Микробиом и злокачественные новообразования человека: описательный обзор литературы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Понятие «микробиом» объединяет не только сообщество всех микроорганизмов с продуктами метаболизма в пределах среды их обитания, но и совокупность генетического материала и взаимоотношений данных микроорганизмов внутри экологической ниши в определённый период времени.

Микробиом человека формируется с самого рождения и на протяжении всей жизни. Основные функции микробиоты — участие в важнейших процессах жизнедеятельности организма: формировании механизмов адаптации, иммунной защиты, физиологического гомеостаза, когнитивной сферы и энергетических ресурсов организма. Таким образом, микробиота способствует поддержанию баланса как в самом макроорганизме, так и между макроорганизмом и окружающей средой.

В статье представлены результаты различных научных исследований, где описываются эффекты воздействия микробиоты на жизнедеятельность злокачественных новообразований (ЗНО), которые демонстрируют как усиление процессов роста, так и их замедление, в отдельных случаях бактериальное сообщество не влияет на онкогенез.

ЗНО, клетки которого претерпевают серьёзные изменения вследствие нарушения основных механизмов в ДНК, создаёт уникальные условия для бактериальной колонизации. Ткань ЗНО, как правило, имеет более высокое содержание бактерий, чем нормальная. Бактерии обеспечивают опухолевые клетки определёнными метаболитами. Вместе с тем они вынуждены вступать в отношения прямой конкуренции с клетками ЗНО в части потребления питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности как тех, так и других. Изучается, при каких условиях разыгрывается тот или иной сценарий взаимодействия ЗНО и микробиоты.

В обзоре представлены данные исследований, направленных на попытки управления внутриопухолевыми микробами с целью использования их в противораковой терапии, например с помощью бактериальных платформ и трансплантации фекальной микробиоты.

Наряду с этим представлены данные исследований в области использования микробиоты в процессе лекарственного лечения ЗНО (химиотерапии, иммунотерапии), подтверждающие как положительные результаты применения микробиоты, так и возможные опасные осложнения.

Об авторах

Диана Нверовна Арутюнян

Алтайский государственный медицинский университет

Email: doc.arutyunyan@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-8877-1329
SPIN-код: 3683-3972
Россия, Барнаул

Валентина Дмитриевна Петрова

Алтайский государственный медицинский университет

Email: valent_04@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7169-9646
SPIN-код: 2941-6649

канд. мед. наук, доцент

Россия, Барнаул

Светлана Александровна Терехова

Алтайский государственный медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: quip@list.ru
ORCID iD: 0009-0001-4594-4529
SPIN-код: 7564-1647

канд. мед. наук, ассистент

Россия, Барнаул

Александр Федорович Лазарев

Алтайский государственный медицинский университет

Email: lazarev@akzs.ru
ORCID iD: 0000-0003-1080-5294
SPIN-код: 1161-8387

д-р мед. наук, профессор

Россия, Барнаул

Список литературы

  1. Berg G, Rybakova D, Fischer D, et al. Microbiome definition re-visited: Old concepts and new challenges. Microbiome. 2020;8(1):103. doi: 10.1186/s40168-020-00875-0
  2. Qin J, Li R, Raes J, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59–65. doi: 10.1038/nature08821
  3. McCarthy EF. The toxins of William B. Coley and the treatment of bone and soft-tissue sarcomas. Iowa Orthop J. 2006;26:154–158.
  4. Blache C, Manuel E, Kaltcheva T, et al. Systemic delivery of Salmonella typhimurium transformed with IDO shRNA enhances intratumoral vector colonization and suppresses tumor growth. Cancer Res. 2012;72(24):6447–6456. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-12-0193
  5. Charles A, Thomas R. The Influence of the microbiome on the innate immune microenvironment of solid tumors. Neoplasia. 2023;37:100878. doi: 10.1016/j.neo.2023.100878
  6. Marshall E, Telkar N, Lam W. Functional role of the cancer microbiome in the solid tumour niche. Curr Res Immunol. 2021;2(19):1–6. doi: 10.1016/j.crimmu.2021.01.001
  7. Riquelme E, Zhang Y, Zhang L, et al. Tumor microbiome diversity and composition influence pancreatic cancer outcomes. Cell. 2019;178(4):795–806.e12. doi: 10.1016/j.cell.2019.07.008
  8. Liu Z, Hong L, Ling Z. Potential role of intratumor bacteria outside the gastrointestinal tract: More than passengers. Cancer Med. 2023;12(16):16756–16773. doi: 10.1002/ cam4.6298
  9. Routy B, Gopalakrishnan V, Daillère R, et al. The gut microbiota influences anticancer immunosurveillance and general health. Nat Rev Clin Oncol. 2018;15(6):382–396. doi: 10.1038/s41571-018-0006-2
  10. Elkrief A, El Raichani L, Richard C, et al. Antibiotics are associated with decreased progression-free survival of advanced melanoma patients treated with immune checkpoint inhibitors. Oncoimmunology. 2019;8(4):e1568812. doi: 10.1080/2162402X.2019.1568812
  11. Wilson BE, Routy B, Nagrial A, Chin VT. The effect of antibiotics on clinical outcomes in immune-checkpoint blockade: A systematic review and meta-analysis of observational studies. Cancer Immunol Immunother. 2020;69(3):343–354. doi: 10.1007/s00262-019-02453-2
  12. Morrell S, Kohonen-Corish MRJ, Ward RL, et al. Antibiotic exposure within six months before systemic therapy was associated with lower cancer survival. J Clin Epidemiol. 2022;147(12):122–131. doi: 10.1016/j.jclinepi.2022.04.003
  13. Le Noci V, Guglielmetti S, Arioli S, et al. Modulation of pulmonary microbiota by antibiotic or probiotic aerosol therapy: a strategy to promote immunosurveillance against lung metastases. Cell Reports. 2018;24(13):3528–3538. doi: 10.1016/j.celrep.2018.08.090
  14. Fulop DJ, Zylberberg H, Wu YL, et al. Association of antibiotic receipt with survival among patients with metastatic pancreatic ductal adenocarcinoma receiving chemotherapy. JAMA Network Open. 2023;6(3):e234254. doi: 10.1001/jamanetworkopen.2023.4254
  15. Jin C, Lagoudas GK, Zhao C, et al. Commensal microbiota promote lung cancer development via γδ T cells. Cell. 2019;176(5):998–1013.e16. doi: 10.1016/j.cell.2018.12.040
  16. Fu A, Yao B, Dong T, et al. Tumor-resident intracellular microbiota promotes metastatic colonization in breast cancer. Cell. 2022;185(8):1356–1372.e26. doi: 10.1016/j.cell.2022.02.027
  17. Bruce JP, Yip K, Bratman SV, et al. Nasopharyngeal cancer: Molecular landscape. J Clin Oncol. 2015;33(29):3346–3355. doi: 10.1200/JCO.2015.60.7846
  18. Taberna M, Mena M, Pavón MA, et al. Human papillomavirus-related oropharyngeal cancer. Ann Oncol. 2017;28(10):2386–2398. doi: 10.1093/annonc/mdx304
  19. Peek RM, Blaser MJ. Helicobacter pylori and gastrointestinal tract adenocarcinomas. Nat Rev Cancer. 2002;2(1):28–37. doi: 10.1038/nrc703
  20. Salar A. Gastric MALT lymphoma and Helicobacter pylori. Med Clín (Barc). 2019;152(2):65–71. doi: 10.1016/j.medcle.2018.09.009
  21. Chakladar J, Wong LM, Kuo SZ, et al. The Liver microbiome is implicated in cancer prognosis and modulated by alcohol and hepatitis B. Cancers. 2020;12(6):1642. doi: 10.3390/cancers12061642
  22. Kochkina SO, Gordeev SS, Mammadli ZZ. Role of human microbiota in the development of colorectal cancer. Tazovaya hirurgiya i onkologiya. 2019;9(3):11–17. doi: 10.17650/2686-9594-2019-9-3-11-17
  23. Pleguezuelos-Manzano C, Puschhof J, Rosendahl Huber A, et al. Mutational signature in colorectal cancer caused by genotoxic pks+ E. coli. Nature. 2020;580(7802):269–273. doi: 10.1038/s41586-020-2080-8
  24. Cougnoux A, Dalmasso G, Martinez R, et al. Bacterial genotoxin colibactin promotes colon tumour growth by inducing a senescence-associated secretory phenotype. Gut. 2014;63(12):1932–1942. doi: 10.1136/gutjnl-2013-305257
  25. Guo C, Kong L, Xiao L, et al. The impact of the gut microbiome on tumor immunotherapy: from mechanism to application strategies. Cell Biosci. 2023;13(1):188. doi: 10.1186/s13578-023-01135-y
  26. Rubinstein MR, Baik JE, M Lagana S, et al. Fusobacterium nucleatum promotes colorectal cancer by inducing Wnt/β-catenin modulator Annexin A1. EMBO Rep. 2019;20(4):e47638. doi: 10.15252/embr.201847638
  27. Parhi L, Alon-Maimon T, Sol A, et al. Breast cancer colonization by fusobacterium nucleatum accelerates tumor growth and metastatic progression. Nat Commun. 2020;11(1):3259. doi: 10.1038/s41467-020-16967-2
  28. Nejman D, Livyatan I, Fuks G, et al. The human tumor microbiome is composed of tumor type-specific intracellular bacteria. Science. 2020;368(6494):973–980. doi: 10.1126/science.aay9189
  29. Xavier JB, Young VB, Skufca J, et al. The cancer microbiome: distinguishing direct and indirect effects requires a systemic view. Trends Cancer. 2020;6(3):192–204. doi: 10.1016/j.trecan.2020.01.004
  30. Kostic AD, Gevers D, Pedamallu CS, et al. Genomic analysis identifies association of Fusobacterium with colorectal carcinoma. Genome Res. 2012;22(2):292–298. doi: 10.1101/gr.126573.111
  31. Song M, Chan AT, Sun J. Influence of the gut microbiome, diet, and environment on risk of colorectal cancer. Gastroenterology. 2020;158(2):322–340. doi: 10.1053/j.gastro.2019.06.048
  32. Dasari S, Kathera C, Janardhan A, et al. Surfacing role of probiotics in cancer prophylaxis and therapy: A systematic review. Clin Nutr. 2017;36(6):1465–1472. doi: 10.1016/j.clnu.2016.11.017
  33. He Y, Fu L, Li Y, et al. Gut microbial metabolites facilitate anticancer therapy efficacy by modulating cytotoxic CD8+ T cell immunity. Cell Metab. 2021;33(5):988–1000. doi: 10.1016/j.cmet.2021.03.002
  34. Danne C, Sokol H. Butyrate, a new microbiota-dependent player in CD8+ T cells immunity and cancer therapy? Cell Rep Med. 2021;2(7):100328. doi: 10.1016/j.xcrm.2021.100328
  35. Scott AJ, Alexander JL, Merrifield CA, et al. International Cancer Microbiome Consortium consensus statement on the role of the human microbiome in carcinogenesis. Gut. 2019;68(9):1624–1632. doi: 10.1136/gutjnl-2019-318556
  36. Qu D, Wang Y, Xia Q, et al. Intratumoral Microbiome of Human Primary Liver Cancer. Hepatol Commun. 2022;6(7):1741–1752. doi: 10.1002/hep4.1908
  37. Duong MT-Q, Qin Y, You S-H, Min J-J. Bacteria-cancer interactions: bacteria-based cancer therapy. Ex Mol Med. 2019;51(12):1–15. doi: 10.1038/s12276-019-0297-0
  38. Sieow BF-L, Wun KS, Yong WP, et al. Tweak to treat: reprograming bacteria for cancer treatment. Trends Cancer. 2021;7(5):447–464. doi: 10.1016/j.trecan.2020.11.004
  39. Bao Y, Cheng Y, Liu W, et al. Bacteria−based synergistic therapy in the backdrop of synthetic biology. Front Oncol. 2022;12(4):845346. doi: 10.3389/fonc.2022.845346
  40. Janku F, Zhang HH, Pezeshki A, et al. Intratumoral injection of Clostridium novyi-NT spores in patients with treatment-refractory advanced solid tumors. Clin Cancer Res. 2021;27(1):96–106. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-20-2065
  41. Guo Y, Chen Y, Liu X, et al. Targeted cancer immunotherapy with genetically engineered oncolytic Salmonella typhimurium. Cancer Lett. 2019;469:102–110. doi: 10.1016/j.canlet.2019.10.033
  42. Chen J, Li T, Liang J, et al. Current status of intratumour microbiome in cancer and engineered exogenous microbiota as a promising therapeutic strategy. Biomed Pharmacother. 2022;145(3):112443. doi: 10.1016/j.biopha.2021.112443
  43. Chowdhury S, Castro S, Coker C, et al. Programmable bacteria induce durable tumor regression and systemic antitumor immunity. Nat Med. 2019;25(7):1057–1063. doi: 10.1038/s41591-019-0498-z
  44. Kubiak AM, Bailey TS, Dubois LJ, et al. Efficient secretion of murine IL-2 from an attenuated strain of Clostridium sporogenes, a novel delivery vehicle for cancer immunotherapy. Front Microbiol. 2021;12:669488. doi: 10.3389/fmicb.2021.669488
  45. Phan T, Nguyen VH, D’Alincourt MS, et al. Salmonella-mediated therapy targeting indoleamine 2,3-dioxygenase 1 (IDO) activates innate immunity and mitigates colorectal cancer growth. Cancer Gene Ther. 2020;27(3–4):235–245. doi: 10.1038/s41417-019-0089-7
  46. Yang Z, Zou L, Yue B, Hu M. Salmonella typhimurium may support cancer treatment: a review. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2023;55(3):331–342. doi: 10.3724/abbs.2023007
  47. Gniadek TJ, Augustin L, Schottel J, et al. A phase I, dose escalation, single dose trial of oral attenuated Salmonella typhimurium containing human IL-2 in patients with metastatic gastrointestinal cancers. J Immunother. 2020;43(7):217–221. doi: 10.1097/CJI.0000000000000325
  48. Cammarota G, Ianiro G, Tilg H, et al. European consensus conference on faecal microbiota transplantation in clinical practice. Gut. 2017;66(4):569–580. doi: 10.1136/gutjnl-2016-313017
  49. Baruch EN, Youngster I, Ben-Betzalel G, et al. Fecal microbiota transplant promotes response in immunotherapy-refractory melanoma patients. Science. 2020;371(6529):602–609. doi: 10.1126/science.abb5920
  50. Araujo DV, Watson GA, Oliva M, et al. Bugs as drugs: The role of microbiome in cancer focusing on immunotherapeutics. Cancer Treat Rev. 2020;92:102125. doi: 10.1016/j.ctrv.2020.102125
  51. Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, et al. The microbiome, cancer, and cancer therapy. Nat Med. 2019;25(3):377–388. doi: 10.1038/s41591-019-0377-7
  52. Chen D, Wu J, Jin D, et al. Fecal microbiota transplantation in cancer management: Current status and perspectives. Int J Cancer. 2019;145(8):2021–2031. doi: 10.1002/ijc.32003
  53. Shui L, Yang X, Li J, et al. Gut Microbiome as a potential factor for modulating resistance to cancer immunotherapy. Front Immunol. 2020;10:2989. doi: 10.3389/fimmu.2019.02989

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Резидентный микробиом злокачественной опухоли специфичен и отличается от доброкачественного микробиома.

Скачать (423KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Четыре возможных механизма появления бактерий в опухолях вне желудочно-кишечного тракта: 1 — миграция или инвазия из желудочно-кишечного тракта; 2 — перенос из системы кровообращения; 3 — селективная колонизация из нормальных близлежащих тканей; 4 — перенос циркулирующими опухолевыми клетками в процессе метастазирования.

Скачать (430KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Внутриклеточные бактерии способствуют метастазированию опухоли на трёх стадиях процесса: 1 — инвазия и миграция; 2 — поддержание выживания циркулирующих опухолевых клеток; 3 — целевая колонизация опухолевых клеток. Как в первичной опухоли, так и в метастазах внутриопухолевые бактерии играют решающую роль в метастатическом процессе.

Скачать (388KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние микробиома на рак. Микробиом человека может влиять на прогрессирование рака, действуя непосредственно на месте опухоли, а также в кишечнике. А) В кишечнике относительные показатели численности бактерий связаны с выживаемостью при раке. Кроме того, присутствие специфических бактерий в кишечнике может усиливать метаболизм гемцитабина, снижая его химиотерапевтический эффект. В отношении иммунотерапии наличие микробиома необходимо для обеспечения эффективности препаратов, блокирующих иммунные контрольные точки. Б) В опухолевом очаге бактерии присутствуют как в микроокружении опухоли, так и внутри опухолевых клеток.

Скачать (350KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».