Микробиом животного и рак: трансляционная перспектива

Catarina Sofia Aluai-Cunha, Catarina Alves Pinto, Isabel Alexandra Duarte Ferreira Lopes Correia, Cláudia Alexandra dos Reis Serra, Andreia Alexandra Ferreira Santos

Источник: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/vco.12892
Перевод: Сергеева Е.С.

 

Абстракт

Рак является серьезной глобальной проблемой здравоохранения как у людей, так и у животных, с постоянным ростом смертности и заболеваемости. Комменсальная микробиота участвует в регуляции ряда физиологических и патологических процессов как внутри желудочно-кишечного тракта, так и в отдаленных тканях. Рак не является исключением, и было описано, что различные аспекты микробиома оказывают противо- или проопухолевое действие. С помощью новых методов, таких как высокопроизводительное секвенирование ДНК, были в значительной степени описаны микробные популяции человеческого тела, и в последние годы появились исследования, в большей степени ориентированные на животных-компаньонов. В целом, недавние исследования фекальной микробной филогении и функциональных возможностей кишечника собак и кошек показали сходство с кишечником человека. В этом трансляционном исследовании мы рассмотрим и обобщим связь между микробиотой и раком у людей и домашних животных, а также сравним их сходство с типами новообразований, уже изученных в ветеринарной медицине: мультицентрическая и кишечная лимфома, колоректальные опухоли, неоплазия носа и мастопатия. клеточные опухоли. В контексте One Health интегративные исследования микробиоты и микробиома могут способствовать пониманию процесса онкогенеза, а также дают возможность разработать новые диагностические и терапевтические биомаркеры как для ветеринарной онкологии, так и для онкологии человека.

 

Введение

Микробы оказывают огромное влияние на своего хозяина, в том числе и на организм животного. Микробиота включает в себя эклектичное разнообразие микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы, простейшие, археи и грибы, и эта экосистема адаптируется у любого животного, создавая симбиотические и патобионтные отношения, которые привлекают все большее внимание в связи с ее ролью в патогенезе [1]. Микробиота метаболизирует слущенный эпителий, клетки, непереваренные субстраты и эндогенную слизь, прошедшие через тонкий кишечник, ферментация которых приводит к выработке короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), которые поставляют энергию для роста эпителиальных клеток и бактериального метаболизма. В этом контексте исследование показывает, что незараженным крысам требуется на 18% больше калорий, чем обычным крысам, для поддержания уровня энергии [2].

Сбалансированные микробные популяции могут играть роль в иммунном гомеостазе и тренировке иммунной системы [1]. Когда этот баланс нарушается, изменение состава микробиоты может вызвать хроническое воспаление, нарушение эпителиального барьера и чрезмерный рост опасных бактерий. Каждый из этих факторов был связан с канцерогенезом [3,4]. Уменьшение общего бактериального разнообразия (альфа-разнообразия) [5-8], снижение стабильности микробных сообществ [9] и уменьшение количества облигатных анаэробов типов Firmicutes и Bacteroidetes с последующим увеличением у факультативных анаэробов, включая представителей семейства Enterobacteriaceae [5,7-12], были описаны как три основных признака дисбактериоза у разных видов.

Неопластические заболевания являются основной причиной смерти взрослых собак: ежегодный уровень заболеваемости раком составляет 381 на 100 000 собак и 4 миллиона новых случаев рака ежегодно, что аналогично зарегистрированным у людей 454 на 100 000 с 18 миллионами новых случаев рака в год [13-15]. Ожидается, что микроорганизмы могут быть причиной 15–20% случаев рака [16], в том числе неоплазий желудочно-кишечного тракта (например, колоректальных аденокарцином и рака желудка), связанных с хроническими воспалительными процессами [17-19]. Это крайне важно понять, что бактерии можно наблюдать в самой опухолевой ткани, в нормальных прилегающих тканях и в участках опухоли [20]. Микроорганизмы, прилегающие, внутри и вдали от опухоли, могут быть вовлечены в развитие рака и взаимодействие между этими микробными сообществами с опухолью. Эффекты микробиома кишечника способны влиять на прогрессирование заболевания [20]. Более того, в образцах фекалий могут содержаться транзиторные организмы, которые не представляют собой микробиоту, связанную со слизистой оболочкой кишечника [21]. Следовательно, для идентификации бактерий, участвующих в канцерогенезе, важно различать микробиоту, связанную со слизистой оболочкой. В опухолевых тканях с неопухолевыми тканями [22,23] В моделях колоректального рака in vivo более низкая заболеваемость у стерильных или обработанных антибиотиками животных доказывает, что кишечные бактерии могут играть причинную роль [24,25].

Одной из наиболее известных связей между раком и бактериями является пример Helicobacter pylori при карциноме желудка человека. Было показано, что элиминация H. pylori приводит лишь к минимальному снижению заболеваемости раком желудка и, следовательно, доказательства того, что одиночный микроорганизм может быть причиной рака, не ясны. У мышей это также было связано с раком желудка, печени, толстой кишки и молочной железы [26].

Распознаваемые внутриклеточными Toll-подобными рецепторами (TLR), молекулярные паттерны, ассоциированные с микроорганизмами (MAMP), вызывают высвобождение активных форм кислорода и азота и, следовательно, мутации в нескольких генах, в том числе кодирующих клеточный опухолевый антиген p53.1. также инициируют воспалительный иммунный ответ и TLR-активируемую аутофагию, способствуя тем самым канцерогенезу (рис. 1).

 

Рисунок 1. Бактериальная микробиота может способствовать канцерогенезу. Консервативные, специфичные для микробов молекулы, называемые молекулярными структурами, связанными с микроорганизмами (MAMP), при распознавании иммунными клетками способствуют высвобождению активных форм азота и кислорода (RNS и ROS) и, следовательно, мутациям и повреждению ДНК, способствуя канцерогенезу.

 

Некоторые бактерии могут изменять микроокружение и ускорять процесс канцерогенеза. Примеры включают Mycobacterium Tuberculosis, Chlamydia pneumoniae, Acidovorax в легких и в толстой кишке, Fusobacterium nucleatum и Bacteroides fragilis (рис. 2). B. fragilis может секретировать факторы вирулентности, такие как VacA (вакуолирующий цитотоксин А), уреаза, CagA (ген А, связанный с цитотоксином) и NapA2 (белок А, активирующий нейтрофилы), которые приводят к хроническому воспалению и повреждению ДНК хозяина, что может способствовать канцерогенезу и прогрессирование опухоли [1]. Чтобы стимулировать передачу сигналов β-катенина, F. nucleatum использует Fap2 для проникновения в клетки через горячий полисахарид (Gal-GalNAc) и взаимодействия с E-кадгерином. Этот механизм приводит к сверхэкспрессии NFK-β, ERK, STAT и модулирует рекрутирование и пролиферацию иммунных клеток, выживаемость клеток, миграцию и развитие колоректального рака.

 

Рисунок 2. Патогенные виды бактерий с признанным участием в процессе канцерогенеза в легких, желудке и толстой кишке человека (на основе Astudillo-de la Vega et al.1).

 

Другим важным процессом грамотрицательных бактерий, таких как Escherichia coli, Shigelladysenteriae, Campylobacter jejuni и Helicobacter sp., является выработка генотоксинов, которые, как известно, влияют на целостность ДНК, таких как токсин колибактин (продуцируемый штаммами E. coli) и Цитолетальный расширяющий токсин (CDT) вызывает разрывы двухцепочечной ДНК в клетках, что способствует канцерогенезу. Эти бактериальные факторы нарушают равновесие хозяина, воздействуя на онкогены или гены-супрессоры опухолей и стимулируя нестабильность генома хозяина [27,28].

 

Микробиота у животных-компаньонов и человека

В микробиоте кишечника человека, по оценкам, насчитывается 1000 видов бактерий, в среднем 2000 генов на вид, что дает примерно 2 000 000 генов [29]. У собак кишечный микробиом включает около 1 200 000 генов [30], и исследования показывают, что у собак и кошек Филогения и функциональные возможности кишечных фекальных микробов аналогичны таковым в кишечнике человека [31].

Эти сложные сообщества микробов, как у людей, так и у животных, населяют в основном желудочно-кишечный тракт и полость рта, а также другие ткани, такие как кожа, грудь, дыхательные и мочевыводящие пути, со специальными бактериальными сообществами [31-36] The Human Microbiome Project (http ://www.hmpdacc.org) и «Метагеномика кишечного тракта человека» (http://www.metahit.eu) — международные проекты, направленные на описание микробиоты в нескольких нишах человеческого организма. Было подтверждено, что в разных участках человеческого тела присутствуют различные наборы бактериальных популяций при сравнении бактериальных последовательностей полости рта, кожи и урогенитальных органов с последовательностями, присутствующими в толстом кишечнике и фекалиях здоровых людей [37].

Эти исследования показали, что разнообразие кожных бактерий зависит от топографического местоположения на теле, однако анализ микробиомов на различных участках кожи показывает, что сходные среды обитания, такие как подмышечные впадины и подколенные ямки, имеют схожий микробный состав. Большинство бактерий подразделяются на четыре типа: Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria и Bacteroidetes [38,39]. Например, виды Propionibacterium доминируют в сальных областях, таких как заушная складка, спина и лоб, тогда как виды Staphylococcus и Corynebacterium доминируют во влажных областях, таких как подмышки. Обильные грамотрицательные микроорганизмы, которые, как ранее считалось, колонизировали кожу и редко загрязняли желудочно-кишечный тракт, были обнаружены в микробиомах мест обитания сухой кожи, таких как предплечье или нога [38].

Кроме того, было показано, что во рту человека обитает около 1000 видов бактерий, включая представителей типов Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria, Spirochaetes, Synergistetes и Tenericutes, а также некультивируемых подразделений GN02, SR1 и TM7 [40]. Исследования, основанные на филогенетическом составе Исследования кишечника здорового человека показали, что Firmicutes, Bacteroidetes и Actinobacteria составляют большую часть доминирующих типов бактерий и меньшие доли Proteobacteria и Verrucomicrobia [37,41-44]. Эти преобладающие и доминирующие OTU включали представителей родов Faecalibacterium, Ruminococcus, Eubacterium, Dorea, Bacteroides, Alistipes и Bifidobacterium [43].

Микробиом кишечника собаки имеет более высокое функциональное и таксономическое сходство с человеческим, чем микробиом кишечника свиней или мышей [30]. Из-за обмена микробами в одной и той же среде домашние животные являются исключительной экспериментальной спонтанной моделью человека для изучения микробиома [45]; например, энтерококки из кишечной микробиоты кошек и собак могут действовать как пул генов устойчивости к человеческим патогенам [46]. У здоровых собак описан следующий состав сообщества бактерий в зависимости от местоположения на теле:

Кожа: на поверхности доминирующим типом являются Proteobacteria, включая семейства Enterobacteriaceae, Moraxellaceae, Neisseriaceae, Oxalobacteriaceae, Pasteurellaceae и Pseudomonadaceae, за которыми следуют Actinobacteria (семейства Corynebacteriaceae, Nocardioidaceae и Propionibacteriaceae), Bacteroidetes (семейства Bacteroidaceae и Paraprevotellaceae) и Firmicutes (семейства). Bacillaceae, Clostridiaceae, Staphylococcaceae и Streptococcaceae), хотя численность этих трех последних типов варьируется в зависимости от участка тела [47-49].

Ушной канал: наблюдается более высокая численность представителей типов Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Fusobacteria [50-53].

Носовая полость: самыми богатыми бактериальными типами являются Proteobacteria, Bacteroidetes и Firmicutes [34,47,54], из которых Tenericutes также были доминирующими в исследовании [55]; на уровне рода Moraxella spp. [47,54,55], и Psychrobacter spp. были наиболее многочисленными таксонами [55]. Другие типы, такие как Verrucomicrobia, Cyanobacteria и Planctomycetes, также могли присутствовать, вероятно, через контакт с почвой [55].

Дыхательные пути: мазки из ротоглотки и жидкость бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) собак показали, что численность протеобактерий увеличивается вдоль дыхательных путей, более преобладая в нижних путях [55]. Кроме того, Bacteroidetes, Firmicutes и Fusobacteria входят в число четырех наиболее распространенных типов в дыхательных путях. ротоглотка; преобладающими семействами являются Pasteurellaceae, Moraxellaceae и Porphyromonadaceae. В БАЛЖ актинобактерии более распространены наряду с Firmicutes и Bacteroidetes; на уровне рода преобладают Cutibacterium, Acinetobacter, Streptococcus, Brevundimonas и Pseudomonas с некоторой внутривидовой изменчивостью [55,56].

Влагалище и эндометрий: в эндометрии больше бактериального разнообразия, а во влагалище выше по богатству. Наиболее распространенными типами являются Proteobacteria, Bacteroidetes и Firmicutes [57] Hydrotalea, Ralstonia и Fusobacterium составляют почти 60% OTU, выявленных во влагалище. В эндометрии микроорганизмы более распространены, где основными родами являются Pseudomonas, Staphylococcus и Corynebacterium [57]. Репродуктивный тракт кобелей практически не документирован.

Мочевые пути: вопреки ранее признанному мнению, в этой области у здоровых собак обитают микроорганизмы. Доминирующим типом являются Proteobacteria с относительным обилием родов Pseudomonas spp., Acinetobacter spp. и виды Sphingobium. до 80%, 5% и 4,5% соответственно [36].

Полость рта: Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Fusobacteria являются наиболее доминирующими типами, о которых сообщают несколько авторов [58-61].

Желудочно-кишечный тракт: в двенадцатиперстной, тощей, подвздошной, ободочной и прямой кишке собак тип Firmicutes наиболее распространен во всех отделах кишечника, особенно отряд Clostridiales [62]. Lactobacillales широко представлены в двенадцатиперстной, тощей и толстой кишке [62]. Протеобактерии были наиболее распространенным типом в тонком кишечнике и значительно ниже в толстой кишке являются Enterobacteriales и Campylobacteriales (преобладающие отряды в двенадцатиперстной кишке), а в подвздошной кишке — Enterobacteriales и Clostridiales. Также сообщалось, что популяция типов Fusobacteria и Bacteroidetes увеличивается в дистальных отделах толстой кишки и имеет низкую численность в тонкой кишке [62,63]. В кале от самой низкой до высокой зарегистрированной численности типов представлены Actinobacteria, Proteobacteria и Firmicutes, за которыми следуют Fusobacteria и Bacteroidetes [64-66]. На уровне рода Fusobacterium, Bacteroides и Prevotella являются наиболее распространенными таксонами [65]. У генетически родственных собак наблюдался более низкий межиндивидуальный микробный состав фекалий, чем у неродственных собак, что подчеркивает роль генетики в модуляции микробиота кишечника собак [64,67]. Размер собаки также может влиять на микробиоту кишечника [66]; было описано более высокое содержание Bacteroides и Faecalibacterium у маленьких собак и более высокое содержание Collinsella и Lactobacillus у крупных собак [68]. Более того, у крупных собак наблюдается более высокое бактериальное разнообразие из-за различий в физиологии кишечника, что усиливает бактериальную ферментацию [66].

Было признано, что традиционные методы, основанные на культурах, не позволяют точно описать популяции бактерий и недооценивают биоразнообразие в сложных биологических экосистемах, поэтому были изучены новые различные технологии для определения филогении и функциональной способности кишечной микробиоты [69]. При сравнении секвенирования следующего поколения Ключевым отличием технологий количественной полимеразной цепной реакции (кПЦР) является сила открытий. Хотя оба метода обладают высокой чувствительностью, кПЦР может обнаруживать только известные последовательности, а с другой стороны, NGS не требует предварительного знания информации о последовательностях, обеспечивает более высокую способность обнаружения для обнаружения новых генов и более высокую чувствительность для количественной оценки редких вариантов и транскриптов. Ожидается, что молекулярная методология сможет выявить большее бактериальное разнообразие в кишечном тракте кошек. Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) — это метод, основанный на гибридизации флуоресцентно меченных олигонуклеотидных зондов с дискретными областями целевой 16S рРНК внутри целых бактериальных клеток, позволяющий подсчитывать как культивируемые, так и некультивируемые фракции кишечной микрофлоры [69]. Используя этот метод, исследование Иннесса и др. [69] обнаружило большую численность Bacteroides spp. и виды бифидобактерий у здоровых кошек, за которыми следуют Lactobacillus-Enterococcus subgp., Clostridium histolyticum subgp. и Desulfovibrio spp. [69]. В другом исследовании [70] в фекалиях кошек с использованием метода секвенирования малой субъединицы рибосомальной РНК, гена 16S рРНК, который повсеместно присутствует у всех бактерий и архей, были обнаружены следующие основные бактериальные типы: Firmicutes (68 %), за ними следовали Proteobacteria (14%), Bacteroidetes (10%), Fusobacteria (5%) и Actinobacteria (4%) [70]. Основными отрядами были Clostridiales (54%), за которыми следовали Lactobacillales в тощей кишке и Bacteroidales в подвздошной кишке.

Применяя методы пиросеквенирования гена 16S рРНК нового поколения 454, Гарсия-Маскорро и др. [71] сообщили, что наиболее распространенными фекальными бактериальными типами являются Firmicutes (92–95%) и Actinobacteria (4–7%), а также Proteobacteria, Bacteroidetes и фузобактерии, составляющие менее 1% от общей численности сообщества. Эти последние исследования показывают, что основные типы, присутствующие в микробиоте кишечника человека и моделей грызунов, аналогичны таковым в микробиоте кишечника собак и кошек, где доминируют Firmicutes и Bacteroidetes.

Коэльо и др., [30] на основе профилирования каталога генов микробиома кишечника собаки, показали, что микробиом собаки ближе к микробиому человека, чем микробиом свиней или мышей, и существует более высокая степень гомологии между генами рака у собак и человека, которые может быть аргументом в пользу актуальности переводческих исследований в этой области исследований. Собаки были одомашнены в начале современной истории человечества и часто делили пищевые ресурсы с людьми, что было предложено как селективная сила в пищеварительной и метаболической системе собак после одомашнивания. Предварительные результаты исследований на собаках могут быть использованы для разработки клинических испытаний на людях, что повысит эффективность и сократит ненужные эксперименты на людях. Например, в 1995 году успешное испытание липосомального мурамилтрипептида (L-MTP-PE) на собаках с остеосаркомой помогло определить приоритет III фазы педиатрических исследований этого препарата. Более того, в отличие от более часто используемых моделей на мышах, собаки, больные раком, сохраняют свою естественную иммунную систему и микроокружение опухоли. Влияние факторов окружающей среды на рост рака также можно изучать на домашних собаках, которые не находятся в контролируемых условиях [30].

 

Микробиота и рак

Молекулярные механизмы, с помощью которых бактерии могут быть вовлечены в канцерогенез, многочисленны, и их можно разделить на геномную интеграцию и генотоксичность. Основными причинами являются иммунологические модификации, которые нарушают иммунонадзор за раком хозяина через провоспалительные и иммуносупрессивные пути, а также метаболические изменения с циркулирующими проканцерогенными метаболитами. Многие из этих механизмов могут косвенно нанести вред хозяину, поскольку микробы оптимизируют среду для своего существования, что может привести к последнему общему пути длительного выживания клеток-хозяев, увеличению репликационной способности и дифференциации. Эти процессы сходятся в признаках рака [72].

Слизистая оболочка кишечника состоит из слоя эпителиальных клеток с внутриэпителиальными лимфоцитами, которые являются связующим звеном с иммунной системой. Эпителиальная линия содержит бокаловидные клетки и клетки Панета, которые производят антимикробные молекулы и кератиноциты, регулирующие микробы путем секреции антибактериальных пептидов на коже [73]. С другой стороны, собственная пластинка слизистой оболочки содержит другие иммунные клетки, такие как антигенпредставляющие клетки и CD4+, CD8+ Т- и В-клетки, которые необходимы для локального и систематического иммунного ответа [74]; было показано, что у собак и мышей в стерильных условиях наблюдается незрелая лимфоидная система и низкая концентрация иммуноглобулинов [75-77].

Развитие рака может быть связано с причинами воспаления, которые не связаны напрямую с инфекционными агентами, а возникают в результате реакции на хроническое воспаление. Дисбиотическое состояние усиливает провоспалительные свойства, и стало очевидно, что комменсальное сообщество микробов играет решающую роль в воспалении, способствующем развитию опухоли [78]. Воспалительная реакция на микробные комменсалы возникает не только в местах контакта между микробиотой и опухолью; Де ла Фуэнте и др. [79] описали увеличение транслокации кишечных бактерий, связанное с фиброзом и воспалением при хронических заболеваниях печени человека, а также активацию TLR4 (Toll-подобного рецептора 4) в некроветворных клетках при канцерогенезе печени. Следовательно, микробиота кишечника может изменять системные иммунные реакции, а не только местный иммунитет.

Растущие исследования и расширение знаний о микробиоме позволили понять их влияние на канцерогенез и то, как его можно модулировать для достижения новых эффективных методов лечения рака. Подходы к модуляции микробиома могут влиять на лечение рака посредством активации или инактивации химиотерапевтических агентов, вмешательства в побочные эффекты и модификации иммунных реакций [80], показывая, что системная терапия рака влияет на микробиоту кишечника, а микробиота кишечника влияет на лечение [81]. Недавние исследования указывают на манипулирование микробиомом как революционное лечение, позволяющее улучшить реакцию на терапию рака. Например, Iida et al. [81] продемонстрировали, что микробиота ухудшает реакцию подкожных опухолей на химиотерапевтические агенты, производные платины [81]. Соединения платины оксалиплатин и цисплатин вызывают цитотоксичность опухоли, образуя аддукты платиновой ДНК и внутриштаммовые поперечные связи, а оксалиплатин также индуцирует иммуногенную гибель клеток, который стимулирует противоопухолевый Т-клеточный иммунитет [81].

С другой стороны, Viaud et al. [82] показали, что микробиота кишечника формирует противораковый иммунный ответ на циклофосфамид (СТХ), алкилирующий противораковый агент, который способствует иммуногенной гибели раковых клеток, разрушает иммуносупрессивные Т-клетки и стимулирует клетки Th1 и Th17, контролирующие рост рака. Они продемонстрировали, что циклофосфан изменяет состав микробиоты тонкого кишечника и индуцирует транслокацию отдельных видов грамположительных бактерий во вторичные лимфоидные органы. Эти бактерии стимулируют генерацию определенного подмножества «патогенных» Т-хелперов 17 и иммунные реакции памяти Th1. У мышей с опухолями, которые были свободны от микробов или которых лечили антибиотиками для уничтожения грамположительных бактерий, наблюдалось снижение ответов pTh17, и их опухоли были устойчивы к циклофосфамиду. Адоптивный перенос клеток pTh17 частично восстановил противоопухолевую эффективность циклофосфамида [82].

Daillère et al.,83, используя модели на мышах, также продемонстрировали, что циклофосфамид изменяет микробиоту кишечника и индуцирует транслокацию выбранных видов во вторичные лимфоидные органы, что приводит к созреванию клеток Th17, способствующему адаптивному иммунному ответу. Они идентифицировали два вида бактерий: Enterococcus hirae и Barnesiella intestinihominis, которые участвуют в терапии CTX. Грамположительные бактерии тонкого кишечника E. hirae индуцируют системные реакции клеток pTh17, связанные со специфичными для опухолевого антигена цитотоксическими Т-клетками (CTL), ограниченными MHC класса I, и повышенным соотношением внутриопухолевых регуляторных CTL/T (Treg) клеток. Резиденты толстой кишки грамотрицательные B. intestinihominis усиливают системные полифункциональные клеточные реакции Tc1 и Th1 и восстанавливают внутриопухолевые IFN-γ, продуцирующие γδT-клетки. Иммунный сенсор NOD2 ограничивал иммунонаблюдение за раком, индуцированным CTX, и биологическую активность этих микробов. Наконец, иммунные реакции Th1-клеток специфической памяти E. hirae и B. intestinihominis избирательно предсказывали более длительную выживаемость без прогрессирования у пациентов с поздними стадиями рака легких и яичников, получавших химиоиммунотерапию. В заключение отметим, что E. hirae и B. intestinihominis представляют собой ценные «онкомикробиотики», повышающие эффективность СТХ [83].

Геллер и др. [84] показали, что на эффективность химиотерапии также могут влиять внутриопухолевые бактерии на мышиной модели рака толстой кишки. Гаммапротеобактерии могут метаболизировать гемцитабин в неактивную форму, вызывая устойчивость к химиотерапии, и этот эффект был инвертирован ципрофлоксацином. Любопытно, что около 76% аденокарцином протоков поджелудочной железы человека были положительными на бактерии, в основном гаммапротеобактерии, что формулирует гипотезу о том, что терапию этого злокачественного новообразования можно улучшить, добавив антибиотики к химиотерапии.

Изменения в микробиоте производят метаболиты, которые могут привести к изменениям фенотипа хозяина; метаболическое перепрограммирование является важнейшей особенностью рака, позволяя клеткам генерировать больше энергии и макромолекул для пролиферации и деления раковых клеток [72]. Раковые клетки в основном производят энергию за счет гликолиза, а не окислительного фосфорилирования посредством цикла трикарбоновых кислот, процесса, называемого эффектом Варбурга, даже у наличие достаточного источника кислорода. Отто Варбург предположил, что раковые клетки обращаются к аэробному гликолизу с увеличением гликолитического потока и снижением окисления митохондрий, что поддерживает пролиферативную способность раковых клеток [85]. Метаболизм раковых клеток также контролируется микроокружением опухоли: циркулирующими цитокинами, обилием коллагена. или адипоциты, расположенные рядом с опухолью, являются ключевыми детерминантами метаболизма раковых клеток [85].

Хорошим примером этого взаимодействия между метаболитами микробиоты и хозяином является случай клостридиальных кластеров IV и XIVa типа Firmicutes, которые продуцируют SCFA, что приводит к снижению pH толстой кишки, подавляет развитие патогенов, стимулирует абсорбцию натрия и воды, способствуют синтезу холестерина и обеспечивают энергией эпителиальные клетки толстой кишки [86,87]. Другие бактерии, такие как Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterobacter, Bacteroides и Clostridium, участвуют в метаболизме желчных кислот, влияя на всасывание пищевых жиров и жирорастворимых витаминов [88,89]. В случае Faecalibacterium prausnitzii и Bifidobacterium было показано, что эти бактерии связаны с метаболизмом холина и регулируют липидный обмен и гомеостаз глюкозы. Другими известными метаболитами являются витамин К, кобаламин, фолат, биотин и тиамин [90,91].

Исследование Мико и др. [92] показывает, что передаваемые через кровь микробные метаболиты, такие как кадаверин, SCFA, литохолевая кислота или деконъюгированные эстрогены, модулируют поведение рака молочной железы, и эти соединения оказывают глубокое влияние на митохондриальный метаболизм. Включение современных методов секвенирования позволяет исследовать глобальный профиль метаболитов микробных популяций, что может предложить другой подход к изучению связи между микробиотой и метаболизмом хозяина [92].

Учитывая данные и результаты исследований, проведенных в последние годы, модуляция микробиоты является потенциальным новым терапевтическим подходом. Использование пребиотиков, которые способствуют росту избранной группы полезных бактерий и модулируют микробиоту, а также использование симбиотиков (комбинации пребиотиков и пробиотиков) являются одними из таких способов, которые могут помочь в противоопухолевом лечении [93]. Было показано, что инулин или олигофруктоза способствуют росту определенных бактериальных таксонов и изменяют уровни SCFA в кишечнике; более того, эти пребиотики снижали частоту возникновения опухолей молочной железы у крыс и усиливали эффекты химиотерапии, а также лучевой терапии [94]. Пробиотики — это живые бактерии, которые можно вводить и которые приносят пользу для здоровья в подходящих количествах [95]. Систематический обзор изучал безопасность и эффективность пробиотиков. У пациентов с диагнозом колоректального рака и пришли к выводу, что пробиотики могут быть полезными [96]. В проспективном рандомизированном исследовании после трансуретральной резекции рака мочевого пузыря в группе, получавшей внутрипузырное применение эпирубицина и пероральные добавки с Lactobacillus casei, наблюдалось 3-летнее отсутствие рецидивов. выживаемость, которая была значительно выше, чем в изолированной группе химиотерапии, показывая, что пробиотики также могут влиять на «результаты» пациентов [97]. Хотя пробиотики не способны колонизировать кишечник, метаболиты, которые они высвобождают через желудочно-кишечный тракт, могут улучшать клинические симптомы и изменять состав микробиома [96]. Таким образом, комбинация пребиотиков и пробиотиков (симбиотиков) выглядит благоприятной в качестве вспомогательного средства при лечении рака.

Другой возможностью модулировать микробиоту является трансплантация фекального микробиома (FMT); фекалии имплантируются больному пациенту, переданному от здорового донора, посредством клизмы, перорального введения или колоноскопии [98]. В отличие от желудочно-кишечных заболеваний, применение ТФМ при раке ограничено, и данные были получены в основном на животных моделях [99] и в клинических исследованиях на людях [100] с многообещающими результатами. В настоящее время этот метод используется для лечения резистентной Clostridium difficile с высокой частотой ответа [101].

В нескольких исследованиях на людях сообщалось о связи между микробиотой и различными типами рака. При раке молочной железы было исследовано влияние изменений микробиоты опухоли и кишечника на раковые поражения и реакцию на лечение, показав, что эти измененные популяции могут поставить под угрозу ответ на химиотерапевтические протоколы и иммунотерапию [92,102,103]. В нескольких отчетах продемонстрирован вклад изменений в микробиоты к развитию других видов рака человека, таких как лимфома [104], колоректальный рак [105-107], рак простаты [108] и рак поджелудочной железы [109].

В ветеринарной медицине до сих пор имеется мало сообщений о роли микробиоты в развитии рака. Будут описаны и изучены результаты, полученные в исследованиях по характеристике микробиоты у животных, больных раком, а также сравнение с результатами исследований на людях. Резюме можно найти в Таблице 1.

 

Образец	Неоплазия	Метод	Разновидность	Изменения в микробиоте	Литература
Фекалии	Мультицентрическая лимфома	Секвенирование гена 16S рРНК	Собака	Меньшая численность видов Faecalibacterium, Fusobacterium spp. и виды Turicibacter; Виды стрептококков были значительно выше у онкологических больных. Снижение численности родов Ruminococcus и Prevotella.	[106]
Фекалии	Диффузная крупноклеточная В-клеточная лимфома	Секвенирование гена 16S рРНК	Человек	Escherichia-Shigella, Enterococcus, Veillonella и Prevotella-2 были значительно выше у онкологических больных, а содержание Allisonella, Lachnospira и Roseburiain было ниже. Присутствие E. coli и C. Butyricum было значительно увеличено.	[108]
Фекалии	Алиментарная лимфома	Секвенирование гена 16S рРНК	Собака	Значительное увеличение количества организмов отряда Clostridiales, включая представителей рода Clostridium. Parabacteroides spp. также был значительно увеличены.	[89]
Ткань	MALT лимфома	FISH, IHC	Человек	Сильно связан с присутствием Helicobacter spp. и Campylobacter jejuni. Borrelia и Chlamydia были связаны с кожной и периокулярной B-клеточной MALT-лимфомой.	[110-115]
Биопсия кишечника	Мелкоклеточная алиментарная лимфома	FISH	Кошка	Бактерии слизистой оболочки, включая Enterobacteriaceae и Fusobacterium spp., были более распространены в онкологической группе. Fusobacterium spp. был выше у кошек с лимфомой подвздошной и толстой кишки, тогда как Bacteroides spp. преобладали при лимфомах подвздошной кишки.	[116]
Фекалии	Мелкоклеточная алиментарная лимфома	Секвенирование вариабельной области V4 гена 16S рРНК	Кошка	Более низкая численность типов Firmicutes, Actinobacteria (род Bifidobacterium) и Bacteroidetes (Bacteroides plebeius и неклассифицированные виды).	[117]
Фекалии/Опухоль	Колоректальный рак	Анализ последовательности 16S рДНК и 16S рРНК	Собака	У больных животных в фекальной микробиоте было чрезмерно представлено Enterobacteriaceae, Fusobacteriacecae, Bacteroides, Helicobacter, Porphyromonas, Peptostreptococcus и Streptococcus; более низкая численность Ruminococcaceae, Slackia, Clostridium XI и Faecalibacterium. В образцах слизистой оболочки опухоли Helicobacter, Bacteroides, Megamonas, Fusobacterium некласс. Bacteroidales, неклассовые. Lachnospiraceae, Treponema, Streptococcus, некласс. Fusobacteriaceae, Clostridium XI, некласс. Наиболее многочисленными были Acidaminococcaceae, Blautia, Collinsella, Lachnospiracea incertae sedis и Sutterella.	[118]
Фекалии/ Опухоль	Колоректальный рак	IHC; анализ последовательности 16S рДНК; ПЦР	Человек	В образцах опухолей или фекалий были обнаружены Helicobacter pylori, Escherichia coli, Streptococcus Gallolyticus (ранее Bovis), Fusobacterium spp., Peptostreptococcus, Porphyromonas и Bacteroides образцы.	[119-127]
Смывы из носа	Опухоль носовой полости	Секвенирование гена 16S рРНК	Собака	У больных собак было значительно увеличено содержание Pasteurellaceae, и Moraxella spp. были значительно снижены. Семейство Neisseriaceae, очевидно, было более распространено у некоторых людей, страдающих неоплазией носа.	[54]
Смывы из гортани	Рак гортани	Секвенирование гена 16S рРНК	Человек	Виды Fusobacterium, Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Streptococcus и Prevotella чаще встречались в области гортани больных пациентов.	[128]
Кожа	Мастоцитома	Область V4 гена 16S рРНК	Собака	Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria и Proteobacteria были наиболее репрезентативными таксонами на коже, а у раковых животных было обнаружено статистически значимое увеличение количества организмов семейства Corynebacteriaceae.	[129]

 

Характеристика микробиоты животных, больных раком

Мультицентрическая лимфома

Несколько исследований на моделях рака на животных и людях указывают на то, что хроническое воспаление кишечника, вызванное бактериями, способствует созданию местной среды, благоприятной для злокачественной трансформации, включая лимфомогенез [104,130-132]. Злокачественная лимфома является наиболее распространенным злокачественным новообразованием кроветворной системы собак, вызванным клональной пролиферацией лимфоцитов в солидной ткани с иммунофенотипическими особенностями и отличительной морфологией. Как и у людей, большинство лимфом собак (60–80%) возникает из злокачественных В-клеток [133,134].

Проспективное исследование Gavazza et al. [135] было направлено на определение различий в фекальной микробиоте между здоровыми собаками (n = 21) и собаками с мультицентрической B-клеточной лимфомой III–IV стадии (n = 12), продемонстрированными с помощью анализа образцов фекалий с помощью qPCR и секвенирование Illumina генов 16S рРНК выбранных групп бактерий показало, что альфа-разнообразие было значительно ниже у собак с лимфомой, а графики анализа основных координат показали различную микробную кластеризацию. Анализ qPCR продемонстрировал значительное снижение численности Faecalibacterium spp., Fusobacterium spp. и виды Turicibacter у онкологических больных и, напротив, Streptococcus spp. было значительно выше [135]. Данные секвенирования выявили 28 дифференциально распространенных групп бактерий между здоровыми собаками контрольной группы и собаками с лимфомой. Интересен тот факт, что бактериальные семейства, которые, как считается, связаны со здоровьем кишечника, такие как Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae и Prevotellaceae, были уменьшены у собак с неоплазией. Это также проявлялось на уровне рода с уменьшением количества родов Ruminococcus и Prevotella у собак с лимфомой, хотя, что интересно, количество одного неклассифицированного Ruminococcus было значительно увеличено у собак с лимфомой [135]. Faecalibacterium spp. оказалось одним из самых сильных факторов различий в микробиоте между обеими группами. Исследования показали более низкую численность Faecalibacterium spp. у собак с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) по сравнению со здоровыми собаками [136]; этот род считается важной группой иммуномодулирующих бактерий, и было обнаружено, что уровень F. prausnitzii, одного из его видов бактерий, снижается у людей, больных воспалительными заболеваниями кишечника. В этом исследовании также было показано, что индекс дисбактериоза был значительно выше у больных собак по сравнению со здоровыми собаками. Это представляло интерес, поскольку ни у одной из собак с лимфомой не наблюдалось никаких клинических признаков желудочно-кишечного заболевания, что позволяет предположить связь между желудочно-кишечной микробиотой и системными неопластическими заболеваниями [135].

О характеристиках микробиоты кишечника при диффузной крупноклеточной В-клеточной лимфоме (DLBCL), наиболее распространенном типе неходжкинской лимфомы у взрослых людей, не сообщалось до недавнего исследования, проведенного Yuan et al. [110]. Состав микробиоты образцов фекалий из необработанных DLBCL пациентов (n = 25) и здоровых добровольцев (n = 26) исследовали с помощью секвенирования гена 16S рРНК [110]. От типа к семейству определялось обилие Proteobacteria (тип), Gammaproteobacteria (класс), Enterobacteriales (отряд) и Enterobacteriaceae (семейство) был значительно выше у больных. Аналогичным образом, на уровне рода численность Escherichia-Shigella, Enterococcus, Veillonella и Prevotella-2 была значительно выше, но численность Allisonella, Lachnospira и Roseburiain была ниже. На видовом уровне в экспериментальной группе значительно увеличилось присутствие E. coli и C. Butyricum, тогда как численность B. fragilis и L. garvieae снизилась. Эти результаты показали, что микробиота кишечника при DLBCL существенно изменилась. Колибактин и CDT производятся E. coli, и при высвобождении в эпителий желудочно-кишечного тракта токсины вызывают геномные мутации и приводят к росту опухоли [111]. Было показано, что протеобактерии связаны с воспалительными заболеваниями кишечника [137], и, хотя увеличение количества протеобактерий может быть связано с B дифференцировкой клеток [138], механизм остается неясным. Было обнаружено, что протеобактерии были доминирующей микробиотой у нелеченных пациентов с DLBCL, и этот тип, вероятно, будет играть решающую роль в развитии этого злокачественного новообразования.

Кроме того, функциональное прогнозирование показало, что метаболизм тиамина и биосинтез фенилаланина, тирозина и триптофана были значительно ниже в группе DLBCL, чем в контрольной группе. Исследования показали, что этих аминокислот значительно меньше в жидкостях и тканях организма пациентов со злокачественными опухолями пищевода и желудка. Исследование Yuan et al. [110] продемонстрировало существенные различия в микробном разнообразии и составе пациентов с DLBCL, что открывает путь для дальнейших исследований с целью улучшения результатов лечения пациентов. Хотя микробные профили у собак и людей различаются, очевидно, что онкологические группы больных имеют существенно отличающийся состав фекальной микробиоты по сравнению с популяцией здоровых людей.

 

Алиментарная лимфома

Алиментарная лимфома является дифференциальным диагнозом ВЗК у собак. Клиническая картина обоих заболеваний схожа, а их диагностика на основании лабораторных исследований часто затруднительна. Иммуногистохимия, гистопатологическое исследование и ПЦР на перестановку генов антигенных рецепторов полезны для подтверждения диагноза. Гистологически поражения, связанные с алиментарной лимфомой собак, в основном локализуются в собственной пластинке слизистой оболочки [112].

В исследовании, проведенном Омори и др. [98], сравнивалась фекальная микробиота у собак с алиментарной лимфомой (n = 8), собак с ВЗК (n = 8) и здоровых собак (n = 15), анализируя образцы фекалий по гену 16S рРНК секвенирование нового поколения. Они показали, что бактериальный состав у собак с алиментарной лимфомой отличается от такового у здоровых собак и собак с ВЗК. На уровне типа не было разницы между больными и здоровыми собаками; однако существенные различия были выявлены на более низких филогенетических уровнях. Внутри типа Bacteroidetes значительные изменения произошли в семействах Porphyromonadaceae и Paraprevotellaceae. По сравнению со здоровыми собаками, количество Porphyromonadaceae было увеличено у собак с кишечной лимфомой [98]. Субъекты с алиментарной лимфомой показали, по сравнению со здоровыми собаками, существенное увеличение количества микроорганизмов, принадлежащих к Eubacteriaceae, грамположительному семейству из отряда Clostridiales, которое включает представителей кластеры IV и XIVa рода Clostridium, продуцирующие бутират.

Более того, в одном исследовании сообщалось, что комменсальные бактерии, продуцирующие бутират, индуцируют дифференцировку регуляторных Т-клеток толстой кишки (Tregs) посредством усиления ацетилирования гистона H3 в промоторной области локуса гена FoxP3 [113]. Результаты определения количества Treg в другом предыдущем исследовании [114] показали, что у 50% собак с алиментарной лимфомой наблюдалась повышенная плотность Treg в очагах поражения кишечника. Эти утверждения указывают на то, что увеличение количества Eubacteriaceae может быть связано с увеличением количества Tregs при алиментарной лимфоме собак из-за перепроизводства бутирата.

Было также продемонстрировано, что у собак с алиментарной лимфомой значительно повышается уровень Parabacteroides spp., рода грамотрицательных облигатных анаэробных бактерий, типа Bacteroidetes и порядка Bacteroidales. Члены Bacteroidales, включая Bacteroides и Parabacteroides, были связаны с канцерогенезом на моделях колоректального рака у мышей и крыс [115,139]. Следовательно, была выдвинута гипотеза, что Parabacteroides играют роль в развитии алиментарной лимфомы собак. Также сообщалось, что доля представителей семейства Paraprevotellaceae и рода Porphyromonas была значительно выше у собак с ВЗК по сравнению со здоровыми собаками, что позволяет предположить, что дисбиоз связан с ВЗК, а также алиментарной лимфомой у собак.

Лимфомы лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистой оболочкой (MALT), у людей явно связаны с присутствием Helicobacter spp. [140,141], выявляются у 92% пациентов с этим злокачественным новообразованием [142]. Также сообщалось, что эрадикация Helicobacter приводит к полной ремиссии в 70% случаев [116]. В исследовании Омори и др. [98] доля Helicobacter не была увеличена у собак с алиментарной лимфомой. C. jejuni также связан с ростом иммунопролиферативных заболеваний тонкого кишечника и лимфомы человека, а Borrelia и Chlamydia связаны с кожной и периокулярной B-клеточной MALT-лимфомой у людей [143-147]. Следовательно, механизмы канцерогенеза MALT-лимфом у людей могут отличаться от тех, кто вызывает лимфому кишечника у собак.

Повышенное количество энтеробактерий, ассоциированных со слизистой оболочкой, наблюдалось у кошек с ВЗК двенадцатиперстной кишки [148], в то время как инвазивные бактерии наблюдались в кровеносных сосудах и серозной оболочке кошек с крупноклеточной лимфомой [149]. Hoehne et al.[149] с помощью FISH проанализировали биопсии 50 кошек с алиментарной лимфомой (33 мелкоклеточных и 17 крупноклеточных) и 38 контрольных животных отметили, что бактерии, инвазивные к слизистой оболочке, чаще встречались у кошек с крупноклеточной лимфомой (82%), чем у кошек с мелкоклеточной лимфомой (МКЛ; 18%). Внутрисосудистые бактерии были обнаружены исключительно при крупноклеточной лимфоме, которая также имела более распространенную серозную колонизацию, что позволяет предположить, что кошки с крупноклеточной лимфомой подвержены риску бактериальной транслокации, септицемии и перитонита.

Как наблюдалось на моделях людей и грызунов, воспалительные заболевания такие как ВЗК у кошек, вызываемое бактериями (например, виды Helicobacter, виды Enterobacteriaceae, виды Fusobacterium), могут приводить к созданию благоприятной для опухоли среды, характеризующейся инфильтрацией слизистой оболочки эффекторными клетками, в том числе макрофагами, производными CD11b+ миелоидных клеток [17,19,149]. Эти дифференцированные CD11b+ миелоидные клетки также играют роль в развитии опухолей и ангиогенезе на моделях грызунов и людях с колоректальным раком [17,150].

В этом контексте Garraway et al. [151] исследовали, связаны ли определенные группы бактерий с мелкоклеточной кишечной лимфомой (LSA) (n = 14) и желудочно-кишечным воспалением (n = 14) у кошек. Бактерии слизистой оболочки, включая Enterobacteriaceae и Fusobacterium spp., были более распространены в биоптатах кишечника онкологической группы по сравнению с кошками с ВЗК. Fusobacterium spp. был выше у кошек с лимфомой подвздошной и толстой кишки, тогда как Bacteroides spp. преобладали при лимфомах подвздошной кишки. Кроме того, численность Fusobacterium spp. были тесно связаны с увеличенным количеством клеток CD11b+ и повышенной экспрессией NF-κB в слизистой оболочке в биопсиях кошек с мелкоклеточным LSA ЖКТ по сравнению с биопсией кошек с ВЗК [151]. Миелоидные клетки CD11b+ могут способствовать развитию опухолевого микроокружения [17,152] и Fusobacterium spp. может индуцировать TLR для стимуляции NF-κB через путь TLR4/MYD88 [153]. Нарушение регуляции NF-κB может привести к перепроизводству провоспалительных цитокинов, которые могут вызвать рост рака у людей [117,154,155]. Действительно, некоторые Fusobacterium spp. у людей, включая F. nucleatum, были связаны с повышенным риском рака поджелудочной железы и колоректального рака, а также некоторых плоскоклеточных карцином полости рта [156-159].

Хроническая энтеропатия кошек (ХЭ) включает ВЗК и СКЛ, которые являются распространенными желудочно-кишечными расстройствами у кошек. SCL у кошек характеризуется инфильтрацией слизистой оболочки кишечника, главным образом в тонкой кишке, мелкими и средними лимфоцитами и часто сочетается с эпителиотропизмом [160]. Эта гистологическая картина напоминает мономорфную эпителиотропную Т-клеточную лимфому кишечника (MEITL) у людей, известная как Т-клеточная лимфома, ассоциированная с энтеропатией, тип 2 [161,162]. И SCL, и IBD возникают спонтанно у кошек и могут быть интересной моделью IBD или MEITL у людей.

Недавно Марсилио и др. [163] охарактеризовали фекальную микробиоту 13 кошек с ВЗК, 14 с SCL и 38 здоровых животных и заметили, что индексы альфа-разнообразия были значительно снижены у кошек с CE, со значительной разницей в бактериальных сообществах: более низкая численность облигатно анаэробные таксоны типов Firmicutes (семейства Ruminococcaceae и Turicibacteraceae), Actinobacteria (род Bifidobacterium) и Bacteroidetes (Bacteroides plebeius и неклассифицированные виды), а также факультативно-анаэробные таксоны Enterobacteriaceae и Streptococcaceae имели тенденцию к увеличению у кошек с ХЭ. В отличие от исследования Garraway et al. [151], не было обнаружено существенных различий между микробиотой кошек с ВЗК и кошек с СКЛ, а у кошек с ХЭ наблюдались закономерности дисбиоза, подобные тем, которые наблюдаются у людей с ВЗК.

Тенденции, обнаруженные в исследовании Marsilio et al.163, имеют общие закономерности дисбактериоза слизистой оболочки и кала, описанные у людей [9-11] и собак с ВЗК [7,136], и при болезни Крона [12], такие как снижение бактериального разнообразия, уменьшение количества облигатных анаэробов и увеличение количества облигатных анаэробов. Было показано, что представители филума Firmicutes оказывают противовоспалительное и иммуномодулирующее действие, продуцируя SCFA, в частности бутират [164], который является основным источником энергии для колоноцитов [165], способствующий пролиферации эпителиальных клеток и восстановлению целостности кишечного барьера [166]. Таким образом, помимо противовоспалительных свойств, бутират может также проявлять антиканцерогенное действие [167,168]. В толстой кишке человека основными бактериями, продуцирующими бутират, являются представители семейств Ruminococcaceae (тип Firmicutes) и Lachnospiraceae, а их численность в фекалиях часто истощены при дисбиотических состояниях [9,169].

Недавнее исследование, проведенное Sung et al. [170], с использованием группы количественных ПЦР-анализов, оценило общее количество бактерий в фекалиях и семь таксонов бактерий у здоровых кошек и кошек с ХЭ: общее количество бактерий Bacteroides, Bifidobacterium, C. hiranonis, у больных кошек было значительно снижено количество Faecalibacterium и Turicibacter, тогда как количество E. coli и Streptococcus было значительно увеличено, что позволяет сделать вывод, что у этих кошек была изменена фекальная микробиота и повышен индекс дисбиоза [170].

Количество бифидобактерий также обычно снижается в образцах слизистых оболочек и фекалий пациентов с ВЗК [164,171]. Различные штаммы бифидобактерий проявляют противовоспалительные свойства, регулируя иммунные клетки и цитокины [172] и усиливая барьерную функцию кишечника [173,174]; также было показано, что они индуцируют продуцирующие IL-10 регуляторные Т-клетки [175,176] и оказывают иммуноингибирующее действие путем взаимодействия с TLR-2 [177]. Таким образом, бифидобактерии стали важной терапевтической мишенью и применяются в пробиотических составах [178].

 

Колоректальные опухоли

Колоректальные эпителиальные опухоли, связанные с изменениями в составе кишечной микробиоты, возникают у собак спонтанно, а канцерогенез, по-видимому, аналогичен человеческому, поскольку аденокарцинома является одной из наиболее распространенных злокачественных опухолей. У людей колоректальная аденокарцинома часто возникает из доброкачественных полипов, которые перерастают в аденомы [119]; считается, что идентичный процесс встречается и у собак [120-123].

Генетическая предрасположенность, диета, окружающая среда и кишечные бактерии участвуют в этиопатогенезе у человека, и Bacteroides хрупкие были идентифицированы в опухолях или образцах фекалий от пациентов с колоректальной аденомой и карциномой, могут служить биомаркерами, помогающими диагностировать и лечить колоректальный рак человека [184].

Исследование, проведенное Herstad et al.,185 характеризовало анализ 16S рРНК микробиоты, связанной с фекалиями и слизистой оболочкой, у 10 собак с колоректальными эпителиальными опухолями и у 13 контрольных собак; кроме того, они определили состав микробиоты, связанной со слизистой оболочкой, в опухолевой ткани толстой кишки (пять аденом и три карциномы) и в прилегающей неопухолевой ткани (n = 5). Было замечено, что фекальное микробное сообщество у собак с опухолями отличалось от такового в контрольных образцах из-за чрезмерного представительства Enterobacteriaceae, Fusobacteriacecae, Bacteroides, Helicobacter, Porphyromonas, Peptostreptococcus и Streptococcus (которые были идентифицированы как потенциальные участники колоректального канцерогенеза у человека) [124,186,187], и ниже численность Ruminococcaceae, Slackia, Clostridium XI и Faecalibacterium. Кроме того, общее сообщество бактерий слизистой оболочки не отличалось ни по профилю 16S рДНК, ни по профилю 16S рРНК в опухолевой ткани по сравнению с прилегающей неопухолевой тканью. Тем не менее, количество потенциально активных бактерий, по-видимому, было выше в неопухолевой ткани по сравнению с опухолевой тканью, включая Slackia, Roseburia, некласс. Ruminococcaeceae, некласс. Lachnospiraceae и Oscillibacter. В образцах слизистой оболочки опухоли Helicobacter, Bacteroides, Megamonas, Fusobacterium, некласс. Bacteroidales, неклассовые. Lachnospiraceae, Treponema, Streptococcus, некласс. Fusobacteriaceae, Clostridium XI, некласс. Наиболее распространенными были Acidaminococcaceae, Blautia, Collinsella, Lachnospiracea incertae sedis и Sutterella [185].

Чрезмерное представительство Peptostreptococcus, Fusobacterium и Porphyromonas в фекальной микробиоте наблюдалось у людей с колоректальной карциномой и аденомой [188-191]. Эти бактериальные сообщества также присутствуют в микробиоте полости рта у собак [59], и было обнаружено, что они сверхэкспрессируются в фекальной микробиоте у собак с опухолями [185]. Предполагается, что колонизация условно-патогенных бактерий, не принадлежащих к микроокружению толстой кишки, может быть результатом изменений в питательных веществах (например, аминокислотах, жирных кислотах, глюкозе и пирувате) [192] или воспалении [25]. Поэтому полагают, что колоректальный опухолевый генез быть связано с изменением всего сообщества бактерий [184].

Численность F. nucleatum значительно коррелировала с размером опухоли и сокращением времени выживания в популяции японских пациентов с более поздними стадиями колоректального рака по сравнению с более ранними стадиями [193]. Эти открытия на моделях грызунов позволяют предположить, что хроническое воспалительное заболевание желудочно-кишечной системы является возможным фактором риска развития воспалительных процессов, дисплазии высокой степени, метаплазии анеуплоидии и потери клеточных пролиферативных контрольных точек [17,132,153].

Фекальная микробиота у собак с этим типом опухолей характеризовалась недостаточной экспрессией Ruminococcaceae, Faecalibacterium, Slackia и Clostridium XIVa185, которые ответственны за выработку бутирата, мощного антиканцерогенного метаболита [194]. Более низкая доля активных членов Lachnospiraceae и Ruminococcaeceae в опухолевой ткани могут приводить к снижению выработки бутирата [195]. Аналогичное снижение количества эффективных продуцентов бутирата, в частности Clostridium XIVa, было выявлено у людей с колоректальной карциномой и аденомой [128,196,197]. Исследования на людях описали изменения. Тем не менее, при исследовании колоректальной карциномы у людей несмежная опухолевая ткань была собрана на расстоянии 10 ± 30 см дистальнее и проксимальнее опухоли, и никаких существенных различий в микробиоте между этими местами не наблюдалось [22]. Эти результаты показали, что состав микробиоты, связанной со слизистой оболочкой, не ограничивался опухолевой тканью, но также присутствовал в прилегающей неопухолевой ткани.

У собак низкое соотношение F/P (низкий уровень Firmicutes; высокий уровень протеобактерий) связано с ВЗК и колоректальными опухолями у этого вида, что может указывать на общую причину, например воспаление. Колоректальные опухоли редко диагностируются у собак, но исследования показывают, что собаки с этим злокачественным новообразованием имеют различные профили фекальной микробиоты, оценить влияние бактерий на этиопатогенез колоректального рака и могут ли бактерии иметь потенциал в качестве биомаркеров.

 

Носовая неоплазия

Роль бактериальных популяций в патофизиологии заболеваний носа у собак остается неясной; у собак с неоплазией носа бактерии считаются вторичными патогенами, которые могут колонизировать слизистую оболочку носа из-за сниженных защитных механизмов [199]. Tress et al. [54] изучают микробиоту носа у здоровых собак (n = 23), собак со злокачественными неоплазиями носа (n = 16) и хронический ринит (n = 8) обнаружили, что назальные микробные сообщества здоровых собак значительно отличались по сравнению с собаками с заболеванием носа. Moraxella spp. был наиболее распространенным видом у здоровых собак, за ним следовали виды Phyllobacterium, Cardiobacteriaceae и Staphylococcus spp. У больных собак было значительно увеличено содержание Pasteurellaceae и Moraxella spp. Кроме того, представители семейства Neisseriaceae, по-видимому, чаще встречались у некоторых лиц, страдающих неоплазией носа, хотя эта разница не была статистически значимой. Известно, что некоторые из бактерий, наблюдаемых в этом исследовании, нарушают иммунную систему хозяина. В токсигенных штаммах Pasteurella multocida обнаружен белок-токсин ПМТ, защищающий от апоптоза и влияющий на функцию иммунных клеток [200].

В некоторых публикациях по медицине описывается микробиом носа у здоровых людей [201,202], а в других исследованиях изучались изменения бактериальной популяции при воспалительных или неопластических заболеваниях. Actinobacteria и Firmicutes были распространенными назальными бактериями с меньшей распространенностью Proteobacteria [129,201]. Хронический риносинусит (ХРС), распространенное заболевание у людей, характеризовалось большей численностью Staphylococcus aureus [203]. В другом исследовании количественное увеличение большинство видов грибков и бактерий было зарегистрировано у пациентов с СВК по сравнению с контрольной группой, но качественно схожая микробиота [204]. В этом исследовании также была проведена детальная характеристика иммунного ответа с помощью проточной цитометрии и измерение содержания иммунных клеток в лаваже среднего носового хода. Цитокины и хемокины измерялись с помощью мультиплексного ИФА, и результаты продемонстрировали значительное повышение уровня TH2-связанных цитокинов и повышение уровня интерлейкина IL-8 у пациентов с этим заболеванием [204]. Иммунный ответ лейкоцитов периферической крови пациентов с СРС, совместно культивированных с лаважем здоровых людей, был проанализирован с количественной оценкой секреции IL-5, а также данные подтвердили теорию о том, что СВК в некоторых случаях возникает в результате иммунной гиперреактивности на комменсальный микробиом [204].

Изменения в бактериальном профиле также наблюдались у людей с карциномой гортани, а виды Fusobacterium, Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Streptococcus и Prevotella были более распространены в области гортани этих пациентов, чем у здоровых людей [205], что указывает на потенциальную роль этих микроорганизмов в патогенез этого рака.

 

Тучные опухоли

Распространенные тучные клеточные опухоли (МСТ) — это редкие новообразования у людей с плохим прогнозом, и современные варианты лечения ограничены. У собак это наиболее частая злокачественная опухоль кожи, и в отличие от тучных клеток низкой степени злокачественности, опухоли высокой степени злокачественности обычно имеют плохой прогноз и короткое время выживания [206]. У обоих видов улучшены диагностические критерии, улучшены модели прогнозирования и улучшена медикаментозная терапия.

Микробиота кожи взаимодействует с иммунным ответом хозяина для поддержания гомеостаза, а колебания этого баланса связаны с прогрессированием ряда заболеваний, включая новообразования. Бактерии, идентифицированные в здоровой дерме и подкожной жировой ткани человека, показали различное микробное сообщество по сравнению с поверхностью кожи.207 Типы Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes и четыре основных семейства Corynebacteriaceae, Propionibacteriaceae, Staphylococcaceae, Micrococcaceae доминируют как у собак, так и у собак47 и поверхности эпидермиса человека.208 Вариации этой микробиоты связаны с развитием кожных заболеваний как у собак, так и у людей209, 210, как сообщалось ранее при дерматите у собак.211

Недавнее исследование охарактеризовало поверхность кожи и дермальную микробиоту собак с МСТ (n = 11), используя контралатеральные участки кожи в качестве здорового контроля [212]. Как и ожидалось, микробный профиль отличался на опухолевых и здоровых поверхностях кожи и дерме, демонстрируя, что изменение в составе микробиоты связан с наличием МСТ. На уровне типа наиболее репрезентативными таксонами на поверхности кожи больных собак были Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria и Proteobacteria. Тип Firmicutes показал увеличение его численности в MCT по сравнению со здоровыми образцами кожи, а статистически значимое увеличение семейства Corynebacteriaceae было обнаружено на поверхности опухолевой кожи у больных собак [212].

В заключение подход секвенирования нового поколения позволил впервые продемонстрировать, что присутствие МСТ приводит к изменению структуры и состава микробиоты эпидермиса. Это исследование обеспечивает основу для будущих исследований, чтобы лучше определить взаимодействие между MCT, микробиотой и иммунным ответом хозяина. На сегодняшний день нет исследований, связывающих кожную, фекальную или опухолевую микробиоту со случаями МСТ у людей, вероятно, потому что это новообразование с более низкой распространенностью у этого вида.

 

Заключение

Исследования микробиоты при раке у животных и человека выявили значительную разницу в бактериальных популяциях больных и здоровых групп, что позволяет предположить, что на развитие рака и эффективность лечения могут существенно влиять микробы, живущие в организме хозяина. Последние достижения в области технологий секвенирования и биоинформатики позволили молекулярно охарактеризовать микробные популяции у животных и людей. Животные-компаньоны все чаще воспринимаются как члены семьи, и развитие знаний в области здравоохранения планируется напрямую применять для увеличения продолжительности жизни и благополучия. Кроме того, сходство между микробиотой людей, кошек и собак повышает интерес к проводимым исследованиям, поскольку они способствуют достижениям в области трансляционной медицины, и было очевидно, что даже в случае рака у людей и животных существуют общие бактериальные популяции. Появляется все больше доказательств того, что иммунорегуляторные и противовоспалительные эффекты кишечной и опухолевой микробиоты имеют важное значение в борьбе с раком. У людей и животных взаимодействие хозяина и микробиоты является ключевым моментом в здоровье и развитии заболеваний, тем не менее, функция микробиоты во время болезненных состояний до конца не изучена, и необходимо проводить дальнейшие исследования; большинство исследований было проведено на доклинических моделях, которые таят в себе множество подводных камней в отношении спонтанных исследований рака, что подчеркивает необходимость клинических исследований, приносящих пользу обоим видам. Такие сравнительные стратегии требуют междисциплинарного диалога между медиками человека и ветеринарии, а также идеи о том, что здоровье человека тесно связано со здоровьем животных и окружающей средой.