Микробиом мочевыводящего тракта в норме и патологии


страницы: 22-27

Мочевыводящие пути, ранее считавшиеся стерильным локусом организма, оказались вместилищем множества бактерий у здоровых людей. Обнаружение этого феномена привело к новым революционным исследованиям в урологии. Установлено, что микробиом мочевого тракта здоровых лиц может изменяться при урологических заболеваниях. На основании изучения микробиома могут быть разработаны новые диагностические и прогностические биомаркеры для использования в урологической клинической практике.

Представляем вашему вниманию обзор статьи специалистов в области урологии университета Малаги (Испания) I. M. Aragon, B. Herrera-Imbroda, M. I. Queipo-Ortun et al. В ней проанализированы данные литературы о роли микробиома мочевыводящих путей у здоровых людей и с различными нарушениями, а также о пользе пробиотиков и пребиотиков в лечении урологических заболеваний.

Известно, что в человеческом организме даже при состоянии полного здоровья обитают разнообразные микроорганизмы – бактерии, вирусы, дрожжеподобные грибы, простейшие. Количество микробных клеток примерно в десять раз превышает количество клеток самого человека. Под термином «микробиота» понимают многообразие микроорганизмов во всем макроорганизме, а термин «микробиом» обозначает совокупность генов всех микроорганизмов.

Программа Human Microbiome Project Национального института здоровья США была разработана в 2008 г. с целью комплексной оценки микробиома человека и анализа его роли в поддержании здоровья и развитии заболеваний человека. Первоначально в рамках этого проекта не планировались исследования микробиома мочевого пузыря. Одна из причин этого заключалась в том, что считалось неэтичным проведение биопсии мочевого пузыря или надлобковой аспирации у здоровых лиц, принимая во внимание возможность контаминации образцов мочи микроорганизмами из уретры. Кроме того, в течение длительного времени мочевой пузырь и моча при отсутствии клинических признаков патологии рассматривались как стерильные среды, поскольку технологических мощностей стандартних микробиологических методов было недостаточно, чтобы охарактеризовать полный спектр уринарной микробиоты. Достижения молекулярной биологии и совершенствование методов культивирования позволили определить специфический микробиом в локусах организма, которые ранее считались стерильными, в т.ч. мочевыводящие пути. Идентификация специфического микробиома в мочевыводящем тракте важна для понимания проблемы поддержания здоровья и/или развития определенных заболеваний. Однако трудно установить четкую связь между микробиомом и здоровьем или патологией без учета его изменения в течение жизни и в зависимости от сезона или под влиянием окружающей среды (инфекции, лечение, диета, гормональный статус или образ жизни). Таким образом, обнаружение уринарной микробиоты открыло новую область для исследований с целью разработки лечения, направленного на конкретные микроорганизмы.

Микробиом мочевыводящего тракта

вверх

Традиционно изучение уринарной микробиоты главным образом включало стандартное культуральное исследование мочи, имеющее существенные ограничения в отношении обнаружения полного спектра бактериальных видов. Внедрение новых методов, таких как секвенирование 16S рРНК и расширенное культуральное исследование мочи (expanded quantitative urine culture, EQUC) способствовало значительному расширению знаний о микробиоме мочевыводящих путей. Применение EQUC позволило выделить бактерии в 80% образцов мочи, для большинства из которых при стандартном посеве мочи был получен отрицательный результат. Обобщение результатов разных исследований уринарного микробиома у здоровых лиц представлено в таблице 1.

Таблица 1. Состав микробиома мочи у здоровых людей

Исследуемая популяция

Основные виды бактерий

Метод исследования

Авторы

Мужчины в возрасте ≈ 18 лет (n = 9)

Lactobacillus, Corynebacterium, Escherichia coli,

Streptococcus

Секвенирование 16S рРНК

Nelson D.E., Van Der Pol B., Dong Q. et al., 2010

Мужчины (n = 22) в возрасте ≥ 18 лет (в среднем 28 лет)

Lactobacillus, Sneathia, Veillonella, Corynebacterium, Prevotella,

Streptococcus, Ureaplasma, Mycoplasma, Anaerococcus, Atopobium,

Aerococcus, Staphylococcus, Gemella, Enterococcus,

Finegoldia

Секвенирование 16S рРНК

Dong Q., Nelson D. E., Toh E. et al., 2011

Женщины 27-67 лет (n = 8)

Lactobacillus, Prevotella, Gardnerella, Peptoniphilus, Dialister, Finegoldia, Anaerococcus, Allisonella, Streptococcus, Staphylococcus

Секвенирование 16S рРНК

Siddiqui H., Nederbragt A. J., Lagesen K., Jeansson S. L., Jakobsen K. S., 2011

Мужчины 24-50 лет (n = 11)

Женщины 22-51 года (n = 15)

Lactobacillus, Klebsiella, Corynebacterium, Staphylococcus,

Streptococcus, Aerococcus, Gardnerella, Prevotella, E. coli, Enterococcus

Секвенирование 16S рРНК

Fouts D.E., Pieper R., Szpakowski S. et al., 2012

Мужчины 14-17 лет (n = 18)

Corynebacterium, Lactobacillus, Staphylococcus, Gardnerella,

Streptococcus, Anaerococcus, Veillonella, Prevotella, E.coli

Секвенирование 16S рРНК

Nelson D.E., Dong Q., Van der Pol B. et al., 2012

Женщины (n = 12) (нет данных о возрасте)

Lactobacillus, Actinobaculum, Aerococcus, Anaerococcus, Atopobium,

Burkholderia, Corynebacterium, Gardnerella, Prevotella, Ralstonia,

Sneathia, Staphylococcus, Streptococcus, Veillonella

Секвенирование 16S рРНК

Wolfe A.J., Toh E., Shibata N. et al., 2012

Мужчины 39-86 лет (n = 6)

Женщины 26-90 лет (n = 10)

Лица обоих полов: Firmicutes;

женщины: Actinobacteria, Bacteroidetes

Секвенирование 16S рРНК

Lewis D.A., Brown R., Williams J. et al., 2013

Женщины (n = 24) (нет данных о возрасте)

Lactobacillus, Corynebacterium, Streptococcus, Actinomyces,

Staphylococcus, Aerococcus, Gardnerella, Bifidobacterium, Actinobaculum

Секвенирование 16S рРНК и/или усиленное культуральное исследование

Hilt E.E., McKinley K., Pearce M. M. et al., 2014

Женщины 35-65 лет (n = 58)

Lactobacillus, Gardnerella, Corynebacterium, Enterobacteriaceae,

Anaerococcus, Bifidobacterium, Streptococcus, Staphylococcus,

Sneathia, Peptoniphilus, Atopobium, Rhodanobacter, Trueperella,

Alloscardovia, Veillonella

Секвенирование 16S рРНК и/или EQUC

Pearce M.M., Hilt E. E., Rosenfeld A. B. et al., 2014

Женщины 35-65 лет (n = 60)

Lactobacillus, Gardnerella, Staphylococcus, Streptococcus,

Enterococcus, Bifidobacterium, Atopobium, Enterobacteriaceae

Секвенирование 16S рРНК и/или EQUC

Thomas-White K.J., Hilt E. E., Fok C. et al., 2016

Женщины (n = 10)

Anoxybacillus, Lactobacillus, Prevotella, Gardnerella, Arthrobacter,

E. coli, Shigella

Секвенирование 16S рРНК

Karstens L., Asquith M., Davin S. et al., 2016

 

Как следует из таблицы 1, исследования микробиома отличаются по полу участников, размеру выборки и используемым методам. Тем не менее следует отметить, что в целом наиболее распространенными видами микроорганизмов были Lactobacillus и Streptococcus. Оба эти вида являются молочнокислыми бактериями, тесно связанными с некоторыми тканями организма, включая урогенитальный тракт, где они играют защитную роль. Другие бактериальные виды (Alloscardovia, Burkholderia, Jonquetella, Klebsiella, Saccharofermentans, Rhodanobacter и Veillonella) реже обнаруживались в образцах мочи. Представленные результаты исследований свидетельствуют о том, что разнообразие идентифицированных микроорганизмов зависит от методов сбора мочи и метода оценки микробиома. В связи с этим Wolfe et al. сравнивали различные методики сбора мочи для выявления бактерий в мочевом пузыре и пришли к выводу, что лучшими являются надлобковая аспирация и трансуретральная катетеризация, поскольку таковые минимизируют контаминацию из вульвовагинальной области. При сравнении методов изучения микробиома обнаружено, что при секвенировании 16S рРНК и EQUC определяются аналогичные (но не идентичные) профили микробиома. Так, род Trueperella обнаруживали только при бакпосеве, тогда как Atopobium – только посредством секвенирования. Возможным объяснением этих различий является отсутствие роста некоторых бактерий в условиях, применеяемых при EQUC. В то же время эта методика способствует усилению роста других штаммов, представленных в образцах мочи в небольшом количестве. Ограничением метода секвенирования 16S рРНК является невозможность дифференциации живых, погибших и разрушенных бактерий. Однако в этом аспекте заслуживает внимания гипотеза, которая заключается в том, что все бактерии, обнаруженные с помощью секвенирования, в т.ч. и погибшие, в какой-то момент были живы в организме человека и таким образом способствовали созданию микробиома. Поэтому идентификация бактериальных сообществ (живых или мертвых) посредством секвенирования позволяет получить дополнительную информацию, которую невозможно почерпнуть с помощью культуральных методов.

Некоторые авторы изучали вариации уринарного микробиома в зависимости от пола и возраста. С помощью секвенирования 16S рРНК в образцах мочи мужчин и женщин разного возраста Lewis et al. обнаружили, что Jonketella, Proteiniphilum, Saccharofermentans и Parvimonas были выделены только у пациентов старше 70 лет. Вместе с тем в этой возрастной группе также идентифицировали другие бактериальные виды, которые обычно находятся в мочевыделительном тракте независимо от возраста. Что касается гендерных различий уринарного микробиома, то Fouts et al. пришли к выводу, что таковой характеризуется преобладанием Lactobacillales у женщин и Corynebacterium у мужчин. Такие результаты могут быть обусловлены различиями в составе мочи, особенностями мочеиспускания и навыками гигиены у детей, взрослых и пожилых людей, а также различиями анатомических и гистологических структур, типов/уровней гормонов у мужчин и женщин.

Микробиом мочевыводящих путей в норме и патологии

вверх

В нескольких исследованиях в рамках Human Microbiome Project была обнаружена связь между некоторыми заболеваниями и изменениями микробиома кожи, желудка или кишечника. Изменения уринарного микробиома наблюдались у пациентов с урологическими нарушениями, такими как недержание мочи, рак мочевого пузыря и предстательной железы, нейрогенный мочевой пузырь, интерстициальный цистит, инфекции, передающиеся половым путем (ИППП), и хронический простатит/синдром хронической тазовой боли.

Изменения микробиома при недержании мочи

Значимость уринарного микробиома при ургентном и стрессовом недержании мочи изучена в шести исследованиях. Pearce et al. (2014) и Karstens et al. (2016) изучали бактериальные сообщества мочевыводящего тракта здоровых добровольцев и женщин с ургентным недержанием мочи. Pearce et al. сообщили о более высокой концентрации Gardnerella и более низкой – Lactobacillus у пациенток, страдающих недержанием, по сравнению со здоровыми женщинами контрольной группы. Авторы второго из упомянутых исследований обнаружили различия в относительном содержании 14 бактериальных таксономических единиц у пациенток с ургентной инконтиненцией и без таковой. Кроме того, было отмечено, что симптомы недержания мочи более выражены у лиц с меньшим микробным разнообразием.

Микробиом при раке урогенитального тракта

Во многих исследованиях уделялось внимание взаимосвязи между микробиомом хозяина и предрасположенностью к злокачественным опухолям в органах, кроме мочевыводящего тракта. Имеются явные доказательства такой ассоциации при колоректальной аденокарциноме, раке желудка, толстого кишечника и гепатобилиарной системы. При этих новообразованиях бактерии могут влиять на риск рака, препятствуя, в частности, действию β-катенина (является ключевым модулятором пролиферации и выживания опухолевых клеток). Кроме того, бактерии могут модулировать риск развития рака посредством образования канцерогенных химических веществ (например нитрозаминов и ацетальдегида) в результате метаболизма. Xu et al. (2014) обнаружили изменения в микробиоме у пациентов с уротелиальной карциномой. У них по сравнению со здоровыми лицами выявлено повышенное содержание стрептококков в моче. Однако для подтверждения этих результатов требуются широкомасштабные исследования.

В исследовании H. Yu et al. (2015) продемонстрирована значительная вариабельность микрофлоры секрета простаты, мочи и семенной жидкости у пациентов с раком или доброкачественной гиперплазией предстательной железы. У мужчин со злокачественным новообразованием простаты обнаружено повышенное содержание Bacteroidetes, Alphaproteobacteria, Firmicutes, Lachnospiraceae, Propionicimonas, Sphingomonas и Ochrobactrum. Также у больных раком простаты отмечено большее количество E. coli в семенной жидкости и секрете железы и меньшее – в моче. Кроме того, у них было большее число энтерококков в семенной жидкости при отсутствии существенных различий в образцах мочи и простатическом секрете. Авторы выразили предположение о возможной роли микробиома в патофизиологии рака предстательной железы.

Микробиом при другой урологической патологии

В нескольких исследованиях изучали микробиом на фоне интерстициального цистита, нейрогенной дисфункции мочевого пузыря, ИППП, хронического простатита/синдрома хронической тазовой боли (табл. 2).

Таблица 2. Состав микробиома мочевыводящих путей при урологических заболеваниях

Контрольная группа

Основные виды бактерий, выделенные у лиц контрольной группы

Основная группа

Основные виды бактерий, выделенные у пациентов основной группы

Метод исследования

Авторы

Мужчины без ИППП (n = 9)

Lactobacillus, Corynebacterium, Streptococcus, E. coli

Мужчины с ИППП (n = 10)

Dialister, Gemella, Streptococcus, Sneathia, Prevotella, Aerococcus,

Veillonella, Atopobium

Секвенирование 16S рРНК

Nelson D.E. et al., 2010

Не определялась

-

Женщины с интерстициальным циститом

Lactobacillus, Gardnerella,

Corynebacterium, Prevotella,

Ureaplasma, Enterococcus,

Peptoniphilus, Anaerococcus,

Staphylococcus, Finegoldia,

Streptococcus, Dialister,

Atopobium, Proteus,

Cronobacter

Секвенирование 16S рРНК

Siddiqui H. et al., 2012

Здоровые мужчины (n = 11)

Здоровые женщины (n = 15)

g Lactobacillus, Klebsiella,

gCorynebacterium, gStaphylococcus, g Streptococcus,

Aerococcus, Gardnerella,

Prevotella, E. coli,

Enterococcus

Мужчины с нейрогенным мочевым пузырем

(n = 13)

Женщины с нейрогенным мочевым пузырем

(n = 14)

Lactobacillus, g Klebsiella,

Corynebacterium, Staphylococcus,

Streptococcus, Aerococcus,

Gardnerella, Prevotella,

g E. coli, g Enterococcus

Секвенирование 16S рРНК

Fouts D.E. et al., 2012

Не определялась

-

Пациенты с интерстициальным циститом (n = 233)

Bifidobacterium, Lactobacillus,

Propiniobacterium,

Corynebacterium, Streptococcus,

Staphylococcus, Corynebacterium,

Finegoldia

Ibis T-5000

Nickel J.C. et al., 2015

Бессимптомные мужчины или только с симптомами нижних мочевых путей (n = 25)

5 бактериальных видов преобладали в контрольной группе по сравнению с основной (например класс Bacillus)

Мужчины с хроническим простатитом/синдромом хронической тазовой боли (n = 25)

17 бактериальных видов преобладали в основной группе по сравнению с контрольной (например классы Clostridia и

Bacteroidia)

Секвенирование 16S рРНК

Shoskes D.A. et al., 2016

 

Анализ микробиома у женщин с интер­стициальным циститом показал явные различия в таксономическом составе, богатстве и разно­образии такового по сравнению с микробным профилем у здоровых лиц. В образцах мочи женщин с этой патологией было обнаружено значительное увеличение численности рода Lactobacillus и уменьшение богатства и разнообразия микрофлоры в целом. Наличие Lactobacillus обычно ассоциируется с поддержанием кислой среды во влагалище, что обеспечивает защиту против инфекций. Однако в некоторых исследованиях продемонстрировано, что специфические виды Lactobacillus, такие как L. delbrueckii и L. gasseri, могут быть связаны с инфекциями мочевыводящих путей и ургентным недержанием мочи соответственно. Nickel et al. сравнили микробиом нижних мочевых путей у женщин с обострением интерстициального цистита и без такового. Применив универсальную биосенсорную систему Ibis T-5000, ученые обнаружили более 80 различных видов микроорганизмов (более 30 родов) в образцах мочи. Хотя между двумя группами пациенток не было выявлено существенных различий в видовом составе микроорганизмов, у лиц с обострением симптомов отмечены более высокие уровни грибов, таких как Candida и Saccharomyces.

Сравнение микробиома методом секвенирования 16S рРНК проводилось у мужчин и женщин с нормальной функцией мочевого пузыря и у пациентов с нейрогенной дисфункцией. В моче здоровых лиц в значительно большем количестве выявляли Lactobacillus и Corynebacterium, тогда как при наличии патологии преобладали Klebsiella, Enterococcus и Escherichia.

Nelson et al. использовали секвенирование 16S рРНК для анализа бактериальной микрофлоры в моче здоровых мужчин по сравнению с мужчинами с ИППП. У инфицированных пациентов доминировали бактерии, которые не идентифицируются стандартным культуральным методом: Sneathia, Gemella, Aerococcus, Anaerococcus, Prevotella и Veillonella. Методом секвенирования также обнаружено, что у пациентов с хроническим простатитом/синдромом хронической тазовой боли повышено содержание класса Clostridia по сравнению с группой контроля. Эти изменения также были связаны с тяжестью клинической симптоматики и с функциональными нарушениями метаболизма.

Результаты всех упомянутых исследований свидетельствуют о том, что некоторые урологические заболевания могут быть прямо или косвенно ассоциированы с микробиомом мочевыводящих путей. Полученные данные вызывают новые вопросы о возможных причинно-следственных связях. Для разрешения вопроса о роли изменений микрофлоры в развитии патологии мочевыделительной системы и разработки новых диагностических и прогностических биомаркеров на основе исследования микробиома необходимы дальнейшие проспективные исследования.

Роль пробиотиков и пребиотиков при урологических заболеваниях

вверх

Эффективность пробиотических микроорганизмов в лечении различных заболеваний является спорной проблемой. Пробиотики, как правило, применяются для модификации микробиома кишечника. Изменения кишечной микрофлоры связаны с подавлением роста патогенов, дифференцировкой или стимуляцией барьерной функции кишечного тракта, иммуномодуляцией и пролиферацией эпителиальных клеток. Различные клинические исследования проводились также для изучения положительного эффекта некоторых бактериальных штаммов при урогенитальных инфекциях, раке мочевого пузыря и нефролитиазе.

Наиболее распространенным методом лечения инфекций мочевыводящих путей (ИМП) является антибактериальная терапия. Однако известно, что использование антибиотиков широкого спектра действия может отрицательно влиять на благоприятную бактериальную флору в организме хозяина и, как следствие, на чрезмерный рост патогенных бактерий.

Длительное применение антибиотиков приводит к формированию бактериальной резистентности к некоторым препаратам в 50% случаев. С учетом вышеизложенного были разработаны пробиотики как альтернативная или дополнительная терапия для профилактики и лечения ИМП. Благоприятный эффект в лечении ИМП был продемонстрирован для различных штаммов Lactobacillus, например L. rhamnosus GR1, L. fermentum RC-14 и L. reuteri B-54. Антибактериальная активность штаммов Lactobacillus в основном осуществляется за счет действия молочной кислоты на метаболизм углеводов в гликозаминогликановом слое вагинального эпителия. Выделение молочной кислоты обусловливает существенное снижение рН (рН ≤ 4,5) и приводит к созданию неблагоприятной микросреды для большинства патогенных бактерий.

Кроме того, Lactobacillus вырабатывают дополнительные метаболиты, обладающие антибактериальными свойствами, в т.ч. перекись водорода и бактериоцин. В исследовании Y. Aso et al. оценивали профилактическое действие препарата Lactobacillus casei для перорального применения у пациентов (n = 138) с поверхностной переходноклеточной карциномой мочевого пузыря. Результаты свидетельствовали, что штамм Shirota вида L. casei может быть эффективным в профилактике и лечении опухолей мочевого пузыря без инвазии в мышечный слой. Снижение риска рака мочевого пузыря при регулярном употреблении молочнокислых бактерий также было продемонстрировано в исследовании японских ученых (Ohashi Y. et al., 2002) с участием 180 пациентов.

Различные препараты молочнокислых бактерий использовались для лечения и других урологических заболеваний (например мочекаменной болезни) с противоречивыми результатами. В нескольких исследованиях была обнаружена обратная связь между колонизацией кишечника Oxalobacter formigenes и образованием камней, содержащих оксалат кальция. Эти бактерии необходимы для расщепления в организме поступающего с пищей оксалата. В исследовании D. W. Kaufman et al. (2008) взрослых пациентов (n = 247) с рецидивирующими оксалатными камнями продемонстрировано, что колонизация O. formigenes ассоциировалась с 70% снижением риска уролитиаза.

Обсуждение

вверх

До недавнего времени бактерии рассматривались в урологии только как патогенные агенты, вызывающие инфекции. Идентификация и характеристика специфического микробиома в мочевыводящем тракте здоровых лиц, а также определение его роли в развитии некоторых урологических заболеваний, вызвали множество новых вопросов в урологии.

  • Следует ли проводить скрининг микробиома мочевых путей перед назначением лечения?
  • Может ли искусственная модификация уринарного микробиома способствовать более низкому риску или лучшему контролю заболевания?
  • Влияют ли современные методы лечения на микробиом мочевыводящего тракта?
  • Какой эффект на микробиом оказывает применение пробиотиков, лекарственных средств или модификация диеты?

Урологические заболевания остаются проблемой, влияющей на качество жизни многих людей. Опции, используемые урологами, включают хирургическую и медикаментозную терапию и иногда пробиотики. Если трансплантация микробиома кишечника способствует улучшению состояния при некоторых заболеваниях кишечника, может ли быть обоснованной и эффективной трансплантация уринарного микробиома?

Биомаркеры на основе микробиома могут представлять собой новые диагностические и прогностические факторы для определенных урологических заболеваний. Тем не менее еще предстоит много работы, чтобы внедрить знания о микробиоме в урологическую практику, а именно:

  • согласовать стандартные процедуры в исследованиях микробиома мочевых путей;
  • охарактеризовать специфический микробиом разных отделов мочевыводящего тракта (мочевой пузырь, уретра и т.д.);
  • определить физиологические факторы, влияющие на микробные сообщества мочевыводящих путей, в т.ч. индивидуальные генетические характеристики;
  • проанализировать значимость уринарного микробиома как диагностического и прогностического биомаркера;
  • определить роль нарушений микробиома как фактора риска возникновения некоторых урологических заболеваний и возможного его взаимодействия с другими известными факторами риска.

Знания о микробиоме мочевыводящего тракта могут сыграть очень важную роль для улучшения диагностики, лечения и профилактики урологических заболеваний.

Выводы

вверх

Имеются доказательства того, что мочевыводящий тракт здоровых лиц содержит микробиом, который может изменяться при развитии заболеваний. Однако выводам относительно видов бактерий, ассоциированных с конкретным заболеванием, препятствует отсутствие согласованности в методологии, используемой исследователями. Тем не менее опубликованные до настоящего времени результаты открывают возможность дальнейшего изучения новых диагностических и прогностических биомаркеров на основе микробиома, которые могут быть использованы в клинической урологической практике.

Кроме того, несмотря на противоречивые мнения относительно использования пробиотиков и пребиотиков в лечении урологических заболеваний, все чаще появляются данные о возможности их использования в качестве первого этапа нормализации уринарного микробиома с целью снижения риска развития некоторых заболеваний мочевыводящих путей или как лечение таковых.

Подготовила Виктория Лисица

По материалам: I. M. Aragoґn, B. Herrera-Imbroda, M. I. Queipo-Ortuno et al.

The Urinary Tract Microbiome in Health and Disease.

European urology focus. 2018; 4: 128-138.

Поделиться с друзьями: