“女性的福音”——微生物组可能是鉴定感染HPV前期癌症风险的关键

2020-03-28 竹子 转化医学网

宫颈阴道微生物组中的加德纳氏菌细菌可以作为生物标志物,以识别感染人乳头瘤病毒(HPV)的女性,这些女性有发展为癌前期的风险。

高危HPV持续性感染是宫颈癌必要条件,如能在癌前病变期间通过加强宫颈癌知识的普及,定期妇检、普查TCT,必要时配合高危HPV检测,则能达到预防和早期发现宫颈癌的目的。阴道菌群(Vaginal Microbiota)以往认识并不多,近年来越来越受到关注,尤其是随着微生物组学的兴起。先前韩国有一项研究,是对双胞胎感染HPV差异的研究,认为阴道内微生物态,确实与HPV感染有关。那么,微生物组是否真的可以利用起来以预防HPV感染呢?

近日,根据Robert Burk和Mykhaylo Usyk于3月26日在公开获取的PLOS Pathogens杂志上发表的一项研究,宫颈阴道微生物组中的加德纳氏菌细菌可以作为生物标志物,以识别感染人乳头瘤病毒(HPV)的女性,这些女性有发展为癌前期的风险。这些发现可能促成操纵微生物组以预防疾病进展的治疗策略。

HPV感染是最常见的性传播感染之一,也是宫颈癌的病因。但仍不清楚为什么只有一小部分高危HPV感染会发展为宫颈癌。为了调查宫颈阴道微生物组的潜在作用,Burk,Usyk及其合作者评估了来自273名患有高危HPV感染并参加哥斯达黎加HPV疫苗试验的妇女的宫颈样本。

高危型人乳头瘤病毒(HPV)引起的持续性宫颈感染可导致几乎所有宫颈癌及其早期病变。大多数性行为活跃的女性在她们生命中的某个时刻感染了人乳头瘤病毒,而且绝大多数感染在几个月内被清除。然而,有一部分女性会发展成持续性的HPV感染,使她们处于宫颈癌前病变和癌症的高风险中。

图1:人乳头瘤病毒自然史。

与高危型HPV感染结果相关的非病毒因子(HPV共因子)尚未完全阐明。吸烟、使用激素避孕药和分娩与癌前病变和癌症的发生有关;全身和局部免疫反应被认为对清除和控制感染(坚持与清除)很重要。此外,特定的宿主免疫调节等位基因(如人类白细胞抗原)与宫颈癌风险相关。

包括微生物群在内的局部宫颈微环境也可能影响HPV感染的自然史。最近,其他研究表明,微生物群在其他病毒感染和多种癌症的自然史中扮演着重要角色。宫颈阴道微生物群(CVM)之所以特别感兴趣,是因为它具有很好的特征,其特定特征与妇科疾病和生殖健康有关。CVM被分为社区状态类型(CST),通常由特定乳酸杆菌物种(crispatus乳酸杆菌、乳酸杆菌属、gasseri乳酸杆菌或jensenii乳酸杆菌)的优势或多微生物状态定义。从乳酸菌为主的CSTs转变为有害的健康结果,包括性传播感染的风险增加,以及早产的发病率增加。

CVM多样性增加与HR-HPV感染和/或宫颈异常(与HPV阴性相比)的患病率之间的关系在一些研究中已被报道。高丰度的crispatus已被证明与较低的HPV患病率和较高的正常细胞学检测有关。与短期使用相比,长期使用含乳酸杆菌的阴道益生菌与提高HPV清除率相关。然而,关于CVM多样性和严重性的关联性的证据是相互矛盾的。

简言之,高危型HPV感染可通过上皮磨损进入基底层而发生。大多数发病率的感染是清除的,但有些仍然持续数年和数十年。持续的HR-HPV感染加上已知的危险因素(如吸烟)可能使持续的HR-HPV感染发展为癌前病变(宫颈上皮内瘤变,CIN)。如果病变没有消退,HR-HPV能够成功地整合到宿主细胞基因组中,克隆扩张可能会发生并导致浸润性宫颈肿瘤。此外,大多数研究HPV的自然史和微生物群是横截面的,因此缺乏绘制潜在因果关系的能力。

在当前的研究中,研究人员利用一项大型随机HPV疫苗试验安慰剂组的纵向数据和样本,研究CVM对高危型HPV感染自然史的影响:1)进展为宫颈癌前病变,2)病毒持续性,3)病毒清除。

受试者特征及宫颈阴道微生物群特征

图2

图2总结了CVT组在V1和V2时三个分类高危型HPV结局(见图1)的细菌香农多样性测量。α多样性分析没有显示在V1时细菌Shannonα多样性有任何显着差异(趋势p=0.52)。根据香农多样性指数(趋势p=0.024),在第2代时,多样性有显着的上升趋势。

图3

为了评估宫颈阴道微生物群的整体结构,研究人员对所有可用样本(n=539)进行了分层聚类(图3)。这项分析揭示了四种不同的细菌群落状态类型(CSTs)。两个CST以乳酸杆菌属(Lactobacillus iners,143/539,26.5%和crispatus,83/539,15.4%)为主,一个CST以阴道加德纳菌属(gardnella vaginalis,94/539,17.4%)为主,另一个CST不含主要类群,但具有高度多样性的微生物群(219/539,40.6%)。

图4 热图显示了研究对象中发现的前20种真菌

图4显示了基于检测到的真菌种类的层次聚类结果。白色念珠菌是优势真菌类群。在真菌类群方面,似乎有一个以白色念珠菌为主的单一分支(43/208,20.7%),一个以未知真菌种类为主(12/208,5.8%),一个由多种真菌群落组成(153/208,73.6%)。

微生物群与高危型HPV自然史:GLM模型

图5:广义线性模型(GLM)结果显示关键微生物组分的优势比与CIN2+的进展相关。

图5显示了结果GLM分析的模型估计。多元分析显示V1乳酸杆菌(属)丰度,OR=0.41(0.22-0.79),V1真菌物种多样性,OR=0.90(0.82-1.00)和输入的V1细胞运动途径OR=0.75(0.62-0.92)具有显着的保护作用。此外,该模型显示,V2微生物多样性是CIN2+进展的一个显着危险因素,OR=1.17(1.02–1.29)。

以往的横断面研究分析了宫颈阴道微生物群与HPV感染结局之间的关系,一致认为加德纳菌是与CIN2+相关的关键生物标记物。利用下一代测序和其他微生物组分析方法的研究报告了这一点。研究人员提供的数据表明,加德纳菌实际上与CIN2+病变有关,但并不是直接导致CIN2+病变,而是随着时间的推移。

图6。HPV进展的多样性模型及中介分析。

A组展示了调解分析的结果,重点放在第1版加德内拉和第2版香农多样性上。顶行显示的是平均因果中介效应(ACME),这是在调整V1-Gardnerella对病例状态的直接影响后,V2-Shannon多样性的完全中介效应。第二行显示平均直接效应(ADE),即Gardnerella在考虑V2-Shannon多样性的中介效应后对清除/进展结果的直接影响。第三行显示Gardnerella对病例结果的直接、未经调整的总效应。最后一行显示由V2香农多样性介导的模型的比例(Prop.)。在GLM模型的基础上,研究人员提出了上述模型(B组),其中V1加德纳菌引起V2处细菌多样性的扩大,这是高危型HPV感染进展为CIN2+病变的危险因素。

结论

研究人员发现丰富的乳酸杆菌与清除高危HPV感染有关。相比之下,加德纳菌是高危HPV进展的主要生物标志物。进一步的分析表明,加德纳菌的影响是由宫颈阴道细菌多样性的增加介导的,而这种变化直接发生在持续感染发展为癌前期之前。研究结果表明,监测加德纳菌的存在以及随后微生物多样性的升高可用于鉴定患有持续发展为癌前危险的持续高危HPV感染的女性。如果未来的研究支持宫颈阴道微生物组与疾病进展的因果关系,那么可能有可能以激活局部免疫反应并预防疾病进展的方式操纵宫颈阴道微生物组。

研究人员前瞻性地证明,持续高危HPV感染发展为宫颈癌的部分原因是宫颈阴道微生物群的独特特征。

原始出处:Mykhaylo Usyk, Christine P. Zolnik, Philip E. Castle, et al. Cervicovaginal microbiome and natural history of HPV in a longitudinal study. Plos Pathogens.26 March, 2020.

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