Changes in the microbiome as a factor in the development of isthmic cervical insufficiency

Kamil R. Bakhtiyarov; Бахтияров Камиль Рафаэльевич; Afet S. Abdulaeva; Абдулаева Афет Шафаятовна; Makka B. Bimurzayeva; Бимурзаева Макка Беслановна; Daria V. Korolyova; Королёва Дарья Владиславовна; Polina I. Kuzmina; Кузьмина Полина Игоревна

doi:10.17816/2313-8726-2024-11-1-49-56

Changes in the microbiome as a factor in the development of isthmic cervical insufficiency

Authors: Bakhtiyarov K.R.¹, Abdulaeva A.S.¹, Bimurzayeva M.B.¹, Korolyova D.V.¹, Kuzmina P.I.¹
Affiliations:
1. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)
Issue: Vol 11, No 1 (2024)
Pages: 49-56
Section: Обзоры литературы
URL: https://archivog.com/2313-8726/article/view/625383
DOI: https://doi.org/10.17816/2313-8726-2024-11-1-49-56
ID: 625383

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 status of a woman’s cervicovaginal microbiome may correlate with the risk of obstetric complications such as isthmic cervical insufficiency (ICI) and preterm delivery (PD). This review examined the relationship between the microbiome and ICI. The dominance of Lactobacillus crispatus and, possibly, L. gasseri in the microbiome was associated with full-term pregnancy, whereas the predominance of other Lactobacillus species and anaerobic bacteria led to the preterm rupture of membranes and PD. Notably, high levels of the antimicrobial peptide β-defensin 2, even without L. crispatus dominance, are also associated with full-term pregnancy. The analysis of the cervicovaginal and amniotic fluids of women who subsequently gave birth prematurely revealed an increase in the levels of proinflammatory cytokines, such as interleukin (IL)-2, IL-8, and IL-10. Changes in the microbiome composition and an increase in the maternal immune response lead to premature remodeling and softening of the cervix, i.e. ICI. Thus, early detection of changes in the cervicovaginal microbiome and cervicovaginal and amniotic fluids may be a prognostic marker for ICI and PD.

Keywords

pregnancy, preterm delivery, cervical insufficiency, cervicovaginal microbiome, lactobacilli, amniotic fluid microbiome, short cervix, bacterial vaginosis

Full Text

Преждевременные роды (ПР) ― это родоразрешение до 37-й недели гестации. В настоящее время преждевременные роды представляют большую проблему для акушеров всего мира. К примеру, каждый десятый ребёнок в США рождается преждевременно. Тенденция к преждевременным родам растет с каждым годом и, как ни странно, их количество у афроамериканок приблизительно на 50% больше, чем у представительниц европеоидной расы и латиноамериканок [1]. ПР ― полиэтиологическая патология, причинами которой могут быть экстрагенитальные заболевания, патологии репродуктивной системы, стресс, раса, возраст и др. В своем исследовании F. Fuchs и соавт. показали, что женщины в возрасте 30–34 лет имеют наименьший риск ПР, тогда как женщины старше 40 лет имеют высокие риски [2]. Кроме того, причинами преждевременных родов также бывают нарушения нормального микробиома влагалища и, как следствие, восходящая влагалищная инфекция, попадающая через шейку матки в её полость, и истмико-цервикальная недостаточность (ИЦН) [3]. В данном обзоре мы рассмотрим взаимосвязь между этими двумя причинами преждевременных родов.

ИЦН характеризуется укорочением шейки матки менее 25 мм и/или дилатацией цервикального канала более 10 мм. Характерно быстрое и малоболезненное укорочение шейки матки во II или начале III триместра беременности с последующим поздним выкидышем или прежде- временными родами. Возможно пролабирование плодного пузыря в цервикальный канал и преждевременный разрыв плодных оболочек (ПРПО). Наиболее оптимальный метод диагностики ИЦН во время беременности ― трансвагинальное ультразвуковое исследование шейки матки (ультразвуковая цервикометрия) [4]. Чем меньше срок гестации (16–22-я неделя) и короче шейка матки при диагностировании ИЦН, тем выше риск (50%) ранних преждевременных родов (менее 32 недель). На более поздних сроках гестации этот риск снижается до 15% [5].

Микробиота ― это совокупность микроорганизмов, населяющих ту или иную нишу в человеческом организме. Понятие микробиома же включает в себя как саму микробиоту, так и совокупность генетического материала данных микроорганизмов вместе с условиями среды их обитания [6]. Для изучения состава микробиоты используют методы секвенирования ДНК нового поколения: для бактериальной клетки специфичным является ген рибосомной РНК 16S с наиболее вариабельными областями V1–V3 и V3–V5. Этот метод позволяет оценить качественный и количественный состав микробиома [7–8]. В микробиоме влагалища могут преобладать различные виды Lactobacillus, соответственно выделяют несколько типов бактериальных сообществ влагалища (CST): L. crispatus (CSTI), L. gasseri (CSTII), L. iners (CSTIII) и L. jensenii (CSTV), также возможен вариант с преобладанием в микробиоме патогенных анаэробов (Gardnerella, Atopobium, Mobiluncus, Prevotella, Streptococcus, Ureaplasma, Megasphaera, Escherichia, Shigella и др.) и снижением количества Lactobacillus, что приводит к бактериальному вагинозу (CSTIV) [9].

Менархе ассоциировано с повышением уровня циркулирующего эстрогена, что приводит к пролиферации эпителиальных клеток во влагалище и отложению гликогена, который затем метаболизируется до молочной кислоты под действием альфа-амилазы лактобактерий. Lactobacillus обеспечивают защиту от инвазии и колонизации эпителия влагалища патогенными и условно-патогенными микроорганизмами за счёт продукции пероксида водорода, бактериоцинов, увеличивающих проницаемость клеток-мишеней, биосурфактантов и молочной кислоты, снижающей pH среды, что создаёт неблагоприятные условия для роста и размножения болезнетворных микроорганизмов; молочная кислота также обеспечивает лизис повреждённых эпителиальных клеток слизистой влагалища с получением гликогена, и цикл замыкается. Защитную функцию также выполняют муцины, β-дефензины, антитела и др. [10–11]. Чем ниже pH во влагалище (меньше 4), тем больше доминирование Lactobacillus, и, напротив, чем pH выше, тем содержание Lactobacillus ниже и больше преобладание анаэробных бактерий [9, 12]. Во время беременности содержание эстрогена постоянное, отсутствуют менструальные кровотечения и слущивание эндометрия, что создает благоприятные условия для роста и размножения лактобактерий [7, 13]. При ПР наблюдается высокое разнообразие состава микробиома на фоне снижения доминирования видов Lactobacillus (особенно L. crispatus), а при нормальных родах в срок ― низкое разнообразие микробиома, представленное в основном L. crispatus. Следовательно, преобладание L. crispatus в микробиоме ассоциировано с доношенной беременностью [14–18]. Однако доношенная беременность и роды в срок возможны и при отсутствии доминирования L. crispatus и при преобладании другого бактериального сообщества [19].

M.A. Elovitz и соавт. в своём исследовании «Материнство и микробиом» (M&M) выяснили, что Mobiluncus curtisii/mulieris, относящиеся к CSTIV (community state type, CST), наиболее сильно ассоциированы с ПР, особенно на сроке менее 34 недель. В случае если численность Lactobacillus spp. низкая, риск ПР на фоне Mobiluncus curtisii/mulieris повышается, если же численность Lactobacillus spp. высокая, этот риск исчезает. Это доказывает, что наличие в микробиоме Lactobacillus spp. нивелирует риск ПР даже при наличии представителей патологической флоры [20]. У афроамериканок в цервиковагинальном микробиоме чаще всего нет преобладания L. crispatus, что связано с неблагоприятными исходами беременности, а у европеек, наоборот, присутствует преобладание данного вида Lactobacillus. Риск ПР у афроамериканок на этом фоне в два раза больше, в том числе выше риск развития бактериального вагиноза [21–22]. Однако высокое содержание L. crispatus не гарантирует роды в срок как у афроамериканок, так и у европеек. В результате исследования влияния местного иммунного ответа на исход беременности, а именно ― роли β-дефензина 2, антимикробного пептида, который используется иммунными клетками для уничтожения фагоцитированного антигена, учёные пришли к выводу, что его высокое содержание нивелирует риск ПР, связанный с недостатком Lactobacillus spp. Однако низкое содержание этого антимикробного пептида даже при условии преобладания Lactobacillus spp. может привести к ПР [20]. Усиление психоэмоционального стресса у беременной женщины может быть причиной снижения содержания β-дефензина 2, а комбинация этих двух факторов резко повышает риск ПР [23].

K.D. Gerson и соавт. провели вторичный анализ исследования «Материнство и микробиом» и выяснили, что частота обнаружения CSTIV в цервикальном мазке у женщин со спонтанными ПР составила почти 45%. Короткая шейка матки чаще наблюдалась при CSTIV, нежели при других типах влагалищных бактериальных сообществ. К тому же частота преждевременного разрыва плодных оболочек (ПРПО) при ПР немного чаще наблюдалась у пациенток с CSTIV. В результате женщины с короткой шейкой матки и CSTIV в цервикальном мазке имеют более высокий риск ПР. Кроме того, большинство женщин, у которых обнаружены эти параметры, были афроамериканками [24].

Интересно, что преобладание в микробиоме L. iners на 16-й неделе также приводит к преждевременному укорочению шейки матки и к ПР до 34-й недели гестации, тогда как L. crispatus ― доминантная микробиота на том же сроке ассоциирована с нормальными родами в срок. L. crispatus в микробиоме преобладала у европеек, а L. iners и CSTIV ― у афроамериканок [3]. Возможно, это связано с тем, что L. сrispatus обеспечивает синтез D- и L-молочной кислоты, а L. iners способна образовывать только её L-изомер, который обладает более низкими защитными свойствами против патогенных бактерий в отличие от его D-изомера [10, 25]. M. Di Paola и соавт. показали, что L. iners ― доминантная микробиота (среди всех видов Lactobacillus ― доминантных микробиот) чаще всего ассоциирована с чрезвычайно короткой шейкой матки (менее 10 мм) и, соответственно, приводит к ремоделированию шейки матки и к ИЦН, так же, как микробиота, представленная анаэробами (CSTIV) [26]. В дополнение к этому, L. jensenii ― доминантная микробиота ― тоже может быть связана с ПР, в то время как преобладание L. gasseri имеет аналогичный L. crispatus защитный эффект и связана с доношенной беременностью [27]. L. iners и G. vaginalis приводят к увеличению проницаемости цервикальных эпителиальных клеток, происходит чрезмерная гидратация стромы шейки матки и размягчение шейки, а затем её ремоделирование и в дальнейшем ПР. L. crispatus, напротив, обеспечивает мощную защиту эпителиального барьера шейки матки от действия патологической флоры [28].

Дисбиоз влагалища приводит к повышению продукции провоспалительных цитокинов [29]. В своём исследовании L.-J. Sierra и соавт. выяснили, что колонизация цервиковагинальной области G. vaginalis приводит к повышению секреции муцина и инициирует синтез интерлейкина-6 (IL-6) как в цервиковагинальной, так и в амниотической жидкости, несмотря на отсутствие восходящего инфицирования плодных оболочек, плаценты и полости матки. Это говорит о способности патологической флоры вызывать местную воспалительную реакцию в цервиковагинальном пространстве, что, вероятно, и приводит к снижению упругости шейки матки, её ремоделированию и к ПР в дальнейшем [30–31]. Женщины с очень короткой шейкой матки (менее 15 мм) имеют более высокую концентрацию IL-6 и других провоспалительных медиаторов в околоплодных водах, чем женщины с короткой шейкой матки (менее 25 мм, но более 15 мм). Концентрация IL-2 была повышена у женщин с очень короткой шейкой матки, которые впоследствии родили преждевременно, но не у женщин, родивших в срок [32]. A.L. Tarca и соавт. определили, что у пациенток с короткой шейкой матки на сроке 16–22 недели при амниоцентезе в амниотической жидкости наблюдается высокая концентрация провоспалительных белков, особенно IL-8, MIP-1β, IL-6 и IL-10; на сроке 22–26 недель ― высокая концентрация IL-8, MIP-1β и IL-6; на сроке 26–31 неделя ― только IL-8. Следовательно, чем короче шейка матки и меньше срок гестации, тем выше концентрация провоспалительных белков и выше риск ранних ПР (менее 32 недель). Эти белки производятся макрофагами и лимфоцитами, являются цитокинами, которые за счёт хемотаксиса привлекают в область воспаления нейтрофилы и другие гранулоциты [5]. У женщин же с доношенной беременностью в амниотической жидкости не было найдено маркеров бактериальной инвазии [33].

Содержание D-молочной кислоты максимально в CSTI (L. crispatus), далее в CSTV (L. jenseni), значения TIMP-1 (эндогенный ингибитор металлопротеиназ) в этих сообществах минимальны, что сопряжено с нормальной длиной шейки матки. Содержание L-молочной кислоты наибольшее в CSTIII (L. iners), значения TIMP-1 в этом сообществе и в CSTIV, представленном G. vaginalis, максимальны, что ассоциировано с укорочением шейки матки и неблагоприятными исходами беременности в виде ПР [34]. H.-N. Yoo и соавт. в своём исследовании показали, что у пациенток с диагностированной цервикальной недостаточностью (цервикальный канал более 10 мм) и укороченной шейкой матки (менее 25 мм) в цервиковагинальной жидкости помимо TIMP-1 также наблюдаются высокие значения витамин D-связывающего белка (VDBP) и белка 3 семейства Dickkopf (DDK-3). Комбинация этих показателей является более точным предиктором ПР, чем их значения по отдельности [35]. Значения матричной металлопротеиназы-8 (MMP-8) также оказались повышены у женщин с ПР [36]. Таким образом, эти показатели могут использоваться для прогнозирования ПР.

Снижение содержания L. crispatus и доминирование анаэробной флоры (Bacteroides, Fusobacteriales и Clostridiales) могут приводить к ПРПО и ПР в дальнейшем [35]. На 24–28-й неделях с момента ПРПО до родов проходит около 9 дней, на 31-й неделе ― около 5 дней [36]. Лечение при ПРПО в настоящее время направлено на ускорение созревания лёгких плода (образование сурфактанта) за счёт введения глюкокортикостероидов, также необходим пероральный приём матерью 250 мг эритромицина в течение 10 дней для предупреждения восходящего инфицирования [37]. Однако R. Brown и соавт. выяснили, что при терапии эритромицином женщин, у которых изначально микробиота была представлена Lactobacillus (доминанта), возникает влагалищный дисбактериоз со снижением численности Lactobacillus, который может привести к развитию хориоамнионита, тогда как лечение эритромицином женщин с микробиомом, представленным в основном патологической флорой, привело к снижению её разнообразия и к повышению содержания Lactobacillus. Таким образом, для первой группы женщин терапия эритромицином нецелесообразна, а для второй приемлема [16].

Приведённые выше данные подтверждают гипотезу о том, что состояние влагалищного микробиома женщины может коррелировать с вероятностью таких акушерских осложнений, как ИЦН и преждевременные роды. L. crispatus обеспечивает защиту эпителиального барьера шейки матки и влагалища, что ассоциировано с родами в срок, присутствие других влагалищных сообществ связано с ИЦН и ПР. Активация иммунной реакции со стороны матери в ответ на воздействие патологической флоры, проявляющаяся повышением содержания провоспалительных цитокинов в цервиковагинальной и амниотической жидкостях, также фактор риска развития ИЦН и ПР. Однако требуется дальнейшее изучение этой проблемы для возможного предупреждения ИЦН и ПР и для подбора рациональной терапии данных акушерских осложнений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

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

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

ADDITIONAL INFO

Authors’ contribution. 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.

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

Competing interests. The authors declares that there are no obvious and potential conflicts of interest associated with the publication of this article.