Микробиом в акушерстве и гинекологии: переоценка взглядов на микробное сообщество репродуктивной системы

Резюме

Изучение микробиома человека становится одним из основных направлений современной медицины на ближайшее десятилетие. Внедрение новых молекулярно-генетических методов оценки микробиома репродуктивной системы у женщин позволило начать пересмотр взглядов на патогенез заболеваний в акушерстве и гинекологии. В аналитическом обзоре представлены современные данные о норме и нарушениях микробиоты репродуктивной системы в ассоциации с заболеваниями. Обозначены дискуссионные темы для перспективных исследований.

Ключевые слова:микробиом, репродуктивная медицина, микробиота влагалища, Lactobacillus spp.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Кузьмин В.Н., Стома И.О., Адамян Л.В. Микробиом в акушерстве и гинекологии: переоценка взглядов на микробное сообщество репродуктивной системы // Инфекционные болезни: новости, мнения, обучение. 2020. Т. 9, № 2. С. 94-98. DOI: 10.33029/2305-3496-2020-9-2-94-98

На протяжении последних двух десятилетий было признано, что микробное сообщество (микробиота) организма человека является фундаментальным фактором, определяющим физиологию и патологию хозяина. Триллионы бактерий обитают в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) млекопитающих, в том числе и людей, значительно расширяя возможности генома хозяина [1]. Это означает, что c помощью микроорганизмов человек способен выполнять функции, которые не кодируются собственным геномом; это, например, защита от инвазивных патогенов, извлечение дополнительной энергии из пищи, синтез ключевых молекул для развития собственных клеток и тканей. Более того, данные функции микробиоты весьма специализированы и различаются в зависимости от локализации микроорганизмов в ЖКТ и других локусах тела человека [2-4]. Таким образом, одним из наиболее перспективных направлений исследований в медицине является изучение набора генов микробиома различных локализаций, а именно микробных сообществ ЖКТ, кожи, слизистых оболочек половых органов и др. Данные коллективные гены, которые охватывает микробиота человека, известны как микробиом человека. Он в подавляющем большинстве случаев превосходит кодирующую способность генома человека, превышая 3 млн генов [1]. Несмотря на существование выраженных индивидуальных отличий в структуре бактериальных видов, составляющих микробиом хозяина, многие микробные гены отвечают за аналогичные функции, что приводит к высокой функциональной избыточности микробиома.

В течение многих лет активных исследований с помощью традиционных микробиологических методов: культивирования на питательных средах и микроскопии, - изучали микробиоту влагалища. На основе этих ранних работ состав микробиоты оценивали как здоровый, когда в нем преобладали перекись-продуцирующие Lactobacillus spp., и среди них с наибольшим вкладом Lactobacillis crispatus. Внедрение молекулярно-генетических методов исследования за последнее десятилетие значительно углубило понимание структуры и вариаций микробиоты влагалища в норме и при патологии. Теперь ясно, что разнообразие бактериальных видов в ее составе намного сложнее, чем признавали в более ранних публикациях [5].

Ведущая исследовательская группа из Хьюстона (США) и ряд других ученых доказали, что состав влагалищного микробиома индивидуально варьирует во время беременности [6-8], что способно влиять на плод и течение беременности. Достаточно давно было высказано предположение о том, что внутриутробные инфекции, такие как хориоамнионит, являются следствием восхождения микробиоты из урогенитального тракта [9], а развитие опасных для новорожденного состояний, таких как неонатальный сепсис и некротизирующий энтероколит, ассоциировано с перемещением бактериальной флоры матери к новорожденному [10, 11]. Однако в наступающую эпоху микробиом-ассоциированной медицины эти догмы ставятся под сомнение, исследователи начинают понимать, что многие так называемые стерильные ниши, особенно в женской репродуктивной системе (например, плацента), могут являться и в норме низкоактивными экологическими нишами для микроорганизмов, которые несут ряд важных для человека функций [6].

Поразительно, что, например, доминирование лактобацилл в составе микробиома влагалища уникально для людей: в то время как относительное количество лактобактерий во влагалище у женщин обычно >70%, у других млекопитающих лактобациллы редко превышают 1% влагалищного микробиома [12]. Было предложено несколько гипотез, объясняющих такой уникальный влагалищный микробиом человека, включая его роль в репродуктивной физиологии, высокий риск развития заболеваний, передаваемых половым путем, и высокий риск возникновения инфекционных осложнений, связанных с беременностью и родами.

В процессе исследования динамики состава микробиома влагалища во время нормально протекающей беременности исследователи из Великобритании показали, что к 6-й неделе после родоразрешения доминирование Lactobacillus spp. снижалось, а разнообразие других видов микроорганизмов увеличивалось [13]. При дальнейшем изучении влагалищного микробиома у небеременных здоровых женщин репродуктивного возраста исследователи выделили 5 бактериальных типов пейзажа микробиома [14]. Четыре из них характеризуются доминированием видов Lactobacillus spp., включая L. crispatus (тип I), L. gasseri (тип II), L. iners (тип III), L. jensenii (тип V). В IV типе влагалищного микробиома отмечена низкая относительная плотность Lactobacillus spp., при этом выявлено высокое разнообразие видов анаэробных бактерий: Prevotella, Dialister, Atopobium vaginae, Gardnerella vaginalis, Megasphaera, Peptoniphilus, Sneathia, Finegoldia и Mobiluncus. Последние из обозначенных видов микроорганизмов часто ассоциированы с клиническими симптомами бактериального вагиноза - состояния с наличием неприятного запаха и влагалищного отделяемого у женщин, что к тому же было связано с риском развития преждевременных родов [15, 16] и гистологически подвержденного хориоамнионита [17, 18]. Исследования, проведенные в США, показали, что в микробиоме влагалища у женщин азиатского происхождения и женщин европеоидной расы чаще преобладали Lactobacillus spp. (типы I, II, III и V), тогда как у темнокожих и латиноамериканских женщин чаще встречали высокоразнообразный микробиом (тип IV), что связывают с генетическими женскими различиями, влияющими на его состав [14, 19].

Наиболее активно обсуждается вопрос: какие характеристики микробиома влагалища могут быть предикторами преждевременных родов? Получены первые данные, например R. Hyman и соавт. показали, что беременные с более высокой плотностью лактобацилл во влагалище имели меньший риск преждевременных родов [20].

Длительное время в медицине считалось, что плацента является стерильным органом при нормально протекающей беременности, а присутствие бактерий по результатам микробиологического исследования было диагностическим признаком внутриутробной инфекции со значительным риском развития преждевременных родов [21]. Тем не менее все большее количество исследователей признает несоответствие между исходом беременности и наличием бактерий в плаценте по результатам стандартных микробилогических культуральных методов исследования [22-28]. Присутствие в плаценте бактерий в отсутствие гистологических признаков инфекционного воспаления было обнаружено неоднократно за последние несколько десятилетий [21, 27, 29-31]. Это привело к пониманию необходимости смены устоявшихся догм о роли бактерий в развитии внутриутробных инфекций при беременности [6].

Известна существующая опасность попадания микробов полости рта в кровоток на фоне периодонтита или стоматологических процедур [32]. Многими авторами доказано, что периодонтиты у беременных ассоциированы с повышением риска наступления преждевременных родов [33-35]. На экспериментальных моделях животных показано, что бактерии из полости рта могут распространяться гематогенно в плаценту [36, 37] и могут быть связаны с осложнениями беременности [36, 38, 39]. Fusobacterium nucleatum является микроорганизмом полости рта, который наиболее часто выявляют в диагностических образцах биологического материала, взятого после преждевременных родов, при разрыве плодных оболочек и мертворождении [22, 40, 41]. Ряд авторов обнаружили Fusobacteria в достаточно высокой плотности в микробиоме плаценты и в пуповинной крови [6, 7, 42].

Таким образом, можно констатировать, что современные представления о роли комменсалов в акушерской и гинекологической патологии более сложные, чем 10 лет назад. Влагалищный микробиом значительно варьирует у женщин на протяжении всей жизни и ассоциирован с рядом состояний. Даже считавшиеся ранее стерильными органы женской репродуктивной системы содержат определенные количества бактерий, формирующих микробиом. Влияние применения антибактериальных препаратов на микробиом женщины еще предстоит более точно охарактеризовать, а системный анализ микробиома в аспекте репродуктивного здоровья, несомненно, прольет свет на наиболее значимые и запутанные нарушения этой сферы. Эта сложная область исследований в сочетании с метагеномными технологиями в будущем позволит ученым-репродуктологам разгадать тайны не только здоровья и болезней, но и, возможно, коэволюции микробов и людей.

Стоит отметить, что до сих пор остается открытым вопрос о наиболее адекватной экспериментальной модели для исследований микробиома матки. Если в отношении экспериментального исследования микробиома ЖКТ "золотым стандартом" являются лабораторные мыши, в том числе безмикробные линии, то в отношении микробиома матки до сих пор не ясно, насколько результаты изучения микробиоты матки молочных коров могут быть экстраполированы для оценки микробиоты репродуктивной системы женщин.

В одной из работ, где авторы приняли вышеобозначенную лабораторную модель микробиоты матки, были собраны образцы маточных смывов (n=27) на 30-й день после родов у 13 здоровых животных, 5 коров с субклиническим эндометритом и 9 коров с клиническими признаками эндометрита. По результатам линейного дискриминантного анализа размера эффекта у коров с клиническим эндометритом микробиота матки характеризовалась повышенной плотностью Fusobacterium и появлением в ее составе бактерий Trueperella и Peptoniphilus. У коров с субклиническим эндометритом микробиота матки характеризовалась обогащением Lactobacillus и Acinetobacter [43].

Изучая влагалищную микробиоту женщин, стоит обратить внимание на естественную динамику снижения микробного разнообразия в течение беременности, с резким его нарастанием после родов (см. рисунок), что требует более детальной клинической оценки.

Динамика уровня разнообразия микробиоты влагалища (схематично) в течение беременности и после родов.

Адаптировано из [44]

На рисунке показано, что ранообразие микробиоты влагалища у женщин уменьшается во время беременности, часто с увеличением относительной численности Lactobacillus spp. В послеродовом периоде у женщин отмечена фаза резкого увеличения разнообразия влагалищного микробиома и уменьшения относительной плотности Lactobacillus spp. [44, 45].

Также C. Haggerty и соавт. показано, что у женщин с воспалительными заболеваниями тазовых органов в образцах эндометрия выявляли специфические для данного заболевания бактерии, такие как Sneathia sanguinegens, Sneathia amnionii, Atopobium vaginae [46].

Заключение

Исследования, проведенные в рамках международного проекта "Микробиом человека" продемонстрировали разнообразие микробной флоры в организме человека. Микробиота влагалища уникальна тем, что у многих женщин чаще всего преобладают виды Lactobacillus [4]. Однако у некоторых женщин отмечается сниженная плотность Lactobacillus spp. и влагалищная микробиота состоит из широкого спектра облигатных и факультативных анаэробов, что в целом коррелирует с повышенным риском развития инфекций, а

также ассоциировано с неудачными репродуктивными и акушерскими исходами. Интересно, что уровень защиты от инфекций также может варьировать в зависимости от конкретных видов и даже штаммов Lactobacillus, а некоторые виды Lactobacillus, хотя и доминируют в составе влагалищной микробиоты, не обладают защитным эффектом [47]. Это может влиять на риск развития инфекций, передаваемых половым путем, и, возможно, на неблагоприятные репродуктивные исходы, например трубное бесплодие. Таким образом, состав и функция микробиоты влагалища играют важную роль в течении беременности и фертильности женщин.

Литература/References

1. Qin J., et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010; 464 (7285): 59-65.

2. Walter J., Ley, R. The human gut microbiome: ecology and recent evolutionary changes. Annu Rev Microbiol. 2011; 65: 411-29.

3. Brestoff J.R., Artis D. Commensal bacteria at the interface of host metabolism and the immune system. Nat Immunol. 2013; 14 (7): 676-84.

4. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012; 486 (7402): 207-14.

5. Martin D.H., et al. The microbiota of the human genitourinary tract: trying to see the forest through the trees. Trans Am Clin Climatol Assoc. 2012; 123: 242-56.

6. Prince A.L., et al. The perinatal microbiome and pregnancy: moving beyond the vaginal microbiome. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015; 5 (6): a023051.

7. Aagaard K., et al. A metagenomic approach to characterization of the vaginal microbiome signature in pregnancy. PLoS One. 2012; 7 (6): E36466.

8. Romero R., et al. Correction: the composition and stability of the vaginal microbiota of normal pregnant women is different from that of nonpregnant women. Microbiome. 2014; 2 (1): 10.

9. Gongalves L.F., Chaiworapongsa T., Romero R. Intrauterine infection and prematurity. Ment Retard Dev Disabil Res Rev. 2002; 8 (1): 3-13.

10. Claud E.C., Walker W.A. Hypothesis: inappropriate colonization of the premature intestine can cause neonatal necrotizing enterocolitis. FASEB J. 2001; 15 (8): 1398-403.

11. Yee W.H., et al. Incidence and timing of presentation of necrotizing enterocolitis in preterm infants. Pediatrics. 2012; 129 (2): E298-304.

12. Miller E.A., et al. Lactobacilli dominance and vaginal pH: why is the human vaginal microbiome unique? Front Microbiol. 2016; 7: 1936.

13. MacIntyre D.A., et al. The vaginal microbiome during pregnancy and the postpartum period in a European population. Sci Rep. 2015; 5: 8988.

14. Ravel J., et al. Vaginal microbiome of reproductive-age women. Proc Natl Acad Sci USA. 2011; 108 (1): 4680-7.

15. Hillier S.L., et al. Association between bacterial vaginosis and preterm delivery of a low-birth-weight infant. The Vaginal Infections and Prematurity Study Group. N Engl J Med. 1995; 333 (26): 1737-42.

16. Hitti J., et al. Vaginal indicators of amniotic fluid infection in preterm labor. Obstet Gynecol. 2001; 97 (2): 211-9.

17. Gibbs R.S. Chorioamnionitis and bacterial vaginosis. Am J Obstet Gynecol. 1993; 169 (2 Pt 2): 460-2.

18. Takei H., Ruiz B. Shift in vaginal flora (bacterial vaginosis) and the frequency of chorioamnionitis in a high-risk population. Acta Cytol. 2006; 50 (4): 410-4.

19. Zhou X., et al. Differences in the composition of vaginal microbial communities found in healthy Caucasian and black women. ISME J. 2007; 1 (2): 121-33.

20. Hyman R.W., et al. Diversity of the vaginal microbiome correlates with preterm birth. Reprod. Sci (Thousand Oaks, Calif). 2014; 21 (1): 32-40.

21. Hillier S.L., et al. A case-control study of chorioamnionic infection and histologic chorioamnionitis in prematurity. N Engl J Med. 1988; 319 (15): 972-8.

22. Watts D.H., et al. The association of occult amniotic fluid infection with gestational age and neonatal outcome among women in preterm labor. Obstet Gynecol. 1992; 79 (3): 351-7.

23. Pettker C.M., et al. Value of placental microbial evaluation in diagnosing intra-amniotic infection. Obstet Gynecol. 2007; 109 (3): 739-49.

24. Buhimschi C.S., et al. Fetal inflammatory response in women with proteomic biomarkers characteristic of intra-amniotic inflammation and preterm birth. BJOG. 2009; 116 (2): 257-67.

25. Han Y.W., et al. Uncultivated bacteria as etiologic agents of intra-amniotic inflammation leading to preterm birth. J Clin Microbiol. 2009; 47 (1): 38-47.

26. Leviton A., et al. Microbiologic and histologic characteristics of the extremely preterm infant’s placenta predict white matter damage and later cerebral palsy. The ELGAN study. Pediatr Res. 2010; 67 (1): 95-101.

27. Stout M.J., et al. Identification of intracellular bacteria in the basal plate of the human placenta in term and preterm gestations. Am J Obstet Gynecol. 2013; 208 (3): 226.e1-7.

28. Combs C.A., et al. Amniotic fluid infection, inflammation, and colonization in preterm labor with intact membranes. Am J Obstet Gynecol. 2014; 210 (2): 125.e1-15.

29. Steel J.H., et al. Bacteria and inflammatory cells in fetal membranes do not always cause preterm labor. Pediatr Res. 2005; 57 (3): 404-11.

30. Redline R.W. Villitis of unknown etiology: noninfectious chronic villitis in the placenta. Hum Pathol. 2007; 38 (10): 1439-46.

31. Fortner K.B., et al. Bacteria localization and chorion thinning among preterm premature rupture of membranes. PLoS One. 2014; 9 (1): E83338.

32. Han Y.W., Wang X. Mobile microbiome: oral bacteria in extra-oral infections and inflammation. J Dent Res. 2013; 92 (6): 485-91.

33. Offenbacher S., et al. Periodontal infection as a possible risk factor for preterm low birth weight. J Periodontol. 1996; 67 (10S): 1103-13.

34. Goldenberg R.L., Hauth J.C., Andrews W.W. Intrauterine infection and preterm delivery. N Engl J Med. 2000; 342 (20): 1500-7.

35. Michalowicz B.S., et al. Change in periodontitis during pregnancy and the risk of pre-term birth and low birthweight. J Clin Periodontol. 2009; 36 (4): 308-14.

36. Han Y.W., et al. Fusobacterium nucleatum induces premature and term stillbirths in pregnant mice: implication of oral bacteria in preterm birth. Infect Immun. 2004; 72 (4): 2272-9.

37. Fardini Y., et al. Transmission of diverse oral bacteria to murine placenta: evidence for the oral microbiome as a potential source of intrauterine infection. Infect Immun. 2010; 78 (4): 1789-96.

38. Katz J., et al. Localization of P. gingivalis in preterm delivery placenta. J Dent Res. 2009; 88 (6): 575-8.

39. Swati P., et al. Correction to: simultaneous detection of periodontal pathogens in subgingival plaque and placenta of women with hypertension in pregnancy. Arch Gynecol Obstet. 2018; 297 (3): 813.

40. Romero R., et al. Infection and labor. V. Prevalence, microbiology, and clinical significance of intraamniotic infection in women with preterm labor and intact membranes. Am J Obstet Gynecol. 1989; 161 (3): 817-24.

41. Cahill R.J., et al. Universal DNA primers amplify bacterial DNA from human fetal membranes and link Fusobacterium nucleatum with prolonged preterm membrane rupture. Mol Hum Reprod. 2005; 11 (10): 761-6.

42. Jimenez E., et al. Isolation of commensal bacteria from umbilical cord blood of healthy neonates born by cesarean section. Curr Microbiol. 2005; 51 (4): 270-4.

43. Wang M.-L., et al. Uterine microbiota of dairy cows with clinical and subclinical endometritis. Front Microbiol. 2018; 9: 2691.

44. Kroon S.J., Ravel J., Huston W.M. Cervicovaginal microbiota, women’s health, and reproductive outcomes. Fertil Steril. 2018; 110 (3): 327-36.

45. Gajer P., et al. Temporal dynamics of the human vaginal microbiota. Sci Transl Med. 2012; 4 (132): 132ra52.

46. Haggerty C.L., et al. Identification of novel microbes associated with pelvic inflammatory disease and infertility. Sex Transm Infect. 2016; 92 (6): 441-6.

47. Power M.L., Quaglieri C., Schulkin J. Reproductive microbiomes: a new thread in the microbial network. Reprod Sci. 2017; 24 (11): 1482-92.


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»