Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom

33. Český a Slovenský gastroenterologický kongres

Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom Darina Kohoutová II. interní gastroenterologická klinika Lékařská fakulta UK a Fakultní nemocnice Hradec Králové Imperial NHS Trust, Hammersmith Hospital, Londýn


Kolorektální karcinom (CRC): Celosvětově: • incidence: 1,36 mil • mortalita 694 tis. (1) ČR: • incidence: 78 • mortalita: 38 (2) (1) Ferlay J et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer 2015; 136: E359-86. (2) Epidemiologie zhoubných nádorů v České Republice. ISSN 1802-8861. www. svod.cz.


Kolorektální karcinom (CRC):


Sporadický kolorektální karcinom - obvyklá sekvence vývoje: nepokročilý kolorektální adenom (CRA) - pokročilý CRA - CRC


Střevní mikrobiota: • „forgotten organ“ (1) • u lidského jedince: 100 triliónů intestinálních mikrobiot (2) • u dospělého člověka: přes 800 druhů intestinálních bakterií (3) • anaerobních bakterií 10x více než aerobních (4) • kultivace úspěšná v 20 % (16S rRNA metody, MALDI-TOF) (1) Scaldaferri F et al. Gut microbial flora, prebiotics, and probiotics in IBD: their current usage and utility. Biomed Res Int 2013; 2013: 435268. (2) Ohtani N. Microbiome and cancer. Semin Immunopathol 2015; 37: 65-72. (3) O´Keefe SJ. Nutrition and colonic health: the cricital role of the microbiota. Cur Opin Gastroenterol 2008; 24: 51-58. (4) Mai V et al. Colonic bacterial flora: changing understandings in the molecular age. J Nutr 2004; 134: 459-464.


Účast střevního mikrobiomu na karcinogenezi v kolorektu (1): • aktivace prokarcinogenů • syntéza karcinogenních a genotoxických látek z nestravitelných součástí potravy • aktivace enzymatických systémů střevních bakterií • betaglukuronidasa; její aktivita zvýšena u pacientů s CRC, a u osob s dietou bohatou na červené maso a živočišné tuky (ferment. vláknina aktivitu snižuje) (1, 2, 3) (1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0. (2) Kim DH et al. Intestinal bacterial beta-glucuronidase activity of patients with colon cancer. Arch Pharm Res 2001; 24: 564-67. (3) Waszkiewicz N et al. Serum β-glucuronidase as a potential colon cancer marker: a preliminary study. Postepy Hig Med Dosw 2015; 69: 436-9.


Účast střevního mikrobiomu na karcinogenezi v kolorektu (2): • ovlivnění metabolismu žlučových kyselin: • 7-alfa-dehydroxylace: transformace primárních žlučových kyselin na sekundární; aktivita 7-alfa-dehydroxylasy zvýšena u osob s vysokotučnou stravou (1, 2) • přítomnost mutagenních a genotoxických substancí bakteriálního původu ve stolici člověka (3) (1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0. (2) Ridlon JM et al. Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria. J Lipid Res 2006; 47: 241-59. (3) Heavey PM et al. Microbial-gut interactions in health and disease. Gastrointestinal cancer. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2004; 18: 323-336.


Účast intestinálních bakterií na karcinogenezi v kolorektu: • • • •

Streptococcus bovis (indukce tvorby aberantních kolonických krypt) (1) Clostridium lecitinasa negativní (přeměna prim. žluč. kyselin na sekundární) (2) Clostridium septicum (latentní malignity až v 81 %) (2) Enterococcus faecalis (3), Bacteroides fragilis (4), intraepiteliální E. coli x Eubacterium aerofaciens, Eubacterium lentum (2)

(1) Ellmerich S. Promotion of intestinal carcinogenesis by Streptococcus bovis. Carcinogenesis 2000; 21: 753-56. (2) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0. (3) Wang X et al. Extracellular superoxide production by Enterococcus faecalis promotes chromosomal instability in mammalian cells. Gastroenterology 2007; 132: 551-561. (4) Viljoen KS et al. Quantitative profiling of colorectal cancer-associated bacteria reveals associations between fusobacterium spp., enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) and clinicopathological features of colorectal cancer. PLoS One 2015; 10: e0119462


Escherichia coli (čeleď Enterobacteriaceae): • •

gramnegativní fakultativně anaerobní bakterie (1) objevena 1885: Thomas Escherich (2)

(1) Friedman HC. Escherich and Escherichia. Ecosal Plus 2014; 6: ESP-0025-2013. (2) Shulman ST et al. Theodor Escherich: the first pediatric infectious diseases physician? Clin Infect Dis 2007; 45: 1025-1029.


Escherichia coli species Kmeny: komenzální intestinálně patogenní extraintestinálně patogenní (1) v rámci každé skupiny existuje fylogenetická diverzita E. coli (1) • genotyp A, B1 (komenzální kmeny) • genotyp B2, D (patogenní kmeny s více virul. faktory) (2) (1) Russo TA et al. Proposal for a new inclusive designation for extraintestinal pathogenic isolates of Escherichia coli: ExPEC. J Infect Dis 2000; 181: 1753-1754. (2) Lee S at al. Phylogenetic groups and virulence factors in pathogenic and commensal strains of Escherichia coli and their association with blaCTX-M. Ann Clin Lab Sci 2010; 40: 361-367.


Escherichia coli, genotyp B2, Klebsiella pneumoniae: • v sobě skrývají “pks island“, který kóduje produkci neribozomálně syntetizovaného genotoxinu, kolibaktinu (1, 2) • krátká a jednorázová aplikace savčích epiteliálních buněk “pks“ pozitivním kmenům E. coli vede ke zlomům dvouvláknové DNA, inkompletním reparacím DNA a chromozomálním aberacím (3) (1) Nowrouzian FL et al. Escherichia coli strains with the capacity for long-term persistence in the bowel microbiota carry the potentially genotoxic pks island. Microb Pathog 2012, 53: 180-2. (2) Putze J et al. Genetic structure and distribution of the colibactin genomic island among members of the family Enterobacteriaceae. Infect Immun 2009; 77: 4696-703. (3) Cuevas Ramos G et al. Escherichia coli induces DNA damage in vivo and triggers genomic instability in mammalian cells. Proc Natl Acad Sci U S A 2010, 107: 11537-42.


Protiporinové / anti-porinové protilátky (anti-outer membrane protein C, anti-OmpC antibodies): • namířeny proti proteinům (porinům), které jsou obsaženy ve vnější membráně gramnegativních bakterií (1) • poriny slouží k tvorbě kanálů umožňujících vstup hydrofilních substancí (nutrientů) do buňky; jsou významně antigenní (2) (1) Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol Mol Biol Rev 2003; 67: 593-656. (2) Schulz GE. The structure of bacterial outer membrane proteins. Biochim Biophys Acta 2002; 1565: 308-317. (3) Ferenci T et al. How Porin Heterogeneity and Trade-Offs Affect the Antibiotic Susceptibility of Gram-Negative Bacteria. Genes (Basel) 2015; 6: 1113-24.


Prospektivní studie: stanovení anti-OmpC protilátek Skupiny vyšetřovaných: • pacienti s kolorektálním adenomem (CRA): 22 osob • pacienti s kolorektálním karcinomem (CRC): 11 osob • skupina kontrol: 45 zdravých dárců krve

Hypotéza: anti-OmpC protilátky zvýšeny u pacientů s CRC Metodika: odběr 5 ml srážlivé krve; metoda ELISA (třída IgA)


Výsledky: medián a interkvartilové rozpětí anti-OmpC protilátek u zdravých osob, jedinců s CRA a CRC. Prokázán statisticky významný rozdíl mezi kontrolami a pacienty s CRC: p<0,001 Závěry: při zohlednění vlastností E. coli a dalších gramnegativních bakterií z čeledi Enterobacteriaceae je jejich spoluúčast na vývoji CRC vysoce suspektní


Prospektivní studie: stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli:

Vyšetřované skupiny jedinců: • pacienti s kolorektálním adenomem, CRA (30 osob) • pacienti s kolorektálním karcinomem, CRC (30 osob)

• kontrolní skupina (20 osob)


Prospektivní studie: stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli: Metodika: • bioptický odběr sliznice tlustého střeva sterilními kleštěmi při koloskopii (3 etáže: 240 biopsií)

• kultivace (FNHK); krevní, desoxycholátový, McConkeyův agar: 622 izolátů, CRC: 250, CRA: 221, kontroly: 151; následovalo zamrazení (-80°) • stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli (LF MU Brno)


Metodika: bioptické odběry v céku, c. transversum a rektu


Bakteriociny: • peptidy / nízkomolekulární proteiny produkované bakteriemi z čeledi Enterobacteriaceae, především Escherichia coli (1,2)

• koliciny, mikrociny, pyociny, pediociny • účinek: antibakteriální, probiotický, proapoptotický (1) Bureš J et al. Kolicinogenie u nespecifických střevních zánětů a kolorektální rakoviny. Suppl Sbor věd Prací LF UK Hradec Králové 1991; 34: 353-403. (2) Cascales E et al. Colicin Biology. Microbiol Mol Biol Rev 2007; 71: 158-229. (3) Cavera VL et al. Bacteriocins and their position in the next wave of conventional antibiotics. Int J Antimicrob Agents 2015; S0924-8579(15)00279-4. (4) Joo NE et al. Nisin, an apoptogenic bacteriocin and food preservative, attenuates HNSCC tumorigenesis via CHAC1. Cancer Med 2012; 1(3): 295-305.


Struktura kolicinů: centrální doména: vazba kolicinu na receptor cílové buňky N-terminální doména: translokace membránou

C- terminální doména: cytotoxické působení (1, 2) (1) Cascales E et al. Colicin Biology. Microbiol Mol Biol Rev 2007; 71: 158-229. (2) Kim YC et al. Colicin import into E. coli cells: a model system for insights into the import mechanisms of bacteriocins. Biochim Biophys Acta 2014; 1843: 1717-31.


Bakteriocinogenotypizace:


Soubor pacientů s kolorektálním adenomem (1):

Nalezen statisticky významný rozdíl v bakteriocinogenii mezi pacienty s nepokročilou (non-advanced: N-A) a pokročilou (advanced: A) kolorektální neoplázií (p=0,010) (1) (1) Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal neoplasia. Poster: UEGW 2013.


Soubor pacientů s kolorektálním adenomem (2):

Nalezen trend ke statisticky významné diferenci v četnosti výskytu genotypu B2 Escherichia coli mezi pacienty s nepokročilou (non-advanced: N-A) a pokročilou (advanced: A) kolorektální neoplázií (p=0,054) (1)

(1) Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal neoplasia. Poster: UEGW 2013.


Soubor pacientů s kolorektálním karcinomem (1): Zjištěna statisticky významně vyšší simultánní mikrocinogenie a kolicinogenie u pacientů s CRC ve srovnání s pacienty s CRA (p=0.031) (1) (1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733


Soubor pacientů s kolorektálním karcinomem (2): Staging

I

II

III

IV

bakteriocinogenní kmeny

6/12 (50 %)

10/12 (83 %)

26/38 (68 %)

6/6 (100 %)

kolicinogenní kmeny

3/12 (25 %)

4/12 (33 %)

20/38 (53 %)

4/6 (67 %)

mikrocinogenní kmeny

5/12 (42 %)

8/12 (67 %)

24/38 (63 %)

6/6 (100 %)

kmeny produkující kolicin a mikrocin

2/12 (17 %)

2/12 (17 %)

18/38 (47 %)

4/6 (67 %)

Zjištěn trend ke stoupající bakteriocinogenii v závislosti na rostoucím stagingu CRC. Nalezena statisticky významná diference v mikrocinogenii mezi I. a IV. stadiem (p=0,038) (1) (1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0.


Soubor pacientů s kolorektálním karcinomem (3): Nalezen statisticky významně vyšší výskyt Escherichia coli genotyp D u pacientů s CRC ve srovnání s kontrolami (p=0.044) (1)

(1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733


Střevní mikrobiom u pacientů s pravostranným CRC (1): Ve všech biopsiích pacientů s pravostranným CRC izolována E. coli genotypu B2 nebo D (1)

Pravostranný CRC

Levostranný CRC

(1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733


Střevní mikrobiom u pacientů s pravostranným CRC (2):

Nalezena statisticky významná diference v četnosti výskytu genotypu B2 Escherichia coli mezi pacienty s pravostranným CRC a levostranným CRC (p=0,028) (1)

(1) Kohoutova D et al. Association of Right-Sided Colorectal Cancer and Ulcerative Colitis With Escherichia coli Strains of Phylogenetic Group B2, Which Harbour Genotoxic “PKS” Island. Gastroenterology 2014; 146: S-568.


Závěry: • střevní mikrobiota se spolu se svými působky účastní vývoje kolorektálního adenomu a karcinomu • s pokročilostí kolorektální neoplázie a s rostoucím stagingem kolorektálního karcinomu stoupá bakteriocinogenie • s pokročilostí kolorektální neoplázie roste virulence bakterií

• vlastnosti střevních mikrobiot u pacientů s pravostranným a levostranným kolorektálním karcinomem se liší


Literární výstupy: Monografie: • Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0.

Články (originální a přehledové práce): • Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733. • Kohoutova D et al. Anti-Outer membrane protein C antibodies in colorectal neoplasia. Revised version under review at Folia Microbiologica. • Kohoutova D et al. Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom. Interni Med 2013; 15: 167-169. • Kohoutová D et al. Koliciny. Gastroenterológia pre prax 2014; 13: 130-133.

Postery (UEGW, DDW): • Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal neoplasia. Poster: UEGW 2013. • Kohoutova D et al. Association of Right-Sided Colorectal Cancer and Ulcerative Colitis With Escherichia coli Strains of Phylogenetic Group B2, Which Harbour Genotoxic “PKS” Island. Gastroenterology 2014; 146(5): S-568.


Poděkování: • II. interní gastroenterologická klinika LF a FN Hradec Králové prof. MUDr. J. Bureš, CSc., MUDr. J. Cyrany, Ph.D., MUDr. P. Morávková

• Ústav klinické mikrobiologie LF a FN Hradec Králové (†) prim. MUDr. M. Förstl, MUDr. M. Morávková

• Ústav biologie, LF MU Brno prof. MUDr. D. Šmajs, Ph.D.

Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom

Recommend Documents