Введение

Стартовавший в 2007 г. глобальный проект Национального института здоровья (NIH, США) послужил созданию международного консорциума «Микробиом человека», в который вошли более 100 лабораторий и научных центров по всему миру. Целью проекта стали определение количественного и видового состава микробиоты здоровых людей, расшифровка последовательности ДНК микробов человека для установления взаимосвязи жизнедеятельности микроорганизмов, населяющих тело человека, и жизненных функций, осуществляемых в макроорганизме-хозяине [1, 2]. Среди многочисленных направлений изучения микробиот различных органов и систем пристальное внимание ученых было отведено изучению и влагалищного микробиома.

Материал

Проведен анализ литературы, посвященной изучению влагалищного микробиома, с использованием поисковых систем PubMed, Medscape, Google Scholar, PMC free article.

Вагинальная экосистема имеет чрезвычайно важное значение для здоровья женщин в целом и успешной репродуктивной составляющей в частности. Для поддержания эубиоза необходимо оптимальное взаимодействие между хозяином и микробами. Влагалищная экосистема — это метаболически и микробиологически сложная среда. У большинства женщин во влагалищной микробиоте преобладают многочисленные разновидности лактобацилл (открыто более 150 видов). Потеря доминирования лактобацилл способствует колонизации анаэробными бактериями и увеличению микробного разнообразия. Дисбиоз влагалища является очень частым состоянием, которое влияет на иммунный гомеостаз, вызывая нарушение целостности эпителиального барьера и способствуя проникновению патогенных микроорганизмов. От взаимодействия иммунных клеток и микробных комменсалов непосредственно зависит состояние репродуктивного здоровья и заболеваемость рядом инфекций, передаваемых половым путем (ИППП) у женщин [3, 4]. Доказана взаимосвязь различных композиций влагалищной микробиоты, иммунных клеток и предрасположенности к вирусным инфекциям, особенно к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ), вирусу папилломы человека (ВПЧ), генитальному герпесу (ВПГ-2).

Слизистая оболочка влагалища состоит из многослойного плоского эпителия и непрерывно орошается цервико-вагинальной жидкостью, которая содержит продукты жизнедеятельности эпителиальных клеток, таких как муцины и антимикробные молекулы: B-дефензин, липокалин, элафин и секреторный лейкоцитарный ингибитор протеазы [5, 6], антитела IgA и IgG, продуцируемые слизистыми плазматическими клетками. Цервико-вагинальная жидкость поддерживает экосистему влагалища и представляет собой первую линию защиты от колонизации экзогенными патогенами благодаря муцинам, образующим густой гель, который служит физическим барьером для патогенов. В состав слизи, кроме того, входят иммуноглобулины, предотвращающие инфицирование слизистой оболочки влагалища [7].

Посредством цервико-вагинальной жидкости поддерживается жизнедеятельность и соотношение микробных сообществ, колонизирующих влагалище. Лактобациллы, населяющие главным образом влагалищную экосистему здоровых женщин, продуцируют молочную кислоту и бактериоцины, которые способствуют предотвращению роста бактерий и поддерживают слабокислую pH влагалища (3–4,5), что также способствует доминированию лактобактерий. Лактобактерии, обладая преимущественной конкурентной адгезией, абсорбируются на эпителиальных клетках влагалища, предотвращая возможность адгезии бактерий, способных инфицировать эпителиальные клетки. Кроме того, лактобациллы способствуют аутофагии клеток, зараженных вирусами, бактериями или простейшими, содействуя их элиминации [8], и модулируют любой воспалительный процесс, который может иметь негативные последствия, особенно во время беременности [9].

Детальный состав влагалищной микробиоты и относительная численность видов бактерий определены с помощью секвенирования гена 16S рРНК. В зависимости от преобладания тех или иных бактерий идентифицировано по крайней мере 5 микробных сообществ и выделено 5 типов микробиомов влагалища. В 4 из этих типов преобладают различные виды Lactobacillus, высоко адаптированные к вагинальной среде [6, 7]. В частности, в I типе преобладает Lactobacillus crispatus, во II типе — Lactobacillus gasseri, в III типе — Lactobacillus iners, в V типе — Lactobacillus jensenii. А вот IV тип влагалищного микробиома состоит из полимикробных сообществ с преобладанием строго анаэробных микроорганизмов: Gardnerella, Atopobium, Mobiluncus, Megasphoera Prevotella, Streptococcus, Mycoplasma, Ureaplasma, Dialister, Bacteroides и др. [10, 11]. Тип IV распространен у чернокожих и латиноамериканских женщин и варьирует от 10% в Соединенных Штатах [11] до 60% в Южной Африке [12]. Факторы, определяющие расовые и географические различия в цервико-вагинальных сообществах, пока неизвестны, но могут включать особенности сексуального поведения, гигиенические практики, ректальную колонизацию или даже генетику хозяина [13]. В случае если при IV типе микробиома влагалища колонизирующие его анаэробы способны в процессе своей жизнедеятельности поддерживать низкий уровень pH влагалища, синтезируя молочную кислоту, присутствие этих анаэробов будет бессимптомным [11]. Однако во всех остальных типах микробиомов потеря доминирования лактобактерий облегчает формирование бактериального вагиноза, характеризуемого изменением pH влагалища (>4,5), появлением гомогенных серо-белых, кремообразных выделений из влагалища с резким неприятным рыбным запахом.

Гормональные изменения также оказывают влияние на состав микробиоты влагалища в течение всей жизни женщины, особенно в менопаузальном возрасте, когда пониженный уровень эстрогена уменьшает доступность гликогена с последующим истощением лактобацилл [14].

Кроме эпителиальных клеток и микробиоты, вагинальная экосистема включает также клетки врожденного и адаптивного иммунитета, такие как нейтрофилы, макрофаги, классические дендритные клетки, клетки Лангерганса, NK-клетки, Т- и В-лимфоциты [15]. CD3⁺-, CD8⁺-T-лимфоциты распределяются в собственной пластинке шейки матки и во влагалище. В слизистой оболочке эктоцервикса есть эффекторная память (CD27 — CD45RA^–) или эффекторный фенотип; В-клетки обнаруживаются в виде агрегатов или фолликулярных структур, окруженных Т-лимфоцитами. Плазматические клетки, а также небольшое количество макрофагов CD68⁺ и дендритные клетки распределены по всей собственной пластинке шейки матки. Дендритные клетки и моноцитарные/макрофагальные клетки CD14⁺ представляют собой наиболее распространенные антиген-презентующие клетки во влагалищной экосистеме. Влагалищные и маточные эпителиоциты являются физическим барьером, а также экспрессируют на своей поверхности распознающие рецепторы PRR, (главным образом TLR1-10 и рецептор NOD — nucleotide oligomerization domain). Рецепторы NOD1 и NOD2 обнаруживаются во всех тканях женского урогенитального тракта [16, 17] и регулируются эндокринной передачей сигналов [18].

Взаимодействие между шеечно-влагалищной микробиотой и клетками иммунной системы является определяющим фактором для предотвращения инфицирования внешними патогенными микроорганизмами и для поддержания иммунологической толерантности, особенно во время беременности. Половые гормоны являются ключевыми регуляторами этого взаимодействия: они контролируют выработку антимикробных пептидов (бета-дефензина, альфа-дефензина, секреторного ингибитора протеиназы лейкоцитов) и провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-8) вагинальными эпителиальными клетками, профилактируя восходящие инфекции и препятствуя выработке антиспермальных антител, предотвращая тем самым иммунологическое бесплодие. Эстрогены также способствуют размножению определенных микробных популяций. Так, снижение выработки эстрогенов влечет за собой уменьшение выработки гликогена, в связи с чем ухудшаются условия для жизнедеятельности лактобактерий, что ведет к уменьшению их популяции. Как следствие, снижается колонизационная резистентность слизистой оболочки влагалища и шейки матки, увеличивается комменсальная микрофлора, что создает благоприятные условия для развития и хронизации воспалительного процесса [19]. В препубертатном возрасте во влагалищной микробиоте преобладают анаэробные виды энтеробактерий и/или стафилококки. В период полового созревания повышенные концентрации эстрогенов способствуют накоплению гликогена зрелыми эпителиальными клетками. Мальтотриоза и альфа-декстрины, полученные в результате распада гликогена, опосредованного альфа-амилазой, являются селективным питательным субстратом для всех видов лактобактерий, чтобы использовать их для синтеза молочной кислоты.

Когда доминирование лактобактерий утрачивается и микробное разнообразие увеличивается, часто появляются изменения в иммунном и эпителиальном гомеостазе, вызванные множеством механизмов, таких как продукция провоспалительных цитокинов и хемокинов, рекрутирование иммунных клеток, снижение вязкости цервико-вагинальной жидкости, обусловленное продукцией ферментов, разлагающих муцин (сиалидаза, α-фукозидаза, α- и β-галактозидаза, N-ацетилглюкозаминидаза), а также аминопептидазу глицина и аргинина [20, 21].

Метагеномные исследования в значительной степени способствовали определению микробных сообществ, наиболее часто связанных с этими инфекциями. Оценка взаимодействия микробных сообществ, реактивности факторов иммунной защиты и эпителиального гомеостаза помогла определить среду, в которой развиваются инфекции, например ВПЧ, а также среду, которая способствует сохранению патогена. Эта информация будет полезна для разработки новых диагностических тестов, а также новых терапевтических стратегий, основанных на замене микробных сообществ.

Как известно, наибольший уровень заболеваемости ВИЧ-инфекцией с чрезвычайно высоким числом инфицированных женщин в репродуктивном возрасте наблюдается во многих странах Африки. Помимо социально-экономических факторов такой высокой заболеваемости, по данным ряда авторов, способствует распространенность IV типа влагалищной микробиоты африканских женщин. Предполагаются молекулярные механизмы данной взаимосвязи:

1) снижение концентрации D-лактата, способствующее снижению улавливания вирионов. D-лактат является основным продуктом метаболизма многих видов лактобактерий, включая Lactobacillus crispatus, он формирует ловушку для вирионов, способствуя образованию водородных мостиков между поверхностными белками ВИЧ и карбоксильными группами муцинов [22];

2) микроорганизмы IV типа влагалищной микробиоты продуцируют ферменты, которые разлагают влагалищную слизь, включая сиалидазу, α-фукозидазу, α- и β-галактозидазу, N-ацетилглюкозаминидазу и аминопептидазы глицина и аргинина [21, 23];

3) антиген-презентирующие клетки, активированные бактериальными продуктами, продуцируют цитокины и хемокины, которые увеличивают рекрутирование активированных CD4+-лимфоцитов [12].

Первые наблюдения за связями между определенными сообществами микробов и восприимчивостью к ВИЧ получены в перекрестных исследованиях. Эти исследования, несмотря на результаты, нельзя трактовать однозначно, так как включенные в исследование пациенты находились в группе высокого риска заражения (работницы секс-индустрии) и у многих из них одновременно выявляли и ВИЧ-инфекцию, и изменения в микробиоме. Таким образом, невозможно было установить, что явилось первопричиной: ВИЧ-инфекция сформировала особенный микробиом влагалища или, наоборот, особенности микробиома влагалища обследуемых пациенток явились предрасполагающими факторами для присоединения ВИЧ-инфекции [12, 24—26]. Сомнения в этом вопросе были опровергнуты в проспективном исследовании когорты здоровых чернокожих южноафриканских женщин, не инфицированных ВИЧ, которые проходили мониторинг на предмет выявления ВИЧ-инфекции. Исследование показало, что ни одна из здоровых женщин, имеющих I тип влагалищного микробиома, в котором доминирует L. Crispatus, не была заражена ВИЧ [27]. Напротив, у женщин с IV типом микробиома влагалища в 4 раза более высокие показатели заражения ВИЧ во время наблюдения, чем у женщин с I типом влагалищного микробиома, где преобладает L. crispatus [27]. Во влагалищном микробиоме IV типа у этих женщин преобладали Prevotella bivia, Prevotella melaninogenica, Veillonella montpellierensis, различные виды микоплазмы и Sneathia sanguinegens. Этот тип микробиома влагалища в значительной степени повышает риск инфицирования ВИЧ [27, 28].

Механизмы, лежащие в основе повышенной восприимчивости к ВИЧ, вероятно, заключаются в способности бактериальных таксонов вызывать сильное воспаление в шейно-влагалищной среде с повышенными концентрациями IL17, 23 и 1β и высоким уровнем рекрутирования CCR5 + CD4 T-клеток, мишенью которых является ВИЧ. Эти клетки также демонстрируют активированный фенотип (HLA-DR+ CD38+) и, таким образом, дают возможность для беспрепятственной репликации вируса [27].

Такие знания также позволяют предположить, что в дополнение к вакцинам стратегии для предотвращения ВИЧ-инфекции могут включать стабильную колонизацию микробиоты влагалища неопасными бактериальными таксонами для ограничения воспаления и рекрутирования Т-клеток. Поскольку вагинальный дисбиоз может подорвать эффективность местных противовирусных препаратов [28], изменение микробиоты влагалища также улучшит эффективность этих препаратов.

В настоящее время активно изучается связь между вагинальной микробиотой и инфицированием ВПЧ.

Инфекция ВПЧ — наиболее распространенная вирусная инфекция репродуктивного тракта, а типы ВПЧ высокого риска онкогенности (18, 29, 31, 33) являются основными этиологическими факторами в развитии рака шейки матки и интраэпителиальной неоплазии шейки матки [29]. Как правило, ВПЧ поражает базальный слой многослойного плоского эпителия шейки матки, где вирусные геномы сохраняются в виде эпизодов при небольшом количестве копий [30]. Онкогенная активность ряда типов ВПЧ основана на функциональных свойствах их белков E6 и E7 [31]. Эти белки инактивируют p53 и белок ретинобластомы и приводят к ингибированию апоптоза и прогрессированию клеточного цикла клеток в базальном слое эпителия шейки матки. Вирусная интеграция с генетическими изменениями в конечном счете может вызвать неконтролируемую пролиферацию клеток [32, 33].

Иммунный ответ на инфекцию ВПЧ первоначально опосредуется NK-клетками [34, 35] и эпителиальными клетками, которые продуцируют антимикробные пептиды с антивирусными эффектами [36]. Тем не менее ВПЧ выработал компенсаторные механизмы, позволяющие избежать врожденного и адаптивного иммунитета [38, 39]. Инфекция ВПЧ никогда не ассоциируется с выраженной воспалительной реакцией [40, 41]. При персистирующей ВПЧ-инфекции в очаге наблюдается большое количество CD4+CD25+-регуляторных Т-клеток и активированных ТН2-клеток, что, скорее всего, связано с подавлением цитотоксических реакций и индукцией анергии Т-клеток [42, 43]. Следовательно, вызванная ВПЧ иммуносупрессия может быть ответственна за повышенный риск заражения другими микроорганизмами, вызывающими ИППП, такими как Chlamydia trachomatis [44, 45].

Во время проведенного в Италии исследования на предрасполагающие факторы, способствующие персистенции ВПЧ у женщин, выявлена корреляция персистенции ВПЧ и IV типа микробиоты влагалища с преобладанием строго анаэробных видов бактерий (Gardnerella, Prevotella, Atopobium, Megasphoera) [23]. Аналогичные данные также упоминаются в ряде метанализов, в которых персистенцию ВПЧ связывают с Atopobium, Sneathia, Megasphaera [46, 47].

Надо сказать, что взаимосвязь бактериального вагиноза с более высокими показателями инфицирования ВПЧ-инфекцией и персистенцией ВПЧ известна уже давно [48], но метагеномные данные выявили, что IV тип влагалищной микробиоты увеличивает риск инфицирования даже при полном отсутствии клинической симптоматики.

Персистирующие онкогенные типы ВПЧ-инфекции являются необходимым, но не достаточным условием для развития рака шейки матки. Как только происходит инфицирование ВПЧ, в многослойном эпителии шейки матки наблюдается ряд изменений. Постоянное присутствие инфекции может приводить к различным степеням плоскоклеточных интраэпителиальных поражений, которые в конечном счете приводят к раку в среднем через 5–14 лет, если их не обнаружить и не лечить [49].

В последнее время большое внимание исследователей направлено на изучение роли микробиоты влагалища в прогрессировании эпителиальных поражений вплоть до канцерогенеза. Выявлена выраженная корреляция между микст-инфекцией ВПЧ, Ureaplasma parvum и дисплазией слабой степени с умеренной пролиферацией клеток базального слоя эпителия шейки матки (CIN1) [50]. Другие авторы изучили когорту из 169 женщин с различной степенью поражения шейки матки и показали, что увеличение степени тяжести поражения шейки матки связано с более высоким разнообразием микробиома влагалища и уменьшением относительной численности видов Lactobacillus [51]. Микробиом влагалища IV типа был связан с увеличением тяжести заболевания, независимо от статуса ВПЧ [47, 52]. В частности, Atopobium vaginae и Lactobacillus iners, которые обладают крайне слабыми защитными свойствами и связаны с повышенным риском прогрессирования опухоли у женщин с ВПЧ [47], тогда как Sneathia sanguinegens, Fusobacterial, Anaerococcus tetradius и Peptostreptococcus anaerobius связаны с повышением степени тяжести заболевания [40, 47, 51].

Предполагаемые молекулярные механизмы, посредством которых бактерии IV типа микробиома влагалища могут способствовать прогрессированию неоплазии, скорее всего, связаны с продукцией высоких доз нитрозаминов, которые обладают канцерогенными свойствами, а также вызывают окислительное повреждение ДНК [53]. Воспалительный процесс провоцирует пролиферативную активность эпителия и стромы гиперплазированного эндометрия, что способствует атипической трансформации клеток. Воспалительный процесс приводит к повышению концентрации свободных радикалов, обладающих свойствами повреждения ДНК.

ВПЧ-инфекция, как уже было сказано, не вызывает воспалительную реакцию, но у пациенток с дисплазией и раком шейки матки наблюдается увеличение уровня провоспалительных цитокинов и хемокинов (TNF-α, TNF-β, MIP-1α, GM-CSF), а также цитокинов, связанных с адаптивными иммунными реакциями (IL-2, IL-4, SCD40L) [54]. Кроме того, обнаружено, что концентрации иммуномодулирующего цитокина IL-10 повышены в группе пациенток с раком шейки матки. В настоящее время прямая связь между повышенными концентрациями цитокинов и хемокинов и составом микробиоты не выявлена, но вопрос продолжает изучаться. Только концентрация IL-36γ всегда была повышена у пациентов с карциномой, что указывает на прямую или косвенную роль этого цитокина в канцерогенезе [40]. Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что подобно другим участкам слизистой оболочки хроническое воспаление гениталий может способствовать канцерогенезу.

В настоящее время опубликованы исследования, посвященные изучению связи между вирусом простого герпеса 2-го типа (ВПГ-2) и вагинальной микробиотой. Их результаты свидетельствуют о том, что отсутствие защитных видов Lactobacillus и имеющийся бактериальный вагиноз непосредственно связаны с серопозитивностью по генитальному герпесу [55, 56]. Кроме того, проспективные исследования подтвердили связь между распространенной инфекцией генитального герпеса и бактериальным вагинозом [57]. Полученные данные доказали взаимонаправленное воздействие ВПГ-2 и бактериального вагиноза. Инфекция ВПГ-2 вызывает усугубление дисбиоза по нескольким механизмам: прерывистая реактивация ВПГ-2 ведет к активации местного иммунитета, способствуя изменениям в составе микробиоты [58], а увеличение доступности железа в результате появляющихся эрозивных дефектов половых органов способствует росту Gardnerella vaginalis [59]. В то же время при ВПГ-2, сочетанном с бактериальным вагинозом, увеличиваются выделения из влагалища [60].

Взаимодействия микробиоты при ВПГ-2 и соответствующие изменения в вагинальном иммунитете недавно изучены с помощью технологий NGS у чернокожих ВИЧ-инфицированных женщин. Выявлено, что инфекция ВПГ-2 связана с повышенным количеством CD4+-T-лимфоцитов слизистой оболочки (которые являются клетками-мишенями для ВИЧ-инфекции) без значительных изменений в местных провоспалительных цитокинах. Авторы предположили, что ВПГ-2 и вагинальный микробиом IV типа усиливают восприимчивость к ВИЧ через независимые иммунные механизмы слизистой оболочки [61].

Интересные данные получены при исследовании комменсальных бактерий, которые, как было доказано, вызывают иммунную защиту от ВПГ-2 слизистой оболочки влагалища. Авторы продемонстрировали, что дисбактериоз влагалища, подобный тому, который индуцируется терапией антибиотиками, влияет на опосредованный Т-клетками адаптивный иммунный ответ, вызывая его заметное подавление. Молекулярные механизмы, лежащие в основе иммуносупрессии, основывались на высоких концентрациях IL-33 и алармина, секретируемых поврежденными эпителиальными клетками во влагалищной среде после лечения антибиотиками [62]. IL-33 значительно ингибирует секрецию интерферона-γ активированными Т-клетками слизистой оболочки, ограничивая набор Т-клеток, который необходим для устранения вирусной инфекции. Подавляющее действие IL-33 также опосредуется рекрутированием врожденных лимфоцитов типа 2 и эозинофилов в вагинальную ткань, что способствует подавлению противовирусного иммунитета, направленного на инфекции слизистой оболочки ВПГ-2 [63]. Таким образом, в случае инфекции ВПГ-2 происходит сложное взаимодействие между вирусом, иммунными клетками и микробиотой, и это, вероятно, увеличивает восприимчивость к другим венерическим заболеваниям, включая ВИЧ.

Многочисленные исследования, касающиеся микробиоты влагалища, ставят вопрос о современной стратегии профилактики вирусных ИППП, что, по полученным данным, непосредственно связано с профилактикой и лечением рецидивирующего бактериального вагиноза. Лечение пероральным или вагинальным метронидазолом или клиндамицином, как правило, эффективно в краткосрочной перспективе (как определено критериями Ньюджента или Амселя), но частота рецидивов остается довольно высокой [64]. Эффективная стратегия, возможно, будет нацелена на различные микроорганизмы, связанные с бактериальным вагинозом, при сохранении лактобацилл или колонизации микробиоты влагалища соответствующими пробиотиками. Влагалищные штаммы Lactobacillus gasseri и Lactobacillus crispatus были использованы при рецидивирующем бактериальном вагинозе с умеренными результатами; применение Lactobacillus rhamnosus показало более низкую частоту рецидивов бактериального вагиноза [65].

Определение цервико-вагинальных бактерий, которые опосредуют иммуномодулирующие механизмы, поможет подробнее изучить свойства антимикробных молекул — B-дефензина, липокалина, элафина, секреторного лейкоцитарного ингибитора протеазы, IgA, IgG, принимающих непосредственное участие в поддержании баланса влагалищной экосистемы и установить профилактические и терапевтические стратегии ИППП.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.