, Escherichia faecalis, Escherichia сoli и Staphylococcus aureus связаны с развитием необструктивной формы азооспермии,что было оценено с применением метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) и культуральных методик [32–34].

В масштабной работе по анализу микробиома в китайской популяции, приняли участие здоровые мужчины, пациенты с обструктивной (ОА) и необструктивной (НОА) формами азооспермии [35]. В общей сложности в исследовании было секвенировано 675 539 последовательностей ДНК и были получены 5 867 OTЕ. Наиболее распространенными типами были Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes и Actinobacteria, составляющие 98,14; 98,26 и 90,96% от общего числа типов в группах здорового контроля, OA и НОА соответственно. В частности, у мужчин с обеими формами азооспермии наблюдалось большее количество типов Bacteroidetes и Firmicutes, тогда как Proteobacteria и Actinobacteria встречались значительно реже в сравнении со здоровым контролем. Также микробное разнообразие между группами ОА или НОА имело более высокую степень сходства, чем группа контроля.

Дабы пояснить решительную важность результатов китайского исследования, следует сказать, что Fir-micutes — это тип бактерий, который включает известные патогены, а представители Bacteroides вызывают оппортунистические инфекции [36]. Увеличение числа Bacteroidetes и Firmicutes у пациентов с азооспермией ассоциировано с повышением риска не только урологического воспаления, но также и гинекологического (у половых партнеров таких мужчин). Также у пациентов с азооспермией наблюдалось снижение количества бактерий в семенниках по сравнению со здоровыми пациентами, то есть сперма пациентов с азооспермией содержит меньше полезных микробов по сравнению со здоровыми контролями [37, 38]. Однако количество OTЕ Campylobacter, Campyiobacteraceae и Plesiomonas в группе OA были увеличены. Большинство видов Campylobacter вызывают заболевания, поэтому это увеличение представляет потенциальный риск для здоровья пациентов с азооспермией [39].

Следует сказать, что размер выборки, используе мый в большинстве работ, может быть недостаточным для полного понимания реального микробиологиче ского состава спермы мужчин с азооспермией, что дик тует необходимость дальнейшего научного развития в этой области.

ОБСУЖДЕНИЕ

Представленные данные новы и дискутабельны, однако, основное число предыдущих исследований было посвящено нескольким типам бактерий и основы валось на качественном анализе и выявлении связи между различными микробиомами и качеством спермы как таковой, а полного понимания конфигурации бак териальных сообществ в сперме, в частности, в россий ской мужской популяции, на сегодня нет [40, 41].

Отдельно хочется отметить,что недавние дости жения в технологии секвенирования следующего поко ления (NGS) позволили по-новому взглянуть на роль микробов в организме человека, позволив выявить плейотропные эффекты последних. Таким образом, метод секвенирования представляет собой современ ную платформу для изучения взаимосвязи между мик робиотой человека и спермы [42, 43]. Результаты могут быть полезны для разработки клинической терапии в теме профилактики и лечения азооспермии.

Таким образом, анализ микробиома впервые по казал, что тестикулярная ткань человека не является микробиологически стерильной средой, а также пред ставил новые данные о бактериологическом составе мужского урогенитального тракта и позволил заду маться об исключении любого потенциального вклада микробных сообществ, присутствующих в соседних анатомических областях. По результатам китайского исследования,ткани яичка с нормальным сперматоге незом охарактеризованы доминированием Actinobac teria, Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria. И, наоборот, повышенное количество Actinobacteria и Fir-micutes выявлено в яичках мужчин с необструктивной формой азооспермии. Данные результаты имеют по тенциальную клиническую значимость, так как в лите ратуре, например, неоднократно было описано, что два рода класса Clostridia (т. е. Anaerococcus и Peptoniphilus) связаны с подвижностью сперматозоидов человека [44] и морфологией [45]. Поэтому характеристики спермы на предмет содержания определенных видов микро организмов могут представлять собой надежный кли нический маркер для прогнозирования репродуктив ного здоровья и качества спермы. Также ранее сообща лось, что те же четыре типа, наблюдаемые в нормозо оспермических тестикулах, доминируют и в кишечнике человека [46]. Кишечный микробиом претерпевает ко лоссальные изменения в процессе старения,включая как снижение биоразнообразия, так и уменьшение про центного представления Firmicutes, что связано с хро ническими вялотекущими процессами воспаления астенией, соматической патологией [47, 48]. Интересно что модификации микробиома, обнаруженные у муж чин с НOA, аналогичны тем, которые ранее были вы явлены в кишечнике пожилых людей,что может быть рассмотрено как дополнительное свидетельство мик робиологически раннего старения мужчин НOA на уровне яичек.

ВЫВОДЫ

• 1.    Анализ микробиома впервые показал, что тести кулярная ткань человека не является микробиологиче ски стерильной средой.

• 2.    Характеристики спермы при установлении опре деленных видов микроорганизмов могут представ лять собой надежный клинический маркер для прогно зирования репродуктивного здоровья и качества спермы.

• 3. Необходимы более масштабные исследования чтобы подтвердить предварительные выводы о том, что ткань яичка не является микробиологически стериль ной, и что яички мужчин с НOA содержат более дисбио тическое бактериальное сообщество.