Fekální mikrobiální transplantace – nová možnost ovlivnění výsledků terapie onkologických pacientů

Souhrn

Východiska: Střevní mikrobio­m je zcela zásadní pro fungování lidského těla, ovlivňuje nejen metabolizmus a trávení, ale také imunitní a neurobehaviorální systém. Složení lidského střevního mikrobio­mu je v posledních letech předmětem zájmu řady vědeckých týmů po celém světě, čemuž napomáhá i rychlý rozvoj metod molekulární genetiky. Dysbalance střevního mikrobio­mu (tzv. dysbióza) může napomáhat rozvoji řady patologických stavů, jako jsou autoimunitní nemoci, nebo se může uplatňovat v procesu kancerogeneze. Výzkum mikrobio­mu v onkologii se zatím nejvíce zaměřuje na vliv složení střevního mikrobio­mu na účinnost terapie inhibitory kontrolních bodů imunitní reakce. Ukazuje se, že rozdíly v relativním zastoupení jednotlivých bakteriálních kmenů a celková diverzita mikrobio­mu u pacientů léčených inhibitory kontrolních bodů souvisí s účinností této terapie. Řada projektů se v současné době zabývá možností manipulace se složením střevního mikrobio­mu, a to zejména pomocí fekální mikrobiální transplantace (FMT). Dvě publikované klinické studie potvrdily, že pomocí této metody je možné překonat u maligního melanomu rezistenci na terapii inhibitory kontrolních bodů a po provedené FMT navodit opět klinickou odpověď. Jedním z problémů tohoto klinického výzkumu je výrazná diverzita ve složení mikrobio­mu v různých populacích. Proto je klíčová znalost mikrobiálního složení v konkrétní populaci. V rámci výzkumného programu Onkologické kliniky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Všeobecné fakultní nemocnice v Praze již několik let probíhá program zkoumání složení střevního mikrobio­mu u pacientů s nemalobuněčným plicním karcinomem, renálním karcinomem a maligním melanomem v průběhu terapie inhibitory kontrolních bodů imunitní reakce. Cíl: Cílem sdělení je přiblížit aktuální dostupné informace o významu fekální transplantace v onkologii a také představit náš aktuálně probíhající výzkumný projekt.

Klíčová slova:

karcinom plic – mikrobiom – imunoterapie – renální karcinom – maligní melanom – fekální mikrobiální transplantace – inhibitory kontrolních bodů – imunitní reakce

Úvod

Význam střevního mikrobio­mu je studován řadu let a jeho neoddiskutovatelná role v trávení a metabolizmu je dobře známa již dlouho. Zásadní průlom v této oblasti však nastal relativně nedávno v souvislosti s rozvojem metod molekulární genetiky, které umožnily detailní studium složení velmi heterogenní mikroflóry, vztahy mezi jednotlivými mikroorganizmy a také jejich metabolickou aktivitu. Postupně se tak začíná odkrývat velmi komplexní systém lidského mikrobio­mu, nejen toho střevního, a tím se také začíná objasňovat jeho význam pro lidské zdraví a imunitní systém. Narušení střevního mikrobio­mu (dysbióza) je spojováno s různými patologickými, zejména autoimunitními stavy, typickým příkladem jsou idiopatické střevní záněty [1]. Ně­kte­ré mikrobiální druhy vyskytující se ve střevním mikrobio­mu jsou asociovány s kancerogenezí, a to nejen nádorů gastrointestinálního traktu [2,3]. Zároveň se intenzivně zkoumá vliv mikrobio­mu na účinnost protinádorové léčby a její nežádoucí účinky [4,5]. I když přibývají stále nové informace o významu mikrobio­mu v onkologii, je zatím nejvíce preklinických a klinických dat o vlivu složení mikrobio­mu na efektivitu imunoterapie, resp. léčbu inhibitory kontrolních bodů imunitní reakce (checkpoint inhibitory). Recentně byly publikovány výsledky pilotních klinických studií, které se snaží složením mikrobio­mu manipulovat pomocí fekální transplantace, a ovlivnit tím efektivitu imunoterapie [6,7]. V tomto článku uvádíme aktuální dostupné informace o významu fekální transplantace v onkologii a představujeme náš aktuálně probíhající výzkumný projekt. Ten se zabývá vlivem složení mikrobio­mu u pacientů s nemalobuněčným karcinomem plic (non-small cell lung cancer – NSCLC), maligním melanomem a renálním karcinomem na probíhající imunoterapii. U části pacientů je také prováděna manipulace mikrobio­mu před zahájením imunoterapie cestou fekální mikrobiální transplantace (FMT).

Střevní mikrobio­m

Díky své konstantní teplotě, anaerobním podmínkám a hojnosti substrátu střevo tvoří unikátní prostředí pro mikrobio­tu – společenství mikroorganizmů. Střevní mikrobio­m je definován jako kolektivní genom mikroorganizmů ve střevě, jenž ovlivňuje různé fyziologické funkce v lidském těle vč. metabolizmu, imunitního a neurobehaviorálního systému [8,9]. Střevní mikroflóra zajišťuje trávení nestravitelných částí potravy, syntetizuje nutriční faktory (např. vitamin K) a detoxikuje ně­kte­ré potenciálně škodlivé látky [10]. Mikrobio­ta napomáhá metabolizmu léčiv, zabraňuje kolonizaci patogenních mikroorganizmů a hraje důležitou roli ve funkci střevní bariéry [11].

Kromě dominantních bakterií jsou součástí střevního mikrobio­mu houby (mykobio­m), viry (virom) a archea (archaeom). Jejich funkční role, vliv na fyziologii a patofyziologii ani jejich interakce mezi sebou navzájem a hostitelem nejsou zatím prozkoumány tak jako u bakteriální složky střevního mikrobio­mu [12], u kterého jsou ale naše znalosti i přes intenzivní výzkum prozatím také značně limitované [13]. Podle současných znalostí je 95 % střevního mikrobio­mu tvořeno čtyřmi kmeny: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria a Verrucomicrobia [14]. Nicméně konkrétní složení a množství mikrobio­ty je velice rozdílné v různých částech zažívacího traktu i střeva; počet bakterií osciluje od 10¹ na gram obsahu v jícnu a žaludku až po 10¹² na gram obsahu v tlustém střevě [15]. Kromě rozdílu ve složení v různých částech střeva jsou informace o tom, že existuje také axiální rozdíl ve složení mikrobio­mu – tedy od lumen k povrchu sliznice střeva [16].

Většinu střevního viromu tvoří bakteriofágy a pouze minoritu zastupují eukaryotické viry. Odhaduje se, že bylo identifikováno pouhé 1 % viromu. Střevní mykobio­m je výrazně méně diverzifikovaný a tvoří malou složku celého střevního mikrobio­mu. Většina studií uvádí nejvyšší zastoupení Ascomytes, následovaných Zygomycotes a Basidiomycotes [18]. Nejméně prozkoumanou skupinou střevního mikrobio­mu je archaeom, který tvoří převážně methanogenní Archea, z nichž pouze několik bylo dosud izolováno [19].

Pro formování složení střevní mikrobio­ty je rozhodujících prvních 1 000 dní života člověka, mezi nejdůležitější faktory patří způsob porodu, strava (mateřské mléko vs. umělá výživa) a podávání antibio­tik [20]. Novorozenci narození přirozeným porodem mají mikrobio­tu podobnou vaginální mikrobio­tě matky, která obsahuje prospěšné bakterie, zatímco mikrobio­ta novorozenců narozených císařským řezem odráží kožní mikrobio­tu matky [21,22]. Mateřským mlékem se přenáší prospěšné Bifidobacterie, která posilují střevní bariéru; mateřské mléko zároveň obsahuje pro člověka nestravitelné oligosacharidy podporující růst Bifidobacterií, které je metabolizují. S přechodem na pevnou stravu dochází k formování komplexního diverzifikovaného střevního mikrobio­mu dospělého typu [23], k jehož ovlivnění dochází skrze složení stravy, životní styl a užívání léků, např. antibio­tik nebo inhibitorů protonové pumpy [24,25].

Jednou z limitací studia mikrobio­mu je jeho značná diverzita napříč populací a ještě větší rozdíly mezi populacemi. Většina dat a studií pochází z rozvinutých zemí s městským životním stylem, v terminologii studia mikrobio­mu jsou tyto státy nazývány akronymem WEIRD z anglického Western, Educated, Industrialized, Rich and Democratic countries, ale ukazuje se, že závěry z nich nelze aplikovat globálně. Např. Bacteroides se vyskytuje dominantně u lidí z USA, Číny, Španělska a Dánska, ale málo u lidí z Malawi, Peru, Ruska nebo Švédska, zatímco Prevotella je dominantní v Malawi, Peru a Venezuele ve srovnání s USA a Kanadou [26].

Vliv střevního mikrobio­mu na terapii inhibitory kontrolních bodů

Jak již bylo zmíněno výše, složení mikrobio­mu a přítomnost, resp. nepřítomnost určitých druhů bakterií má významný vliv na účinnost terapie inhibitory kontrolních bodů. Klinicky významný článek Gopalakrishnana et al přinesl data o složení orálního a střevního mikrobio­mu u více než 100 pacientů s maligním melanomem podstupujících imunoterapii. Byly popsány významné rozdíly v diverzitě a složení střevního mikrobio­mu pacientů odpovídajících na léčbu (tzv. respondérů) ve srovnání s pacienty neodpovídajícími na terapii (s tzv. non-respondéry). U respondérů byla obecně vyšší diverzita bakterií a relativně větší zastoupení bakterie Ruminococcaceae. Předpokládá se, že toto příznivé složení mikrobio­mu vede ke zvýšení systémové a protinádorové imunitní reakce zprostředkované zvýšenou prezentací antigenu a zlepšenou funkci efektorových T buněk v mikroprostředí nádoru [27]. Další práce zkoumající výsledky inhibitorů kontrolních bodů v léčbě maligního melanomu ukázala, že respondéři měli celkově vyšší diverzitu a také vyšší abundanci rodů Ruminococcaceae/Faecalibacterium. Naproti tomu non-respondéři měli nízkou diverzitu s vysokým relativním výskytem Bacteroidales. V této práci prováděli FMT od pacientů na bezmikrobní myši, kterým následně inokulovali maligní melanom a léčili je imunoterapií. Myši, které dostaly při transplantaci mikrobio­m od respondérů, měly lepší odpověď na imunoterapii [28]. Výsledky výzkumu ukazují, že se složení mikrobio­mu u respondérů na imunoterapii je odlišné u různých inhibitorů kontrolních bodů. U pacientů s maligním melanomem, kteří byli léčeni ipilimumabem nebo nivolumabem byla pozorována lepší odpověď na léčbu, pokud měli střevní mikrobio­m obohacený o Faecalibacterium prausnitzii, Bacteroides thetaiotamicron a Holdemania filiformis. Oproti tomu respondéři při terapii pembrolizumabem měli střevní mikrobio­m obohacený o bakterii Dorea formicogenerans. Společným prvkem všech respondérů bylo vyšší zastoupení Bacteroides caccae [29]. Fakt, že ve složení mikrobio­mu respondérů a non-respondérů je signifikantní rozdíl, potvrdila i metaanalýza čtyř metagenetických studií. Střevní mikrobio­m respondérů byl obohacen o Ruminococcaceae, Faecalibacterium, Ruminococcus bicirculans a Barnesiella intestinihominis, střevní mikrobio­m non-respondérů byl obohacen o Bacteroides thetaiotaomicron, Adlercreutzia, bakterie Mogiumfidolifaciens, Mogiiumfidolifaciens [30]. U pacientů s NSCLC a karcinomem ledviny byla odpověď na inhibitory kontrolních bodů asociována s relativním výskytem bakterie A. muciniphila ve střevním mikrobio­mu. Zároveň bylo popsáno nežádoucí působení antibio­tik, které byly podávány 2 měsíce před zahájením terapie inhibitory kontrolních bodů nebo v jejím průběhu. Jejich podávání vedlo ke zhoršené odpovědi na imunoterapii. Na myších modelech bylo prokázáno, že pokud byla po antibio­tické terapii provedena perorální suplementace bakterie A. muciniphila, efektivita imunoterapie se opět zlepšila [6]. Právě vliv užívání antibio­tik na účinnost imunoterapie lze považovat za nepřímý důkaz naznačující, že složení mikrobio­mu a jeho změny hrají zásadní roli. Nejméně v 11 publikovaných studiích byl pozorován negativní účinek antibio­tik na výsledek imunoterapie u různých nádorových onemocnění [31].

Neméně podstatné je, že na modelu bezmikrobních myší, kterým byl transplantován mikrobio­m od respondérů a následně inokulovány nádorové buňky NSCLC, byla pozorována větší efektivita imunoterapie. Zároveň nebyl pozorován rozdíl v přežití myší po FMT od respondérů nebo non-respondérů, pokud jim byl inokulován nádor a nebyly léčeny imunoterapií. Samotné příznivé složení mikrobio­mů se tedy projeví až při terapii inhibitory kontrolních bodů [6].

Problém s interpretací aktuálně dostupných prací spočívá v tom, že jejich výsledky jsou velmi rozdílné. Zdá se, že ně­kte­ré bakteriální kmeny, jako je např. Firmicutes, jsou obecně spojeny s lepší odpovědí na imunoterapii, ale jednoznačné závěry nelze provést. Máme k dispozici hodně preklinických dat, ale výsledků klinických studií je málo. První dvě klinické studie fáze I byly publikovány v lednu 2021 a obě se zabývaly FMT u pacientů s maligním melanomem léčených inhibitory kontrolních bodů. V obou byla prováděna FMT u pacientů rezistentních na imunoterapii, aby se zjistilo, zda je možné rezistenci překonat změnou střevní mikroflóry. V první studii provedli FMT u 15 pacientů a pro šest z nich to mělo jednoznačný klinický přínos. Autoři uvádějí, že FMT v kombinaci s inhibitory kontrolních bodů změnila střevní mikrobio­m a přeprogramovala mikroprostředí nádoru, a tím byla překonána rezistence vůči terapii inhibitory kontrolních bodů [32]. Ve druhé studii prováděli reindukci imunoterapie v kombinaci s FMT u 10 pacientů s anti-PD-1 refrakterním metastatickým melanomem a klinickou odpověď pozorovali u tří pacientů (1× kompletní remise, 2× parciální remise) [33]. Aktuálně probíhá několik desítek prospektivních klinických studií, na základě jejichž výsledků budeme schopni lépe pochopit vztah mezi imunoterapií, mikrobio­mem a antibio­tiky.

Fekální transplantace

FMT je metoda, kdy se aplikuje mikrobiální eluát ze stolice dárce do gastrointestinálního systému příjemce s cílem změnit složení příjemcova střevního mikrobio­mu. Zatím jedinou standardní indikací je perzistující infekce C. difficile, ale pokusů o využití i v jiných oborech, vč. onkologie, přibývá [18]. FMT může být podávána do horního gastrointestinálního traktu cestou nasogastrické sondy nebo do proximální části tenkého střeva pomocí gastrofibroskopie. Výrazně méně často se FMT provádí formou enterosolventních kapslí. Pokud se FMT aplikuje do dolního zažívacího traktu, je prováděna kolonoskopicky do oblasti vzestupného tračníku nebo pomocí retenčních klystýrů. Nejčastější ze všech vyjmenovaných metod podání je kolonoskopické podání [34]. Zatím neexistuje jednoznačný protokol na přípravu bakteriálního eluátu k transplantaci. Rozdíl v efektivitě podání čerstvého nebo (z důvodu skladování) zmrazeného bakteriálního eluátu nebyl pozorován [35].

FMT je poměrně bezpečná metoda, dle systematického review, které analyzovalo data z let 2000–2020 byl výskyt nežádoucích účinků po proběhlé FMT 19 %, z toho 1,4 % závažných. Nejčastěji se jednalo o průjmy (10 %) a břišní diskomfort (7 %), nicméně byly hlášeny i závažné multirezistentní infekce, které byly velmi vzácně i fatální. Podle této práce byly závažné nežádoucí účinky častější při provedení FMT do horního gastrointestinálního traktu [36].

Výběr vhodného dárce stolice je pro úspěšnou léčbu FMT kruciální. Pro výběr dárců stolice na FMT z indikace infekce C. difficile existuje doporučený evropský konsenzus, na základě kterého by měli být dárci vybíráni. Doporučuje se použití vstupního dotazníku a u vhodných dárců se dále přistupuje k podrobnému screeningu infekčních nemocí z krve a stolice (tab. 1), tak aby se snížilo riziko přenosu infekce z dárce na příjemce. Dárce podstupuje vyšetření krevního obrazu a bio­chemie z krve [37]. Z těchto obecných doporučení je možné vycházet i v onkologii a aplikovat je na potenciální dárce stolice pro onkologické pacienty.

Podle metaanalýzy dostupných dat neexistuje žádný významný rozdíl ve výsledku a úspěšnosti FMT v léčbě klostridiové infekce mezi anonymním dárcem a konkrétním vybraným dárcem (např. rodinný příslušník) [38]. Proto se začínají vytvářet ve větších centrech banky se vzorky stolice od anonymních dárců. Nicméně v onkologických indikacích ještě není stanoveno, jaký dárce je nejvhodnější, zda se má aplikovat stolice od zdravého dárce bez onkologického onemocnění nebo od dárce se stejnou onkologickou dia­gnózou, který dobře odpovídá na terapii (respondér). Dosud publikované klinické studie fáze I, které testovaly FMT u pacientů s melanomem jako dárce stolice pro FMT, volily pacienty se stejnou onkologickou dia­gnózou, v jedné studii byli pouze dva dárci a oba měli kompletní remisi maligního melanomu po terapii inhibitory kontrolních bodů po dobu minimálně 1 roku [32], ve druhé studii bylo sedm dárců s melanomem, kteří měli na této terapii kompletní nebo parciální remisi [33].

Popis výzkumného projektu

Na Onkologické klinice 1. LF UK a VFN v Praze aktuálně probíhá výzkumný projekt se zaměřením na zjišťování složení a manipulaci fekálního mikrobio­mu onkologických pacientů. Projekt má dvě hlavní klinická ramena – observační a intervenční. V intervenčním rameni se provádějí fekální transplantace u pacientů s NSCLC před zahájením imunoterapie. Načasování FMT je tedy jiné než v dosud publikovaných pracích, kde se k FMT přistupuje až při progresi na imunoterapii. Jako donoři stolice pro přípravu eluátu jsou vybíráni pacienti s NSCLC, kteří měli dlouhodobou nebo významnou odpověď na terapii inhibitory kontrolních bodů. FMT je prováděna pomocí gastrofibroskopie, a to do proximální části tenkého střeva za vizuální kontroly, čímž se snižuje riziko vzniku případných nežádoucích událostí, jako je aspirace. Pacienti jsou připravováni den před výkonem prokinetiky a laxativy. FMT je velmi dobře tolerována a nevyskytly se doposud žádné závažné nežádoucí příhody spojené s tímto výkonem.

V druhém, observačním rameni jsou u pacientů s NSCLC, maligním melanomem a karcinomem ledviny sledovány změny ve složení mikrobio­mu v průběhu terapie inhibitory kontrolní bodů.

Závěr

Studium střevního mikrobio­mu je aktuálně jedna z nejdynamičtějších oblastí medicínského výzkumu, čemuž odpovídá i exponenciální růst prací, které se tomuto tématu věnují. I přes tento zájem je stále více otázek než odpovědí a je třeba vyčkat dalších výsledků. Jedním z úskalí výzkumu mikrobio­mu je mezipopulační diverzita a pouze omezená možnost aplikovat výsledky mezinárodních studií na konkrétní populace. Proto jsou důležité lokální projekty mapující složení mikrobio­mu v konkrétní populaci. Takový projekt probíhá v rámci výzkumu na 1. lékařské fakultě Univerzity Karlovy ve Všeobecné fakultní nemocnici a jeho výsledky lze předpokládat v roce 2024. Jsme přesvědčeni, že jedině kombinace lokálních dat s mezinárodními údaji při meziinstitucionální kooperaci může přinést relevantní výsledky a může vést k používání FMT v klinické praxi.

Dedikace

Práce byla realizována za podpory Cooperatio, Oncology and Haematology, a Ministerstva zdravotnictví ČR pod grantovým číslem VES NV19-03-0017.

MUDr. Ľudmila Křížová
Onkologická klinika
1. LF UK a VFN v Praze
U Nemocnice 2
128 08 Praha 2
e-mail: ludmila.krizova@vfn.cz
Obdrženo/Submitted: 5. 6. 2022
Přijato/Accepted: 2. 8. 2022