Введение
Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) играют важную роль в патогенезе акушерских осложнений [1, 2]. Они являются доказанным фактором риска преэклампсии [3—5], преждевременных родов [6], синдрома задержки роста плода [7—9], анемии [10], а также хориоамнионита [11].
Большинство опубликованных работ посвящены особенностям диагностики ИМП с помощью культуральных методов исследования. Однако с появлением некультуральных методов, таких как количественная полимеразная цепная реакция и метод высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК, представления о микробиоме мочевыводящих путей были расширены.
Ранее считалось, что мочевыводящие пути в норме являются стерильными, поэтому их исследование в проекте «Микробиом человека» не проводилось [12]. Однако с помощью высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК установлено, что в норме мочевыделительную систему колонизируют микроорганизмы, которые в большинстве случаев нельзя выделить стандартными культуральными методами из-за их медленного роста и необходимости создания анаэробных условий [13]. Некультуральными методами также выявлена взаимосвязь между микроорганизмами, колонизирующими мочевыводящие пути и нижние отделы женского генитального тракта. Понимание механизмов этого взаимного влияния необходимо для дальнейшего улучшения стратегий профилактики, диагностики и лечения акушерских и гинекологических осложнений.
Нами выполнен обзор литературы на основании публикаций в PubMed, Google Academy, EBSCO, eLibrary, ResearchGate за последние 20 лет, посвященных взаимосвязи микробиомов мочевыводящих путей и генитального тракта у пациенток репродуктивного возраста. Поиск проводили с использованием ключевых слов: «микробиом мочевыводящих путей», «микробиом мочевого пузыря», «микробиом женского репродуктивного тракта», «микробиом влагалища», «взаимосвязь», «женщины репродуктивного возраста», «urinary tract microbiome», «urinary bladder microbiome», «female reproductive tract microbiome», «vaginal microbiome», «interrelations», «correlations», «reproductive age women» и их сочетаний.
Нормальный микробиом мочевыводящих путей
Термин «микробиота» означает совокупность микроорганизмов, которые обитают в определенной биологической нише [14]. К ним относятся бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие. Термином «микробиом» принято обозначать совокупность генов вышеуказанных микроорганизмов в данной биологической нише [15]. Для исследований метагенома, включающего гены всех вышеуказанных микроорганизмов, применяют некультуральный метод полногеномного секвенирования с использованием случайного фрагментирования (shotgun sequencing). Для исследований совокупности всех видов бактерий, населяющих данную биологическую нишу, также используют некультуральный метод высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК [16].
Как правило, под термином «микробиом мочевыводящих путей» подразумевают микробиом мочевого пузыря [17]. Определены особенности получения образцов для дальнейшего исследования микробиома мочевыводящих путей. Доказано, что у женщин средняя порция мочи, полученная при мочеиспускании, содержит также микроорганизмы, попавшие в нее с наружных половых органов и из влагалища [13]. Поэтому этот способ не рекомендуется использовать для изучения микробиома мочевыводящих путей. Для сбора материала можно использовать трансуретральный катетер или надлобковую пункцию мочевого пузыря после обработки кожи антисептическими растворами [16], однако последний метод является инвазивным и болезненным. Кроме того, доказано, что образцы, полученные с помощью катетера и надлобковой пункции, не имеют статистически значимых различий [13], что делает катетеризацию мочевого пузыря наиболее предпочтительным методом для получения образцов. Показано, что микробиом мочи, полученной при катетеризации мочевого пузыря, имеет ряд различий с микробиомом, полученным при биопсии стенки мочевого пузыря, так как ряд микроорганизмов персистируют не в просвете мочевого пузыря, а в его эпителии [18]. В целом микробиом женских мочевыводящих путей отличается меньшим разнообразием по сравнению с микробиомами других локализаций, а количество выявляемых там бактерий невелико и не превышает суммарно 104—105 КОЕ/мл [19].
В норме в микробиоме мочевыводящих путей у женщин преобладают Lactobacillus spp. [19, 20]. Снижение количества лактобактерий приводит к увеличению числа условно-патогенных микроорганизмов [21]. Однако, как и в микробиоме влагалища, различные виды лактобактерий обладают разными свойствами. L. crispatus выявляется преимущественно у здоровых пациенток, в то время как наличие L. gasseri ассоциировано с наличием императивного недержания мочи [19]. На втором месте по частоте выявления находится Gadnerella spp., особенно Gardnerella vaginalis [19].
C. Gottschick и соавт. (2017) предложили классификацию микробиома мочевыводящих путей, разделив его на восемь уротипов (UTs) в зависимости от преобладающих микроорганизмов (рис. 1) [22]. При этом микробиом, в котором доминирует L. crispatus, выявлен только у здоровых женщин.
Рис. 1. Микробиом женских мочевыводящих путей.
* — данный тип микробиома отсутствует у здоровых женщин (без бактериального вагиноза).
Нормальный микробиом влагалища
Исследования влагалищного микробиома с помощью высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК позволили выявить ряд микроорганизмов (Sneathia, Dialister, Atopobium, Megasphaera), которые ранее не были известны как представители микрофлоры женских половых путей [23]. Установлено, что они могут стать причиной целого ряда акушерских и гинекологических осложнений [24, 25].
Согласно классификации VALENCIA (VAginaL community state typE Nearest CentroId clAssifier), предложенной в 2020 г., можно выделить пять типов микробиома влагалища (community state types — CSTs) на основании преобладающих в них микроорганизмов (рис. 2): CST I (с преобладанием Lactobacillus crispatus), CST II (с преобладанием Lactobacillus gasseri), CST III (с преобладанием Lactobacillus iners), CST V (с преобладанием Lactobacillus jensenii) и CST IV (с преобладанием облигатных и факультативных анаэробов и без преобладания лактобактерий) [26—28]. В свою очередь, CST I и CST III разделяются на подтипы A и B (с более высоким и более низким количеством преобладающего вида лактобактерий).
Рис. 2. Микробиом влагалища у женщин репродуктивного возраста.
Известно, что CST III, который отличается преобладанием L. iners, ассоциирован с высоким риском заражения половыми инфекциями [29, 30], а также с развитием осложнений беременности [30, 31].
Тип влагалищного микробиома CST IV разделяется на три подтипа: CST IV-A (с высоким содержанием Candidatus Lachnocurva vaginae (BVAB1) и с умеренным содержанием G. vaginalis и A. vaginae), CST IV-B (с высоким содержанием G. vaginalis, низким содержанием Ca. L. vaginae и умеренным содержанием A. vaginae) и CST IV-C (с низким содержанием Ca. L. vaginae, G. vaginalis, A. vaginae и Lactobacillus spp., но с преобладанием других факультативных и облигатных анаэробов) [28]. CST IV-C разделяют на пять групп: CST IV-C0 (с умеренным содержанием Prevotella), CST IV-C1 (с преобладанием Streptococcus), CST IV-C2 (с преобладанием Enterococcus), CST IV-C3 (с преобладанием Bifidobacterium) и CST IV-C4 (с преобладанием Staphylococcus). Указанное разделение CST IV на подтипы понадобилось, чтобы выделить типы вагинальных сообществ, ассоциированных с бактериальным вагинозом (CST IV-A и CST IV-B) и не связанных с ним (CST IV-C). У женщин репродуктивного возраста основными подтипами CST IV-C являются вагинальные сообщества с преобладанием стрептококков (CST IV-C1) и бифидобактерий (CST IV-C3) [28]. Пациентки с CST IV имеют больший риск заражения инфекциями, передающимися половым путем [32], и ВИЧ [33,34], а также бесплодия, неудач имплантации при ЭКО [35], невынашивания, преждевременных родов и внутриутробного инфицирования [36].
Таким образом, наиболее благоприятными типами микробиома можно считать те, в которых преобладают Lactobacillus spp. [37]. Лактобактерии способны выделять молочную кислоту и перекись водорода [38], обладающие бактерицидным действием, конкурируют с патогенами за адгезию к влагалищным эпителиальным клеткам [39], способствуют выработке секреторного иммуноглобулина А, лизоцима, белков системы комплемента [39—42]. Микроорганизмы, входящие в состав различных типов микробиома, способны регулировать интенсивность иммунного ответа, связываясь с сигнальными рецепторами системы врожденного иммунитета (Толл-подобными, NOD-подобными и другими типами рецепторов) [43—46].
Взаимосвязь между микробиомами мочевыводящих путей и влагалища
Существует целый ряд работ, в которых с помощью культуральных методов выявлена взаимосвязь между микробиотой мочевыводящих и половых путей, что можно объяснить анатомической близостью данных образований [47].
Так, Ю.Л. Набока и соавт. (2019) выявили прямую взаимосвязь между 15 таксонами микроорганизмов в мочевом пузыри и влагалище, причем преимущественно между представителями факультативно-анаэробной микрофлоры [48].
Культуральными методами также установлено, что влагалище может являться резервуаром для E. coli, что в дальнейшем приводит к развитию ИМП [49, 50]. Экспериментально доказано, что кишечная палочка может персистировать не только на поверхности влагалищного эпителия, но и внутриклеточно, в дальнейшем способствуя развитию восходящей инфекции мочевывыводящих путей [48]. При этом риск персистенции E. coli во влагалище был выше у пациенток со сниженным количеством лактобактерий [49] и признаками бактериального вагиноза [51, 52]. Это объясняется тем, что даже in vitro лактобактерии способны ингибировать рост E. coli за счет снижения pH [53]. Наибольшей способностью ингибировать рост кишечной палочки среди всех вагинальных лактобактерий обладает L. crispatus, в то время как у L. iners такая способность отсутствует [54].
Staphylococcus aureus, S. epidermidis и S. saprophyticus также могут быть причинами ИМП [55, 56]. Золотистый и эпидермальный стафилококки могут персистировать и в генитальном тракте, при этом персистенция S. aureus способствует персистенции кишечной палочки в женских половых путях [57].
Стрептококк группы B (Streptococcus agalactiae) может персистировать во влагалище, а также быть причиной ИМП [49]. Доказана взаимосвязь между его персистенцией в половых путях и развитием гестационного пиелонефрита [58].
Культуральными методами установлено, что одной из недооцененных в патогенезе ИМП бактерий является G. vaginalis. Доказано, что она может быть причиной недержания мочи, уролитиаза и пиелонефрита [47]. В экспериментах на мышах показано, что персистенция G. vaginalis в мочевом пузыре приводит к активации E. coli за счет усиления апоптоза эпителиоцитов мочевыводящих путей [59]. G. vaginalis может также влиять на местную иммунореактивность мочевыводящих путей [60]. Однако взаимосвязь между наличием G. vaginalis во влагалище и мочевом пузыре лучше всего продемонстрирована некультуральными методами.
В нескольких исследованиях сравнение микробиома мочевого пузыря и влагалищного микробиома проводилось методом высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК. В исследовании S.E. Brown и соавт. (2021) проведено сравнение микробиомов влагалища и мочевыводящих путей, включавшее определение ДНК бактерий в первой порции мочи, полученной без обработки наружных половых органов антисептиками (random-catch urine), и средней порции мочи, полученной после обработки наружных половых органов антисептиками (clean-catch urine) [61]. Тип влагалищного микробиома (CST) был аналогичен микробиому в образцах первой порции мочи у 89% пациенток и микробиому в средней порции мочи у 86,9% пациенток репродуктивного возраста и у 76,9% женщин в пременопаузе. Женщины, у которых наблюдались расхождения между типом микробиома влагалища и типом микробиома, полученного при свободном мочеиспускании, как правило, имели тип микробиома CST III или CST IV. Однако ограничением данного исследования можно считать тот факт, что при свободном мочеиспускании происходит контаминация мочи микроорганизмами из влагалища, что отмечают и сами авторы.
C. Gottschick и соавт. (2017) выявили, что достоверная сильная корреляционная связь наблюдается между микробиомами мочевыводящих путей и влагалища только у пациенток с уротипом UT 1, в котором преобладают анаэробные микроорганизмы, характерные для бактериального вагиноза [22]. После лечения метронидазолом и элиминации данных возбудителей корреляционная связь между данными микробиомами перестает быть статистически значимой. Интересно, что лечение метронидазолом приводило к увеличению содержания L. iners и в моче, и во влагалищной слизи до величин, которые превышают их содержание у здоровых пациенток. В то же время после лечения метронидазолом ни у одной пациентки не выявлены L. crispatus, доминирующие у здоровых пациенток (UT 7). Авторы установили, что существует ряд бактерий, которые выявлялись преимущественно в моче: E. faecalis, E. coli, Chitiniphagaceae, S. sonnei, S. agalactiae, Citrobacter murliniae и Propionibacterium propionicus. Эти микроорганизмы, за исключением Chitinophagaceae, обнаружены как у здоровых пациенток, так и у женщин с бактериальным вагинозом, а лечение метронидазолом не оказывало существенного влияния на их количество. Авторы делают вывод, что микробиом мочевыводящих путей и микробиом влагалища представляют собой разные ниши, в которых представлены отличающиеся друг от друга совокупности микроорганизмов. Исключение составляют пациентки с UT 1, у которых и в моче, и во влагалищной слизи преобладают анаэробные бактерии, характерные для бактериального вагиноза. Однако следует отметить, что ограничением в данном исследовании было то, что группа пациенток без бактериального вагиноза включала в себя женщин от 19 до 62 лет, а с бактериальным вагинозом — от 18 до 51 года. Таким образом, в состав обеих групп входили пациентки как репродуктивного возраста, так и в пременопаузе, а в группе здоровых женщин некоторые пациентки находились в постменопаузе. Вероятно, именно из-за неоднородности группы здоровых пациенток (без бактериального вагиноза) исследователи не выявили у них статистически значимых взаимосвязей микробиомов влагалища и мочевого пузыря. В качестве образцов в данном исследовании использовали среднюю порцию мочи, а не мочу, полученную катетером.
K. Thomas-White и соавт. (2018) методом высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК исследовали микробиом мочевыводящих путей 38 здоровых пациенток и 39 пациенток с симптомами ИМП, а затем сравнили полученные данные с результатами исследований влагалищного микробиома здоровых женщин (67 образцов), размещенных в базах данных [62]. Они обнаружили, что 23 вида бактерий выявляются как в мочевыводящих путях, так и в женском репродуктивном тракте. Четыре вида микроорганизмов (Actinomyces neuii, L. crispatus, L. jensenii и L. gasseri) были общими представителями нормального микробиома здоровых женщин в мочевом пузыре и во влагалище. В своей работе исследователи также установили, что у одних и тех же пациенток во влагалище и мочевом пузыре выявляются те же штаммы не только таких уропатогенов, как E. coli и Streptococcus anginosus, но, и представителей нормальной микрофлоры — L. crispatus и L. iners. Это может свидетельствовать о том, что одни и те же представители нормальной микрофлоры выполняют функции защиты мочевыводящих путей и женского полового тракта. У пациенток с симптомами ИМП статистически значимо чаще выявлялись P. aeruginosa, Bacillus infantis, E. cloacae, E. coli, Gardnerella terrae, K. pneumoniae, Bacillus idriensis. При этом E. cloacae, P. aeruginosa, K. pneumoniae обнаруживались только у пациенток с ИМП и отсутствовали у здоровых женщин. Авторы также сравнили результаты культурального исследования мочи по протоколу EQUC [63] и результаты, полученные методом высокопроизводительного секвенирования, и установили, что сходство видов выявляемых бактерий составляет 72%. Культуральными методами не выявлялись анаэробные микроорганизмы классов Actinobacteria, Firmicutes и Bacteroidetes. В данном исследовании авторы также включали в исследуемые группы пациенток от 27 до 91 года. Таким образом, они обследовали пациенток как репродуктивного возраста, так и в пременопаузе и постменопаузе, не разделяя их на группы. Образцы мочи для исследования получали при помощи трансуретрального катетера.
Y.M. Komesu и соавт. (2020) в исследовании, включающем анализ микробиомов мочевого пузыря и влагалища у 212 пациенток, установили, что девять родов микроорганизмов (Lactobacillus, Gardnerella, Sneathia, Shuttleworthia, Veillonella, Streptococcus, Prevotella, Escherichia, Ureaplasma) выявлялись одновременно и во влагалище, и в мочевом пузыре [64]. Среди них наибольших коэффициент корреляции был выявлен между обнаружением в мочевыводящих и половых путях микроорганизмов родов Gardnerella, Prevotella, Ureaplasma и Lactobacillus. Однако в данном исследовании были следующие ограничения: исследователи объединили в одну группу образцы не только здоровых женщин, но и женщин с воспалительными заболеваниями мочевыводящих путей, при этом исследование включало как женщин репродуктивного возраста, так и пациенток в пременопаузе и постменопаузе, большинство пациенток имели избыточную массу тела или ожирение. Для исследования использовали образцы, полученные при катетеризации мочевого пузыря.
Заключение
Исследования взаимосвязи микробиомов мочевыводящих и половых путей в настоящее время продолжаются. Ранее культуральными методами выявлена взаимосвязь между бактериальной микрофлорой влагалища и мочевого пузыря. Однако результаты единичных некультуральных исследований взаимосвязи микробиомов влагалища и мочевыводящих путей методом высокопроизводительного секвенирования 16S рРНК, позволяющих оценить также и особенности анаэробной микрофлоры у пациенток репродуктивного возраста, являются противоречивыми.
В большинстве работ в исследуемые группы объединены пациентки как в репродуктивном возрасте, так и в пременопаузе и постменопаузе. В ряде работ здоровые пациентки не отделены от пациенток с симптомами ИМП. В единственном исследовании, включающем в себя только здоровых пациенток репродуктивного возраста, для исследования использовали мочу, полученную при свободном мочеиспускании, а не методом катетеризации мочевого пузыря. Все это диктует необходимость дальнейших исследований взаимосвязи микробиомов мочевыводящих путей и генитального тракта у пациенток репродуктивного возраста, что позволит в дальнейшем использовать эти данные с целью коррекции выявленных нарушений, а в долгосрочной перспективе — для улучшения репродуктивных исходов.
Источник финансирования. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №22-24-00802.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.