Effect of antitumor therapy on microflora and oral mucosa in patients with malignant neoplasms

Natal’ja A. Pashchenko; Пащенко Наталья Александровна; Vladimir F. Kazakov; Казаков Владимир Фёдорович; Aleksandr A. Zavyalov; Завьялов Александр Александрович; Valentina N. Olesova; Олесова Валентина Николаевна; Aleksandr I. Tyryshkin; Тырышкин Александр Игоревич

doi:10.17816/dent322863

Effect of antitumor therapy on microflora and oral mucosa in patients with malignant neoplasms

Authors: Pashchenko N.A.¹, Kazakov V.F.¹, Zavyalov A.A.¹, Olesova V.N.¹, Tyryshkin A.I.¹
Affiliations:
1. State Research Center — Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Medical Biological Agency
Issue: Vol 27, No 6 (2023)
Pages: 581-590
Section: Reviews
URL: https://rjdentistry.com/1728-2802/article/view/322863
DOI: https://doi.org/10.17816/dent322863
ID: 322863

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The present article investigates the relationship between the microbiota of the oral cavity and oral mucositis induced by systemic antitumor therapy in patients with malignant neoplasms. This article highlights modern ideas about the composition of the normal microbiota of the oral cavity and its changes during chemotherapeutic treatment.

It has been shown that the normal oral microbiota includes representatives of such genera as Actinomyces, Corynebacterium, Fusobacterium, Leptotrichia, Neisseria, Prevotella, Streptococcus, and Veillonella. Moreover, it is emphasized that despite the existence of modern molecular genetic techniques and development of an oral microbiota database, determining the role of individual taxonomic units in oral homeostasis remains challenging.

Existing studies of changes in the qualitative and quantitative composition of oral microflora against the background of drug antitumor therapy have demonstrated that treatment is associated with significant changes in the microbiological landscape of the oral cavity. An increase was noted in the number of Gram-negative anaerobic opportunistic flora and a decrease in the representation of protective commensal flora. It has been demonstrated that the components of a bacterial cell can modulate the local reactions of a macroorganism through a system of Toll-like receptors while acting in different directions.

Several unresolved fundamental issues related to the role of oral microbiota in the pathogenesis of oral mucositis are highlighted.

Keywords

oral mucositis, oral microbiota, oral dysbiosis, systemic antitumor therapy, malignant neoplasms, chemotherapy

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В 2020 году Global Cancer Observatory оценила онкологическую заболеваемость во всём мире в 19,3 млн новых случаев [1]. В терапии многих пациентов со злокачественными новообразованиями могут потребоваться традиционные химиотерапевтические средства — отдельно или в сочетании с хирургическим либо лучевым лечением [2, 3]. Кроме того, в последние годы всё большее значение приобретают новые таргетные противоопухолевые препараты, демонстрирующие чрезвычайно успешные результаты. Однако применение этих методов может приводить к побочным эффектам, среди которых одним из самых частых является оральный мукозит [4].

Мукозитом называют воспалительное или язвенное поражение желудочно-кишечного тракта, которое развивается на фоне химио- и/или лучевой терапии онкологического заболевания [4]. В полости рта его частота у пациентов с солидными опухолями, получающих химиотерапию, составляет от 20 до 40%, в то время как у пациентов, перенёсших трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток, — от 60 до 80% [3]. Основными симптомами, связанными с оральным мукозитом, являются острая боль в поражённой области, сухость во рту, затруднение речи, воспаление слизистых оболочек и формирование язв на них; в терминальных стадиях наблюдают обширный некроз слизистых оболочек, который при поражении всего желудочно-кишечного тракта, как правило, приводит к летальному исходу [5, 6].

Развитие орального мукозита затрудняет приём пищи вплоть до полного отказа. Недоедание приводит к снижению работоспособности, ухудшению качества жизни, незапланированным госпитализациям и снижению выживаемости пациентов с онкологическими заболеваниями [7]. За последние 10 лет многие публикации, оценивающие исходы лечения у онкологических больных, перенёсших химиотерапию, показали, что потеря мышечной массы является независимым фактором риска токсичности, ограничивающей дозу, увеличения сроков госпитализации и снижения выживаемости пациентов [8].

Развитие орального мукозита, затруднения при приёме пищи и снижение массы тела могут заставить отложить плановое введение новых доз противоопухолевых препаратов до полного купирования симптомов и восстановления здоровья полости рта, а в тяжёлых случаях вынуждают начать парентеральную нутритивную поддержку [9], что увеличивает риски развития инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Таким образом, серьёзной проблемой являются не только прогрессирование онкологического заболевания и ухудшение качества жизни пациентов, но и важные экономические последствия возникающих нежелательных эффектов [10]. Несмотря на имеющиеся данные о важности профессиональной и индивидуальной гигиены рта [11], в настоящее время не существует единой достаточно эффективной профилактической стратегии или метода лечения орального мукозита, всё сводится к проведению симптоматической терапии. Очевидно, что патогенетическая терапия могла бы быть эффективнее, и сейчас активно ведутся исследования, направленные на выявление механизмов патогенеза орального мукозита. Многие авторы отмечают, что, несмотря на цитотоксический эффект противоопухолевых препаратов на клетки слизистой оболочки полости рта, микробиота полости рта сама может оказывать значительное влияние на развитие мукозита [12].

Оральная микрофлора определяется как набор различных микроорганизмов, населяющих полость рта и в основном представленных бактериями, а также простейшими, грибками и вирусами. Отношения между этими микроорганизмами и хозяином основаны на комменсализме и обеспечивают функционирование защитного барьера полости рта [13], а изменение баланса его компонентов может запускать патологические процессы в полости рта человека [14].

Предполагается, что системные противоопухолевые методы лечения, такие как химиотерапия, иммунотерапия или таргетная терапия, могут приводить к изменениям микробиоты полости рта пациентов, и впоследствии дисбиоз может стать одной из причин развития орального мукозита.

По данным литературы, наиболее частым возбудителем инфекционных осложнений у категории пациентов с химиотерапевтическими оральными мукозитами является Staphylococcus aureus (более четверти случаев), анаэробная флора встречается в 4% случаев; причём ассоциации аэробных и анаэробных бактерий регистрируют более чем в 80% случаев инфекционных осложнений [15].

Данный обзор посвящён изучению взаимосвязи микробиоты полости рта и развития орального мукозита, индуцированного системной противоопухолевой терапией у больных со злокачественными новообразованиями, а также определению перспективных путей профилактики и лечения химиотерапевтического орального мукозита.

СОСТАВ НОРМАЛЬНОЙ МИКРОБИОТЫ ПОЛОСТИ РТА: СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение микробиоты полости рта имеет длительную историю и представляет всё больший интерес для исследователей. В 2007 году был запущен проект «Микробиом человека», который по аналогии с проектом «Геном человека» ставит перед собой цель достичь прорыва в области биологии, биотехнологии и медицины, тем самым обеспечив дальнейшее развитие персонализированного подхода к лечению и профилактике заболеваний [14].

Микробиом человека — это особое экологическое сообщество комменсальных, симбиотических и патогенных микроорганизмов, находящихся внутри человеческого организма и на теле; это сообщество включает в себя единый комплекс, который образуют микроколонии бактерий, грибы, вирусы, простейшие и продуцируемые ими метаболиты, а также слизь (муцин), эпителиальные клетки слизистой оболочки и их гликокаликс, клетки стромы слизистой оболочки (фибробласты, лейкоциты, нейроэндокринные клетки, клетки микроциркуляторного русла и прочее) [16]. Растёт признание того, что человеческий микробиом является частью множества генетических и метаболических взаимодействий, которыми можно управлять для улучшения здоровья или предотвращения болезней у людей.

Микробиота — это термин, используемый для характеристики микробиоценоза отдельных органов и систем (кишечник, кожа, плацента, грудное молоко и т.д.), генетического материала и взаимоотношений внутри указанной экологической ниши в определённый период времени [17].

И хотя в состав микробиоты входит широкий спектр микроорганизмов [18–21], бактерии вносят наибольший вклад в развитие инфекционных патологий.

Как и любая экосистема, микробиоценоз полости рта обладает способностью к саморегуляции, поддержанию внутреннего экологического баланса и устойчивостью к воздействию факторов среды. Качественный и количественный состав микробного пейзажа полости рта достаточно стабилен и варьируется в ограниченных пределах, однако при заболеваниях отмечаются нарушения микробиоценоза полости рта [22]. Своевременная и полная диагностика изменений важна как для науки, так и для практической медицины. На данный момент существует целый ряд методик, позволяющих произвести оценку качественного и количественного состава оральной микрофлоры: от классического бактериологического исследования до современных молекулярно-генетических методов.

В 1880-х гг. работы Роберта Коха и его последователей привели к разработке новых методов бактериологического исследования, что позволило выделить и сохранить чистые бактериальные культуры. С тех пор были разработаны сложные методы культивирования клеток для выделения, идентификации и функционального анализа различных видов бактерий. Эти методы (например, BACTEC в сочетании с идентификацией видов с помощью масс-спектрометрии) позволяют идентифицировать или выделять бактерии из сложных сред, таких как кровь [23].

За последние два десятилетия мы стали свидетелями разработок новых технологий для взятия проб и анализа микробиоты полости рта. Методы секвенирования, которые эволюционировали от секвенирования по Сэнгеру до современного высокопроизводительного секвенирования следующего поколения (NGS), устранили необходимость систематического культивирования, ознаменовав переход от одномерного анализа к многомерному метагеномному подходу. Эти технологии преодолевают недостатки, связанные с идентификацией бактерий с помощью традиционных методов культивирования, поскольку менее половины оральных видов бактерий было успешно культивировано in vitro [24].

Одним из первых высокотехнологичных исследований нормальной микрофлоры полости рта была работа J.A. Aas с соавт., которые использовали секвенирование гена 16S рРНК для идентификации видов бактерий [25]. В совокупности был выделен 141 бактериальный таксон на видовом уровне из девяти участков полости рта пяти здоровых субъектов. Позже, используя технологию пиросеквенирования, B.J. Keijser с соавт. охарактеризовали микробиоту полости рта: образцы слюны и наддесневого зубного налёта у 71 и 98 здоровых добровольцев соответственно [26]. Это исследование продемонстрировало непредвиденно большое количество филотипов на уровне видов, а именно 3621 — для зубного налёта и 6888 — для слюны. Однако стоит отметить, что последующие схожие исследования не показали такого широкого разнообразия микроорганизмов полости рта. Так, E.M. Bik с соавт. в 2010 году идентифицировали только 247 филотипов видового уровня из объединённых образцов поддесневого зубного налёта у 10 здоровых испытуемых [27].

Дальнейшие исследования, в том числе с использованием секвенирования клональной библиотеки генов 16S рРНК или методов пиросеквенирования, обеспечили более полное изучение бактериального состава полости рта и выявили более 600 филотипов на уровне видов [28]. Эти и другие исследования привели к созданию всеобъемлющей, но не исчерпывающей базы данных — expanded Human Oral Microbiome Database (eHOMD; https://v2.homd.org) [29]. Однако, несмотря на разнообразие и значительный объём полученных данных, до сих пор не существует чёткого понимания того, что можно считать нормальной микрофлорой полости рта.

Имеется значительный объём данных, представляющих информацию о том, что характеризует оральную микробиоту здорового человека. Так, показано, что основными родами, представленными в здоровой полости рта, являются Actinomyces, Corynebacterium, Fusobacterium, Leptotrichia, Neisseria, Prevotella, Streptococcus, Veillonella и некоторые другие неклассифицированные роды, обитающие в разных её участках [30]. Кроме того, для «ядра» здоровой бактериальной популяции микроорганизмов полости рта было описано 78 других родов и 34 таксона более высокого порядка [31].

Всё ещё не вполне ясно, какие из таксономических единиц вносят наибольший вклад в поддержание или, наоборот, дестабилизацию функционального гомеостаза полости рта. Ожидается, что развитие технологий молекулярно-генетических исследований позволит научному сообществу в будущем более предметно ответить на существующие вопросы о микробиоте полости рта. В настоящее время продолжаются масштабные исследования с целью идентифицировать компоненты оральной микробиоты, среди которых могут быть потенциальные бактериальные патогены, важные непатогенные комменсальные или мутуалистические виды. Так, считается, что более 50% микроорганизмов полости рта представлены неидентифицированными и некультивируемыми видами [32]. Кроме того, при изучении здоровья и заболеваний полости рта возникают следующие вопросы: целесообразно ли поддерживать гомеостаз микробиоты полости рта и какие методы могут быть использованы для этого.

Поскольку наличие здорового микробиоценоза полости рта снижает вероятность развития такого заболевания, как ассоциированный с химиотерапией оральный мукозит, оценка его состояния имеет значительную прогностическую ценность. Так, вероятно, будет доступна более персонализированная оценка риска развития орального мукозита у пациентов, получающих то или иное системное противо-опухолевое лечение. Поэтому необходимо не только определить спектр заболеваний, возникающих в ротовой полости на фоне проведения лекарственного противоопухолевого лечения, но и идентифицировать состав оральной микробиоты, в том числе на основании данных об экспрессии различных генов в полости рта. Кроме того, изучение данной сферы, вероятно, позволит определить популяционные паттерны, связанные с более эффективным и быстрым восстановлением здоровья полости рта.

ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОФЛОРЫ ПОЛОСТИ РТА У ПАЦИЕНТОВ, ПОЛУЧАЮЩИХ ЛЕКАРСТВЕННУЮ ПРОТИВООПУХОЛЕВУЮ ТЕРАПИЮ

Сегодня противоопухолевая терапия является самостоятельным разделом онкологии, объединяющим химиотерапию, гормонотерапию, таргетную, иммуно- и поддерживающую терапию [33]. Это неотъемлемая часть лечебного арсенала онкологов, которая играет важную роль в лечении пациентов со злокачественными новообразованиями. При этом противоопухолевая терапия оказывает влияние на организм в целом, изменяя и микробиоценоз полости рта.

Нарушение баланса микробиоты, способствующее росту патобионтов, может негативно повлиять на способность тканей слизистой оболочки оставаться интактными во время противоопухолевого воздействия. Правдоподобие этой гипотезы было продемонстрировано на животной модели кишечного мукозита, при котором цисплатин вызывал значительные изменения в кишечной микробиоте, но её восстановление через желудочный зонд с фекальными гранулами способствовало заживлению индуцированного цисплатином мукозита [34]. Вполне возможно, что подобные процессы происходят и в полости рта, где химиотерапия может вызывать нарушения микробиома, влияющие на восприимчивость тканей полости рта к воспалению.

На данный момент в научном сообществе нет консенсуса относительно вопроса, как химиотерапия изменяет кислотно-основное состояние и биохимический состав слюны, микробный спектр в полости рта. Различные исследования с использованием микробиологических методов с ограниченной способностью обнаружения указывают на изменения микробиоты полости рта во время лечения рака [35]. В работе J.C. Mougeot с соавт. [12] отмечается, что, несмотря на развитие технологий молекулярно-генетического исследования, до сих пор существует недостаток длительных, хорошо контролируемых исследований, в которых используется высокочувствительное высокопроизводительное секвенирование для характеристики изменений микробиоты полости рта во время химиотерапии. Авторы монографии сообщают о 17 исследованиях, в которых изучалась микробиота полости рта до, во время или после лечения рака, но при этом не сообщалось об оценке орального мукозита или определении корреляции бактериальных сдвигов с выраженностью его симптомов из-за небольшого размера выборки или других ограничений. Большинство исследований опиралось на методы культивирования для идентификации видов бактерий. Несмотря на различия в экспериментальном плане, технике выделения и идентификации, во времени отбора проб и в виде противоопухолевого лечения, изменения относительного количества бактерий из родов Enterobacter, Escherichia, Klebsiella, Pseudomonas, Streptococcus и Staphylococcus демонстрировались чаще всего.

Изменения микробиоты полости рта во время химиотерапии могут быть результатом нарушения различных компонентов, участвующих в поддержании данных бактериальных сообществ в комменсальном состоянии. Есть исследования, подтверждающие, что химиотерапия нарушает выделение слюны, играющей важную роль в защитных механизмах полости рта [36]. Связанная с химиотерапией миелосупрессия также может приводить к созданию более благоприятной среды для колонизации чужеродными микроорганизмами полости рта. Так, в работе [37] представлены результаты культурального исследования смывов из полости рта первичных больных раком орофарингеальной области, описан состав микробиоты, отмечено снижение или отсутствие Lactobacillus spp., обнаружены грамотрицательные палочки (энтеробактерии и неферментирующие грамотрицательные палочки). Другие виды лечения, связанные с химиотерапией, такие как антибиотикотерапия, также могут влиять как на микробиоту полости рта, так и на микробиом в целом. Кроме того, было показано, что противоопухолевые препараты обладают антимикробной активностью и потенциально могут способствовать изменениям микробиома во время химиотерапии [38].

В одном из высокотехнологичных исследований [39], в ходе которого изучалось влияние химиотерапии на основе фторурацила (5-ФУ) и доксорубицина на микробиоту полости рта, были продемонстрированы следующие результаты. Тяжесть орального мукозита была связана с применением 5-ФУ, парадоксально повышенным слюноотделением и более высоким количеством гранулоцитов в полости рта. Бактериом ротовой полости был нарушен во время химиотерапии, и, хотя приём антибиотиков и ингибиторов кислоты способствовал изменениям, нарушения бактериома также независимо коррелировали с использованием противоопухолевых препаратов и ассоциировались с тяжестью орального мукозита. Сдвиги бактериома, связанные с мукозитом, включали истощение связанных с поддержанием здоровья полости рта комменсалов из родов Streptococcus, Actinomyces, Gemella, Granulicatella и Veillonella и обогащение грамотрицательными бактериями, такими как Fusobacterium nucleatum и Prevotella oris. Согласно полученным авторами данным, сдвиги нельзя было объяснить прямым антибактериальным эффектом 5-ФУ, они скорее напоминали связанные с воспалением дисбиотические изменения, наблюдаемые при других заболеваниях полости рта. Авторы исследования считают, что трансформация бактериома, связанная с химиотерапией, может способствовать усугублению повреждения слизистой оболочки.

В другом исследовании, изучавшем изменения микрофлоры полости рта у пациенток с раком молочной железы, которые получали системную лекарственную терапию, продемонстрированы схожие результаты [40]. У пациенток, включённых в данное исследование, в терапии основного заболевания использовались следующие препараты: Герцептин (трастузумаб), Таксотер (доцетаксел), Перьета (пертузумаб), эпирубицин и циклофосфамид. Показано длительное снижение численности бактерий из группы Firmicutes (Streptococcus sp. и Lactobacillus sp.) и рода Neisseria, а также значительное увеличение количества бактерий из родов Escherichia, Shigella, Megasphaera и Prevotella в полости рта пациенток, получавших химиотерапию. Escherichia и Shigella являются распространёнными оральными и кишечными патогенами [41]. Род Megasphaera, согласно другому исследованию, связан с воспалительными заболеваниями, такими как ревматоидный артрит и пародонтит [42]. Увеличение количества этих бактерий может свидетельствовать о хронической воспалительной реакции при повреждении эпителия полости рта. Prevotella — распространённая анаэробная бактерия полости рта, которая также встречается при пародонтите, связана с кариесом в раннем детстве и описывается как потенциально опасная для поверхности слизистой оболочки [43]. Напротив, многие виды бактерий из родов Streptococcus, Lactobacillus и Neisseria, количество которых снизилось на фоне противоопухолевого лечения, относятся к комменсалам, поддерживающим локальный гомеостаз полости рта [44].

Значительный объём накопленных данных, касающихся изменений оральной микробиоты на фоне системного противоопухолевого лечения, привёл к появлению систематических обзоров, оценивающих результаты подобных исследований [45]. Вместе с тем неоднородность протоколов исследований, по мнению авторов, препятствует детальному сравнению результатов. Однако большинство авторов признают, что установлено снижение альфа-разнообразия бактерий полости рта и это снижение коррелирует с развитием орального мукозита.

ОБСУЖДЕНИЕ

Химиотерапевтический оральный мукозит является одним из наиболее частых осложнений системной лекарственной терапии онкологических заболеваний. Развитие данного состояния приводит к целому ряду проблем: ухудшение качества жизни пациента, необходимость изменения режима лекарственной терапии основного заболевания, связанные с этим медицинские и экономические последствия. Несмотря на широкую распространённость и длительную историю изучения, до сих пор не существует адекватной терапевтической стратегии лечения орального мукозита, что может быть связано с недостаточными знаниями о патогенезе этого заболевания. Имеющиеся данные позволяют уверенно говорить о существовании взаимосвязи между микробиотой полости рта и химиотерапевтическим оральным мукозитом. Однако, несмотря на открытие корреляций в изменениях микробиологического профиля на фоне химотерапии, остаётся нерешённым целый ряд фундаментальных вопросов: мнения о составе «нормальной» микробиоты рта расходятся; не сформулирован механизм развития воспаления слизистой оболочки полости рта на фоне того или иного конкретного химиотерапевтического препарата; не в полной мере определены изменения в составе слюны на фоне химиотерапевтического лечения и возможности её использования в диагностике оральных мукозитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно считать достоверным изменение микробиоты полости рта при применении системной противоопухолевой терапии: уменьшение альфа-разнообразия бактериома и рост числа патогенных видов и штаммов микроорганизмов, что в свою очередь влечёт увеличение числа воспалительных и инфекционных осложнений.

Продемонстрирована связь химиотерапевтического лечения и развития орального мукозита как вследствие прямого цитотоксического действия, так и по причине изменения микробиоты полости рта.

Таким образом, коррекция и нормализация микробного состава полости рта представляется перспективным направлением для разработки патогенетической терапии и методов профилактики химиотерапевтических оральных мукозитов. Снижение же числа оральных мукозитов позволит улучшить прогноз и качество жизни пациентов со злокачественными новообразованиями, получающих системную противоопухолевую терапию; уменьшить число осложнений, потребность в дополнительных методах лечения и сократить срок госпитализации.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Н.А. Пащенко — анализ литературы, подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи; В.Ф. Казаков — редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи; А.А. Завьялов — разработка концепции, анализ литературы, редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи; В.Н. Олесова — разработка концепции редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи; А.И. Тырышкин — анализ литературы, подготовка и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. N.A. Pashchenko — literature analysis, preparation and editing of the text, approval of the final version of the article; V.F. Kazakov — text editing, approval of the final version of the article; A.A. Zavyalov — concept development, literature analysis, text editing, approval of the final version of the article; V.N. Olesova — concept development, text editing, approval the final version of the article; A.I. Tyryshkin — literature analysis, preparation and editing of the text, approval of the final version of the article. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.