Charakterizace fekální mikrobioty u pacientů s Lynchovým syndromem (LS) s nebo bez kolorektální neoplazie (Microbiote)

Pozadí a originalita projektu s ohledem na současný stav techniky :

Kolorektální karcinom (CRC) je druhou nejčastější příčinou úmrtí souvisejících s rakovinou v západních zemích a třetí nejrozšířenější rakovinou na světě. Prevence a screening CRC jsou hlavními problémy veřejného zdraví. Lepší znalost kolorektální karcinogeneze by mohla vést k lepší prevenci a screeningu. Nedávná pozorovací data u lidí a experimentální data in vitro nebo u hlodavců ukázala, že střevní mikroflóra by mohla přispívat k patogenezi CRC.

Návrh umožní vyhodnotit úlohu střevní mikroflóry v karcinogenezi CRC u kohorty pacientů s Lynchovým syndromem (LS) s vysokým rizikem kolorektální neoplazie as dobře charakterizovanými rizikovými faktory prostředí, zejména dietními.

Mikrobiota a CRC Střevní mikrobiota je komplexní společenství skládající se z bakterií, hub, prvoků, virů a bakteriofágů, které žijí v symbiotickém a epigenetickém vztahu s hostitelem. Střevní mikroflóra může podporovat buď zdraví nebo progresi nádoru prostřednictvím svých zánětlivých a proliferativních účinků pravděpodobně závislých na kontextu a genetických faktorech hostitele. Specifické mikroorganismy nebo variabilita mikrobiomu byly v posledních letech spojovány s CRC. Sekvence Fusobacterium nucleatum a Porphyromonas gingivalis jsou nadměrně zastoupeny v CRC oproti odpovídající normální kontrolní tkáni a byla charakterizována pozitivní asociace s metastázami do lymfatických uzlin. U pacientů se sporadickým CRC je nadměrná exprese Fusobacterium nucleatum spojena se specifickými cestami karcinogeneze CRC. Studie také identifikovaly několik dalších bakterií, jako je nárůst Escherichia coli, Bacteroides fragilis a Enterococcus faecalis u pacientů s CRC, zatímco rody Clostridiales, Faecalibacterium, Blautia, Bifidobacterium nebo Lactobacillus byly nízké nebo chyběly. In vitro Fusobacterium nucleatum podporuje proliferaci CRC buněk; u myší přítomnost xenoimplantátů CRC pocházejících z F. nucleatum (kde jsou vzorky CRC pacientů implantovány myším) zvyšuje rychlost růstu nádoru. Možným mechanismem pro vysvětlení těchto zjištění je, že adhesin F. nucleatum, FadA, se váže na E-cadherin na povrchu buněk CRC a aktivuje onkogenní Wnt/β-catenin signalizaci. F. nucleatum může také změnit funkci lymfocytů infiltrujících nádor a buněk přirozených zabíječů (NK) vazbou na inhibiční imunitní receptor TIGIT (imunoreceptor T buněk s Ig a ITI Mdoménami) prostřednictvím jiného adhezinu, Fap2. Fap2 také váže disacharidový cukerný motiv [galaktózaN-acetyl-D-galaktosamin (Gal-GalNAc)], který je ve vysokých hladinách exprimován na povrchu mnoha typů nádorových buněk, stejně jako jiných typů buněk, a usnadňuje vazbu F. nucleatum na CRC buňky. Enterotoxigenní Bacteroides fragilis (ETBF) potencuje kolorektální karcinogenezi u myší a ETBF byl detekován v biofilmech pokrývajících lidské CRC a prekancerózní léze tlustého střeva. Escherichia coli exprimující genomovou ostrovní polyketidsyntázu (pks+) zesilují tumorigenezi v preklinických modelech CRC a jsou obohaceny v lidských tkáních CRC. pks+ E. coli produkují genotoxin colibactin, který alkyluje DNA, což má za následek adukty DNA v epiteliálních buňkách tlustého střeva.

Byl také pozorován účinek bakteriálních metabolitů. Butyrát, který mohou produkovat pouze konkrétní členové kmene Firmicutes prostřednictvím fermentace dietní vlákniny a rezistentních škrobů, může modulovat zánět, proliferaci epitelu a apoptózu. Sirovodík je také důležitý regulační metabolit.

Složitost mikrobioty a vztah mezi mikroorganismy ve střevě zatím nepodtrhuje konkrétní bakteriální signaturu pro progresi nádoru. Potom, jak střevní mikroflóra skutečně přispívá k patogenezi CRC u hostitele, není zcela pochopeno.

CRC a Lynchův syndrom LS je nejčastější familiární CRC syndrom. Rodinná anamnéza rakoviny je důležitým způsobem, jak identifikovat tyto vysoce rizikové jedince. Dědičnost zárodečné alterace v jednom z genů pro opravu chybného párování DNA (MMR) MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 nebo v genech EPCAM způsobuje vysoké riziko CRC a dalších nádorů souvisejících s extrakolonikem. Nedávné studie naznačují střední věk diagnózy CRC 61 let a celoživotní riziko CRC 52 % u žen a 69 % u mužů. U LS neoplazie jsou charakterizovány specifické dráhy karcinogeneze.

Pacienti s LS představují prekancerózní léze jako nepokročilé nebo pokročilé adenomy a vroubkované polypy, které by měly být detekovány a odstraněny. Riziko CRC závisí na tom, který gen pro opravu chybného párování je mutován. Zárodečné mutace MSH6 a PMS2 jsou spojeny s nižším rizikem s pozdním nástupem CRC.

Na karcinogenezi LS se podílejí i faktory prostředí (faktory stravy, cvičení, obezita, příjem tabáku a alkoholu atd.). U pacientů s LS se doporučuje pravidelné sledování včetně roční nebo dvouleté kolonoskopie.

Chemoprevence Aspirin CRC Chemoprevence má potenciál představovat nákladově efektivní intervenci u těchto vysoce rizikových pacientů a mohla by umožnit zpoždění kolonoskopického sledování. Několik epidemiologických studií ukázalo, že pravidelné užívání nízké dávky aspirinu (75 až 300 mg/den) je spojeno s 20 až 30% snížením rizika sporadických polypů tlustého střeva a CRC. Pět ze sedmi randomizovaných kontrolovaných studií (RCT) prokázalo významný pokles recidivy neoplazie a metaanalýza čtyř z těchto studií prokázala pokles sporadické recidivy kolorektálního polypu. V nedávné velké randomizované studii u diabetických pacientů však aspirin nebyl spojen s nižším výskytem CRC.

Observační velká studie naznačuje také preventivní účinek aspirinu u LS. Primární analýza studie Colorectal Adenoma/Carcinoma Prevention Program 2 (CAPP2) u pacientů s LS, kteří dostávali 600 mg denně aspirinu (300 mg b.i.d), neprokázala žádné významné snížení neoplazie CCR. Předplánovaná sekundární analýza po prodlouženém sledování (průměr 56 měsíců) však ukázala snížené riziko CRC ve skupině s aspirinem (HR=0,41; 95% CI, 0,32-0,99). V této studii nebylo endoskopické sledování optimální s nízkou mírou detekce kolorektální neoplazie. Skutečný účinek a klinický přínos aspirinu je proto u pacientů s LS třeba ještě upevnit, protože chronické užívání aspirinu je spojeno s možnými vedlejšími účinky (krvácení).

Studie AAS-Lynch Studie AAS-Lynch je pokračující prospektivní multicentrická (n=37), dvojitě zaslepená, placebem kontrolovaná, randomizovaná klinická studie, která má zjistit, zda denní aspirin v dávce 100 nebo 300 mg ve srovnání s placebem, by snížil výskyt nebo recidivu kolorektálních adenomů u pacientů s LS ve věku do 75 let. Primárním cílovým parametrem je počet pacientů s alespoň jedním adenomem detekovaným chromoendoskopií 48 měsíců po počáteční clearance tlustého střeva s kompletním odstraněním polypu a po zahájení léčby. Sekundárními cílovými body jsou prodleva mezi objevením se prvního adenomu a začátkem léčby, zátěž adenomatózními polypy měřená chromoendoskopií, počet pacientů, u kterých se během sledování objevil adenom podle postiženého genu (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 nebo jiné), zátěž přisedlým vroubkovaným adenomem, rakovina tlustého střeva diagnostikovaná při plánovaných kolonoskopiích, intervalová rakovina tlustého střeva (diagnostikovaná mezi dvěma kolonoskopiemi). Sleduje se počet provedených kolonoskopií během sledování, kvalita očisty střeva, dodržování hodnocené podle zbývajících tablet v blistrech a nežádoucí účinky. Při randomizaci a na konci studie se provádí odběr stolice, odběr krevních kapek na savý papír, kvalita života pomocí dotazníku SF36, validovaný dotazník frekvence jídla (SU-VI-MAX2, U557 INSERM) a dotazník fyzické aktivity.

Hypotéza, hlavní cíl(e) a cíl(e) Střevní mikroflóra se zdá být hlavním hráčem v karcinogenezi CRC. Lepší znalosti o úloze mikrobioty v karcinogenezi CRC by mohly vést k lepší prevenci a sledování zejména u vysoce rizikových pacientů s LS, ale také u pacientů se standardním rizikem.

Hlavním cílem této studie je zhodnotit úlohu střevní mikroflóry pomocí metagenomické analýzy v karcinogenezi CRC u pacientů s LS. Design studie AAS-LYNCH umožní vyhodnotit úlohu střevní mikroflóry při zjevení nebo recidivě adenomu u pacientů podle dobře charakterizovaných přidružených rizikových faktorů stravy a dalších faktorů životního stylu, zahrnutých genů a neoplazie zahrnutých drah.

Primární cíl Porovnat diverzitu fekální mikrobioty u pacientů s LS bez předchozího adenomu vs. pacientů s LS s anamnézou adenomu nebo adenomu při zařazení do studie AAS-Lynch.

Sekundární cíle

Popsat rozdíly v diverzitě střevní mikroflóry pomocí metagenomické analýzy podle:

• zapojené geny LS (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 nebo v genech EPCAM)
• typ adenomu (pokročilý nebo nepokročilý adenom) a přítomnost vroubkovaného polypu
• dieta využívající dietní vzorce (a priori a posteriori vzorce)
• další faktory životního stylu : BMI, fyzická aktivita, alkohol, tabák

Perspektivy (nezahrnuté v této přihlášce):

S očekávanou 30% recidivou adenomu po počáteční clearance tlustého střeva umožní 48měsíční sledování prozkoumat rozdíly ve střevní mikrobiotě charakterizované metagenomickou analýzou podle recidivy adenomu. 48měsíční sledování s novou sbírkou stolice také umožní popsat rozdíly ve střevní mikrobiotě podle expozice aspirinu. Tato hodnocení nebudou vyžadovat žádné další finanční prostředky.

Studie hodnotící chemopreventivní účinek aspirinu u pacientů s LS koordinovaná skupinou UK-CAPP probíhá s podobným designem, ale bez skupiny s placebem a jinými cílovými body. Byla diskutována závěrečná sdílená analýza. S touto skupinou bude diskutováno hodnocení mezinárodních variací ve fekální mikrobiotě ve vztahu k LS.

Primární cílový ukazatel (spojený s primárním cílem) Tato studie bude porovnávat bohatost fekální mikrobioty a rozdíly ve složení mezi pacienty s LS bez předchozího adenomu při zařazení do studie AAS-Lynch a pacienty s LS s adenomem nebo adenomem v anamnéze při zařazení do studie AAS-Lynch.

Sekundární cílové body (spojené se sekundárními cíli)

Složení střevní mikroflóry (taxonomické, funkční a bohatost hodnocené metagenomickou analýzou) bude popsáno podle:

• zapojené geny LS (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 nebo v genech EPCAM)
• typ adenomu (pokročilý nebo nepokročilý adenom) a přítomnost vroubkovaného polypu
• dieta využívající dietní vzorce (a priori a posteriori vzorce)
• další faktory životního stylu : BMI, fyzická aktivita, alkohol, tabák

Plán projektu popisující metodiku a práci, která má být provedena:

• WP 1. Příprava projektu, regulační záležitosti a fekální manipulace
• WP 2. Ověření kvality sociodemografických, životních a nutričních dat, management nutričních dat.
• WP 3. Metagenomická studie mikrobioty a analýza dat
• WP 4. Závěrečné jednání a zpráva, předložení k publikaci

Očekávané výsledky a vědecký a lékařský potenciální dopad translačního výzkumu:

Kolorektální karcinom (CRC) je druhou nejčastější příčinou úmrtí souvisejících s rakovinou v západních zemích. Prevence a screening CRC jsou hlavními problémy veřejného zdraví. Lepší znalost role střevní mikroflóry v karcinogenezi CRC by mohla přispět k lepšímu popisu rizika CRC při domnělé lepší kontrole.

Intervenční terapie jako prebiotické nebo probiotické terapie využívající specifické mikroby nebo geneticky modifikované mikroby by také mohly být v blízké budoucnosti považovány za preventivní nástroje.