Prošlo desetljeće svjedočilo je o revolucionarnom napretku u području istraživanja mikrobioma. Područje u kojem su dokazane velike implikacije mikrobioma jest biologija tumora. Mikrobiom utječe na početak i napredovanje tumora izravnim djelovanjem na tumorske stanice, ali i neizravno manipulacijom imunološkog sustava. Mikrobiom također može utjecati na rezultat terapije raka, a time i na napredovanje bolesti i preživljavanje. Modulacija mikrobioma može se iskoristiti kako bi se pojačala učinkovitost imunoterapije, smanjila njezina toksičnost, ali i spriječila pojava karcinoma.
„Sve bolesti počinju u crijevima“ – citat je koji se pripisuje starogrčkom liječniku Hipokratu od prije gotovo 2500 godina. Prema današnjim znanstvenim spoznajama, Hipokrat nije bio daleko od istine. Određeni ustroj mikroorganizama unutar crijeva poznat je kao crijevna mikrobiota. Iako se izraz „mikrobiom“ obično koristi kao sinonim, on predstavlja kolektivni genom mikrobiote. Sastav crijevne mikrobiote uvelike varira među pojedincima, ali u pravilu sastoji se od bakterija, arheja, jednostaničnih eukariota i virusa. Metagenomsko sekvenciranje utvrdilo je više od 1000 vrsta bakterija koje su sposobne preživjeti u crijevima, a smatra se da svatko od nas ima oko 160 različitih vrsta bakterija. U literaturi se često navodi da mikrobi koji žive u ljudskom tijelu i na njemu brojčano nadmašuju ljudske stanice omjerom 10 : 1, dok novija istraživanja otkrivaju da je taj omjer ipak nešto manji, ali i dalje važan segment u održavanju ljudskog zdravlja. Njihova je funkcija razgradnja neprobavljivih dijetalnih vlakana i drugih komponenata hrane, proizvodnja vitamina, hormona, poticanje razvoja i sazrijevanja imunološkog sustava i sprječavanje patogenih vrsta u kolonizaciji crijeva. Osim naravno prednosti koje ljudski organizam ima od njih, oni su kao i svi drugi organizmi na zemlji: žive, hrane se, međusobno komuniciraju, koloniziraju, razmnožavaju se i međusobno izmjenjuju genetski materijal. U tim procesima stvaraju različite sekundarne metabolite, unutarstanične i izvanstanične koji fiziološki gledano mogu povoljno djelovati na ljudski organizam, ali isto tako mogu biti i štetni. Sudeći po novim saznanjima o mikrobioti, taj pomalo „zaboravljeni organ“, ima pozamašnu ulogu u patogenezi imunoloških poremećaja i karcinoma. Nepovoljan učinak sekundarnih metabolita, koji se još popularno nazivaju i endotoksini, odnosno egzotoksini, očituje se aktivacijom niza neželjenih reakcija u tijelu, kao npr. proljev, razni osipi, otrovanja, Herxheimerove reakcije, pa sve do okidača alergijskih reakcija, autoimunih bolesti, onkogenog učinka itd.
KARCINOM DEBELOG CRIJEVA
Kolorektalni karcinom (CRC) treći je najčešći rak u svijetu i vodeći uzrok smrti od raka. Nekoliko nedavnih studija pokazalo je da crijevna mikrobiota može promijeniti tijek i napredak CRC-a modulacijom upale i oštećenja DNA-a, stvaranjem metabolita uključenih u progresiju ili supresiju tumora. U bolesnika s CRC-om uočena je disbioza (disbalans) crijevne mikrobiote uz smanjen broj komenzalnih bakterijskih vrsta (bakterija koje proizvode butirat) i povećan broj štetnih bakterija (proupalnih oportunističkih patogena). CRC se očituje izmijenjenom proizvodnjom bakterijskih metabolita koji su izravno uključeni u metabolizam raka, uključujući kratkolančane masne kiseline i poliamine. Novi dokazi sugeriraju da prehrana (kao „gorivo“ za mikrobiotu) ima važan utjecaj na rizik od razvoja CRC-a. Unos hrane bogate vlaknima, polinezasićenim masnim kiselinama, polifenolima i prebioticima i suplementacija odgovarajućim probioticima mogao bi biti ne samo potencijalni mehanizam primarne prevencije i smanjenja rizika od nastanka CRC već može djelovati kao pomoćno sredstvo konvencionalnom liječenju, s ciljem poboljšanja odgovora na terapiju karcinoma. Stoga bi personalizirana modulacija crijevnog mikrobioma prehranom, dodacima prehrani, probioticima i lijekovima mogla biti obećavajući pristup za sprječavanje razvoja i progresije CRC-a te za poboljšanje učinkovitosti antitumorske terapije. Nedavne studije utvrdile su nekolicinu bakterijskih vrsta kao što su Streptococcus bovis, Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum, Enterococcus faecalis, Escherichia coli i Peptostreptococcus anaerobius kao patogene kandidate uključene u patogenezu kolorektalnog karcinoma. Od najčešćih mehanizama nastanka CRC-a spominju se moguće kronične lokalne upale povezane s disbalansom crijevne mikrobiote, naseljavanje patogenih bakterija, formiranje biofilmova, oksidativni stres, genotoksini i sekundarni mikrobni produkti.
BIOFILMOVI, SIBO I KRONIČNA UPALA
Upala dovodi do razvoja raka i potiče sve faze onkogeneze. Najpoznatiji primjeri koji povezuju kronične upale s infekcijama svakako su kronični gastritis izazvan bakterijom H. pylori, čiju infekciju povezujemo s rakom želuca, hepatitis B i C s rakom jetre, dok HIV povećava rizik od infekcija drugim virusima i vrlo rijetkih karcinoma, uključujući Kaposijev sarkom, ne-Hodgkinov limfom i invazivni rak vrata maternice. Isti je slučaj i kod kroničnih upalnih crijevnih bolesti čije neliječenje može dovesti do razvoja karcinoma. Upalne crijevne bolesti (IBD) povezane su s disbiozom i promjenama u sastavu crijevne mikrobiote. SIBO ili sindrom bakterijskog prerastanja (engl. small intestinal bacterial overgrowth) jedan je od vrlo čestih oblika promijenjene mikrobiote koja se povezuje s gastrointestinalnim smetnjama, upalnim bolestima crijeva te različitim imunološkim poremećajima. Nove studije sugeriraju da su disbioza i SIBO neki od najčešćih okidača za IBD i IBS (sindrom iritabilnog crijeva) te igraju bitnu ulogu u razvoju i napredovanju tih dvaju stanja. Ako obratimo pozornost na brojčani raspored mikroorganizama, fiziološki je veći CFU (engl. colony forming units; broj jedinica koje tvore kolonije) bakterija u debelom nego u tankom crijevu. Kod sindroma bakterijskog prerastanja govorimo o povećanoj kolonizaciji tankog crijeva mikroorganizmima, u pravilu s patogenim bakterijama, koje migriraju iz debelog u tanko crijevo zbog loše funkcije ileocekalnog sfinktera (koji dijeli kolon od ileuma). Disbioza i translokacija mikrobiote tankog crijeva vezana je uz promijenjen i loš sastav mikrobiote debelog crijeva.
U drugim slučajevima krivci upale mogu biti okolišni čimbenici; pesticidi i herbicidi, izloženost toksinima, različite kemikalije i loša prehrana. Mnogi karcinogeni iz okoliša povezani su s nekim oblikom kronične upale, kao što npr. pretjerana izloženost organokloriranim pesticidima može dovesti do razvoja ne-Hodgkinovog limfoma, ali osim izravnog mutagenog učinka na stanice limfnog sustava, ti spojevi mogu uzrokovati alternaciju crijevnog mikrobioma, posljedično disbalansa mikrobiote i lokalizirane upale crijeva. Otprilike 20 % karcinoma povezano je s kroničnim infekcijama, 30 % povezano je s pušenjem i udahnutim zagađivačima, dok je 35 % povezano s prehrambenim čimbenicima. Bilo da se radi o autoimunoj bolesti poput IBD-a, lupusa ili reumatoidnog artritisa, iritacijama kemijskim spojevima kojima smo možda svakodnevno izloženi, „utišavanje“ upalnih procesa u našem tijelu može znatno smanjiti rizik od nastanka raka.
Često se neuspjelo liječenje bakterijskog prerastanja (SIBO), infekcije s bakterijom C. difficile i disbioze debelog crijeva povezuju s prisutnošću biofilmova u probavnom sustavu. Bakterijski su biofilmovi složene slojevite zajednice bakterija koje se povezuju pomoću polimernih matriksa sastavljenih od polisaharida, izlučenih proteina i izvanstaničnog DNA-a i predstavljaju svojevrstan „štit“ bakterijskim kolonijama. Biofilmovi predstavljaju napredniju metaboličku mikrobiološku strukturu prožetu kanalima koji djeluju kao cirkulacijski sustav, omogućuju bakterijama razmjenu vode, hranjivih tvari, enzima, komuniciraju i odlažu potencijalno toksične metabolite. Problem za zdravlje predstavljaju biofilmovi patogenih bakterija. Oni mogu nastati u tankom (najčešće kod SIBO-a) i debelom crijevu te postati izvorišta kroničnih infekcija i kroničnih upala. U kontekstu karcinoma, položaj biofilmova u debelom crijevu može odrediti i položaj karcinoma. Istraživanja su pokazala da svi karcinomi debelog crijeva u sebi sadrže dijelove biofilmova, njihove infiltrate i neke bakterije „zaglavljene“ u svim slojevima. Bakterijski biofilmovi uzrokuju kronične infekcije jer pokazuju visoku stopu tolerancije na antibiotike, fekalne transplantate, kao i otpornost na fagocitozu te druge komponente obrambenog sustava. Bez eradikacije patogenih biofilmova nakon nekog vremena dolazi do ponovne reinfekcije i relapsa bolesti jer se konstantno stvaraju nove jedinke patogena. Složenu strukturu tih kolonija teško je eliminirati čak i primjenom visokih doza antibiotika, što upućuje na to da biofilmovi pridonose bakterijskoj rezistenciji. Takva saznanja o bakterijskim kolonijama otvaraju nam mogućnost za izradu novih lijekova i metoda liječenja bakterijske rezistencije, kroničnih infekcija i upala, a samim time i sprječavanje nastanka karcinoma.
TERAPIJSKI PRISTUP
Makrofagi su ključni „igrači“ u održavanju homeostaze tkiva eliminacijom invazivnih patogena i pokazuju ekstremnu plastičnost svojih fenotipova, za koje je pokazano da imaju proupalne i protuupalne funkcije. Metaboliti dobiveni iz mikrobiote, kratkolančane masne kiseline i gram-negativni bakterijski lipopolisaharidi djeluju protuupalno ili proupalno na makrofage. Razumijevanje uloge makrofaga u interakcijama crijevne mikrobiote i upale moglo bi nam pružiti nove metode za prevenciju i liječenje upalnih bolesti. Vjeruje se da su mnoge crijevne bakterije uključene u različite upalne i imunološke procese koji utječu na etiologiju tumora zbog svojih metaboličkih svojstava i svoje sposobnosti mijenjanja homeostaze mikrobiote. Iako su mnoge funkcije mikrobiote još uvijek nejasne, postoje uvjerljivi eksperimentalni dokazi koji pokazuju da je crijevna mikrobiota sposobna modulirati karcinogenezu i odgovor na terapije protiv raka kako u crijevnom traktu tako i na drugim mjestima u tijelu. Studije na životinjama potvrđuju da antitumorski lijekovi i crijevne bakterije mogu „surađivati“ u borbi protiv karcinoma debelog crijeva. Imuno-onkološki pristup liječenju karcinoma blokadom imunološke točke (ICB) pembrolizumabom drastično smanjuje neke čvrste tumore, no često je takva terapija neučinkovita u borbi protiv raka debelog crijeva. Međutim na mišjim modelima dokazano je da mikrobiom crijeva može modulirati učinkovitost ICB-a. Rod bakterija Bifidobacterium (osobito vrsta B. pseudolongum) poboljšava učinkovitost ICB-a proizvodnjom inozina. Terapija ICB-om čini crijevno-krvnu barijeru propusnijom, što omogućuje povećanje koncentracije inozina (proizvedenog od vrsta Bifidobacterium) u krvotoku i time dolazi do sistemske aktivacije antitumorskih T-stanica. To potvrđuju i druge studije u kojima je primijećeno da je kod pacijenata kod kojih je utvrđen dobar odgovor na ICB-terapiju karcinoma debelog crijeva uočena peterostruko veća količina roda Bifidobacterium u odnosu na neuspjelu ICB-terapiju. Sličan način imunomodulacije probavnim bakterijama uočen je i kod terapije karcinoma gušterače. Otkriveno je da je rod bakterija Lactobacillus u interakciji s makrofagima. Taj vrlo popularan rod bakterija u nekim istraživanjima spominje se u negativnom kontekstu kada je u pitanju rak gušterače. Naime rod Lactobacillus metabolizira aminokiselinu triptofan, čime se stvaraju metaboliti koji aktiviraju aril ugljikovodične receptore (AhR). Njihova je uloga regulacija imunoloških stanica, uključujući T-limfocite i makrofage. Konkretno, AhR-aktivacija makrofaga povezuje se s imunosupresijom te otpornošću na kemoterapiju, što za posljedicu ima rast tumora. U istraživanju korištene su dvije grupe miševa, jednoj je dan antibiotik ampicilin, a drugoj grupi regulirana je prehrana tako što je uklonjen triptofan iz prehrane. Nakon 10 dana takvog tretmana, tumori miševa kojima je prehranom uskraćen triptofan bili su dvaput manji od onih koji su bili hranjeni uobičajenom nekontroliranom prehranom. Miševi liječeni ampicilinom imali su smanjenu tumorsku masu i smanjenu ekspresiju gena koji reagiraju na AhR. Isto tako, kod miševa koji su primali ampicilin primijećena je povećana raznolikost mikrobima te smanjena razina laktobacila. Na tim primjerima vidimo kako dva najpopularnija probiotička roda bakterija mogu pozitivno, ali i negativno utjecati na patogenezu dvaju različitih tumora. Specifičnost sastava mikrobiote može utjecati na tijek različitih bolesti i ishode liječenja, stoga bi suplementacija probioticima trebala biti kontrolirani proces.
Članak u cijelosti možete pročitati u magazinu Stetoskop 01/2022.
LITERATURA:
- Benito-León J, Laurence M. The Role of Fungi in the Etiology of Multiple Sclerosis. Front Neurol. 2017 Oct 16. 2017;8:535.
- Cheng WY, Wu C, Yu J. The role of gut microbiota in cancer treatment: friend or foe. Gut 2020;69:1867-1876.
- Cheng Y, Ling Z, Li L. The Intestinal Microbiota and Colorectal Cancer. Front. Immunol., 2020 Nov.
- Sánchez-Alcoholado L, Ramos-Molina B, Otero A, Laborda-Illanes A, Ordóñez R, Antonio J,3 Gómez-Millán J, Isabel Queipo-Ortuño M. The Role of the Gut Microbiome in Colorectal Cancer Development and Therapy Response. Cancers (Basel). 2020 Jun; 12(6): 1406.
- Shusuke T, Lockett T, Topping D, Scherer B, Watson M, Southwood J, M Clarke J. Butyrylated starch affects colorectal cancer markers beneficially and dose-dependently in genotoxin-treated rats. Cancer Biol Ther. 2014 Nov; 15(11): 1515–1523.
- Zhang L, Zhang YJ, Chen J, Huang XL, Fang GS, Yang LJ, Duan Y, Wang J. The association of HLA-B27 and Klebsiella pneumoniae in ankylosing spondylitis: A systematic review. Microb Pathog. 2018 Apr;117:49-54.
- Wang J, Wei-Dong C, Yan-Dong W. The Relationship Between Gut Microbiota and Inflammatory Diseases: The Role of Macrophages. Front. Microbiol. 2020 June.
