Microbiota intestinale, efficacia e tossicità
delle terapie oncologiche

Marianna Veraldi,1 Nicola Nigri,2 Antonella Risoli,3 Debora Severino,4 Ilaria Sconza,4 Elena Loche,5 Stefano Loiacono,6 Nadia Caporlingua,7 Ruggero Lasala,8 Giuseppe Rizza,9 Riccardo Provasi,10 Alessandra Maestro,11 Emilia Falcone,12 Sara Dereani,13 Salvatore Nurra,14 Davide Zanon,11 Davide Zenoni15

1Azienda Ospedaliera Universitaria Mater Domini, Catanzaro
2 Dipartimento Assistenza Farmaceutica, P.O. di Foligno, Usl Umbria 2
3 U.O.C. Farmacia Ospedaliera , P.O. “S.S. Annunziata”- Cosenza
4 Università degli Studi Magna Graecia di Catanzaro
5 Policlinico Campus Bio-Medico, Roma SSFO
6 AULSS 1 – Dolomiti
7 SSFO Università degli Studi di Messina
8 Farmacia P.O. Corato, ASL Bari
9 Farmacia Ospedaliera, Istituto Clinico Sant’Anna, Brescia
10 S.C. Assistenza Farmaceutica, ASUGI - Azienda Sanitaria Universitaria Giuliano Isontina
11 SSD Farmacia e Farmacologia Clinica, IRCCS Burlo Garofolo Trieste
12 Farmacia Ospedaliera USL Toscana Sud Est - sede Grosseto
13 U.O.C. Farmacia, Azienda Sanitaria Universitaria Integrata Friuli Centrale
14 Servizio Assistenza Farmaceutica Territoriale - ASSL Sassari, ATS Sardegna
15 U.O.C. Farmacia, ASST Nord, Milano

INTRODUZIONE

Il microbiota umano è l’insieme di batteri, virus e microrganismi eucarioti che vivono per la maggior parte all’interno del tratto gastrointestinale umano, delle mucose e della pelle, mentre il microbioma è il genoma del microbiota e codifica 100 volte più geni rispetto al genoma umano stesso.1 È stato appurato che il “dialogo incrociato” tra il microbiota intestinale e l’ospite (uomo) è essenziale per mantenere l’omeostasi e la salute umana.2 Pertanto, la disbiosi microbica, cioè l’alterazione della composizione del microbiota, ha dimostrato di essere associata a varie malattie metaboliche ed infiammatorie, come colite ulcerosa, obesità, diabete mellito e ipertensione arteriosa.3-5 La composizione tassonomica del microbiota intestinale, è considerata di grande importanza e nella sua valutazione vengono presi in considerazione due parametri: la diversità α e β.3,4,6 La diversità α descrive il numero di specie diverse presenti in un campione e la loro uniformità. Tale diversità viene calcolata attraverso: l’indice di Shannon, l’indice Simpson e l’indice Chao1. La β-diversità, invece, definisce la differenza tra comunità microbiche provenienti da ambienti diversi.7 In generale, uno stato di salute ottimale per l’uomo è caratterizzato da un microbiota ricco di specie, diversificato e stabile, che ricopre ruoli metabolici vari e complessi.8

Negli ultimi anni, è stato dimostrato come il microbiota intestinale abbia un ruolo importante anche nella cancerogenesi e nella fisiopatologia del cancro umano. Ad esempio, si ritiene che l’infezione da Helicobacter pylori stimoli lo sviluppo del carcinoma gastrico, producendo fattori di virulenza e aumentando l’infiammazione cronica.9 Allo stesso modo, l’abbondanza di Fusobacterium nucleatum è risultata essere correlata all’insorgenza del carcinoma del colon-retto e alla modulazione del microambiente tumorale.10,11

Nell’ambito dell’oncologia, il coinvolgimento del microbiota intestinale non riguarda solo i tumori gastrointestinali, ma negli ultimi anni è emerso che la composizione del microbiota intestinale differisce anche tra i pazienti con carcinoma mammario sia in post che pre-menopausa, attraverso la modulazione del metabolismo degli estrogeni.12-14 Inoltre, anche nei pazienti con leucemia è stata rilevata una bassa diversità microbica ed una grave disbiosi al momento della diagnosi.15

Ci sono quindi forti evidenze scientifiche che riguardano il ruolo del microbiota intestinale nella cancerogenesi e nell’efficacia e nella tossicità di chemio ed immunoterapia. Attualmente, la maggior parte dei risultati riguardanti le interazioni tra il microbiota intestinale e la terapia del cancro provengono da studi in vitro.16-18

Questo lavoro riassume gli studi clinici che valutano come la composizione del microbiota intestinale possa influenzare le terapie farmacologiche (chemioterapia ed immunoterapia) per la cura del cancro (Figura 1).19

CHEMIOTERAPIA

Le complicanze infettive sono un effetto collaterale molto comune della chemioterapia ed hanno un notevole impatto sulla prognosi dei pazienti e sulla loro qualità di vita.20 La ricerca ha evidenziato come lo sviluppo di infezioni correlate alla chemioterapia potrebbe essere associato alla composizione della microflora intestinale.21 Una minore diversità microbica prima dell’inizio della chemioterapia potrebbe aumentare il rischio di sviluppare infezioni, come conseguenza di una ridotta resistenza alla colonizzazione. Nello studio di Galloway-Pena et al. (2016), sono stati raccolti i campioni fecali fino a otto giorni prima e 24 ore dopo l’inizio della chemioterapia e si è concluso che i pazienti con Leucemia Mieloide Acuta (LMA) che hanno sviluppato un’infezione entro 90 giorni, presentavano un’elevata instabilità microbica e alti livelli di Stenotrophomonas, potenzialmente patogeno. Quindi, il microbiota con bassa diversità α, elevata variabilità temporale ed aumento dei livelli di Stenotrophomonas, è collegato a complicanze infettive durante e dopo la chemioterapia di induzione. Di conseguenza, i pazienti con un microbiota intestinale meno diversificato e meno stabile potrebbero essere a rischio più elevato di sviluppare infezioni.22




In uno studio su 28 pazienti affetti da linfoma non-Hodgkin, undici hanno sviluppato infezioni del sangue (Bloodstream Infection - BSI). L’analisi dei campioni fecali raccolti prima dell’inizio del trattamento dimostra differenze tra i pazienti con o senza BSI. Ciò significa che il microbiota e soprattutto la β-diversità, erano già alterate e che ciò potrebbe essere predittivo per lo sviluppo della BSI. I risultati di Galloway-Pena et al. (2016), hanno anche dimostrato che la diversità α era significativamente più bassa nei campioni fecali di pazienti che avevano sviluppato una successiva BSI, Barnesiellaceae, Christensenellaceae e Faecalibacterium e quindi pazienti ad alto rischio di sviluppare BSI potevano potenzialmente essere identificati in base al loro profilo microbico già prima dell’inizio della terapia.23

Nei tumori solidi, invece, è stato osservato come lo sviluppo di diarrea nei pazienti con carcinoma a cellule renali metastatico (RCC) non sia correlato alle differenze nella diversità α del microbiota intestinale.24 Tuttavia, il raggruppamento di questi pazienti in base ai livelli di alcuni batteri aumentati ha permesso di distinguere un gruppo a basso e un altro ad alto rischio. Il gruppo ad alto rischio presentava un’alta concentrazione di Bacteroides (42%) e un basso livello di Prevotella (3%).24 Nel gruppo a basso rischio invece, si evidenziavano alte percentuali di Prevotella (47%) e basse percentuali di Bacteroides (13%).24 Ciò suggerisce che potrebbe esserci una correlazione tra la composizione del microbiota intestinale e la diarrea indotta dagli inibitori tirosin-chinasici del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF-TKI).

Altri studi hanno evidenziato che, nei pazienti con tumori neuroendocrini (NET), la chemioterapia sistemica ha aumentato la concentrazione di Faecalibacterium prausnitzii.25 Dagli studi di Montassier et al. (2014) su pazienti affetti da Linfoma non-Hodgkin, sottoposti a chemioterapia pre-trapianto di midollo osseo, è emersa una differenza sostanziale tra i campioni fecali analizzati in fase pre- e post-chemioterapia , portando alla conclusione che la chemioterapia ad alte dosi sia in grado di indurre una marcata riduzione della diversità microbica complessiva e un cambiamento radicale della composizione del microbiota. Infatti, risultano aumentati i livelli di Bacteroidetes, Proteobacteria ed Escherichia Coli, e diminuiti i livelli di Firmicutes e di Actinobacteria.6 Anche, i livelli di Blautia, Faecalibacterium, Roseburia e Bifidobacterium, che sono considerati batteri “buoni e promotori della salute” ed anti-infiammatori, risultano più bassi dopo la chemioterapia.6

Galloway-Peña et al. (2016) hanno osservato cambiamenti significativi simili nella composizione del microbiota intestinale, nei pazienti con LMA durante la chemioterapia di induzione,con un’elevata presenza di patogeni opportunistici come lo streptococco e lo stafilococco.20-21

Inoltre, abbondanti quantità di Lactobacillaceae e Lactobacillus e ridotte quantità di Bifidobacteriaceae Ruminiclostridium, Lachnoclosteridium e Oscillibacter sono stati rilevati in pazienti con tumori gastrointestinali trattati con chemioterapia rispetto ai pazienti non trattati.26

La riduzione del numero di batteri è stata causata da una diminuzione di 3000-6000 volte dei batteri anaerobi, del cluster di Clostridium XIVa, del Faecalibacterium prausnitzii e del Bifidobacterium. È interessante notare che solo i livelli di Clostridium XIVa e Faecalibacterium prausnitzii sono stati ripristinati sei settimane dopo il trattamento. Mentre il numero di enterococchi aerobi era significativamente più alto nei pazienti trattati rispetto ai controlli sani e il numero di streptococchi era diminuito di 100-1000 volte. Da notare che una drastica riduzione dei batteri anaerobi ed un aumento dei livelli di enterococchi potrebbe aumentare il rischio di sviluppare infezioni e colonizzazione con batteri potenzialmente patogeni.27

Al contrario, Rajagopala et al. (2016) hanno indicato che, in pazienti con Leucemia Linfoblastica Acuta (ALL) in età pediatrica e adolescenziale, non vi era alcuna differenza nella diversità microbica prima e durante la chemioterapia di induzione.15 In questo studio sono stati confrontati ed analizzati tutti i pazienti e i loro fratelli sani riscontrando che tutti i pazienti erano caratterizzati da una ridotta diversità ed una diminuzione dei livelli di Lachnospiraceae (incluso Clostridium XIVa, IV) Roseburia, Anaerostipes, Coprococcus e Ruminococcus. La presenza di batterioidi, ossia forme modificate dei batteri, è aumentata in questi pazienti che hanno un sistema immunitario già abbastanza compromesso al momento della diagnosi.15

IMMUNOTERAPIA

L’immunoterapia oncologica, ad oggi, è considerata l’ultima frontiera della lotta al cancro in quanto ha rivoluzionato l’approccio terapeutico nei confronti di diversi tipi di tumori, fino a qualche anno fa difficilmente trattabili. Anche per quanto concerne l’immunoterapia, esistono studi che confermano una stretta correlazione tra microbiota intestinale umano ed efficacia/tossicità dell’immunoterapia su pazienti che abbiano ricevuto almeno una terapia anti-PD-1 o anti-CTLA-4 a causa di melanoma metastatico o non resecabile, carcinoma a cellule renali (RCC) o carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC).28-33

Nello studio di Matson et al. (2018) sono stati confrontati i campioni fecali del microbiota di 42 pazienti con melanoma metastatico che hanno ricevuto immunoterapia anti-PD-1 (n = 38) o anti-CTLA-4 (n = 4).28 I campioni di feci sono stati raccolti prima dell’inizio dell’immunoterapia. Sedici pazienti hanno mostrato una risposta dopo l’immunoterapia, mentre 26 pazienti non hanno risposto. L’analisi del microbiota intestinale ha indicato che i livelli Bifidobacteriaceae erano significativamente più abbondanti nel gruppo dei responder rispetto al gruppo dei non responder. Inoltre, otto specie erano più abbondanti nel gruppo dei responder: Enterococcus faecium, Collinsella aerofaciens, Bifidobacterium adolescentis, Klebsiella pneumoniae, Veillonella parvula, Parabacteroides merdae, Lactobacillus sp. e Bifidobacterium longum - mentre due ceppi erano più abbondanti nel gruppo che non aveva risposto come Ruminococcus obeum e Roseburia intestinalis. Ciò significa che la composizione basale del microbiota intestinale nei pazienti con melanoma metastatico poteva essere associata all’efficacia della terapia anti-PD-1. Il Bifidobacterium longum e molti altri batteri possono contribuire a migliorare l’immunità antitumorale nei pazienti affetti da neoplasie e in trattamento con immunoterapie. Quindi la presenza di alcuni batteri potrebbe essere utile nel prevedere la possibile risposta clinica alla terapia anti-PD1 e quindi un esito clinico più favorevole.28

Nello studio di Gopalakrishnan et al. (2018) è stata confrontata la composizione del microbiota di 43 pazienti con melanoma metastatico trattati con terapia anti-PD-1 e si è osservato che i 30 pazienti responder avevano una diversità α pre-trattamento più elevata rispetto ai 13 non responder. Inoltre, i pazienti con una maggiore diversità α prima della terapia anti-PD-1 avevano una sopravvivenza libera da progressione (PFS) significativamente prolungata rispetto ai pazienti con una α-diversità intermedia o bassa. Il confronto ha evidenziato inoltre che il genere Faecalibacterium era significativamente abbondante nei responder con una PFS significativamente più lunga.29

Per quanto riguarda la colite autoimmune caratteristica dell’immunoterapia, dagli studi è emerso che un aumento significativo dei Bacteroidetes, Bacteroidaceae, Rikenellaceae e Barnesiellaceae è correlato ad un rischio ridotto di sviluppare la colite indotta da ipilimumab.33

Sono stati identificati sei articoli di cinque studi clinici sull’uomo che descrivono i cambiamenti del microbiota intestinale umano durante l’immunoterapia su pazienti che hanno ricevuto la terapia anti-PD-1, anti-CTLA-4 o interferone alfa-2b per melanoma metastatico o non resecabile, carcinoma a cellule renali (RCC), carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC) o tumori neuroendocrini (NET).25,29-32,34

Nello studio di Routy et al. (2018), sono stati raccolti i campioni fecali di 32 pazienti sottoposti a terapia anti-PD-1 di due mesi per NSCLC (n = 15) o RCC (n = 17).30 Le feci sono state raccolte prima dell’inizio del trattamento, alla seconda somministrazione (dopo un mese), alla quarta somministrazione (dopo due mesi) e alla dodicesima somministrazione (dopo sei mesi) di infusione anti-PD-1. La diversità α delle feci è aumentata maggiormente nei pazienti con carcinoma renale cronico rispetto ai pazienti con NSCLC e RCC e dopo due mesi di terapia anti-PD-1, sono aumentati i livelli di Candidatus Alistipes marseilloanorexicus, Clostridium scindens, Eubacterium sp., Clostridium sp., Streptococcus salivarius, Clostridiales ed Eubacteriumeleens30 (Tabella 1).

CONCLUSIONI

La consapevolezza dell’interazione tra il microbiota intestinale umano e la terapia sistemica del cancro è in costante aumento ed i risultati di letteratura lo confermano. È evidente che la composizione basale del microbiota può essere associata allo sviluppo di tossicità ed essere correlata all’ efficacia o meno della chemio ed immunoterapia.

Per quanto riguarda la chemioterapia, gli studi si sono concentrati principalmente sull’associazione tra la composizione basale del microbiota intestinale umano e lo sviluppo di tossicità associate al trattamento, come infezioni o diarrea. Sembra che i pazienti con un particolare microbiota intestinale siano più inclini a sviluppare infezioni, probabilmente a causa di una ridotta resistenza alla colonizzazione poiché il microbiota intestinale ha una funzione protettiva. Ciò è particolarmente interessante, poiché l’identificazione precoce dei pazienti a rischio per lo sviluppo di complicanze infettive consentirebbe di effettuare interventi mirati e prevenire quindi possibili infezioni. Attualmente, non è stato pubblicato nessuno studio clinico che indaghi sugli effetti del microbiota intestinale e sulla reale efficacia della chemioterapia.

Un numero limitato di articoli recentemente pubblicati descrive l’associazione del microbiota intestinale umano e l’efficacia dell’immunoterapia. I meccanismi con cui l’immunoterapia influenza la composizione del microbiota intestinale sono ancora scarsamente studiati e si basano principalmente su studi sui topi.43 Le terapie anti-PD-1 e anti-CTLA-4 promuovono processi infiammatori e inducono morte e distruzione delle cellule epiteliali intestinali e dei batteri intestinali.30,44 Tutto questo porta alla disbiosi microbica che attiva le cellule T-helper 1 del sistema immunitario e la maturazione delle cellule dendritiche nell’uomo, interferendo così sull’efficacia della terapia anticancro.34

Ricerche cliniche più approfondite dovrebbero indagare su come la composizione del microbioma vada ad influenzare l’efficacia, la sicurezza e la tossicità di chemio ed immunoterapia, e viceversa; affinché le future terapie del cancro possano essere sempre più specifiche e mirate.




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