Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom · 2016-02-01 · a u osob s dietou bohatou na červené maso a živočišné tuky (ferment. vláknina aktivitu snižuje) (1, 2, 3)

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 Dosw2015; 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)


(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 Gastroenterol2004; 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.


(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 speciesKmeny: 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 theirassociation 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 neribozomálněsyntetizovaného 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 thepotentially 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 NatlAcad 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 gram-

negativních 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):

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

Poster: UEGW 2013.

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)


Soubor pacientů s kolorektálním karcinomem (1):

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

Zjištěna statisticky

významně vyšší

simultánní mikrocinogenie

a kolicinogenie u pacientů

s CRC ve srovnání

s pacienty s CRA

(p=0.031) (1)



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)


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 %)



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

Nalezen statisticky

významně vyšší výskyt

Escherichia coli genotyp

D u pacientů s CRC

ve srovnání s kontrolami

(p=0.044) (1)


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 associatedwith advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733


Střevní mikrobiom u pacientů s pravostranným CRC (2):

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

Nalezena statisticky významná

diference v četnosti výskytu

genotypu B2 Escherichia coli

mezi pacienty s pravostranným

CRC a levostranným CRC

(p=0,028) (1)


Závěry: • střevní mikrobiota se spolu se svými působky účastní vývoje

kolorektálního adenomu a karcinomu

• s pokročilostí kolorektální neoplázie a s rostoucím stagingemkolorektálního 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: NucleusHK, 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 underreview 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 colorectalneoplasia. Poster: UEGW 2013.

• Kohoutova D et al. Association of Right-Sided Colorectal Cancer and Ulcerative Colitis With Escherichia coli Strainsof Phylogenetic Group B2, Which Harbour Genotoxic “PKS” Island. Gastroenterology 2014; 146(5): S-568.


Poděkování:

• II. interní gastroenterologická klinika LF a FN Hradec Královéprof. 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 Brnoprof. MUDr. D. Šmajs, Ph.D.

Documents

Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom · 2016-02-01 · a u osob s dietou bohatou na červené maso a živočišné tuky (ferment. vláknina aktivitu snižuje) (1, 2, 3)