Сион Леви помнит волнение, которое он и его дочь испытывали, просматривая его в 2019 году, наблюдая, как маленькие черные точки, отражающие метастазы меланомы, уменьшаются и в конце концов исчезают.
Это были снимки не Леви. Он даже не знал, чьи это снимки, но он чувствовал с ними связь. Примерно за пять лет до этого у Леви была диагностирована меланома, но он находился в стадии ремиссии благодаря мощной иммунотерапии ниволумабом. Поскольку он хорошо реагировал на препарат, врачи медицинского центра "Шиба" в Тель Ха-Шомере (Израиль) спросили, не согласится ли он пожертвовать свой кал - и содержащиеся в нем микробы - чтобы помочь другим людям, которые не смогли ответить на лечение или чей рак стал устойчивым к терапии. Он согласился на тщательные анализы, забор крови и подробные интервью о том, что он больше всего ест (пиццу). Леви сделал "пожертвование", упаковал его в холодильник, а затем вызвал такси, нанятое больницей. Как и при любой трансплантации, время в пути имело значение. Врачи хотели, чтобы образец был доставлен менее чем за 90 минут.
Там фекалии Леви проверили на наличие патогенов, разбавили, гомогенизировали, центрифугировали и отсеяли до очищенного микробного бульона, который можно было высушить и упаковать в капсулы. Энтузиазм Леви по отношению к проекту убедил Бена Бурси, онколога из Медицинского центра Шиба, который возглавлял исследование, поделиться анонимными снимками человека, получившего пожертвованные им микробы. Сегодня этот человек уже более трех лет живет без признаков рака и стал донором в аналогичном исследовании по лечению меланомы. Это наследие, которым Леви очень доволен. "Я очень горжусь тем, что смог спасти жизни людей. Я бы хотел сделать это снова", - говорит он.
На снимках одного из участников испытания в Израиле видно, что метастазы полностью рассасываются после лечения. E. N. Baruch et al./Science
Израильское исследование и другое исследование под руководством специалистов из США были первыми в своем роде, в которых использовалась трансплантация фекальных микроорганизмов (FMT) для подготовки пациентов к лучшему ответу на иммунотерапию - мощные противораковые препараты, которые активизируют собственную иммунную систему организма против опухолей. Результаты этих двух исследований, опубликованные в журнале Science в прошлом году, были скромными - из 26 человек, которые ранее не отвечали на иммунотерапию, примерно каждый третий ответил на нее после FMT, - но они привлекли большое внимание.
"Несмотря на то, что у них было всего несколько пациентов, в каждой группе было несколько человек, которые смогли преодолеть свою резистентность. Я думаю, это здорово, потому что это показывает, что мы на правильном пути", - говорит Бренда Уилсон, микробиолог из Иллинойского университета. Следующий шаг, говорит она, - это выяснить, какие пациенты ответят на лечение, а какие нет.
Сегодня в мире проводится по меньшей мере 30 испытаний FMT, проводимых академическими лабораториями и фармацевтическими компаниями, и результаты уже начинают поступать. Все больше исследований показывают, что микробиом кишечника может оказывать хорошее или плохое влияние на прогрессирование отдаленных опухолей, побочные эффекты лечения и способность иммунной системы уничтожать раковые клетки. Некоторые исследования связывают конкретные бактерии с благоприятным воздействием, что может указывать на возможность персонализированной терапии. При этом ученые исследуют роль диеты и разнообразия микробов в кишечнике, а также выявляют взаимодействие между организмами, обитающими в кишечнике, и организмами, живущими в самих опухолях, что может открыть новые мишени для терапии.
Однако воплотить эти наблюдения в реальные методы лечения может оказаться непросто. Бурси провел лечение 30 человек, и, по его оценкам, от 50 до 100 человек во всем мире прошли курс FMT в качестве дополнения к терапии рака. С началом новых исследований ученым потребуются стратегии по выявлению лучших доноров, расширению масштабов процедуры трансплантации и обеспечению ее доступности. Тем не менее, Бурси и другие не теряют надежды. Он говорит, что
этот подход может открыть дверь в "эру экологической онкологии", когда лучшее понимание опухоли, хозяина, иммунной системы и обитающих в ней микроорганизмов приведет к улучшению лечения.
Первые испытания
Заинтересованность Бурси началась в 2006 году. Во время пешего похода, когда он заканчивал учебу в медицинском институте, он задумался об опухолевидных наростах на деревьях, которые иногда являются результатом реакции растений на инфекцию. Он начал думать о том, как опухоли и бактерии могут взаимодействовать в человеческом организме, но коллеги отговорили его от этой идеи. Они посоветовали ему "сосредоточиться на генетике", - вспоминает Бурси. Тем не менее, он продолжал эпидемиологические исследования, которые связывали рак и микробиом, изучая, как антибиотики могут изменить риск развития рака и как диета может изменить кишечные микроорганизмы.
Десять лет спустя начало складываться представление о микробиоме как о модифицируемом органе, влияющем как на здоровье, так и на болезнь, а связь с раком стала привлекать внимание. Эта тенденция совпала со взрывом интереса к иммунотерапии. Эти препараты имеют поразительный успех при многих видах рака, но действуют не на всех пациентов - только у 15-20% людей наблюдается длительный ответ.
Данные, подтверждающие влияние микробов на успех или неудачу этих методов лечения, начали появляться на конференциях по раку и в ведущих журналах. Часто упоминаемое исследование 2015 года Томаса Гаевски, онколога из Чикагского университета и его коллег показало, что баланс микроорганизмов в кишечнике мышей определяет, отвечают ли грызуны на определенный вид иммунотерапии. Изменение микробиома улучшало реакцию мышей. В 2018 году три работы повторили эти результаты у людей с меланомой, которые лечились ингибиторами контрольных точек - типом иммунотерапии, который по сути напоминает заторможенным иммунным клеткам атаковать раковые клетки. Присутствие или отсутствие определенных ключевых микроорганизмов в кишечнике, казалось, влияло на вероятность ответной реакции.
Вскоре исследователи по всему миру начали клинические испытания FMT. Процедура показала определенный успех в оказании помощи людям с рецидивирующими инфекциями Clostridioides difficile, бактерии, которая может вызывать изнурительное диарейное расстройство. Меланома является основной целью для проведения FMT, поскольку это распространенный вид рака, который лишь изредка хорошо реагирует на иммунотерапию.
Различные исследования дают противоречивые результаты относительно того, какие именно микроорганизмы являются наиболее важными. Хотя разнообразный микробиом тесно связан со здоровьем, микробиом Леви был менее разнообразным, чем другой микробиом, использованный в израильском исследовании, и, тем не менее, он оказался полезным.
"В конечном итоге исследователям необходимо найти секретный рецепт - консорциум микробов с хорошими функциональными свойствами, которые могли бы способствовать укреплению иммунитета и общего здоровья", - говорит Дженнифер Варго, онколог из онкологического центра MD Anderson в Хьюстоне и соавтор израильского исследования. Но найти оптимальное сочетание может быть очень сложно. Состав микробиома сильно варьирует в зависимости от этнической принадлежности, географии и рациона питания, отмечает Александр Хоруц, гастроэнтеролог и медицинский директор программы терапии микробиоты Университета Миннесоты.
Команда, стоящая за американским испытанием, в марте опубликовала в журнале Nature Medicine параллельное исследование, направленное на выявление организмов, ассоциированных с ответом и нереагированием, и проверку того, может ли машинное обучение помочь подобрать микробиоту доноров и реципиентов. В настоящее время ученые не знают, есть ли у людей, переживших рак, плохой микробиом, но хорошая иммунная система или наоборот, говорит Амиран Дзуцев, иммунолог из Национального института рака и один из ведущих авторов исследования.
В более поздней работе канадской группы специалистов использовалась FMT от доноров, которые не болели раком, для проверки, может ли она предотвратить резистентность к иммунотерапии у людей, которые не получали ее ранее. Авторы представили результаты своего испытания на ранней стадии в июне на заседании Американского общества клинической онкологии в Чикаго. По словам Самана Малеки, иммунолога из Западного университета в Лондоне (Канада) и руководителя группы по проведению испытания, первичная резистентность является самой большой проблемой, стоящей перед этой областью. В канадском исследовании приняли участие 20 человек с распространенной меланомой. После FMT и иммунотерапии у 3 человек наблюдался полный ответ, у 13 - частичный ответ и у 3 - стабилизация заболевания и один участник умер от меланомы.
Данные являются предварительными , но Малеки доволен полученными результатами. "Мы увидели не только хороший уровень безопасности всех этих исследований, но и ранние сигналы, указывающие на способность микробиомов повышать эффективность иммунотерапии".
Зейнеп Эроглу, онколог из Онкологического центра Моффитта в Тампе, отмечает, что частота ответов в этом исследовании была лишь немного выше, чем при использовании только иммунотерапии. Обычно около 40% меланом на поздних стадиях показывают определенный ответ на иммунотерапию. Однако, по ее словам, "я высоко оцениваю попытку исследователей перенести этот метод в первую линию лечения метастатической меланомы". Она добавляет, что убедить людей попробовать FMT перед иммунотерапией может быть нелегко. "Будет интересно посмотреть, к чему приведут эти исследования".
Манипулирование сложной экосистемой
Выявление идеального стула для донорства может быть связано не с тем, какие микроорганизмы в нем содержатся, а с тем, что они делают, объясняет Варго. Изучение метаболитов, вырабатываемых бактериями, имеет решающее значение для определения характеристик лечения, считает Хоруц. Это, в свою очередь, может изменить способ их доставки.
Еще один вопрос, который необходимо рассмотреть, - это микробиом самой опухоли. Микроорганизмы составляют около 25% опухолевой среды, и их присутствие может способствовать или блокировать противоопухолевый иммунитет. В последние несколько лет Равид Штраусман, биолог-онколог из Научного института Вейцмана, Израиль, показал, что микробы в опухоли могут опосредовать устойчивость к химиотерапии. Команда Штраусмана также выявила специфические бактерии, расположенные внутри опухолевых клеток.
Микробы попадают в опухоли из разных областей - включая кишечник, ротовую полость и кровоток - в зависимости от вида рака, объясняет Бурси. "Мы думаем, что они имеют разное происхождение", - соглашается Флоренсия Макаллистер, онколог из онкологического центра MD Anderson. "Мы знаем это, сравнивая у одного и того же пациента опухоль с соседними тканями, а также с микробиомами кишечника и полости рта". Сейчас исследователи начинают подслушивать перекрестный разговор между микроорганизмами опухоли и микробами кишечника, чтобы выяснить, влияют ли они друг на друга и как.
Некоторые исследования начинают раскрывать все сложности. В статье, опубликованной в журнале Cell в 2019 году, изучались пациенты с аденокарциномой поджелудочной железы - диагнозом с низкой выживаемостью - из двух географически разных районов: Балтимора и Хьюстона. Долгожители - люди, прожившие пять и более лет, - имели более разнообразный микробиом опухоли, чем те, кто прожил менее пяти лет. Похоже, что некоторые микроорганизмы в опухоли происходят из кишечника. FMT от долгожителей задержала рост опухоли у мышей с раком поджелудочной железы и усилила их иммунные клетки.
Теперь команда планирует провести клинические испытания, чтобы проверить эти предположения на пациентах с раком поджелудочной железы. "Сначала мы хотим выяснить, является ли пересаженная микробиота стабильной и может ли она поддерживаться в течение долгого времени", - рассказывает МакАлистер, ведущий автор этой статьи. В долгосрочной перспективе исследование проанализирует, приведет ли изменение микробов в кишечнике с помощью FMT к непосредственному изменению микробов в опухоли.
Но также остается нерешенным вопрос о том, в какой степени диета повлияет на пересадку микробиоты, что, вероятно, является наименее изученной областью этой работы. Хоруц отмечает, что люди, которым проводится FMT для лечения инфекции C. difficile, чаще всего задают вопрос о том, что им следует есть после процедуры. Он советует им минимизировать количество обработанных продуктов и сделать упор на растительную диету, поскольку полезные микробы кишечника любят сложные углеводы.
Эпидемиологические исследования по всему миру показывают, что диета влияет на микробиом кишечника даже больше, чем гены человека, говорит Кристин Спенсер, директор по информатике Института иммунотерапии рака Паркера в Сан-Франциско. Спенсер является ведущим автором исследования 2021 года, показавшего, что больные меланомой, употребляющие диету с высоким содержанием клетчатки, с большей вероятностью положительно реагировали на иммунотерапию, в то время как безрецептурные пробиотики ассоциировались с худшими результатами.
Облегчение побочных токсических эффектов
После того как в 2017 году Амнону Шани был поставлен диагноз злокачественной меланомы, он стал добровольцем клинического испытания ингибитора иммунных контрольных точек пембролизумаба - антител, инактивирующих белок, который раковые клетки используют, чтобы скрыться от иммунных клеток. Почти сразу же начались побочные эффекты: артрит сковывал движения, и ему пришлось бросить играть в теннис. В течение двух лет обезвоживание из-за сильной диареи шесть раз приводило его в больницу. Метастазы уменьшились, но не исчезли. "Это было не очень приятное время", - говорит Шани, челюстно-лицевой хирург в Несс-Ционе, Израиль. Но, добавляет он, "я ни на секунду не допускал мысли, что у меня есть другой выбор. Это была реальность".
Затем, полтора года назад, его лечащий врач предложил попробовать FMT с очередным раундом иммунотерапии. Первой реакцией Шани был шок. "Если я прошел через все эти муки, то последнее, что мне придет в голову - это глотать чужие фекалии", - рассказывает он.
Но колебался он недолго. Он подписал форму согласия и присоединился к испытанию, в самый хаос пандемии COVID-19. Он прошел один курс FMT через колоноскопию, затем последовали еще две дозы по 32 капсулы - размером с оливку, - которые он должен был проглотить за один прием. Шани прозвал их "цеппелинами". Затем он снова начал иммунотерапию. На этот раз, казалось, она работает лучше. Его последнее ПЭТ-сканирование в мае было чистым.
FMT Шани был получен от единственного полного респондера в первом израильском клиническом испытании, что сделало Шани, по сути, реципиентом второго поколения от донора Леви. Иммунотерапия не только помогла, но и свела к минимуму побочные эффекты, к большому облегчению Шани.
Это большая надежда для исследователей, что модуляция микробиоты может облегчить тяжелые побочные эффекты, которые может вызвать иммунотерапия. FMT проходит пилотные исследования в онкологическом центре Memorial Sloan Kettering в Нью-Йорке, Медицинской школе Университета Миннесоты и в других клиниках на пациентах, перенесших трансплантацию стволовых клеток, чтобы компенсировать ущерб, нанесенный микробиому в результате циклов химиотерапии, радиотерапии и антибиотиков. "Основными причинами нераковой смертности в таких условиях являются инфекции и болезнь "трансплантат против хозяина", - поясняет Хоруц.
Расширение масштабов
Но если пересадка микробиоты при раке станет общепринятой, это может привести к перегрузке ограниченного числа доноров. Лишь немногие из тех, кто хочет стать донором, действительно подходят для этого. Малеки отбирает до 40 человек, чтобы получить одного подходящего донора. Они должны быть проверены на бактериальные и вирусные инфекции - пандемия COVID-19 заставила остановить некоторые исследования до разработки соответствующих тестов.
И хотя подготовка кала проста, необходимость предотвращения перекрестной контаминации означает, что исследователи могут обрабатывать в лаборатории только один образец донора в день. Даже самые эффективные академические учреждения, вероятно, не смогут справиться с растущим спросом, говорит Хоруц. Возможно, трансплантацию микробиоты придется взять на себя коммерческим или некоммерческим предприятиям. "Для того чтобы сделать это в больших масштабах, необходимы капиталовложения", - считает Хоруц. Уже есть признаки того, что это материализуется: некоторые клинические испытания проводятся компаниями.
В конечном счете, FMT для лечения рака может оказаться конвергенцией нескольких технологий, используя для создания лекарств либо бактерии, полученные от человека, либо сконструированные бактерии. Эти усилия требуют более глубокого понимания сложности микробных сообществ при раке, чем есть у исследователей сейчас.
И по мере появления технологий их цена может оказаться такой, что не все смогут их себе позволить, считает Коллин Келли, гастроэнтеролог из Университета Брауна, штат Род-Айленд. Уже существует неравенство в доступе к лечению рака. Келли обнаружила , что чернокожие и испаноязычные пациенты реже получают FMT для лечения инфекции C. difficile, чем белые. Она выясняет, связано ли это неравенство с отсутствием доступа к медицинским услугам, направлениями или стоимостью. Келли опасается, что то же самое произойдет с FMT, проводимой в рамках лечения рака, для которого, как она ожидает, новые терапевтические средства будут дорогими. Но даже несмотря на сложности, испытания продвигаются вперед и распространяются на другие виды рака. Такие испытания, говорит Бурси, "изменят наши представления о раке, способы исследования рака и в конечном итоге изменят способ лечения рака".
