Микробиология рака: соединяя детали
Хорошо известно, что микроорганизмы играют важную роль в поддержании здоровья и развитии заболеваний.
Не является исключением и рак - заболевание, возникающее, когда клетки любой ткани начинают аномально и неконтролируемо делиться, с возможностью метастазирования в другие части тела. В ряде интригующих исследований была показана связь между микроорганизмами и развитием рака/опухоли. Фактически, согласно исследованиям, 15% раковых заболеваний, в основном в развивающихся странах, обусловлены микроорганизмами.
Хотя большинство исследований связи микробов с раком было основано на изучении микробиома кишечника, растущие данные свидетельствуют о том, что метаболическая активность микробиома в опухолевой среде может быть использована для диагностики и даже прогноза рака. Кроме того, исследователи начинают изучать, каким образом определенные микроорганизмы могут способствовать лечению и профилактике рака. В данной статье мы попытаемся выяснить, каким образом существование микроорганизмов влияет на жизнестойкую и загадочную природу рака.
Как микробы влияют на раковые клетки и микроокружение опухоли?
Раковые клетки часто формируют собственное "микроокружение" вокруг опухоли для поддержания ее роста, и любые микроорганизмы, обитающие в опухоли и вокруг нее, способны прямо или косвенно изменять ее микроокружение таким образом, чтобы влиять на развитие раковых клеток. Например, микроорганизмы и вырабатываемые ими метаболические факторы могут повреждать ДНК клеток посредством различных механизмов и эпигенетических изменений. Кроме того, размножение микроорганизмов и/или образование биопленок может существенно изменять локальную среду. Исследования показывают, что раковые клетки и микроорганизмы могут даже предоставлять друг другу ресурсы в рамках симбиотических ассоциаций, обмениваясь, в частности, факторами защиты от иммунной системы и факторами роста.
Двенадцать видов микроорганизмов, включая вирусы, бактерии и даже грибки, были отнесены Международным агентством по изучению рака или Национальной токсикологической программой (IARCNTP) к канцерогенам человека, и еще несколько (и неучтенных) видов микроорганизмов подозреваются в обладании канцерогенными свойствами. Ниже приведены некоторые виды микроорганизмов и связанные с ними риски развития рака. Примечательно, что эти микроорганизмы могут непосредственно вызывать или не вызывать рак, но способны усугублять состояние организма и/или повышать вероятность заболевания.
Вирусы
Предполагается, что вирусы являются наиболее распространенными патогенами, ассоциированными с раком, в том числе с раком прямой кишки, шейки матки, печени и т.д. По последним данным, около 1,5 млн. случаев рака в мире вызвано опухолевыми вирусами. Примерами вирусов, которые ассоциируются с развитием опухолей, являются вирус Эпштейна-Барре (HBV), вирус папилломы человека (HPV), вирусы гепатита В (HBV) и гепатита С (HCV). Механизм канцерогенеза различается в зависимости от типа вируса. Например, вирус гепатита В может встраиваться в геном человека, прорастать в клетки печени и усиливать канцерогенную активность в печени, манипулируя сигнальными путями, вызывая рак печени.
Бактерии
Было показано, что некоторые виды бактерий обитают внутри опухолевых клеток и, следовательно, могут влиять на прогрессирование рака. Например, Fusobacterium nucleatum изменяет микробиом кишечника и усиливает экспрессию раковых генов, ассоциированных с колоректальным раком. Повышенная распространенность Helicobacter pylori напрямую ассоциируется с раком желудка, занимающим 5-е место в мире по распространенности. Это происходит за счет выработки вызывающих рак белков (онкопротеинов), которые фактически изменяют свойства клеток желудка.
Chlamydia trachomatis и другие бактерии, вызывающие инфекции, передающиеся половым путем, ассоциируются с раком яичников, и так далее.
Грибки
Некоторые грибки также связаны с определенными видами рака. Длительная инфекция Candida способствует развитию рака полости рта за счет выделения различных метаболитов. Даже комменсальные грибки могут вызывать канцерогенез при определенных изменениях образа жизни. Например, при чрезмерном употреблении алкоголя Candida albicans в полости рта может вырабатывать ферменты, которые ассоциируются с развитием рака.
Паразиты
Даже некоторые эукариотические и многоклеточные паразиты являются известными канцерогенами человека. Примерами канцерогенных паразитов являются Clonorchis sinensis и Toxoplasma gondii, которые могут приводить к таким онкологическим заболеваниям, как рак печени, мочевого пузыря, толстой кишки и головного мозга.
Могут ли микроорганизмы быть полезны при лечении и профилактике рака?
Хотя многие микроорганизмы могут повышать риск развития рака, микробиом также обладает огромным неиспользованным потенциалом для понимания, лечения и, возможно, даже профилактики рака. В то время как некоторые микроорганизмы были признаны проканцерогенами (агентами, вызывающими рак), ряд других микроорганизмов и препаратов, полученных на их основе, были признаны антиканцерогенами. Например, комменсальная флора может использоваться для борьбы с распространением рака; пробиотики из биологически активных продуктов питания могут способствовать метаболизму и модуляции иммунной системы, что, в свою очередь, может даже предотвратить рост и деление раковых клеток. Если пойти еще дальше, то некоторые исследования позволяют предположить, что пробиотические микробы и продукты их метаболизма могут участвовать в химиопрофилактике некоторых видов рака.
Как уже упоминалось ранее, ряд инфекционных заболеваний, вызываемых различными возбудителями (бактериями, грибами, вирусами и паразитами), способствует росту и развитию опухолей. Поэтому предотвращение передачи инфекционных заболеваний также может способствовать профилактике рака. Одним из проверенных способов профилактики/лечения некоторых видов рака является вакцинотерапия, наиболее распространенным успешным примером которой является вакцина против ВПЧ для профилактики рака шейки матки. В других перспективных областях штамм Mycobacterium bovis из вакцины БЦЖ применяется для лечения рака мочевого пузыря с высоким процентом успеха (>80%), когда рак выявляется на ранних стадиях.
В то же время в промышленности (фармацевтической и биотехнологической) предпринимаются попытки разработать новые подходы и лекарственные препараты для профилактики и лечения инфекционных заболеваний. Предполагается, что некоторые виды рака можно лечить с помощью управления микробиомом и/или применения новых антимикробных препаратов. Например, в одном из недавних исследований описывается метод, в котором используются "сконструированные" на коже человека комменсалы, такие как Staphylococcus epidermidis, для препятствования росту опухоли путем активации иммунного ответа, приводящего к гибели раковых клеток. Кроме того, некоторые микроорганизмы и продукты их метаболизма рассматриваются в качестве потенциальных противораковых терапевтических средств. Онколитические агенты, такие как T-VEC, Oncorine, RIGVIR, представляют собой вирусы, нацеленные на опухолевые клетки и убивающие их, и активно рассматриваются в качестве терапии.
Для того чтобы использовать этот потенциал, необходимо повысить осведомленность и увеличить финансирование исследований и разработок в области онкологической микробиологии. Хорошим началом является создание программ и курсов для обучения микробиологии рака на уровне выпускников. Такие программы должны сопровождаться финансированием/поддержкой исследований и последующей работой по распространению знаний о связи между инфекционными и хроническими заболеваниями, такими как рак. Несомненно, развитие микробиологии рака необходимо для того, чтобы предложить новые методы лечения и профилактики.
