Střevní mikrobio­ta a karcinom pankreatu

Overview

Východiska: Incidence karcinomu pankreatu (pancreatic ductal adenocarcinoma – PDAC) má zejména v rozvinutých zemích zvyšující se tendenci. V roce 2021 bylo celosvětově dia­gnostikováno 496 000 nových případů PDAC. Incidence v ČR je jedna z nejvyšších na světě a za rok 2018 bylo zachyceno 2 332 nových pacientů. Vzhledem k absenci symptomů v časných stadiích je přibližně 50 % pacientů vstupně dia­gnostikováno se vzdálenými metastázemi. Mortalita je nepatrně nižší než incidence a navzdory výrazným pokrokům v onkologickém výzkumu zůstává PDAC stále fatální dia­gnózou. Zajímavým přístupem, a to nejen u PDAC, je studium mikrobio­mu. Ten je definován jako soubor všech mikroorganizmů (mikrobio­ta, tedy bakterie, houby, viry archea a protozoa) a jejich genomu v určitém prostředí. Za fyziologických podmínek je střevní mikrobio­m v symbióze s osídleným organizmem, a udržuje tak rovnováhu metabolizmu, slizniční imunomodulaci a reguluje proces trávení. Při dysregulaci počtu či funkce střevních mikroorganizmů nastává dysbióza. Ta pak vede ke vzniku metabolických a kardiovaskulárních chorob, k poruchám nervového systému, indukci zánětů střeva či kancerogenezi. Mikrobio­ta mohou indukovat kancerogenezi několika způsoby, a to zejména vyvoláním zánětlivé odpovědi, snížením schopnosti imunitního systému eliminovat poškozené buňky a v neposlední řadě mohou metabolity mikrobů vést k deregulaci genomu osídleného organizmu. Tato deregulace vede k aktivaci proapoptotických a proproliferativních proteinů. Dosavadní výzkum prokazuje, že na rozvoji PDAC se může podílet právě střevní či orální mikrobio­m. Jednou z nejvíce studovaných bakterií je Porphyromonas gingivalis. I u dalších bakterií, jako jsou Fusobacteria, Enterobacter, Klebsiella, Prevotella či Rothia, byla prokázána role při vzniku PDAC. Cíl: Cílem tohoto přehledového článku je poukázat na jeden z možných mechanizmů vzniku PDAC. Ten by mohl být ovlivnitelný, což může znamenat snížení incidence a zlepšení prognózy tohoto agresivního onemocnění.

Klíčová slova:

baktérie – dysbióza – karcinom pankreatu – mikrobio­m

Úvod

Incidence pankreatického adenokarcinomu (pancreatic ductal adenocarcinoma – PDAC) významně narůstá, a to zejména ve vyspělých západních zemích. Dle databáze GLOBOCAN 2021 bylo celosvětově dia­gnostikováno 496 000 nových případů PDAC a 466 000 úmrtí na tuto chorobu. Křivka mortality tedy prakticky kopíruje křivku incidence. Ve Spojených státech jde o čtvrtou nejčastější příčinu úmrtí na nádorová onemocnění. Navíc se predikuje, že po roce 2030 bude PDAC již na druhém místě [1]. Incidence v ČR je bohužel jednou z nejvyšších na světě s absolutním počtem 2 332 nových dia­gnóz za rok 2018. I když je incidence PDAC stále výrazně nižší než u jiných častých malignit, jako jsou karcinomy střev, plic, prsu či prostaty, je PDAC považován za fatální dia­gnózu [2]. Chemorezistence a radiorezistence tohoto onemocnění vede k velmi špatné prognóze a za poslední dekády nedošlo k významnému navýšení 5letého přežívání, které zůstává nadále nejnižší napříč onkologickými dia­gnózami [3].

PDAC je tedy velmi agresivní onemocnění, u něhož je jedinou potenciálně kurativní léčbou chirurgická resekce. Ta je však možná pouze u 15–20 % nově dia­gnostikovaných pacientů. Důvodem je absence symptomů onemocnění v časném, tedy v resekabilním stadiu. Většina pacientů je dia­gnostikována s pokročilou chorobou. Přibližně 30 % pacientů je dia­gnostikováno v hraničně resekabilním či lokálně pokročilém stadiu, kdy je preferována předoperační chemoterapie či chemoradioterapie s cílem zmenšení nádorové masy (tzv. down-stagingu), včasné eradikace mikrometastáz a v neposlední řadě dosažení radikální (R0) resekce. Polovina pacientů je vstupně dia­gnostikována bohužel s metastatickým onemocněním [4]. Na agresivitu PDAC ukazuje i fakt, že toto onemocnění velmi časně metastazuje. Haeno et al. prezentovali data z autopsií, ze kterých je patrné, že tumory o velikosti 1 cm mají pravděpodobnost mikrometastatické diseminace až v 28 % případů a u tumorů velikosti 3 cm je to až 94 % [5].

Jako „klasické“ rizikové faktory jsou uváděny věk, nadměrná konzumace alkoholu, diabetes mellitus, obezita, faktory genetické a chronická pankreatitida [6]. Nicméně PDAC vzniká často jako sporadické onemocnění a screening ve formě endosonografie pankreatu je v současné době vyhrazen pouze pro vysoce rizikové jedince, kteří jsou např. nosiči zárodečné mutace predisponující ke vzniku PDAC (mutace v genech BRCA1 a BRCA2, CDKN2A, CHEK2, PALB2 či ATM) nebo mají dia­gnostikovanou chronickou pankreatitidu. Velmi zajímavou a do budoucna slibnou screeningovou metodou se jeví detekce změn sérového lipidomu (dysregulace sfingomyelinů, ceramidů a (lyso)fosfatidylcholinů s dlouhým řetězcem) pomocí hmotnostní spektrometrie. Tato tekutá bio­psie dokáže s vysokou senzitivitou a specificitou (pro oboje > 90 %) detekovat časná stadia PDAC, a mohla by tak překonat v klinické praxi běžně užívaný tumor marker CA 19-9 [7]. 

Z výše zmíněného tedy vyplývá, že v časných stadiích je PDAC obtížně dia­gnostikovatelné, a tedy ve finále i obtížně léčitelné onemocnění. Současný výzkum má za cíl snížit incidenci, detekovat chorobu v časném a operabilním stadiu a hledat nové léčebné přístupy s nižší toxicitou a vyšší efektivitou. Jednou z perspektivních oblastí u pacientů s PDAC je studium mikrobio­mu a jeho vlivu na vznik a prognózu tohoto stále fatálního onemocnění.

 

Role mikrobio­mu u PDAC

Mikrobio­mem se rozumí soubor všech mikroorganizmů (mikrobio­ta, tedy bakterie, houby, viry archea a protozoa) a jejich genomu v určitém prostředí. Střevní mikrobio­m je optimálně v symbióze s osídleným organizmem a podílí se na udržení rovnováhy metabolizmu, na slizniční imunomodulaci, regulaci procesu trávení a střevní struktury. Významné změny v počtu či funkci střevních mikroorganizmů vedou k dysbióze, čímž dochází k porušení této rovnováhy. To může zapříčinit vznik metabolických a kardiovaskulárních chorob, poruchy nervového systému, indukce zánětů střeva či kancerogenezi [8–10]. Role bakterií v onkogenezi je studována již od roku 1984, kdy byla popsána souvislost mezi Helicobacterem pylori a karcinomem žaludku [11]. Nyní je zřejmé, že mikrobio­ta mohou vést ke kancerogenezi několika způsoby, a to indukcí zánětlivé odpovědi, snížením schopnosti imunitního systému eliminovat poškozené buňky a v neposlední řadě mohou metabolity mikrobů vést k deregulaci genomu osídleného organizmu [10]. Máme k dispozici celou řadu důkazů potvrzujících, že se určité bakteriální kmeny podílejí na vzniku a progresi různých typů nádorového onemocnění, jako jsou např. Streptococcus anginosus a Peptostreptococcus anaerobius u nádorů hlavy a krku [12], Enterococcus faecalis a Fusobacteria u nádorů střev [13,14] nebo Porphyromonas gingivalis u nádoru pankreatu [15].

Ren et al. v roce 2017 [16] a Fan et al. v roce 2018 [17] poprvé vyslovili domněnku o existenci vztahu mezi střevním mikrobio­mem a PDAC. U osob s PDAC existuje rozdílná skladba střevní mikrobio­ty oproti zdravým jedincům [18]. Taktéž bylo prokázáno, že makrofágy mohou být aktivovány ně­kte­rými antigeny střevní mikrobio­ty. To má za následek zvýšenou indukci sekrece interleukinu-6 (IL-6), aktivátoru transkripce 3 (STAT-3) anebo nukleárního faktoru kappa B. Přetrvávající STAT-3 aktivace řídí progresi pankreatických nádorových buněk přes up-regulaci antiapoptotických a proproliferativních proteinů, jako jsou Bcl-XL, MCl-1, survivin, c-Myc a cyklin D1. Navíc aktivovaný STAT-3 v epiteliálních buňkách může zvyšovat sekreci prozánětlivých mediátorů a stejně tak může indukovat expresi matrixové metalopeptidázy 7, která podporuje růst nádorových buněk a jejich případné metastazování [19,20]. Bakteriální reflux z duodena do pankreatu přes papilu a pankreatický duktus nebo zvýšení mikrobiální translokace přes porušenou střevní stěnu vedou ke kolonizaci pankreatické tkáně. Tímto způsobem se pak může vytvářet zánětlivé mikroprostředí, které mimo jiné indukuje i mutace v genech KRAS (Kirsten rat sarcoma virus) či p53 v pankreatických buňkách. Tyto mutace považujeme za hlavní řídicí mutace v kancerogenezi PDAC [21,22].

Nejen střevní mikrobio­m, ale i bakteriální osídlení dutiny ústní a periodontální onemocnění jsou považovány za vysoké riziko vzniku PDAC, a to až u 60 % osob. Jako dominantní je v těchto případech označena přítomnost již zmíněné bakterie Porphyromonas gingivalis. Protilátky proti této bakterii jsou až 2× vyšší než u jedinců bez pankreatického karcinomu [22]. Tento nález významně podpořila i studie zdravých dobrovolníků EPIC (European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition). Předpokládá se, že tyto onkobakterie mohou být přenášeny cévním řečištěm do vzdálených orgánů, kde mohou vést ke vzniku onkologické choroby. Porphyromonas gingivalis však může kromě PDAC zapříčinit i jiné malignity, jako jsou kolorektální karcinom, karcinom jícnu a karcinom hlavy a krku [23–25]. Naopak vysoký titr protilátek proti nepatogenním komenzálním orálním bakteriím, jako jsou Fusobacterium nebo Lepotrichia, je považován za protektivní faktor snižující riziko vzniku PDAC oproti pacientům s nízkým titrem [17]. Diskutován je i možný vztah mezi pozitivitou Helicobacter pylori a PDAC [26]. Helicobacter pylori je schopen produkovat cytotoxin asociované proteiny, které v zánětlivé tkáni vyvolávají oxidativní stres a poškození DNA hostitele. Tím se zvyšuje riziko buněčné karcinogeneze. U PDAC je tento vztah stále spíše kontroverzním [27].

Slinivka břišní tedy není sterilním orgánem. Geller et al. popsal přítomnost bakterií u zdravých jedinců – dárců orgánů – i u osob s PDAC [28]. V této studii byly bakterie detekovány u 75 % pacientů s PDAC a pouze u 15 % nenádorových vzorků pankreatu. Ve více než 50 % pozitivních nálezů se jednalo o Enterobactericeae a Pseudomonadaceae. Tyto bakterie lze běžně prokázat na sliznici duodena zdravých osob [21]. Různé typy PDAC mají svůj specifický mikrobiální profil. Nejman et al. pozorovali, že bakterie tumorózní tkáně jsou predominantně lokalizovány intracelulárně, a to jak v buňkách nádorových, tak i v buňkách imunitního systému, jako jsou makrofágy [18]. Kromě pankreatického parenchymu lze detekovat přítomnost bakterií i v cystických formacích pankreatu [29]. Zvláště vysoký záchyt byl v intraduktálních a mucinózních neoplaziích (IPMN), a to ve srovnání s non-IPMN cystickými nálezy.

Ně­kte­ré studie srovnávaly složení mikrobio­mu u onkologických pacientů v dutině ústní, pankreatu, duodenu a ve stolici. Bylo zjištěno, že právě u pacientů s PDAC jsou zvýšeně zastoupené určité bakteriální druhy oproti jiným typům tumorů, a to následovně: Selenomonas v pankreatu, duodenu a stolici; Porphyromonas v pankreatu a dutině ústní;
Fusobacteria v pankreatu a duodenu; Enterobacter, Klebsiella a Prevotella byly zvýšeně zastoupeny v pankreatu a stolici; a konečně Rothia v duodenu a dutině ústní (obr. 1) [30–33].

 

Vliv rizikových faktorů na mikrobio­m a vznik PDAC

Vztah střevní mikroflóry a rizikových faktorů PDAC je dlouhodobě znám. Životní styl, stravovací návyky, kouření nebo alkohol jsou faktory významnými. Tyto rizikové faktory ovlivňují skladbu mikrobiálního osídlení střeva [30]. Současně se zvyšuje proporcionální zastoupení patologických bakterií oproti střevním bakteriím „užitečným“. Především nadměrný příjem alkoholu je spojen se změnami skladby střevní flóry [34], kdy dochází nejen k přerůstání bakterií, ale i k dysbióze tenkého a tlustého střeva [25]. Kromě toho aldehydy, jako metabolity alkoholu, vytváří toxické komplexy. Tyto jsou nejenom příčinou poruchy zevní pankreatické sekrece, ale také příčinou fibrotizace pankreatické tkáně. Všechny tyto procesy jsou významnými faktory vzniku chronické pankreatitidy. Nezdravý styl stravování a obecně špatná skladba potravin ovlivňují skladbu pankreatické šťávy. To může umožnit průnik intestinálních bakterií přes Vaterovu papilu do pankreatického vývodu a event. až do pankreatické tkáně. Vzniká tak abnormální pankreatický mikroenvironment, který může být příčinou inaktivace tumor-supresorových genů, následné abnormální aktivace onkogenů a vzniku PDAC [35].

Obezita je považována za významný rizikový faktor kancerogeneze také u PDAC. V experimentu byla dlouhodobá obezita u myší, trvající déle než 10 let, spojena s nízkou mikrobiální diverzitou. U obézních osob je množství Bakteroides v mikrobio­tě trávicího traktu významně redukováno, ale zastoupení grampozitivních Firmicutes je o 20 % vyšší než u normální zdravé populace. Tato dysregulace střevní mikrobio­ty může být součástí metabolických komplikací prostřednictvím řady mechanizmů, jako jsou poruchy regulace imunity, poruchy střevní hormonální regulace nebo aktivace prozánětlivých mechanizmů [36]. Významným faktorem u obézních osob je infiltrace tělesného tuku mikrobiální flórou. Hormonální regulace, inzulinová rezistence, IL-6 a zvláště sekrece proteinu atrahujícího monocyty jsou zodpovědnými za infiltraci tukové tkáně zánětlivými elementy. Tyto faktory tak mohou vést k zánětlivým procesům v lidském těle a podílet se na vzniku nádorových buněk, jak bylo prokázáno v klinice i experimentu [37,38].

Diabetes mellitus 2. typu je velmi často spojen se střevní dysbiózou, kdy dochází k převaze přítomnosti např. Lactobacillus nebo Bacteroides a významnému potlačení přítomnosti např. Firmicutes [39]. Střevní mikroflóra ovlivňuje diabetes mellitus prostřednictvím vlivu na metabolizmus žlučových kyselin a metaanalytická studie Songa et al. prokázala velmi těsnou korelaci mezi diabetem a PDAC. Hyperglykemie je významným faktorem pankreatické kancerogeneze z důvodu ovlivnění sekrece inzulinu a aktivace inzulinového růstového faktoru 1 (insulin-like growth factor 1 – IGF-1), což může rovněž indukovat tvorbu a rozvoj nádorových elementů [40,41]. Navíc platí, že hyperglykemie výrazně navozuje imunosupresi v nádorovém mikroprostředí pomocí up-regulace aerobní glykolýzy, čímž napomáhá rozvoji a progresi PDAC [42].

Zřejmě hlavním rizikem vzniku PDAC je přítomnost chronické pankreatitidy. Asi 5 % nemocných s chronickou pankreatitidou se může vyvíjet až do PDAC a riziko vzniku PDAC je až 13× vyšší než u běžné populace [36]. Diverzita mikrobiálního osídlení gastrointestinálního traktu nemocných s chronickou pankreatitidou je významně redukována [40]. Avšak asi u 13 % osob s pankreatitidou dochází k masivnímu nárůstu počtu střevních bakterií, tzv. symptomu bakteriálního přerůstání v tenkém střevě (small intestinal bacterial overgrowth – SIBO). Tento stav je charakterizován jako malabsorbční syndrom spojený s inflamací sliznice tenkého střeva [44]. SIBO může být příčinou aktivační mutace v genu KRAS. Pankreatitida a současně přítomná mutace KRAS jsou tedy dva společné rizikové faktory pro vznik PDAC. Jejich role je zásadní v indukci pankreatické intraepiteliální neoplazie a invazivního karcinomu [45].

Střevní mikrobio­ta může být považována za možný bio­marker PDAC [46]. Jako potenciální bio­markery dia­gnostiky časného PDAC ve slinách jsou uváděny Streptococcus mitis a Nisseria elongata, a to se senzitivitou dia­gnostiky pankreatického karcinomu 96,4 % a specificitou 82,1 % [47]. Dále je popsán nález mikrobiálních extracelulárních vezikul ve vzorcích krve u pacientů se změněnou mikrobiální skladbou stolice [48]. I přes jistou naději pro budoucnost nejsou v současné době bio­markery mikrobio­ty pro klinické využití standardně použitelné. 

Modifikace mikrobio­mu v terapii PDAC

Novou součástí komplexní terapie pankreatického karcinomu by tedy mohla být logicky úprava střevní mikroflóry. Fekální transplantace, antibio­tika, probio­tika či prebio­tika, imunoterapie nebo použití kyseliny máselné jsou nejčastěji uváděnými alternativami (obr. 2). Fekální transplantace se již v klinické praxi používá u pacientů s refrakterní střevní infekcí Clostridium difficile nebo v terapii intestinálních onemocnění, jako jsou idiopatické střevní záněty [49]. Riquelme et al. [50] zkoumal roli fekálních transplantací u pacientů s PDAC. S pomocí 16S rRNA genového sekvenování byla provedena analýza složení nádorového mikrobio­mu u krátce a dlouze přežívajících pacientů s touto chorobou. Z této analýzy vyplynulo, že vyšší zastoupení Saccharopolyspora, Pseudoxanthomonas, Streptomyces a Bacillus clausii v nádoru bylo spojeno s lepší prognózou. Dále bylo zjištěno, že při vyšším zastoupení prvních tří jmenovaných rodů byla pozorována vyšší denzita CD3⁺ a CD8⁺ T lymfocytů v nádorové tkáni. Předpokládá se tedy, že tyto rody mohou aktivovat protinádorovou imunitní odpověď. Autoři taktéž prováděli fekální transplantace mikrobio­mu. Střevní mikrobio­m dlouze žijících pacientů s PDAC navodil po transplantaci u myší nesoucí tumor protinádorovou odpověď a aktivoval protinádorovou imunitu. Tento jev naopak nebyl pozorován po fekální transplantaci střevního mikrobio­mu pacientů s krátkým přežíváním.

Aplikace antibio­tik s cílem regulace střevní mikroflóry má řadu limitací, vč. narůstající rezistence anebo nemožnosti dosažení terapeutických hladin k eliminaci intracelulární bakterie [51]. Preklinický výzkum prokázal, že bakterie osídlující vlastní nádorovou tkáň pankreatu mohou metabolizovat cytostatikum gemcitabin a přeměňovat jej na jeho neaktivní formu, čímž snižují efekt této terapie [30]. Retrospektivní analýza dat pacientů s metastatickým PDAC, kteří užívali během terapie makrolidy, prokázala delší parametry přežívání oproti pacientům bez anamnézy těchto antibio­tik [51]. U tetracyklinů však byl prokázán negativní efekt u pacientů s resekabilním a časným onemocněním a bylo pozorováno signifikantní snížení celkového přežívání [52].

V homeostáze střevních mikrobů, regulaci imunitního systému a inhibici nádorové progrese hrají významnou roli probio­tika [53]. Díky své adherenci k epiteliálním buňkám střevní sliznice vedou k inhibici růstu, proliferace a kolonizace bakteriálních střevních patogenů. Zvláště významnou roli zde hraje Bifidobacterium, které se může nejen podílet na inhibici nádorového růstu, ale zajišťuje i vysokou produkci ně­kte­rých z nádorových supresorových metabolitů. V klinické praxi nejčastěji používaná probio­tika, kterými jsou Lactobacillus a Bifidobacterium, inhibují růst Enterobacteriaceae a stimulují imunitní systém, který významně ovlivňuje nádorové buňky. Recentní randomizovaná studie fáze I pak potvrdila přínos probio­tik s obsahem Clostridium butyricum u pacientů s karcinomem ledviny léčených imunoterapií [54]. Přestože se probio­tika vyznačují řadou terapeutických efektů, jsou nutná další data z klinických studií, a to nejen u pacientů s PDAC, s cílem jasně stanovit jejich místo v průběhu léčby chemoterapeutiky [55].

Imunoterapie se v léčbě PDAC používá velmi zřídka, kdy je indikována pouze pro pacienty s vysokou mutační náloží (> 10 mut/ Mb), mikrosatelitní instabilitou nebo s mutací v genech pro opravu chybného párování bází, v tzv. mismatch repair genech (tedy celkově přibližně u 1 % všech pacientů). 

Za perspektivní metodu upravující mikrobio­m jsou dnes považovány bakteriofágy. Jedná se o viry infikující bakterie a využívající je pro své rozmnožování. Dokážou taktéž velmi selektivním způsobem odstranit určité typy bakteriálních kmenů pomocí lýzy. Tento postup má oproti antibio­tikům nespornou výhodu zejména v tom, že si bakterie k bakteriofágům nemohou vytvořit rezistenci. Bakteriofágy tak mohou inhibovat aktivitu onkobakterií v nádorovém mikrobio­mu, které se jinak podílí na uvolňování prozánětlivých cytokinů a mohou stimulovat proliferaci nádorových buněk [56,57].

Terapeutická efektivnost a využitelnost podávání kyseliny máselné se jeví jako nadějný postup, ale zatím se významněji klinicky neuplatňuje, a to i přes velmi zajímavé nálezy experimentálních studií, jako je inhibice invazivity a tvorby metastáz pankreatického karcinomu pomocí regulace exprese integrinu beta 4 nebo ně­kte­rých nádorových antigenů [59].        

 

Závěr

PDAC je onemocněním neobyčejně závažným. Pouze dia­gnostika v časném stadiu nemoci přináší významný terapeutický efekt. Nicméně navzdory resekčnímu výkonu dochází u většiny pacientů k návratu choroby. Proto systematické studium a následná využitelnost poznatků z oblasti molekulárně bio­logických mechanizmů regulujících střevní mikroflóru patří mezi požadavky zásadní. Modifikace mikrobiální skladby může být považována za potenciální bio­marker v dia­gnostice časného stadia PDAC. Lze očekávat, že studium vztahu střevní mikrobio­ty a PDAC může být v budoucnu jednou z nových možností, jak pozitivně ovlivnit prognózu pacientů s touto chorobou.

 

Dedikace

Práce byla podpořena grantem MUNI/A/1558/2023 a dále grantem AZV NU23-08-00241

 

MUDr. Michal Eid
Interní hematologická a onkologická klinika
LF MU a FN Brno
Jihlavská 20
625 00 Brno
e-mail: eid.michal@fnbrno.cz 

Obdrženo/Submitted: 27. 9. 2023
Přijato/Accepted: 28. 11. 2023